title: Small scale household water treatment systems
title: improvement of operational knowledge and evaluation schemes towards simplified field-test protocols
titleType: Subtitle
Creators: name: Röttgers, Nina
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2023
Subjects: subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::628 Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
subject: HWTS
subject: WaSH
subject: humanitarian aid
subject: drinking water treatment
subject: disaster relief
subject: Trinkwasseraufbereitung
subject: humanitäre Hilfe
subject: Katastrophenschutz

description: Waterborne diseases remain a leading cause of death worldwide. To date, approximately 800 million people lack access to safe drinking water (UNICEF, WHO, 2019). This glaring shortage, despite existing technical capabilities, is the motive for this work. Household Water Treatment Systems (HWTS) are investigated as an approach to improve the drinking water situation in decentralized, low-income, low-tech regions. While the market for such HWTS products and emergency water supply systems is growing steadily, users and decision makers can choose from a wide variety of systems for almost any water source. This diversity provides opportunity but can also complicate the decision-making process. Especially for institutions such as non-governmental organizations, there is a need to implement selection criteria and comprehensible verification processes. Local specifics must be taken into account as well as the experiences of users in practice. One approach for such an evaluation of HWTS products is the "International Scheme to Evaluate Household Water Treatment Technologies" recommended by the WHO (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2014B). This only takes into account the retention of bacteria, viruses and protozoa under laboratory conditions - As shown in this paper, it allows for comparison but does not provide information on application and suitability in the field. Aspects that are crucial for end users, such as the possible flow rate, are not considered. As a result, the informative value of this qualitative approach is significantly limited. In addition to the WHO approach, various evaluation schemes exist that suggest a product selection based on criteria such as cost, handling, suitability for a particular water source or supply chain. The "WaterCompass" (PRACTICA FOUNDATION, 2020), the work of Loo et. al. (2012) and Boumann et. al. (2010) represent approaches to this. While local specifics can be taken into account in these, the assessment mostly assumes manufacturer data. Field experi-ence is only incorporated to a limited extent. To contribute to a better understanding and user-oriented selection process of HWTS, a com-bination of laboratory work, evaluation schemes and consideration of field conditions is chosen in this work. To represent local conditions, practical scenarios from Madagascar, Ethiopia, Syria and Nepal are used. The experience gained here is as background for the later evalua-tion of the suitability of the products. Eleven HWTS suitable for surface water use and applicable to the field environments consid-ered, are tested with surface water in an experimental setup at the Panke river, Berlin, Ger-many. The focus is on well-known, established ceramic filters as well as more novel ultra-filtration membrane systems. While the retention of E. coli bacteria is in line with expectations, the flow rate shows a drastic deviation between manufacturer and operational data. This points to the great importance of including findings from practical experience compared to pure laboratory tests. The lower flow rates in the test conducted with surface water would have a significant impact on the acceptance, cost and evaluation of the function of the HWTS. In light of the results of this work, a combined evaluation system for HWTS and emergency water supply systems is proposed. This involves both a test of products based on field condi-tions and the use of an extended evaluation scheme based on Bouman (2010). The proposed approach can be implemented with minimal laboratory resources and thus provides a means for local NGOs without access to fully equipped water laboratories to review products under consideration for a project prior to deployment. In view of the current global situation, the use of HWTS products can continue to make a relevant contribution to improving water quality at the household level in the future. Systematic evaluation of these systems and collection of data from the field therefore remains a task for the future.
description: Durch Wasser übertragene Krankheiten sind weltweit weiterhin eine der Haupttodesursachen. Bis heute fehlt etwa 800 Millionen Menschen ein Zugang zu sicherem Trinkwasser (UNICEF, WHO, 2019). Dieser eklatante Mangel, dem gegenüber die vorhandenen technischen Mög-lichkeiten stehen, ist das Motiv für die vorliegende Arbeit. Household Water Treatment Systems (HWTS) werden als ein Ansatz zur Verbesserung der Trinkwassersituation in dezentralen, einkommensschwachen und technisch gering ausgestat-teten Regionen untersucht. Der Markt für solche HWTS Produkte und Notwasserversorgungs-systeme wächst beständig. Anwender*innen und Entscheidungsträger können aus einer gro-ßen Vielfalt von Systemen für fast jede erdenkliche Wasserquelle wählen. Grade diese Vielfalt kann dabei den Entscheidungsprozess erschweren und macht es insbesondere für Institutio-nen wie Nichtregierungsorganisationen notwendig, Auswahlkriterien und nachvollziehbare Überprüfungsprozesse zu implementieren. Lokale Spezifika sind dabei ebenso zu berücksich-tigen wie Erfahrungen von Anwender*innen in der Praxis. Ein Ansatz für eine solche Bewertung von HWTS Produkten wird mit dem “International Scheme to Evaluate Household Water Treatment Technologies” von der WHO (WORLD HEALTH ORGANIZATION, 2014B) empfohlen. Dieses berücksichtigt lediglich der Rückhalt von Bakterien, Viren und Protozoen unter Laborbedingungen - Wie in der vorliegenden Arbeit ge-zeigt wird, ermöglicht dieses zwar einen Vergleich, liefert aber keine Informationen über die Anwendung und Eignung im Feld. Für die Endnutzer*innen entscheidende Aspekte wie die mögliche Durchflussrate werden nicht betrachtet. Daraus folgt, dass die Aussagekraft dieser rein qualitativen Untersuchung für Entscheidungsträger deutlich eingeschränkt ist. Neben dem Ansatz der WHO existieren verschiedene Bewertungsschemata, die eine Pro-duktauswahl anhand von Kriterien wie Kosten, Handling, Eignung für eine bestimmte Wasser-quelle oder Lieferkette vorschlagen. Der „WaterCompass“ (PRACTICA FOUNDATION, 2020), die Arbeit von Loo et. al. (2012) sowie Boumann et. al. (2010) stellen Ansätze hierfür dar. Während in diesen lokale Spezifika berücksichtigt werden können, wird in der Bewertung meist von Her-stellerdaten ausgegangen, so dass Erfahrungen aus dem Feld nur bedingt einfließen. Um zu einem besseren Verständnis und an den Anwender*innen orientierten Auswahlprozess von HWTS beizutragen, wird in dieser Arbeit eine Kombination aus Laborarbeit, Bewertungs-schemata und Berücksichtigung von Feldbedingungen gewählt. Um lokalen Gegebenheiten Rechnung zu tragen, werden Praxisszenarien aus Madagaskar, Äthiopien, Syrien und Nepal verwendet. Die hier gesammelten Erfahrungen werden als Hintergrund für die spätere Bewer-tung der Eignung der Produkte verwendet. Elf für die für die Nutzung von Oberflächenwasser geeignete und für die betrachteten Feldum-gebungen einsetzbare HWTS, werden in einem Versuchsaufbau am Standort Panke, Berlin in Deutschland mit Oberflächenwasser untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf bekannten, etablierten Keramikfilter und neuartigeren Membransystemen. Während der Rückhalt von E. coli Bakterien den Erwartungen entspricht und für die untersuch-ten Membransysteme besser ausfällt als für die verwendeten Keramikfilter, zeigt sich für den Durchfluss eine drastische Abweichung zwischen Hersteller- und Betriebsdaten. Dies zeigt die große Bedeutung von Erkenntnissen aus der Praxis gegenüber reinen Labor-tests. Die im mit Oberflächenwasser durchgeführten Versuch resultierende geringere Menge an hergestelltem Trinkwasser hätte erhebliche Auswirkungen auf die Akzeptanz, Kosten und Bewertung der Funktion der HWTS. Vor dem Hintergrund der Ergebnisse dieser Arbeit wird ein kombiniertes Bewertungssystem für HWTS- und Notwasserversorgungssysteme vorgeschlagen. Hierbei ist sowohl ein an Feld Bedingungen orientierter Test von Produkten als auch der Einsatz eines an Bouman (2010) angelehnten, erweiterten Bewertungsschemas vorgesehen. Das vorgeschlagene Vorgehen lässt sich mit geringen Labormitteln umsetzten und stellt so auch für lokale NGOs ohne Zugriff auf voll ausgestatte Wasserlabore eine Möglichkeit der Überprüfung dar, die es ermöglichen kann für ein Projekt in Frage kommende Produkte vor dem Einsatz zu überprüfen. In Hinblick auf die aktuelle globale Lage ist davon auszugehen, dass der Einsatz von HWTS Produkten auch zukünftig einen relevanten Beitrag zur Verbesserung von Wasserqualität auf Haushaltsebene liefern kann. Die systematische Bewertung diese Systems sowie Erfassung von Daten aus der Praxis bleibt also eine Aufgabe für die Zukunft.