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Título: Biosand filtration in household drinking water treatment
Autores: Young, Candice
Fecha: 2014
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Sanitory and Municipal
Descripción: Household water treatment technologies provide an interim solution to drinking water provision in areas which are not yet serviced by a continuous piped connection to a communal treated source. This is a critical problem in Amerindian communities in the Guyanese hinterland region, where remote location and low population density make improving environmental health infrastructure challenging. Biosand filtration is one promising household water treatment technology available for this purpose. The overall goal of this research was to better understand, and thus improve, the biosand filter for field operation. A field study was performed in the Amerindian community of St. Cuthbert's, Guyana. A questionnaire was implemented to determine risk factors for diarrhoeal disease, and water samples were taken from creeks and standpipes in the village and from stored drinking water in households. Serving drinking water by scooping from a bucket as opposed to pouring or using a tap or spigot was found to be a risk factor for illness, while having water piped to the household was associated with lower diarrhoeal disease rates. Post-collection water contamination was found to cause a significant decline in drinking water quality. Adoption and sustained use of biosand filters were compared to two other prominent household water treatment methods, that being the addition of hypochlorite solution and use of a safe water storage container, and ceramic candle filtration. It was found that in St. Cuthbert's bios and filters had moderate adoption (36%) but usage was not sustained (4%). Closing interviews revealed that people found the filters too large and heavy, did not trust them, and found them too difficult to use. The issue of the biosand filter's size and ease of use could be partially mitigated if it were possible to reduce the height of the sand column in the filter. The filter would also be easier to use if it was not necessary to add water every day. Experiments on laboratory columns representing biosand filters determined that although the sand layer in the filters was 55 cm deep, there is little additional benefit to each centimeter over 30 cm of filter depth, making a significant height reduction possible without compromising filter performance. Further column experiments determined that the common field practice of extending residence periods of biosand filters from the recommended one day to two or three days did not lead to a statistically significant reduction in the filter's ability to remove E. coli, but did lead to anaerobic conditions within the filter and a modified nitrogen profile in filter effluent. This may impact the taste of the filtered water. In cases where influent water has high initial nitrogen content this could lead to an exceedance of World Health Organization guidelines for nitrate and nitrite in drinking water. Although the design of biosand filters was based on the theory that a low standing head would cause intermittent operation of slow sand filters to match that of continuous operation, this research found that continuous operation of the biosand filter led to significantly improved removal of bacterial and viral indicators (3.7 log10 versus 1.7 log10 for E. coli, and 2.3 log10 versus 0.9 log10 for bacteriophage MS2).
Les technologies de traitement de l'eau à domicile offrent une solution temporaire pour alimenter en eau potable les zones non encore reliées à un réseau d'apport et de traitement de l'eau communautaire. C'est un problème critique pour les communautés de l'arrière-pays montagneux de la Guyane, où l'isolation géographique et la faible densité démographique rendent l'amélioration des infrastructures hydriques et sanitaires difficile. Le filtre à biosable est une technologie prometteuse pour le traitement de l'eau à domicile qui serait disponible pour pallier ces contraintes. L'objectif de cette recherche a été de mieux comprendre et d'améliorer le filtre à biosable pour son opération sur le terrain. Une étude sur le terrain, incluant la distribution des questionnaires dans la communauté et la prise d'échantillons d'eau, a été réalisée dans la communauté de St Cuthbert's en Guyane. Puiser de l'eau potable directement d'un sceau avec un récipient improvisé par opposition à avoir accès à de l'eau à partir d'un robinet s'est avéré comme étant un facteur à risque pour tomber malade. En revanche, l'accès à l'eau courante au domicile amenée par un réseau de tuyaux a été associé à des taux de maladies diarrhéiques plus faibles. La contamination de l'eau après sa collecte initiale s'est avérée comme étant un facteur causant une baisse significative de la qualité de l'eau potable. L'adoption et l'utilisation à long terme des filtres à biosable ont été comparées à celles de deux autres technologies répandues: l'ajout dans l'eau d'une solution hypochlorique combiné à l'utilisation de récipients sécuritaires d'entreposage de l'eau et la filtration à base de bougies céramiques. L'étude a montré que les filtres à biosable ont connu un taux d'adoption modéré (36%) mais que leur utilisation n'a pas été à long terme (4%). Des entrevues de fin d'étude ont indiqué que les habitants de ont trouvé les filtres à biosable larges et lourds, qu'ils ne leur ont pas fait confiance et, qu'ils ont trouvé leur utilisation difficile. Le problème des dimensions du filtre à biosable et de sa facilité d'utilisation pourrait être atténué s'il était possible de réduire la hauteur de la colonne de sable dans le filtre. Il serait aussi plus facile d'utiliser le filtre s'il n'était pas nécessaire d'y ajouter de l'eau chaque jour. Des essais en laboratoire ont déterminé que, même si la couche de sable dans le filtre a une profondeur de 55 cm, les bénéfices pour chaque centimètre additionnel de sable au-dessus de 30 cm sont minimes. Cela permettrait une réduction significative de la hauteur du filtre sans compromettre sa performance. D'autres essais ont déterminé que la pratique usuelle sur le terrain de prolonger le temps de résidence de l'eau dans les filtres à biosable, de la période recommandée d'un jour à deux ou trois jours, ne conduit pas à une diminution significative de la capacité du filtre à enlever les E. coli. Toutefois, cette pratique conduit à des conditions anaérobiques à l'intérieur du filtre et à un profil d'azote modifié dans l'effluent du filtre à cause de la nitrification. Cela pourrait avoir un impact sur le goût de l'eau filtrée. Dans les cas, où l'eau utilisée a un contenu initial d'azote élevé, les conditions anaérobiques pourraient conduire à un dépassement des recommandations de l'Organisation mondiale de la santé concernant le nitrate et le nitrite dans l'eau potable. La conception initiale des filtres à biosable a été basée sur la théorie que le maintien d'une charge hydraulique minimale permettrait aux filtres à sable lent opérant par intermittence de performer aussi bien que ceux opérant en continue. Toutefois, cette recherche a montré que l'opération continue des filtres à biosable a permis d'améliorer significativement la diminution des indicateurs bactériens et viraux (3.7 log10 versus 1.7 log10 pour E. coli, et 2.3 log10 versus 0.9 log10 pour MS2 bactériophage) par rapport aux filtres à sable lent à opération intermittente.
Idioma: en