Point-of-use
water treatment is growing in popularity in the developing world, especially in rural areas
where the costs of providing centralised treatment systems are higher than their low cost counterparts.
One such technology, the biosand filter, has been shown to effectively remove turbidity and pathogens in
laboratory and field research but the long-term
performance of the filter and its sustainability are not
well documented. An evaluation was therefore conducted to examine filters in rural Ethiopia installed
more than 5 years previously. Filters were examined to assess filter performance, maintenance practices
and the supporting environment. The working filters showed an average E.coli reduction rate of 87.9%
with 75.7 % of filtrate samples achieving rates of <10cfu/100ml and 81.2% achieving turbidity values of
<5NTU. The varied levels of usage in the three study villages, from 44% to 100%, also highlighted
several risks and opportunities for continued active long term adoption

J. Webster (7117559)

Paul Earwaker (7218263)

English

Loughborough University Institutional Repository

EARWAKER & WEBSTER 34th WEDC International Conference, Addis Ababa, Ethiopia, 2009 WATER, SANITATION AND HYGIENE: SUSTAINABLE DEVELOPMENT AND MULTISECTORAL APPROACHES Evaluation of the long­term sustainability of biosand filters in rural Ethiopia P. Earwaker, Canada & J. Webster, UK REVIEWED PAPER 223 Point­of­use water treatment is growing in popularity in the developing world, especially in rural areas where the costs of providing centralised treatment systems are higher than their low cost counterparts. One such technology, the biosand filter, has been shown to effectively remove turbidity and pathogens in laboratory and field research but  the  long­term performance of  the  filter and  its  sustainability are not well  documented. An  evaluation was  therefore  conducted  to  examine  filters  in  rural Ethiopia  installed more than 5 years previously. Filters were examined to assess filter performance, maintenance practices and the supporting environment. The working filters showed an average E.coli reduction rate of 87.9% with 75.7 % of filtrate samples achieving rates of <10cfu/100ml and 81.2% achieving turbidity values of <5NTU.  The  varied  levels  of  usage  in  the  three  study  villages,  from  44%  to  100%,  also  highlighted several risks and opportunities for continued active long term adoption. Context Of  the  1.1  billion  people  currently without  access  to  safe water  (UNDP,  2006) millions  have  abundant access  to water but  from rivers,  streams and other unsafe sources  (Sobsey 2004). In many such areas the implementation of centralised water treatment systems can be both impractical and costly thus making low cost household water treatment systems a reasonable alternative (Duke et al., 2006). In  recent  years  studies  have  concluded  that  these  simple  low­cost  household  interventions  have  the potential  to  be  as  effective  at  preventing  diarrhoea as  other  environmental approaches  such as  improved sanitation,  improved hygiene  (hand washing with  soap),  or  improved water  supply (Clasen  et al.,  2006). However, there remain many questions relating to the long term sustainability of such interventions and the ability to scale up successful projects. The study The study examined some of the 1300  filters installed in Ethiopia by  the Ethiopian Kale Heywet Church (EKHC) between 1999 and 2001, supported by Samaritan’s Purse Canada. Due to restrictions of time and transport the study concentrated on only three of the eight villages, those located in the same region as the EKHC field base. In each village 10% of the originally distributed filters were selected at random, totalling 57  filters.  In  each  of  the  selected  households,  water  testing,  structured  observations  and  semi­structured interviews were  used  to  assess maintenance  practices,  user  perceptions  and  the  supporting  environment. Semi­structured  interviews  were  also  carried  out  with  the  trained  village  caretakers,  field  workers  and management staff. Water quality testing of the raw and filtered water for each filter included testing for E­ coli using the DelAgua membrane filtration kit and turbidity using the DelAgua turbidity tube. Usage The  filter  usage  rates  in  two  of  the  study  villages,  Koftu  and  Filtino  were  very  high,  85%  and  100% respectively. The overall average usage rate however was considerably lower at 70% due to the very low usage rates in Nenema of 44%. Likely explanations for this variation are explored later in this paper.EARWAKER & WEBSTER Of the filters not in use 36% were broken beyond repair, often as a result of people trying to move their filters unsuccessfully. Around 50% of the filters not being used, however, could easily have been brought back  into  use  by  active  caretakers  or  project  staff.  Filters  in  this  category  include  filters  in  need  of replacement sand, filters with insufficient flow and filters with minor leaks. All households interviewed had a positive view of the filter and were pleased they chose to receive one. Users identified a number of perceived benefits including improved health and the ability to use pure/clean water, which were reported by 91.2% and 75.4% of respondents respectively. Filter performance The biological and turbidity removal rates of the 39 functioning filters are given below in Table 1. Table 1. Filter removal rates Acceptable (<10 cfu/100ml)*  Average Removal E­coli Removal 75.7%  87.9%** Acceptable (<5 NTU) Average Removal Turbidity Removal 82.1%  69%*** *’   Reasonable’ according to WHO definitions for water safety (WHO, 2004) **  Ignores 2 filters where quality deteriorated, *** Ignores 3 filters where turbidity increased The mean (arithmetic) reduction in E.coli was 87.9%. This is greater than the expected rate of an unripened filter of 70% but lower than the expected rate for a matured filter of >97% (Duke et al., 2006, Stauber et al., 2006). It should be noted, however, that 71.8% of samples achieved >99% reduction in E.coli and that all filters removing less than 97% were found to be outside the recommended parameters for pause water depth and/or flow rate. The mean (arithmetic) reduction in turbidity measured was 69.0%. The actual reduction rate is likely to be higher since the minimum measurable value of turbidity with the equipment used (5NTU) was obtained by 82.1% of samples and many achieved visibly higher standards. Maintenance and cleaning Only  26.3%  of  households  indicated  filter  flow  rate was  a  significant  factor  for  initiating  sand  cleaning suggesting that the majority of the households do so out of routine rather than necessity. In addition 77% removed  large  volumes  of  sand  for  cleaning  rather  than  using  the  now  recommended  ‘swirl  and  dump’ practice, agitating the surface of the sand and then removing the water with the suspended particles. This means that the biological layer, of vital importance to the treatment process, is being disturbed far more than is necessary.  Furthermore,  incorrect maintenance procedures  result  in  lower  depths  of  sand and  incorrect pause water depth, as observed in 90% of filters. This further compromises the health of the biological layer and reduces  the effectiveness of  the BSF. Poor sand cleaning also contributes to  the very  low flow rates observed which, in extreme cases, have led to people ceasing to use the BSF. Another area where the cleaning procedure could be significantly improved is the cleaning of the spout. With 50% of spouts observed as being visibly dirty or broken, cleaning is clearly not adequate. Acceptable cleaning methods such as the use of a clean cloth/sponge or soap and detergent are practiced by only 36.8% of  households and 21% of households do not attempt  to  clean  the  spout at all. The  remaining 40.4% of households use unsanitary cleaning methods such as utilising fingers, grass and sticks which pose a risk of recontamination of the water as it leaves the filter. Household problems Although  the majority  of  households  reported  they  had  experienced  no  problems  with  their  filter  since receiving them 5­6 years previously,  the remaining 45.6% reported a variety of problems rectifiable by a competent  local  caretaker,  including  cracks  and  leaks,  loss  of  sand  and  low  flow  rates.  Even  whereEARWAKER & WEBSTER householders  identified problems  there was a  very  low  rate  of  reporting  these  problems  to  caretakers  or project staff (42%) and a worrying number of those reported remained unsolved (73%). One  plausible  reason  for  the  lack  of  reporting was  a  lack  of  knowledge  as  to who  they  should  relate problems, with only 36.8% of households identifying the caretaker and 43.9% of households stating there was no one to turn to if they experienced problems. In addition, according to EKHC staff, there is often a lack of recognition within communities that the caretakers are adequately qualified to aid them, resulting in users preferring to wait till project staff visit instead of reporting their problems to the caretaker. Support The caretakers in Koftu and Filtino, where 85% and 100% of sampled filters were being used respectively, were  proactively  visiting  households  in  their  community  to  ensure  everything  was  running  smoothly. Conversely in Nenema, where only 44% of sampled filters were functioning, the caretakers were found to be generally unavailable to solve filter users’ problems suggesting that caretaker support had a direct influence on filter usage. Interestingly whilst the caretakers from Nenema wished to provide more support, they simply could not afford  to  leave  their  fields  or  paid work  for  substantial  periods  of  time. The Filtino  caretaker,  however, charges for the time he spends on a filter thus providing compensation for money he might have otherwise earned elsewhere and allowing greater availability of his services. A lack of tools and materials was clearly a factor preventing all caretakers from adequately carrying out their role. Only  in  the case of Filtino, where material  supplies are not always expected to come from  the EKHC, were replacement sand occasionally acquired by the caretaker and householders instructed to buy cement for the repairs. In none of the villages did the caretakers have access to any tools. Unfortunately the subsequent phase, running at the time of the evaluation, included no funding to support the  initial  1300  beneficiaries,  leaving  the EKHC  team without  resources  to  help  these  users. Whilst  the project  aimed  to  provide  autonomous  village  caretakers,  the  reality  is  that  problems  arise  beyond  the capacity of the caretakers to resolve. Although project staff make considerable efforts to aid caretakers when time and other commitments permit, any assistance is given on an ad hoc basis. This assistance depends on when and to whom the request was made and is often limited to informal advice or provision of replacement sand. In addition the restrictions result in no formal system for receiving and documenting requests for help, hence reported problems are occasionally forgotten, filters fall into disrepair and users are forced to return to unsafe drinking water sources. Discussion The distribution of biosand filters in the DebreZeit region has undoubtedly been a success. Many hundreds of people previously reliant on the use of contaminated surface water are benefiting from improved water quality more than 5 years after receiving their filters. Householders are very happy with their filters and the study also found the number of people benefiting from the filter project was not limited to households who had received a filter; friends, neighbours and workers also used the water produced. In terms of the filter technology there seems to be little to fault. Even after many years of use and, in some cases, highly dubious maintenance procedures, 71.8% of filters still remove >99% of faecal contamination demonstrating that the technology can be effective in the long­term if well­maintained. Even the remaining filters, functioning below this level due to operation outside recommended parameters, are still benefiting householders, improving  their water quality, reducing possible exposure to a  ‘significant  infectious dose’ (Fewster et al., 2004) and thereby reducing their overall risk of waterborne disease. Whilst  overall  usage  rates  are  impressive,  especially  considering  these  were  the  first  pilot  villages  in Ethiopia and that lessons learnt led to improvements in both the following phase and other BSF programmes worldwide, the varied filter usage rates across the villages indicated several factors preventing optimal filter operation.  This  disparity  in  usage  rates  and  other  data  collected  during  the  study  however  allows  the identification  of  a  number  of  significant  threats  to  the  sustainability  of  biosand  filter  programmes  and provides insight into possible opportunities for increasing sustainability, as highlighted below in Table 2.EARWAKER & WEBSTER Table 1. Sustainability opportunities and threats Opportunities  Threats · Reinforcement of messaging through printed reference material such as posters and stickers · Reinforcement of caretaker’s status by community leaders and project staff · Caretaker payments to increase availability and proactiveness · Significant demonstrated demand for caretaker services · Peer to peer interaction of caretakers to allow mutual support in neighbouring villages · Clear perceived benefits to filter users creating significant demand Well trained local staff and available filter moulds · Poor maintenance and cleaning practices · Poor educational follow up · Limited availability of caretakers · Poor availability of tools for caretaker use · Poor supply chain for replacement materials · Poor acceptance of caretaker by end users · Confused problem reporting structure · Poor definition of support available to caretakers · Lack of regular monitoring and record keeping · Lack of funding for monitoring and support Lack of exploration of continued adoption and support strategies These identified opportunities and threats make it clear that technical efficacy of the biosand filter alone is not enough to ensure sustainability.  Instead it  is  suggested that achieving continued and active  long term adoption relies on four interlinking elements; demand creation, maintenance, continued education and long term ongoing support beyond project implementation as indicated in Figure 1. To ensure these elements are in place there is also a need  for  support in the  form of monitoring and the provision of a suitable supply chain. Failure of any of anyone of the four elements or the supporting processes will prevent programmes from reaching their full potential and providing sustainable benefits to the widest possible population. Figure 1. Sustainability chain Source: Adapted from Carter et al., 1999 References Carter, R., Tyrrel, S., & Howsam, P. (1999) Impact And Sustainability Of Community Water Supply And Sanitation Programmes In Developing Countries Journal of the Chartered Institution of Water and Environmental Management, Vol 13, pp 292­296. University of Cranfield. CAWST (2008) Summary of All Biosand Filter Lab and Field Testing. Available at: http://www.cawst.org/assets/File/BSF_Literature_Brief.pdf Clasen, T., Roberts, I., Rabie, T., Schmidt, W. & Cairncross, S. (2006) Interventions to improve water quality for preventing diarrhoea Cochrane Database of Systematic Reviews 2006, Issue 3. Art. No.: CD004794. Duke, W., Mazumder, A., Nordin, R. & Baker, D. (2006) The use and performance of Biosand Filters in the Artibonite Valley of Haiti: A field study of 107 households. Rural and Remote Health, 6:570. Fewster, E., Mol, A. & Wiessent­Brandsma, C. (2004) The long term sustainability of household bio­sand filtration. 30th WEDC International Conference. Vientiane, Lao.EARWAKER & WEBSTER Sobsey, M. (2004) Evaluation of the Biosand Filter for reducing risks of diarrhoeal illness and improving drinking water quality in communities in The Dominican Republic. University of North Carolina. Stauber, C., Elliot, M., Koksal, F., Ortiz, G., Liang, K., Digiano, F. & Sobsey, M. (2006) Characterization of the Biosand Filter for Microbial Reductions Under Controlled Laboratory and Field Use Conditions,Water Science and Technology, Vol 54 No 3 pp 1­7.University of North Carolina. UNDP (2006). Human Development Report 2006. Beyond scarcity: Power, poverty and the global water crisis. Available at: http://hdr.undp.org/hdr2006/ World Health Organization. (2004). WHO Guidelines for drinking­water quality, Third Edition. Contact details Paul Earwaker Centre for Affordable Water and Sanitation Technology, Bay 12 2916, 5th Ave NE, Calgary, Alberta, Canada, T2A 6K4 Tel: +1­403­243­3285 x 232 Fax: +1­403­243­6199 Email: pearwaker@cawst.org Dr. James Webster Centre for Water Science, Building 39, Cranfield University, Bedfordshire, MK43 0AL. UK Tel: +44 1234 750111 x 3358 Fax: +44 1234 751671 Email: r.j.webster@cranfield.ac.uk www: http://www.cranfield.ac.uk/sas/aboutus/staff/websterj.jsp

Evaluation of the long-term sustainability of biosand filters in rural Ethiopia

https://repository.lboro.ac.uk/articles/Evaluation_of_the_long-term_sustainability_of_biosand_filters_in_rural_Ethiopia/9585830/files/17224511.pdf

Evaluation of the long-term sustainability of biosand filters in rural Ethiopia

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Loughborough University Institutional Repository