Bridging Gaps in the Agricultural Phosphorus Cycle from an Animal Husbandry Perspective—The Case of Pigs and Poultry

Publication history: Accepted - 29 May 2018; Published online - 1 June 2018Since phosphorus (P) is an essential element for life, its usage and application across agricultural production systems requires great attention. Monogastric species such as pigs and poultry can significantly contribute to global food security but these animals remain highly dependent on the supply of mineral inorganic P in their feeds. Pig and poultry, which represent 70% of the global meat production, are also major P excretors and thus represent important sources of environmental P inputs. Balancing the P cycle within farming systems is crucial to achieve P sustainable and resilient livestock production. Therefore, the interconnection of animal feed, livestock farming, manure, and soil/aquatic ecosystems requires multidisciplinary approaches to improve P management. With regard to a sustainable agricultural P cycle, this study addresses aspects of feeding strategies and animal physiology (e.g., phase feeding, P conditioning, liquid feeding, phytase supplementation, genetics), soil agroecosystems (e.g., P cycling, P losses, P gains), reuse and recycling (e.g., manure, slaughter waste), measures of farmers’ economic performance (e.g., bio-economic models), and P governance/policy instruments (e.g., P quota, P tax). To reconcile the economic and ecological sustainability of animal husbandry, the strategic objective of future research will be to provide solutions for a sufficient supply of high-quality animal products from resource-efficient and economically competitive agro-systems which are valued by society and preserve soil and aquatic ecosystems.: This work was partly funded by the Leibniz Science Campus Phosphorus Research Rostock and has received funding from the European Research Association Networks (ERA-NETs) Cofunds Sustainable Animal Production (SusAn) as part of the PEGaSus project (2817ERA02D). The Leibniz Institute for Farm Animal Biology (FBN) provided own matched funding. Department of Animal Science, Aarhus University covered some of the expenditures for running the pig experiments. The publication of this article was funded by the Open Access Fund of the Leibniz Association and the Open Access Fund of the Leibniz Institute for Farm Animal Biology (FBN)

Evaluating the circular economy for sanitation: Findings from a multi-case approach

Addressing the lack of sanitation globally is a major global challenge with 700 million people still practicing open defecation. Circular Economy (CE) in the context of sanitation focuses on the whole sanitation chain which includes the provision of toilets, the collection of waste, treatment and transformation into sanitation-derived products including fertiliser, fuel and clean water. After a qualitative study from five case studies across India, covering different treatment technologies, waste-derived products, markets and contexts; this research identifies the main barriers and enablers for circular sanitation business models to succeed. A framework assessing the technical and social system changes required to enable circular sanitation models was derived from the case studies. Some of these changes can be achieved with increased enforcement, policies and subsidies for fertilisers, and integration of sanitation with other waste streams to increase its viability. Major changes such as the cultural norms around re-use, demographic shifts and soil depletion would be outside the scope of a single project, policy or planning initiative. The move to CE sanitation may still be desirable from a policy perspective but we argue that shifting to CE models should not be seen as a panacea that can solve the global sanitation crisis. Delivering the public good of safe sanitation services for all, whether circular or not, will continue to be a difficult task

Exploring the circular economy of urban organic waste in sub-Saharan Africa: opportunities and challenges

Globally, there is increasing awareness of the importance of applying circular economy principles to the management of organic waste streams through resource recovery. In the urban areas of sub-Saharan Africa which are going to host a significant part of population growth over the next three decades, this is especially relevant. Circular economy approaches for sanitation and waste management can provide incentives to improve infrastructure and consequently contribute resources for water, energy and food that power urban livelihoods. This thesis is situated at the intersection of the circular economy on one hand and sanitation and waste management systems on the other. It aims to contribute to knowledge about the circular economy by investigating the potential contribution of resource-oriented urban sanitation and waste management towards the implementation of a circular economy in sub-Saharan Africa and the opportunities and challenges thereof. In pursuit of the above aim, the thesis employs a mixed methods approach and is operationalized in two case study locations: Kampala (Uganda) and Naivasha (Kenya). The findings reveal the quantities of resource recovery products like biogas, compost and black soldier fly larvae that can be obtained from the organic waste streams collected in a large city, demonstrate the viability of valorizing dried faecal sludge as a solid fuel for industrial applications, and identify the factors that facilitate or impede the governance capacity to implement circular economy approaches to the management of organic waste streams in urban areas in sub-Saharan Africa. The methods used for quantifying the potential for valorizing organic waste streams and for assessing governance capacity demonstrate approaches that could be applied in other urban contexts with interest in implementing circular economy principles. The discussion highlights some key implications of these findings for sanitation and waste management practices, arguing that it is time for a shift in sub-Saharan Africa from designing sanitation and waste management systems for disposal to designing them for resource recovery.Globalt ökar medvetenheten om vikten av att tillämpa principer för cirkulär ekonomi för att hantera organiska avfallsströmmar genom resursåtervinning. I de urbana områdena i Subssahariska Afrika är detta särskilt relevant, då dessa förväntas stå för en betydande del av befolkningsökningen under de kommande tre decennierna. En mer cirkulärekonomi för sanitet och avfallshantering kan ge incitament för att förbättra infrastrukturen och därmed bidra med resurser till produktion av vatten, energi och mat som driver städernas försörjning. Denna licentiatuppsats befinner sig i skärningspunkten mellan cirkulär ekonomi å ena sidan och sanitets- och avfallshanteringssystem å andra sidan. Syftet är att bidra med kunskap om cirkulär ekonomi genom att undersöka potentialen för resursorienterad stadssanitet och avfallshantering att bidra till genomförandet av cirkulär ekonomi i Subsahariska Afrika, samt dess möjligheter och utmaningar. För att uppnå ovanstående syfte används flera olika metoder och genomförs i två fallstudiestäder: Kampala i Uganda respektive Naivasha i Kenya. Resultaten visar på de mängder av resursåtervinningsprodukter som biogas, kompost och svarta soldatflugelarver som kan erhållas från organiska avfallsströmmar som samlas in i en stor stad. Dessutom visar resultaten livskraftigheten för att valorisera torkat avföringsslam som ett fast bränsle för industriella tillämpningar. Slutligen identifierar resultaten faktorer som underlättar eller hindrar styrningskapaciteten för att genomföra cirkulär ekonomi-strategier för hantering av organiska avfallsströmmar i stadsområden i Subsahariska Afrika. Metoderna som används för att kvantifiera potentialen att valorisera organiska avfallsströmmar och  att utvärdera styrningskapacitet är metoder som kan tillämpas i andra urbana sammanhang där det finns intresse för att genomföra cirkulära ekonomiska principer. Diskussionen belyser några viktiga konsekvenser av dessa fynd för sanitets- och avfallshanteringspraxis och argumenterar för att det är dags för en övergång i SSA från att utforma sanitets- och avfallshanteringssystem för bortskaffande till att utforma dem för resursåtervinning.QC 20200513UrbanCircle: Urban Waste into Circular Economy Benefit

Exploring the circular economy of urban organic waste in sub-Saharan Africa: opportunities and challenges

Globally, there is increasing awareness of the importance of applying circular economy principles to the management of organic waste streams through resource recovery. In the urban areas of sub-Saharan Africa which are going to host a significant part of population growth over the next three decades, this is especially relevant. Circular economy approaches for sanitation and waste management can provide incentives to improve infrastructure and consequently contribute resources for water, energy and food that power urban livelihoods. This thesis is situated at the intersection of the circular economy on one hand and sanitation and waste management systems on the other. It aims to contribute to knowledge about the circular economy by investigating the potential contribution of resource-oriented urban sanitation and waste management towards the implementation of a circular economy in sub-Saharan Africa and the opportunities and challenges thereof. In pursuit of the above aim, the thesis employs a mixed methods approach and is operationalized in two case study locations: Kampala (Uganda) and Naivasha (Kenya). The findings reveal the quantities of resource recovery products like biogas, compost and black soldier fly larvae that can be obtained from the organic waste streams collected in a large city, demonstrate the viability of valorizing dried faecal sludge as a solid fuel for industrial applications, and identify the factors that facilitate or impede the governance capacity to implement circular economy approaches to the management of organic waste streams in urban areas in sub-Saharan Africa. The methods used for quantifying the potential for valorizing organic waste streams and for assessing governance capacity demonstrate approaches that could be applied in other urban contexts with interest in implementing circular economy principles. The discussion highlights some key implications of these findings for sanitation and waste management practices, arguing that it is time for a shift in sub-Saharan Africa from designing sanitation and waste management systems for disposal to designing them for resource recovery.Globalt ökar medvetenheten om vikten av att tillämpa principer för cirkulär ekonomi för att hantera organiska avfallsströmmar genom resursåtervinning. I de urbana områdena i Subssahariska Afrika är detta särskilt relevant, då dessa förväntas stå för en betydande del av befolkningsökningen under de kommande tre decennierna. En mer cirkulärekonomi för sanitet och avfallshantering kan ge incitament för att förbättra infrastrukturen och därmed bidra med resurser till produktion av vatten, energi och mat som driver städernas försörjning. Denna licentiatuppsats befinner sig i skärningspunkten mellan cirkulär ekonomi å ena sidan och sanitets- och avfallshanteringssystem å andra sidan. Syftet är att bidra med kunskap om cirkulär ekonomi genom att undersöka potentialen för resursorienterad stadssanitet och avfallshantering att bidra till genomförandet av cirkulär ekonomi i Subsahariska Afrika, samt dess möjligheter och utmaningar. För att uppnå ovanstående syfte används flera olika metoder och genomförs i två fallstudiestäder: Kampala i Uganda respektive Naivasha i Kenya. Resultaten visar på de mängder av resursåtervinningsprodukter som biogas, kompost och svarta soldatflugelarver som kan erhållas från organiska avfallsströmmar som samlas in i en stor stad. Dessutom visar resultaten livskraftigheten för att valorisera torkat avföringsslam som ett fast bränsle för industriella tillämpningar. Slutligen identifierar resultaten faktorer som underlättar eller hindrar styrningskapaciteten för att genomföra cirkulär ekonomi-strategier för hantering av organiska avfallsströmmar i stadsområden i Subsahariska Afrika. Metoderna som används för att kvantifiera potentialen att valorisera organiska avfallsströmmar och  att utvärdera styrningskapacitet är metoder som kan tillämpas i andra urbana sammanhang där det finns intresse för att genomföra cirkulära ekonomiska principer. Diskussionen belyser några viktiga konsekvenser av dessa fynd för sanitets- och avfallshanteringspraxis och argumenterar för att det är dags för en övergång i SSA från att utforma sanitets- och avfallshanteringssystem för bortskaffande till att utforma dem för resursåtervinning.QC 20200513UrbanCircle: Urban Waste into Circular Economy Benefit

Implementing resource recovery from urban organic waste in low- and middle-income countries : Tools to support planners and policy makers

Globally, there is increasing awareness of the importance of applying circular economy principles to the management of organic waste streams through resource recovery. This is especially relevant in urban areas of low- and middle-income countries which are going to host a significant part of population growth over the next few decades. Circular economy approaches for sanitation and waste management can provide incentives to improve infrastructure and consequently contribute resources for water, energy and food that power urban livelihoods.  This thesis aims to contribute new knowledge, methods and tools that are applicable as decision support for the planning and implementation of circular approaches to the management of organic waste streams. The research questions in the thesis focus on three aspects of resource recovery from organic waste streams; (1) how decision support tools estimate its potential to contribute to a circular economy, (2) the governance conditions that facilitate or impede its implementation, and (3) its sustainability implications. The research in this thesis employed a mixed methods approach including literature reviews, semi-structured interviews, field observations, workshops, quantitative modelling, diagnostic governance assessment, scenarios as well as quantitative and qualitative sustainability assessment. The research was operationalized in three case study locations: Chía (Colombia), Kampala (Uganda) and Naivasha (Kenya).  The findings reveal the quantities of resource recovery products like biogas, compost and black soldier fly larvae that can be obtained from the organic waste streams collected in a large city, as well as the available decision support tools that can be used to address various aspects of resource recovery in sanitation systems. In the case study locations of Naivasha and Chía, the existence of entrepreneurial initiatives for resource recovery, the available platforms for collaboration among relevant local stakeholders and the relative affordability of resource recovery products are highlighted as factors enhancing governance capacity to implement resource recovery from organic streams. On the other hand, the inadequacy of monitoring and evaluation systems and the relatively low availability and transparency of information emerged as some of the factors impeding governance capacity. Through a framework that is developed and applied to the Naivasha case, the thesis also identifies the environmental gains that can be made from implementing resource recovery from organic waste streams, as well as the potential negative social impacts that need to be mitigated by local stakeholders. The extent to which various decision support tools address the sustainability implications of resource recovery from sanitation systems is also discussed. By providing new insights on resource recovery from organic waste streams in the case study locations, the tools and frameworks in this research demonstrate approaches that can be applied in a policy and practice context to offer decision support for the implementation of resource recovery from organic waste streams. This is particularly relevant for urban areas in low- and middle-income countries whose stakeholders wish to explore the potential of resource recovery from their organic waste streams, to undertake a diagnostic assessment of their governance capacity and to assess the sustainability implications of implementing more circular approaches in their sanitation and waste management systems.Det finns en ökad medvetenhet globalt om vikten av att genom resursåtervinning tillämpa principerna för cirkulär ekonomi vid hantering av organiska avfallsströmmar. Detta är särskilt relevant i urbana områden i låg- och medelinkomstländer, som väntas stå för en betydande del av befolkningstillväxten de närmaste decennierna. Införande av cirkulära sanitets- och avfallssystem kan leda till förbättringar och utbyggnad av nödvändig infrastruktur och kan bidra till städernas försörjning av vatten, energi och livsmedel. Denna avhandling syftar till att bidra med ny kunskap, metoder och verktyg som kan tillämpas och därmed ge beslutsstöd vid planering och införande av kretsloppsbaserade processer för organiska avfallsströmmar. Forskningsfrågorna i avhandlingen fokuserar på tre aspekter av resursåtervinning från organiska avfallsströmmar; (1) beslutsstödjande verktyg som ger en uppskattning av hur stort det potentiella bidraget till en cirkulär ekonomi är, (2) hur olika omständigheter när det gäller styrning och förvaltning underlättar eller försvårar ett införande, och (3) hållbarhetskonsekvenser av införandet. En kombination av metoder och metodiker har använts: litteraturöversikter, semistrukturerade intervjuer, fältobservationer, workshops, kvantitativ modellering, diagnostisk styrningsbedömning, scenarier samt kvantitativ och kvalitativ hållbarhetsbedömning. Vidare har tre fallstudier genomförts inom ramen för avhandlingen: i Chía (Colombia), Kampala (Uganda) och Naivasha (Kenya). Resultaten visar att en mängd olika återvinningsprodukter, däribland biogas, kompost och fluglarver, kan skapas från urbana avfallsströmmar. Därutöver innehåller resultaten en sammanställning av tillgängliga beslutsstödjande verktyg för att hantera olika aspekter av resursåtervinning i sanitetssystem. Från fallstudierna i Naivasha och Chía framstår förekomsten av initiativ från entreprenörer, tillgängliga plattformar för samarbete mellan relevanta lokala intressenter samt de relativt överkomliga priserna för resursåtervinningsprodukter som positiva faktorer för en kretsloppsinriktad avfallsförvaltning. Å andra sidan var systemen för uppföljning och utvärdering otillräckliga, och detta tillsammans med bristen på tillgänglig information och transparens var några av de faktorer som ansågs begränsa möjligheterna med en kretsloppsinriktad avfallsförvaltning. Genom ett hållbarhetsramverk som utvecklades och tillämpades i fallstudien i Naivasha identifierar avhandlingen de betydande miljövinster som kan göras genom resursåtervinning, såväl som potentiella negativa sociala effekter som bör beaktas av lokala aktörer. I vilken utsträckning olika beslutsstödjande verktyg beaktar hållbarhetskonsekvenserna av resursåtervinning från sanitetssystem diskuteras också. Insikterna kring viktiga aspekter av resursåtervinning från fallstudierna, samt verktygen och ramverken som utvecklats genom denna forskning, kan tillämpas både inom policyutveckling och rent praktiskt vid införande av resursåtervinning från organiska avfallsflöden. Detta är särskilt relevant i urbana områden i låg- och medelinkomstländer där beslutsfattare och planerare vill utforska potentialen för resursåtervinning från organiska avfallsströmmar, utvärdera förvaltningskapaciteten och bedöma hållbarhetskonsekvenserna av mer kretsloppsinriktade sanitets- och avfallssystem.Duniani, kuna ongezeko la ufahamu wa umuhimu wa kutumia kanuni za uchumi mzunguko kwa usimamizi wa vijito vya taka za kikaboni kupitia urejeshi wa rasilimali. Hii ni muhimu haswa katika miji ya nchi za mapato ya chini na kati ambayo yatakuwa naasilimia kubwa ya ongezeko la idadi ya watu katika miongo kadhaa zijazo. Mbinu ya mazingira safi na usimamizi wa takataka katika uchumi mzunguko unaweza kutoa motisha wa kuboresha miundombinu na hivyo kuchangia katika upatikanaji wa rasilimali za maji, nishati na chakula ambazo huimarisha maisha ya mijini.  Lengo la tasnifu hii ni kuchangia maarifa mapya, mbinu na zana zinazotumika kusaidia uamuzi kwa ajili ya kupanga na kutekeleza mbinu za mzunguko za usimamizi wa wa vijito vya taka za kikaboni. Maswali ya utafiti katika tasnifu hii yanatilia maanani sehemu tatu za urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya takataka; (1) jinsi zana za usaidizi wa maamuzi yanakadiria uwezo wa kuchangia kwa uchumi mzunguko, (2) masharti ya   utawala yanayowezesha au kuzuia utekelezaji wake, na (3) athari zake za uendelevu. Utafiti katika tasnifu hii ulitumia njia ya mbinu mchanganyiko kama vile mapitio la maandiko, mahojiano ya nusu-muundo, uchunguzi wa nyanjani, warsha, uundaji wa kielelezo wa kiasi, tathmini ya utawala wa uchunguzi, matukio pamoja na tathmini ya uendelevu wa ubora na kiwango. Pia ilitekelezwa katika maeneo tatu ya utafiti: Chia (Kolombia), Kampala (Uganda), Naivasha (Kenya).  Matokeo yanaonyesha kiwango cha bidhaa ya urejeshi wa rasilimali kama biogesi, mbolea na mabuu ya mdudu wa askari mweusi inayoweza kupatikana kutoka kwa vijito vya taka ya kikaboni iliyokusanywa katika mji mkubwa, pamoja na zana za usaidizi wa maamuzi zinazoweza kutumika kuangazia sehemu mbalimbali ya urejeshi wa rasilimali katika mifumo ya usafi wa mazingira. Katika maeneo ya utafiti ya Naivasha na Chia, kuwepo kwa mipango ya ujasiriamali ya urejeshi wa rasilimali, jukwaa zinazopatikana kwa ushirikiano kati ya wadau husika na beinafuu ya bidhaa za urejeshi wa rasilimali zinaangaziwakama sababu za kuimarisha utawala wa kutekeleza urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya kikaboni.  Kwa upande mwingine, upungufu wa mifumo ya ufuatiliaji na tathmini na upungufu wa habari na uwazi ulionekana kama baadhi ya sababu zinazozuia uwezo wa utawala.  Kwa njia ya mfumo uliotengenezwa na kutumika kwa kesi ya Naivasha, tasnifu hii pia inatambua manufaa kwa mazingira yanayowezakupatikana kutokana na utekelezaji wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya taka za kikaboni, pamoja na athari mbaya za kijamii ambazo zinahitajika kupunguzwa na wadau wa ndani. Kiwango ambacho zana mbalimbali za usaidizi wa maamuzi zinakabiliana na athari endelevu za urejeshii wa rasilimali kutoka kwa mifumo ya maji taka pia unazungumziwa. Kwa kupeana utambuzi mpya wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya taka za kikaboni katika maeneo ya utafiti, zana na mifumo katika utafiti huu zinaonyesha mbinu ambazo zinaweza kutumika katika mazingira ya sera na utenda kazi ili kusaidia maamuzi kwa utekelezaji wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya taka za kikaboni. Hii ina umuhimu  haswa kwa miji katika nchi za kipato ya chini na kati ambapo washikadau wangependa kuchunguza uwezekano wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vyao vya taka za kikaboni, kufanyatathmini ya uchunguzi wa uwezo wao wa utawala na kutathmini athari za uendelevu za utekelezaji wa mbinu zaidi ya mzunguko katika mifumo yao ya usafi wa mazingira na kudhibiti taka.A nivel mundial, existe un creciente interés sobre la importancia de aplicar los principios de la economía circular a la gestión de los flujos de residuos orgánicos a través de la recuperación de recursos. Esto es especialmente relevante en las zonas urbanas de los países de bajo y mediano ingreso donde una parte significativa de la población mundial estará establecida en las próximas décadas. Los enfoques de economía circular para el saneamiento y la gestión de residuos sólidos pueden proporcionar incentivos para mejorar la infraestructura y, en consecuencia, contribuir con recursos para el agua, la energía y los alimentos que impulsan los medios de vida urbanos.  Esta tesis tiene como objetivo aportar nuevos conocimientos, métodos y herramientas que sirvan de apoyo durante la toma de decisiones para la planificación e implementación de enfoques circulares en la gestión de flujos de residuos orgánicos. Las preguntas de investigación se centran en tres aspectos de la recuperación de recursos a partir de flujos de residuos orgánicos; (1) cómo las herramientas de apoyo para la toma de decisiones estiman su potencial para contribuir a una economía circular, (2) las condiciones de gobernanza que facilitan o impiden su implementación, y (3) las implicaciones de sostenibilidad de la implementación de enfoques circulares en los sistemas de saneamiento y gestión de desechos. La investigación en esta tesis empleó un enfoque de métodos mixtos donde se incluyó revisión de literatura, entrevistas semiestructuradas, observaciones de campo, talleres, modelos cuantitativos, evaluación diagnóstica de gobernanza y escenarios, así como una evaluación cuantitativa y cualitativa de sostenibilidad. Asimismo, el trabajo se implementó en tres casos de estudio: Chía (Colombia), Kampala (Uganda) y Naivasha (Kenia).  Los hallazgos revelan las cantidades de productos de recuperación de recursos como biogás, compost y larvas de mosca soldado-negra que se pueden obtener de los flujos de desechos orgánicos recolectados en los centros urbanos de los casos de estudio elegidos, así como las herramientas de apoyo a la toma de decisiones disponibles para abordar diversos aspectos de la recuperación de recursos en los sistemas de saneamiento. En las ubicaciones de Naivasha y Chía, la existencia de iniciativas empresariales para la recuperación de recursos, las plataformas disponibles para la colaboración entre las partes interesadas locales pertinentes y la relativa asequibilidad de los productos de recuperación de recursos orgánicos se destacan como factores que mejoran la capacidad de gobernanza para implementar la recuperación de recursos a partir de flujos orgánicos. Por otra parte, la insuficiencia de los sistemas de supervisión y evaluación y la relativamente baja disponibilidad y transparencia de la información surgieron como algunos de los factores que impiden la capacidad de gobernanza. A través de un marco desarrollado y aplicado al caso de Naivasha, la tesis también identifica las ganancias ambientales que se pueden obtener de la implementación de recuperación de recursos de los flujos de desechos orgánicos, así como los posibles impactos negativos a nivel social que deben ser mitigados por las partes locales interesadas. También se discute la medida en que las diversas herramientas de apoyo para la toma de decisiones abordan las implicaciones de sostenibilidad de la recuperación de recursos de los sistemas de saneamiento. Al proporcionar nuevos conocimientos sobre la recuperación de recursos a partir de flujos de desechos orgánicos en las ubicaciones de los casos de estudio, las herramientas y marcos desarrollados en esta investigación demuestran enfoques que se pueden aplicar en un contexto de políticas y prácticas para apoyar la toma de decisiones en la implementación de la recuperación de recursos a partir de flujos de desechos orgánicos. Esto es particularmente relevante para las zonas urbanas de los países de bajo y mediano ingreso cuyas partes interesadas desean explorar el potencial de la recuperación de recursos provenientes de los flujos de sus desechos orgánicos, realizar una evaluación diagnóstica de su capacidad de gobernanza, y evaluar las implicaciones de sostenibilidad de la implementación de enfoques más circulares en sus sistemas de saneamiento y gestión de desechos.QC 2022-04-19UrbanCircle: Urban Waste into Circular Economy Benefit

Exploring the circular economy of urban organic waste in sub-Saharan Africa: opportunities and challenges

Globally, there is increasing awareness of the importance of applying circular economy principles to the management of organic waste streams through resource recovery. In the urban areas of sub-Saharan Africa which are going to host a significant part of population growth over the next three decades, this is especially relevant. Circular economy approaches for sanitation and waste management can provide incentives to improve infrastructure and consequently contribute resources for water, energy and food that power urban livelihoods. This thesis is situated at the intersection of the circular economy on one hand and sanitation and waste management systems on the other. It aims to contribute to knowledge about the circular economy by investigating the potential contribution of resource-oriented urban sanitation and waste management towards the implementation of a circular economy in sub-Saharan Africa and the opportunities and challenges thereof. In pursuit of the above aim, the thesis employs a mixed methods approach and is operationalized in two case study locations: Kampala (Uganda) and Naivasha (Kenya). The findings reveal the quantities of resource recovery products like biogas, compost and black soldier fly larvae that can be obtained from the organic waste streams collected in a large city, demonstrate the viability of valorizing dried faecal sludge as a solid fuel for industrial applications, and identify the factors that facilitate or impede the governance capacity to implement circular economy approaches to the management of organic waste streams in urban areas in sub-Saharan Africa. The methods used for quantifying the potential for valorizing organic waste streams and for assessing governance capacity demonstrate approaches that could be applied in other urban contexts with interest in implementing circular economy principles. The discussion highlights some key implications of these findings for sanitation and waste management practices, arguing that it is time for a shift in sub-Saharan Africa from designing sanitation and waste management systems for disposal to designing them for resource recovery.Globalt ökar medvetenheten om vikten av att tillämpa principer för cirkulär ekonomi för att hantera organiska avfallsströmmar genom resursåtervinning. I de urbana områdena i Subssahariska Afrika är detta särskilt relevant, då dessa förväntas stå för en betydande del av befolkningsökningen under de kommande tre decennierna. En mer cirkulärekonomi för sanitet och avfallshantering kan ge incitament för att förbättra infrastrukturen och därmed bidra med resurser till produktion av vatten, energi och mat som driver städernas försörjning. Denna licentiatuppsats befinner sig i skärningspunkten mellan cirkulär ekonomi å ena sidan och sanitets- och avfallshanteringssystem å andra sidan. Syftet är att bidra med kunskap om cirkulär ekonomi genom att undersöka potentialen för resursorienterad stadssanitet och avfallshantering att bidra till genomförandet av cirkulär ekonomi i Subsahariska Afrika, samt dess möjligheter och utmaningar. För att uppnå ovanstående syfte används flera olika metoder och genomförs i två fallstudiestäder: Kampala i Uganda respektive Naivasha i Kenya. Resultaten visar på de mängder av resursåtervinningsprodukter som biogas, kompost och svarta soldatflugelarver som kan erhållas från organiska avfallsströmmar som samlas in i en stor stad. Dessutom visar resultaten livskraftigheten för att valorisera torkat avföringsslam som ett fast bränsle för industriella tillämpningar. Slutligen identifierar resultaten faktorer som underlättar eller hindrar styrningskapaciteten för att genomföra cirkulär ekonomi-strategier för hantering av organiska avfallsströmmar i stadsområden i Subsahariska Afrika. Metoderna som används för att kvantifiera potentialen att valorisera organiska avfallsströmmar och  att utvärdera styrningskapacitet är metoder som kan tillämpas i andra urbana sammanhang där det finns intresse för att genomföra cirkulära ekonomiska principer. Diskussionen belyser några viktiga konsekvenser av dessa fynd för sanitets- och avfallshanteringspraxis och argumenterar för att det är dags för en övergång i SSA från att utforma sanitets- och avfallshanteringssystem för bortskaffande till att utforma dem för resursåtervinning.QC 20200513UrbanCircle: Urban Waste into Circular Economy Benefit

Implementing resource recovery from urban organic waste in low- and middle-income countries : Tools to support planners and policy makers

Globally, there is increasing awareness of the importance of applying circular economy principles to the management of organic waste streams through resource recovery. This is especially relevant in urban areas of low- and middle-income countries which are going to host a significant part of population growth over the next few decades. Circular economy approaches for sanitation and waste management can provide incentives to improve infrastructure and consequently contribute resources for water, energy and food that power urban livelihoods.  This thesis aims to contribute new knowledge, methods and tools that are applicable as decision support for the planning and implementation of circular approaches to the management of organic waste streams. The research questions in the thesis focus on three aspects of resource recovery from organic waste streams; (1) how decision support tools estimate its potential to contribute to a circular economy, (2) the governance conditions that facilitate or impede its implementation, and (3) its sustainability implications. The research in this thesis employed a mixed methods approach including literature reviews, semi-structured interviews, field observations, workshops, quantitative modelling, diagnostic governance assessment, scenarios as well as quantitative and qualitative sustainability assessment. The research was operationalized in three case study locations: Chía (Colombia), Kampala (Uganda) and Naivasha (Kenya).  The findings reveal the quantities of resource recovery products like biogas, compost and black soldier fly larvae that can be obtained from the organic waste streams collected in a large city, as well as the available decision support tools that can be used to address various aspects of resource recovery in sanitation systems. In the case study locations of Naivasha and Chía, the existence of entrepreneurial initiatives for resource recovery, the available platforms for collaboration among relevant local stakeholders and the relative affordability of resource recovery products are highlighted as factors enhancing governance capacity to implement resource recovery from organic streams. On the other hand, the inadequacy of monitoring and evaluation systems and the relatively low availability and transparency of information emerged as some of the factors impeding governance capacity. Through a framework that is developed and applied to the Naivasha case, the thesis also identifies the environmental gains that can be made from implementing resource recovery from organic waste streams, as well as the potential negative social impacts that need to be mitigated by local stakeholders. The extent to which various decision support tools address the sustainability implications of resource recovery from sanitation systems is also discussed. By providing new insights on resource recovery from organic waste streams in the case study locations, the tools and frameworks in this research demonstrate approaches that can be applied in a policy and practice context to offer decision support for the implementation of resource recovery from organic waste streams. This is particularly relevant for urban areas in low- and middle-income countries whose stakeholders wish to explore the potential of resource recovery from their organic waste streams, to undertake a diagnostic assessment of their governance capacity and to assess the sustainability implications of implementing more circular approaches in their sanitation and waste management systems.Det finns en ökad medvetenhet globalt om vikten av att genom resursåtervinning tillämpa principerna för cirkulär ekonomi vid hantering av organiska avfallsströmmar. Detta är särskilt relevant i urbana områden i låg- och medelinkomstländer, som väntas stå för en betydande del av befolkningstillväxten de närmaste decennierna. Införande av cirkulära sanitets- och avfallssystem kan leda till förbättringar och utbyggnad av nödvändig infrastruktur och kan bidra till städernas försörjning av vatten, energi och livsmedel. Denna avhandling syftar till att bidra med ny kunskap, metoder och verktyg som kan tillämpas och därmed ge beslutsstöd vid planering och införande av kretsloppsbaserade processer för organiska avfallsströmmar. Forskningsfrågorna i avhandlingen fokuserar på tre aspekter av resursåtervinning från organiska avfallsströmmar; (1) beslutsstödjande verktyg som ger en uppskattning av hur stort det potentiella bidraget till en cirkulär ekonomi är, (2) hur olika omständigheter när det gäller styrning och förvaltning underlättar eller försvårar ett införande, och (3) hållbarhetskonsekvenser av införandet. En kombination av metoder och metodiker har använts: litteraturöversikter, semistrukturerade intervjuer, fältobservationer, workshops, kvantitativ modellering, diagnostisk styrningsbedömning, scenarier samt kvantitativ och kvalitativ hållbarhetsbedömning. Vidare har tre fallstudier genomförts inom ramen för avhandlingen: i Chía (Colombia), Kampala (Uganda) och Naivasha (Kenya). Resultaten visar att en mängd olika återvinningsprodukter, däribland biogas, kompost och fluglarver, kan skapas från urbana avfallsströmmar. Därutöver innehåller resultaten en sammanställning av tillgängliga beslutsstödjande verktyg för att hantera olika aspekter av resursåtervinning i sanitetssystem. Från fallstudierna i Naivasha och Chía framstår förekomsten av initiativ från entreprenörer, tillgängliga plattformar för samarbete mellan relevanta lokala intressenter samt de relativt överkomliga priserna för resursåtervinningsprodukter som positiva faktorer för en kretsloppsinriktad avfallsförvaltning. Å andra sidan var systemen för uppföljning och utvärdering otillräckliga, och detta tillsammans med bristen på tillgänglig information och transparens var några av de faktorer som ansågs begränsa möjligheterna med en kretsloppsinriktad avfallsförvaltning. Genom ett hållbarhetsramverk som utvecklades och tillämpades i fallstudien i Naivasha identifierar avhandlingen de betydande miljövinster som kan göras genom resursåtervinning, såväl som potentiella negativa sociala effekter som bör beaktas av lokala aktörer. I vilken utsträckning olika beslutsstödjande verktyg beaktar hållbarhetskonsekvenserna av resursåtervinning från sanitetssystem diskuteras också. Insikterna kring viktiga aspekter av resursåtervinning från fallstudierna, samt verktygen och ramverken som utvecklats genom denna forskning, kan tillämpas både inom policyutveckling och rent praktiskt vid införande av resursåtervinning från organiska avfallsflöden. Detta är särskilt relevant i urbana områden i låg- och medelinkomstländer där beslutsfattare och planerare vill utforska potentialen för resursåtervinning från organiska avfallsströmmar, utvärdera förvaltningskapaciteten och bedöma hållbarhetskonsekvenserna av mer kretsloppsinriktade sanitets- och avfallssystem.Duniani, kuna ongezeko la ufahamu wa umuhimu wa kutumia kanuni za uchumi mzunguko kwa usimamizi wa vijito vya taka za kikaboni kupitia urejeshi wa rasilimali. Hii ni muhimu haswa katika miji ya nchi za mapato ya chini na kati ambayo yatakuwa naasilimia kubwa ya ongezeko la idadi ya watu katika miongo kadhaa zijazo. Mbinu ya mazingira safi na usimamizi wa takataka katika uchumi mzunguko unaweza kutoa motisha wa kuboresha miundombinu na hivyo kuchangia katika upatikanaji wa rasilimali za maji, nishati na chakula ambazo huimarisha maisha ya mijini.  Lengo la tasnifu hii ni kuchangia maarifa mapya, mbinu na zana zinazotumika kusaidia uamuzi kwa ajili ya kupanga na kutekeleza mbinu za mzunguko za usimamizi wa wa vijito vya taka za kikaboni. Maswali ya utafiti katika tasnifu hii yanatilia maanani sehemu tatu za urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya takataka; (1) jinsi zana za usaidizi wa maamuzi yanakadiria uwezo wa kuchangia kwa uchumi mzunguko, (2) masharti ya   utawala yanayowezesha au kuzuia utekelezaji wake, na (3) athari zake za uendelevu. Utafiti katika tasnifu hii ulitumia njia ya mbinu mchanganyiko kama vile mapitio la maandiko, mahojiano ya nusu-muundo, uchunguzi wa nyanjani, warsha, uundaji wa kielelezo wa kiasi, tathmini ya utawala wa uchunguzi, matukio pamoja na tathmini ya uendelevu wa ubora na kiwango. Pia ilitekelezwa katika maeneo tatu ya utafiti: Chia (Kolombia), Kampala (Uganda), Naivasha (Kenya).  Matokeo yanaonyesha kiwango cha bidhaa ya urejeshi wa rasilimali kama biogesi, mbolea na mabuu ya mdudu wa askari mweusi inayoweza kupatikana kutoka kwa vijito vya taka ya kikaboni iliyokusanywa katika mji mkubwa, pamoja na zana za usaidizi wa maamuzi zinazoweza kutumika kuangazia sehemu mbalimbali ya urejeshi wa rasilimali katika mifumo ya usafi wa mazingira. Katika maeneo ya utafiti ya Naivasha na Chia, kuwepo kwa mipango ya ujasiriamali ya urejeshi wa rasilimali, jukwaa zinazopatikana kwa ushirikiano kati ya wadau husika na beinafuu ya bidhaa za urejeshi wa rasilimali zinaangaziwakama sababu za kuimarisha utawala wa kutekeleza urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya kikaboni.  Kwa upande mwingine, upungufu wa mifumo ya ufuatiliaji na tathmini na upungufu wa habari na uwazi ulionekana kama baadhi ya sababu zinazozuia uwezo wa utawala.  Kwa njia ya mfumo uliotengenezwa na kutumika kwa kesi ya Naivasha, tasnifu hii pia inatambua manufaa kwa mazingira yanayowezakupatikana kutokana na utekelezaji wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya taka za kikaboni, pamoja na athari mbaya za kijamii ambazo zinahitajika kupunguzwa na wadau wa ndani. Kiwango ambacho zana mbalimbali za usaidizi wa maamuzi zinakabiliana na athari endelevu za urejeshii wa rasilimali kutoka kwa mifumo ya maji taka pia unazungumziwa. Kwa kupeana utambuzi mpya wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya taka za kikaboni katika maeneo ya utafiti, zana na mifumo katika utafiti huu zinaonyesha mbinu ambazo zinaweza kutumika katika mazingira ya sera na utenda kazi ili kusaidia maamuzi kwa utekelezaji wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vya taka za kikaboni. Hii ina umuhimu  haswa kwa miji katika nchi za kipato ya chini na kati ambapo washikadau wangependa kuchunguza uwezekano wa urejeshi wa rasilimali kutoka kwa vijito vyao vya taka za kikaboni, kufanyatathmini ya uchunguzi wa uwezo wao wa utawala na kutathmini athari za uendelevu za utekelezaji wa mbinu zaidi ya mzunguko katika mifumo yao ya usafi wa mazingira na kudhibiti taka.A nivel mundial, existe un creciente interés sobre la importancia de aplicar los principios de la economía circular a la gestión de los flujos de residuos orgánicos a través de la recuperación de recursos. Esto es especialmente relevante en las zonas urbanas de los países de bajo y mediano ingreso donde una parte significativa de la población mundial estará establecida en las próximas décadas. Los enfoques de economía circular para el saneamiento y la gestión de residuos sólidos pueden proporcionar incentivos para mejorar la infraestructura y, en consecuencia, contribuir con recursos para el agua, la energía y los alimentos que impulsan los medios de vida urbanos.  Esta tesis tiene como objetivo aportar nuevos conocimientos, métodos y herramientas que sirvan de apoyo durante la toma de decisiones para la planificación e implementación de enfoques circulares en la gestión de flujos de residuos orgánicos. Las preguntas de investigación se centran en tres aspectos de la recuperación de recursos a partir de flujos de residuos orgánicos; (1) cómo las herramientas de apoyo para la toma de decisiones estiman su potencial para contribuir a una economía circular, (2) las condiciones de gobernanza que facilitan o impiden su implementación, y (3) las implicaciones de sostenibilidad de la implementación de enfoques circulares en los sistemas de saneamiento y gestión de desechos. La investigación en esta tesis empleó un enfoque de métodos mixtos donde se incluyó revisión de literatura, entrevistas semiestructuradas, observaciones de campo, talleres, modelos cuantitativos, evaluación diagnóstica de gobernanza y escenarios, así como una evaluación cuantitativa y cualitativa de sostenibilidad. Asimismo, el trabajo se implementó en tres casos de estudio: Chía (Colombia), Kampala (Uganda) y Naivasha (Kenia).  Los hallazgos revelan las cantidades de productos de recuperación de recursos como biogás, compost y larvas de mosca soldado-negra que se pueden obtener de los flujos de desechos orgánicos recolectados en los centros urbanos de los casos de estudio elegidos, así como las herramientas de apoyo a la toma de decisiones disponibles para abordar diversos aspectos de la recuperación de recursos en los sistemas de saneamiento. En las ubicaciones de Naivasha y Chía, la existencia de iniciativas empresariales para la recuperación de recursos, las plataformas disponibles para la colaboración entre las partes interesadas locales pertinentes y la relativa asequibilidad de los productos de recuperación de recursos orgánicos se destacan como factores que mejoran la capacidad de gobernanza para implementar la recuperación de recursos a partir de flujos orgánicos. Por otra parte, la insuficiencia de los sistemas de supervisión y evaluación y la relativamente baja disponibilidad y transparencia de la información surgieron como algunos de los factores que impiden la capacidad de gobernanza. A través de un marco desarrollado y aplicado al caso de Naivasha, la tesis también identifica las ganancias ambientales que se pueden obtener de la implementación de recuperación de recursos de los flujos de desechos orgánicos, así como los posibles impactos negativos a nivel social que deben ser mitigados por las partes locales interesadas. También se discute la medida en que las diversas herramientas de apoyo para la toma de decisiones abordan las implicaciones de sostenibilidad de la recuperación de recursos de los sistemas de saneamiento. Al proporcionar nuevos conocimientos sobre la recuperación de recursos a partir de flujos de desechos orgánicos en las ubicaciones de los casos de estudio, las herramientas y marcos desarrollados en esta investigación demuestran enfoques que se pueden aplicar en un contexto de políticas y prácticas para apoyar la toma de decisiones en la implementación de la recuperación de recursos a partir de flujos de desechos orgánicos. Esto es particularmente relevante para las zonas urbanas de los países de bajo y mediano ingreso cuyas partes interesadas desean explorar el potencial de la recuperación de recursos provenientes de los flujos de sus desechos orgánicos, realizar una evaluación diagnóstica de su capacidad de gobernanza, y evaluar las implicaciones de sostenibilidad de la implementación de enfoques más circulares en sus sistemas de saneamiento y gestión de desechos.QC 2022-04-19UrbanCircle: Urban Waste into Circular Economy Benefit

Estimating the potential for resource recovery from productive sanitation in urban areas.

To-date, sanitation has mainly been approached from a public and environmental health perspective and this implies that excreta and other organic waste streams are seen not only as a hazard to quickly get rid of but also as a very costly menace to manage. However, looking at sanitation management from a resource recovery perspective provides an avenue for solutions with multiple co-benefits. Revenues from sanitation end-use products can act as an incentive for improving sanitation infrastructure while also covering part or all of the investment and operation costs for the same. Until now, estimating the potential for resource recovery from sanitation systems and technologies has largely been done on a case by case basis according to project or geography with no standardized universal tools or methodologies being used across the world. This study is aimed at developing a generic model for the rapid estimation of the quantities of various resources that can be recovered from sanitary waste streams in urban areas. Key waste streams from sanitation systems in low and middle income countries were identified and their major characterization parameters identified. The mathematical relationships between key waste stream characterization parameters and the potential amounts of resource products derived from treatment were determined and then used to develop the model in MS Excel. The model was then tested with waste stream flow rates and characterization data (for faecal sludge, sewage sludge and organic municipal solid waste) from the city of Kampala with two scenarios; the current collection amounts (390 m3 of faecal sludge, 66 tonnes of sewage sludge and 700 tonnes of organic solid waste) and the potential amounts with increased collection efficiency and coverage (900 m3 of faecal sludge, 282 tonnes of sewage sludge and 2199 tonnes of organic solid waste). The results were shared with Kampala city authorities to obtain feedback. The results showed that there is significant potential in utilizing the daily amounts of the three waste streams collected in Kampala. With increased collection coverage and efficiency, they could altogether yield; up to 361,200 Nm3 of biogas per day which could meet the daily energy needs of 824,000 people that are currently met by firewood. Alternatively, the three sources could produce, 752 tonnes of solid combustion fuel per day which could meet the daily energy needs of 1,108,700 people that are currently met by firewood. As a third alternative, the three sources could produce 198 tonnes of Black Soldier Fly prepupae per day which could substitute for 134 tonnes of dry fish per day currently used as animal feed ingredient and up to 909 tonnes of compost fertilizer per day which is enough to substitute two tonnes of urea that is currently used by farmers. The model thus proved to be a simple way to provide decision support by making rapid estimations of the potential for resource recovery in urban areas, without the burden of having to do full scale feasibility studies. It is expected that this model could be a useful complement to the excreta flow diagrams (SFDs) developed within the Sustainable Sanitation Alliance (SuSanA) and hence give a holistic picture of the potential of a closed loop approach to excreta and waste management in cities

The lack of social impact considerations in transitioning towards urban circular economies : a scoping review

Worldwide, cities are implementing circular economy (CE) strategies to reduce the resources they consume and their environmental impact. However, the evidence of the intended and unintended social consequences of the transition to “circular cities” is scattered. The lack of a coherent overview of the evidence on the subject can hinder effective decision-making in policy and practice. This study examines the extent to which the current literature addresses the social impacts that a transition to a CE produces in cities. We used a methodological approach related to systematic mapping to collate the evidence published over the past decade globally. The study finds that social impacts have rarely been considered in studies of circular cities, and where they have been discussed, the scope has been quite limited, only covering employment (mostly of informal sector workers) and governance practices. This scoping review highlights the need to further analyse and integrate social impact considerations into decision-making connected to transitions towards circular cities.QC 20211101</p

A review of how decision support tools address resource recovery in sanitation systems

Globally, there is increasing interest in recovering resources from sanitation systems. However, the process of planning and implementing circular sanitation is complex and can necessitate software-based tools to support decision-making. In this paper, we review 24 decision support software tools used for sanitation planning, to generate insights into how they address resource recovery across the sanitation chain. The findings reveal that the tools can address many planning issues around resource recovery in sanitation including analysis of material flows, integrating resource recovery technologies and products in the design of sanitation systems, and assessing the sustainability implications of resource recovery. The results and recommendations presented here can guide users in the choice of different tools depending on, for example, what kind of tool features and functions the user is interested in as well as the elements of the planning process and the sanitation service chain that are in focus. However, some issues are not adequately covered and need improvements in the available tools including quantifying the demand for and value of resource recovery products, addressing retrofitting of existing sanitation infrastructure for resource recovery and assessing social impacts of resource recovery from a life cycle perspective. While there is scope to develop new tools or to modify existing ones to cover these gaps, communication efforts are needed to create awareness about existing tools, their functions and how they address resource recovery. It is also important to further integrate the available tools into infrastructure planning and programming processes by e.g. customizing to relevant planning regimes and procedures, to move them beyond research and pilots into practice, and hopefully contribute towards more circular sanitation systems