Ontwikkeling van een technologie om de voorziening van voldoende regenwater van goede kwaliteit te verzekeren voor landelijke huishoudens

De beschikbaarheid van veilig drinkwater is een belangrijke bekommernis voor de internationale gemeenschap, met stijgend belang in het bijzonder in het licht van het veranderende klimaat. Klimaatsverandering leidt tot belangrijke onzekerheden voor de toegang tot veilig water in de toekomst, vooral in landelijke gemeenschappen die nu reeds worden geconfronteerd met onzekerheden in beschikbaarheid van water. Voor landen in ontwikkeling zoals Uganda vereist het volbrengen van de duurzame ontwikkelingsdoelstellingen (SDGs) een verandering in paradigma van gecentraliseerde watervoorziening naar gedecentraliseerde systemen, in het bijzonder in landelijke gebieden waar watervoorziening niet-bestaande is. In Uganda wordt dit bevestigd door de stagnatie van cijfers over toegang tot veilig water in de laatste 5 jaar.  In de meeste landelijke gebieden in Uganda gebruiken huishoudens ondiep grondwater afkomstig uit bronnen, waterputten, uitgegraven waterbronnen, en het opvangen van regenwater. Slechts een kleine fractie van de stedelijke bevolking is aangesloten op het nationale waternetwerk, en de overigen moeten vertrouwen op onbehandelde bronnen. Het opvangen van regenwater kan in deze context dus een belangrijke bijdrage leveren (en vooral in landelijke gebieden) voor het bereiken van SDG 6, die toegang tot veilig water voor iedereen vooropstelt tegen 2030.

Hoewel Uganda in 2005 een strategie uitgezet heeft voor opvang van regenwater, zijn er meerdere uitdagingen die het gebruik ervan als een veilige waterbron op huishoudelijk niveau hebben verhinderd. Mede daardoor was Uganda niet in staat om het millennium ontwikkelingsdoel te bereiken van 80% toegang tot veilig water tegen 2015. De belangrijkste uitdagingen voor het opvangen van regenwater zijn: ongeschikt type dak en onvoldoende oppervlak, onvoldoende opslagcapaciteit, veranderingen in regenval omwille van klimaatsverandering, en ongeschikte waterkwaliteit. Hoewel het werd aangetoond dat regenwater voldoet aan de normen van de WGO voor fysico-chemische parameters, is de microbiologische kwaliteit vaak beneden de WGO standaarden. Daarom moeten inspanningen om de opvang van regenwater te promoten als een veilige waterbron worden gecombineerd met het promoten van lage kost waterbehandelingsmethoden, die aangepast zijn voor landelijke huishoudens. Dit is niet het geval in Uganda, wat de inspanningen om de toegang tot veilig water te verhogen door opvang van regenwater heeft ondermijnd.

     In dit doctoraat werd de ontwikkeling van een technologische strategie beoogd om watervoorziening te garanderen met voldoende kwantiteit en kwaliteit door het opvangen van regenwater, voor landelijke huishoudens in Uganda. De specifieke doelstellingen hielden een evaluatie in van de huidige technologieën voor regenwateropvang in landelijke huishoudens; een inschatting van het effect van klimaatsverandering op het potentieel van opvangen van regenwater; een vergelijking van de kwaliteit van water verkregen in systemen voor regenwateropvang met water uit conventionele bronnen; een verkenning van het potentieel van het gebruik van artificiële oppervlakken voor het opvangen van neerslag voor huishoudelijk gebruik; en het ontwikkelen van een lage kost technologie voor de behandeling van drinkwater op huishoudelijk niveau. Kabarole district, in westelijk Uganda, werd gebruikt als gevalsstudie omdat deze regio bij de meest gunstige regenhoeveelheden krijgt in Uganda en daardoor het meeste potentieel heeft voor gebruik van regenwater.   

Een bevraging van huishoudens die willekeurig warden geselecteerd werd gebruikt om de bestaande technologieën voor opvangen van regenwater te documenteren, en de percepties van lokale gemeenschappen tegenover opvangen van regenwater in te schatten. Om het effect van klimaatsverandering op het potentieel voor opvangen van regenwater in te schatten werden de zes beste modellen voor klimaatsverandering (Global circulation models, GCMs) toegepast om een model op te stellen voor de waterbalans, waarin voorspellingen worden gemaakt voor beschikbaarheid van regenwater voor de periodes 2025-2055 (2040s) en 2060-2090 (2070s). De GCMs gebruikt voor de voorspellingen van regenval voor de periodes 2025–2055 en 2060–2090 waren ACCESS1-0, BCC-CSM-1-M, CNRM-CM5, HADGEM2-CC, HADGEM2-ES en MIROC5. De analyse was gebaseerd op de Ugandese seizoenen: maart, april, mei (MAM) en september, oktober, november (SON) als regenseizoenen, en december, januari, februari (DJF) en juni, juli, augustus (JJA) als droge seizoenen. De vergelijking van waterkwaliteit tussen opvangsystemen voor regenwater en conventionele waterbronnen werd uitgevoerd via een sanitaire risicoscore en laboratorium analyses van 362 waterstalen uit verschillende bronnen van water. De geteste parameters waren pH, turbiditeit, opgeloste zuurstof en Escherichia coli (E. coli). Om het potentieel van artificiële oppervlakken na te gaan voor opvangen van regenwater werd een volledig gerandomiseerd blok experimenteel design opgezet met drie replica’s op een helling van 1%, 3% en 5%. De behandelingen voor de oppervlakken waren als volgt: was op aarde (W), was op zand (WS), was op gravel (WG), was op as van rijstvliesjes (WA) en een onbehandeld oppervlak met kort gras (C). De behandelingen werden geëvalueerd zowel voor hoeveelheden als voor waterkwaliteit, voor een periode van een jaar. Voor de ontwikkeling van een lage kost waterbehandelingssysteem werd het potentieel van integreren van Moringa Oleifera in een emmerfilter, door het opzetten van een hybride systeem dat zo efficiënt als een conventionele biozand filter (CBSF) dient te zijn, maar met lagere kost, en met een lager gewicht. Dit werd onderzocht op laboratoriumschaal.

De resultaten geven aan dat informele systemen voor het opvangen van regenwater meer gangbaar zijn in Kabarole district dan formele systemen, vooral omwille van de hoge initiële kapitaalsinvesteringen. Een analyse van de microbiële kwaliteit van systemen voor opvang van regenwater toont aan dat er geen significante verschillen zijn tussen de microbiële kwaliteit van regenwater (zowel van formele als van informele systemen) en andere verbeterde waterbronnen zoals waterputten, standkranen, beschermde bronnen en zwaartekracht stromingssystemen. De studie toonde ook aan dat de hoeveelheden verkregen in opvangsystemen en de beschikbaarheid ervan tijdens het jaar negatief worden beïnvloed door klimaatsverandering, in het bijzonder voor huishoudens meteen klein dakoppervlak en een lage opslagcapaciteit. Hoewel verschillende modellen elkaar soms tegenspreken, volgt uit alle modellen in het algemeen dat de verkregen hoeveelheden water en hun beschikbaarheid verminderen in de DJF en MAM seizoenen, en vermeerderen in de JJA en SON seizoenen. Het MAM regenseizoen zal het meest worden beïnvloed, met de beschikbaarheid van water die kan worden gereduceerd met meer dan 50% in de 2070s periode. Daarom moeten huishoudens het verhoogde potentieel om regenwater op te vangen in JJA en SON gebruiken om de voorspelde vermindering in de MAM en DJF seizoenen op te vangen, in het bijzonder voor de 2070s periode. De studie beveelt een optimale dakoppervlakte van 50 m2 of meer aan, en een tank volume van 5 m3. De evaluatie van paraffine was als een geschikte behandeling voor oppervlakken met het oog op het opvangen van water toont aan dat paraffine was op gravel veel potentieel heeft, met een efficiëntie gaande van 56 tot 93%. Alle fysicochemische parameters waren binnen de richtlijnen van de WGO, terwijl E. coli contaminatie werd waargenomen in sommige gevallen, wat de noodzaak aangeeft voor behandeling vooraleer het water wordt geconsumeerd. De ontwikkeling van een emmerfilter en een Moringa oleifera hybride systeem toonden aan dat hoewel het systeem efficiënt was in de vermindering van turbiditeit, organische stoffen en pH, de bacteriële log10 reductie niet voldeed aan de WGO standaarden. De E.coli verwijderingsefficiëntie van het hybride systeem varieerde van 81 tot 98%, wat hoog is maar onvoldoende is voor drinkwater. Het voordeel van het hybride systeem is dat het slechts 15-20 kg weegt, vergeleken met 230 kg voor de CBSF. De initiële kost van de CBSF was meer dan het dubbele van de kost van het hybride systeem. Hoewel meer onderzoek nodig is om de filter operationeel te maken, bidet deze studie een basis voor de verdere ontwikkeling van de filter.

Een aanbeveling van dit onderzoek is dat huishoudens formele systemen gebruiken, zelfs als de opslagcapaciteit laag is. Dit is de beste garantie voor het beschermen van opgevangen regenwater tegen contaminatie, omdat er minder blootstelling is aan invloeden van buitenaf. Het wordt ook aanbevolen om spoelsystemen te gebruiken (‘first flush’) in opvangsystemen. De eerste hoeveelheid water die wordt opgevangen is meestal meer verontreinigd, en is daardoor onmiddellijk verwijderd uit de tank. Het wordt ook aanbevolen dat huishoudens met formele opvangsystemen onderhoud uitvoeren in routine, om het risico van contaminatie te verminderen. Voor het optimaliseren van de opvang van regenwater voor landelijke huishoudens, vooral met het oog op klimaatsverandering, moet de dakoppervlakte minstens 50 m2 zijn; een tankvolume van 5 m3 is voldoende.  Dit garandeert dat huishoudens voorzien zijn van voldoende water, zelfs tijdens periodes van droogte. Voor huishoudens met onvoldoende dakoppervlak is er potentieel voor alternatieve opvangmethodes op hellingen. Er is een verdere nood om andere oppervlakken voor opvang te onderzoeken naast paraffine was, die goedkoper zijn maar even effectief. Hoewel het hybride systeem met een zandfilter en Moringa Oleifera veelbelovend is, is er een nood om verder onderzoek te verrichten met kleinere korrelgrootten van het zand om de microbiële efficiëntie van het hybride systeem te verhogen. Ook moet dit hybride system worden vergeleken met andere systemen die momenteel in gebruik zijn.