Analysis of community based nature oriented surface water treatment ; Analyse gemeindebasierter naturnaher Oberflächenwasserbehandlung
In this thesis the development, implementation and analysis of a full scale pilot for drinking water supply is elaborated. The intention of the study lies in identifying and verifying methodologies, technologies and approaches which lead to the sustainable setup of water resource protection, water purification and distribution, with the aim of providing safe drinking water to all people in an area where the majority of the population currently does not have access to a safe drinking water source. The reasons for the lack of safe water provision are identified in the introductory chapter and are grouped into technical, social, environmental and economic challenges. Based on the identified problem, the objective of the study and the questions for which answers are to be elaborated are drafted in the second chapter. The third chapter outlines the research approach and methodologies for producing results. Accordingly the next chapter gives an overview of some water treatment technologies which are suitable for a community based water supply based on surface water, with the aim to identify a technology which ensures safe water reliably and can be set up and operated by members of a rural community. It should further make use of local resources and require as little chemicals and energy as possible so that O&M expenses are kept low. The situation in the identified pilot region is assessed in regards to the demography, geography, existing infrastructure, current water supply and future demand, as well as potential water resources and options for usage of renewable energy. The assurance of the attitude of the local population, their interests and expectations as well as contributions in regards to the development of a suitable water supply project is the next step in the baseline assessment. In the second part of the thesis a rainwater harvesting system feeding into a village pond and a near- natural treatment system consisting of sedimentation, roughing filtration, slow sand filtration and activated carbon filtration followed by disinfection is designed. The design includes the solar photovoltaic based energy provision for the pumps for water extraction and supply, the catchment area management for the water source as well as a setup for the online and offline monitoring of the performance of the treatment plant. The design reflects the actual implementation in the field. In the final part of the study the monitoring results on performance of the treatment system are analysed and conclusions for optimization of operation processes are elaborated in chapters 7 and 8. Chapter 9 evaluated the implemented solution in a comparison with the current situation, a conventional technology and a technologically advanced solution which is also set up at the pilot site. The comparison consists of the technical performance, socio-economic and environmental impacts as well as financial viability and views of stakeholders on these sustainability criteria. As a result it can be stated that a reliably working water treatment has been developed which is analysed to be more sustainable than conventional solutions in regards to performance and socio- economic and environmental aspects. It is more viable than advanced technologies from an economic point of view and generates more public benefits than all the compared solutions. It is however further concluded that none of the technological solutions will be implemented by pure market forces and that a political will and public intervention are required even for the most efficient and most affordable solution. Finally a brief outlook is given for further components of a sustainable water supply including distribution network, sanitation infrastructure, sewerage system, waste water treatment and energy recovery with a biogas plant. Details of the assessment methodologies, the monitoring data, design drawings and evaluation calculations are given in the appendices. ; In dieser Arbeit wird die Entwicklung, Umsetzung und Analyse eines Piloten im Originalmaßstab für die Trinkwasserversorgung erarbeitet. Die Absicht der Studie besteht darin, Methoden, Technologien und Ansätze zu identifizieren und zu verifizieren, die zu einem nachhaltigen Aufbau des Wasserressourcenschutzes, der Wasserreinigung und - verteilung führen, mit dem Ziel, allen Menschen in einem Gebiet, in dem die Mehrheit der Bevölkerung derzeit keinen Zugang zu einer sicheren Trinkwasserquelle hat. Die Gründe für den Mangel an sicherer Wasserversorgung sind im Einführungskapitel identifiziert und eingeteilt in technische, soziale, ökologische und ökonomische Herausforderungen. Auf der Grundlage des identifizierten Problems werden das Ziel der Studie und die Forschungsfragen im zweiten Kapitel elaboriert. Das dritte Kapitel beschreibt den Forschungsansatz und die Methoden zur Erarbeitung der Ergebnisse. Dementsprechend gibt das nächste Kapitel einen Überblick über einige Wasseraufbereitungstechnologien, die für eine gemeindebasierte Wasserversorgung auf der Basis von Oberflächenwasser geeignet sind, mit dem Ziel, eine Technologie zu identifizieren, die sicheres Wasser zuverlässig herstellt und von den Mitgliedern einer ländlichen Gemeinde aufgebaut und betrieben werden kann. Die Lösung sollte überdies von lokalen Ressourcen Gebrauch machen und so wenig Chemikalien und Energie wie möglich erfordern, damit die Wartungskosten niedrig gehalten werden. Die Situation in der identifizierten Pilotregion wird in Bezug auf Demographie, Geographie, bestehende Infrastruktur, aktuelle Wasserversorgung und zukünftige Nachfrage sowie mögliche Wasserressourcen und Möglichkeiten für den Einsatz erneuerbarer Energien beurteilt. Die Versicherung der Unterstützung der örtlichen Bevölkerung, ihrer Interessen und Erwartungen sowie deren Beiträge zur Entwicklung eines geeigneten Wasserversorgungsprojekts ist der nächste Schritt in der Baseline-Erkundung. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein Regenwasser-Ernte-System, das in einen Dorfteich befüllt, und ein nahezu natürliches Behandlungssystem bestehend aus Sedimentation, Roughing-Filtration, langsamer Sandfiltration und Aktivkohlefiltration und anschließender Desinfektion entwickelt. Das Design umfasst die Photovoltaik-basierte Energieversorgung für die Pumpen für die Wassergewinnung und -versorgung, das Einzugsgebietmanagement für die Wasserquelle sowie einen Aufbau für die Online- und Offline-Überwachung der Leistungsfähigkeit der Aufbereitungsanlage. Das beschrieben Design wurde so auch in Wirklichkeit umgesetzt. Im letzten Teil der Studie werden die Monitoring-Ergebnisse zur Leistungsfähigkeit des Behandlungssystems analysiert und in den Kapiteln 7 und 8 werden Schlussfolgerungen zur Optimierung von Betriebsprozessen erarbeitet. Kapitel 9 bewertet die umgesetzte Lösung im Vergleich zur aktuellen Situation, einer konventionellen Technologie und einer technologisch fortschrittlichen Lösung, die auch am Pilotstandort eingerichtet ist. Der Vergleich besteht aus der technischen Leistungsfähigkeit, den sozioökonomischen und ökologischen Auswirkungen sowie der finanziellen Tragfähigkeit und den Ansichten der Stakeholder zu diesen Nachhaltigkeitskriterien. Als Ergebnis kann festgestellt werden, dass eine zuverlässig arbeitende Wasseraufbereitung entwickelt wurde, die als nachhaltiger im Vergleich zu konventionelle Lösungen in Bezug auf Leistung und sozioökonomische und ökologische Aspekte gewertet werden kann. Sie ist machbarer als fortgeschrittene Technologien aus ökonomischer Sicht und generiert mehr öffentliche Vorteile als alle verglichenen Lösungen. Es wird jedoch weiter gefolgert, dass keine der technologischen Lösungen durch reine Marktkräfte umgesetzt wird und dass ein politischer Wille und eine öffentliche Intervention auch für die effizienteste und kostengünstigste Lösung erforderlich sind. Schließlich wird ein kurzer Ausblick auf weitere Komponenten einer nachhaltigen Wasserversorgung einschließlich des Leitungsnetzes, der Sanitärinfrastruktur, der Kanalisation, der Abwasserbehandlung und der Energierückgewinnung mit einer Biogasanlage gegeben. Einzelheiten der Bewertungsmethoden, die Überwachungsdaten, Konstruktionszeichnungen und Auswertungsberechnungen sind in den Anhängen enthalten. ; EC/FP7/308467/Energy efficient community based water treatment systems for deployment in India/ECO-INDIA
