The chulli system is an innovative technology for household treatment of microbiologically contaminated
water. A metal coil is built into a traditional clay oven, and during cooking events water is passed
through the coil, raising the effluent temperature to at least 60° C and effectively pasteurizing the water.
The capital costs are low, and no additional time or fuel is required to treat the water. Although first
developed for use in arsenicaffected
areas of Bangladesh, it is now finding wider application in coastal
areas affected by cyclone Sidr, where surface water is the main source of drinking water

Richard B. Johnston (7217624)

English

Loughborough University Institutional Repository

JOHNSTON 34th WEDC International Conference, Addis Ababa, Ethiopia, 2009 WATER, SANITATION AND HYGIENE: SUSTAINABLE DEVELOPMENT AND MULTISECTORAL APPROACHES Death by heat: the Chulli treatment system Richard B. Johnston, Bangladesh REVIEWED PAPER 339 The chulli system is an innovative technology for household treatment of microbiologically contaminated water.  A  metal  coil  is  built  into  a  traditional  clay  oven,  and  during  cooking  events  water  is  passed through the coil, raising the effluent temperature to at least 60° C and effectively pasteurizing the water. The capital costs are  low, and no additional  time or  fuel  is  required  to treat the water. Although  first developed for use in arsenic­affected areas of Bangladesh, it is now finding wider application in coastal areas affected by cyclone Sidr, where surface water is the main source of drinking water. Background In 2003, a professor of chemical engineering at Rajshahi University  in Bangladesh was trying  to develop new technologies to provide safe drinking water in arsenic­affected areas. Professor Fakhrul Islam realized that when rural Bangladeshis cook food on their clay stoves (chulli), much of the heat generated by the fire is  wasted.  If  this  heat  could  be  captured  and  used  to  heat water,  bacteria  and  other  pathogens  could  be inactivated. The water would not need  to  be  brought  to  a  boil:  raising  the  temperature  to approximately 70° C would cause effective pasteurization. Most faecal pathogens (including E. coli, C. jejuni, V. cholerae, Salmonella  typhimurium,  Shigella  dysenteriae,  rotavirus,  and  Cryptosporidium  oocysts)  are  highly vulnerable to heat treatment (Islam and Johnston, 2006). Using  locally  available aluminium  tubing  (2.5 m  in  length, 12 mm internal  diameter),  Professor  Islam formed a helical coil which could be built  into the clay ovens. By passing water  through  the coil during cooking,  water  could  be  rapidly  and  efficiently  heated.  The  chulli  treatment  system  comprises  three components (see Photograph 1): ·  An influent reservoir partially filled with sand (to reduce turbidity and gross particulate matter); ·  The aluminium coil embedded within the clay oven; and ·  An effluent line connected to a tap for flow control. Approximately 200 mL of water is contained within the coil and in contact with the oven heat at any time; with a flow rate of 500 mL per minute the hydraulic residence time within the oven is 25 seconds, which is in most  cases  adequate  to  raise  the  temperature  to  at  least  70°c. The  effluent  tap,  the  height  difference between the reservoir bucket and the tap, and the amount and type of sand placed in the reservoir can all be adjusted to optimize flow rate and effluent temperature. All system components are available in Bangladesh, for a total cost of approximately US$ 6. The system is described in detail by Islam and Johnston (2006).JOHNSTON Photograph 1. Chulli system components Source: Islam and Johnston (2006) Application in arsenic­affected areas Development and scaling up The chulli  system was developed and  tested at  the  field  office  of  a  local NGO,  Integrated Approach  for Community Development  (IACD).  Initial  tests  showed  that  chulli  treated water  contained no measurable total coliform bacteria, even when source waters contained more than 500,000 cfu/100 mL. In mid­2004, IACD began distribution of chulli filters in arsenic­affected households where their field workers had been promoting arsenic awareness and the importance of taking arsenic­safe water for drinking and cooking. Over a three month period (Phase 1), UNICEF and its government counterpart, the Department of Public Health Engineering  (DPHE),  supported  IACD  in  the  installation  of  169  systems,  with  beneficiary  households contributing  approximately  50%  of  the  system  cost.  Caretakers  were  given  training  in  operation  and maintenance, with emphasis on hygiene promotion and safe handling of treated water. In early 2005 (Phase 2), another 447 chulli systems were installed in other arsenic­affected areas where IACD was already active in arsenic mitigation. In all, 616 chullis were installed in six villages from three sub­districts. Raw and treated water was tested for thermotolerant coliforms (417 tests each), using potable incubators (Wagtech  Potatest);  no  treated water  samples were  coliform­positive,  though  raw water  contained  up  to 4,550 cfu/100 mL (median 340). However, when stored water was tested in a small number of households, (n=24),  re­contamination was  noted  in  13%  of  cases,  with  a maximum  thermotolerant  coliform  level  of 350 cfu/100 mL. Beneficiaries were reportedly happy with the systems, in terms of quantity and quality of water produced. People also expressed their satisfaction to have hot water on tap within the household, for general cleaning purposes (Islam and Johnston, 2006).JOHNSTON On the basis of the positive experience in these six villages, the chulli technology was introduced into 15 arsenic­affected sub­districts (including the initial 3) where DPHE and UNICEF were implementing arsenic mitigation activities,  through  other NGO partners.  In 2005 and  2006  (Phase 3), nearly  3,000  filters were distributed in these sub­districts, providing arsenic­free drinking water to approximately 15,000 people. Evaluation In September 2005, an independent evaluation of the chulli systems was made in one of the Phase 1 sub­ districts  (Gupta  et  al.,  2008).  114 households where chullis had  been  installed were  visited  by  a  trained female  survey  team. Within  two weeks  of  the  survey,  a microbiological  team  visited  the  households  to collect samples for measurement of E. coli using standard membrane filtration in a Dhaka laboratory. The survey teams interviewed members of 101 households (88%). Chulli systems had been installed in these households a median of 12 months earlier. Respondents were well aware of arsenic contamination, and nearly half personally knew of someone affected by the skin lesions characteristic of arsenicosis. However, only 21% of  respondents reported regularly using chullis  for  treating drinking water. 27% reported using rainwater (a focus of the earlier intervention by IACD) with the remainder using tubewell water, which in most cases was contaminated by arsenic. The  most  common  reason  cited  for  not  using  chullis  was  ‘mechanical  problem  or  breakage’  (49%) followed by ‘complexity or inconvenience’ (35%). Among those reporting mechanical problems, the most common  were  ‘sand  in  the  system’  (55%),  ‘air  in  the  system’  (37%),  ‘leakage  of  water’  (37%),  and ‘breakage of  the aluminium coil’  (22%). Respondents were nearly  four times more likely  to report chulli usage when they had sought out a chulli system themselves, rather than gotten one through promotion by IACD.  More  respondents  mentioned  access  to  hot  water  (65%)  than  safe  drinking  water  (48%)  as advantages of the chulli system. When the microbiological team revisited the 21 households which had earlier reported regular use of the chulli system, they found that 17 households currently reported irregular or improper chulli use. In 15 cases, households were collecting water from the chulli without a fire burning, or without waiting for the effluent water to become hot. Therefore, water testing was conducted only in the four households where chullis were seen to be in regular use. In these households, water samples were collected on four separate occasions, from the  raw water  reservoir, at  the  effluent  tap, and  from a household  storage  container  (after  cooling). Raw water was  in all cases contaminated with E. coli  (median: 5,000 cfu/100 mL). In  five of  sixteen effluent samples the water temperature was under 60° C (minimum 50° C); three of these were positive for E. coli. No E. coli was detected in other effluent samples. In nine of  sixteen cases,  stored water was positive  for E. coli, with a median of 100 cfu/100 mL. The  high  drop­out  rates  noted were  very  discouraging,  but  the  evaluation  showed  that  when  operated correctly, the chulli treatment system gave very effective E. coli reduction (median log reduction: > 5; range: 0.4 to > 5). In order to address some of the mechanical problems identified, some aspects of the system were re­designed, including improvements in connections to reduce the possibility of sand or air entering the coil, or water leakage. Application in cyclone response On November 15, 2007, Cyclone Sidr  struck southern Bangladesh with winds of up to 240 km/h, killing more  than  3,000  people  and  causing  heavy  damage  to  water  and  sanitation  infrastructure.  In  most  of Bangladesh, easy access to shallow groundwater has led to a high level of drinking water coverage (in spite of widespread arsenic contamination). However, in some coastal areas, shallow aquifer is saline and people rely on surface water or rainwater (with or without treatment). In some of the areas worst affected by the cyclone, the reserved ponds used as drinking water sources were filled with fallen trees, carcasses, and other debris. In a relatively few number of cases, the storm surge left brackish water in the ponds. UNICEF and DPHE  supported  significant  emergency  response  and  early  recovery works,  including  provision  of water and sanitation infrastructure through NGOs. Oxfam  and  several  local  NGOs  demonstrated  chulli  systems  in  affected  areas  and  found  high  public interest in the technology. Throughout 2008 at least 17,000 households were supplied with chulli systems. Design improvements reduced the number of complaints regarding leakage and breakage. Public acceptance of the system appears to be higher than in the arsenic­affected areas, since people are already accustomed to drinking surface water, and in some cases treating water (most often by boiling or use of alum; community slow sand filters are also widespread). Some further refinements to the design have been made, includingJOHNSTON reducing and simplifying the parts used at junctures; even though the original fittings are available within Bangladesh, they are not always available at the village level. Spot  checks  of  treated water  have  shown  effective  inactivation  of  thermotolerant  coliforms,  though  in some cases households are collecting water below 60° C. However, to date these assessments have been made by the implementing NGOs, and need to be confirmed through an independent evaluation, which is planned for 2009. Discussion and conclusions The chulli system is an emerging option for household treatment of microbiologically contaminated drinking water. The  system  is  still  evolving and has significant  limitations. Many users have  reported mechanical problems and inconvenience as drawbacks. During distribution, users are instructed  to always keep water flowing  through  the  coil during  treatment;  this  is  seen as a  significant nuisance, as  the  volume of water produced  greatly  exceeds  the  amount  required  for  household  use.  Treated  water must  be  cooled  before drinking, and there is a high chance for recontamination to take place before consumption. Some of these concerns can be mitigated through design improvements (e.g. leaking junctions), but some are inherent to the  technology  (e.g.  long  cooling  time  required).  However,  the  system  offers  many  attractive  features, especially the low capital cost, high volume of water treated, and lack of additional time or expense required for water treatment. The technology has not proven popular in arsenic­affected areas of Bangladesh, where users have ready access to abundant, cool groundwater. The technology is more likely to be accepted where there is a tradition of drinking surface water, especially after household treatment (e.g. boiling). Although the system was developed for application in arsenic­affected areas of Bangladesh, knowledge about  the  technology  has  started  to  diffuse  into  emergency  response  applications,  and  to  neighbouring countries. Attempts to replicate the chulli system have been made in Cambodia, Pakistan, and Nepal, and possibly other countries. It is hoped that through presentation at WEDC and other international events, more such  attempts  can  be  made.  Undoubtedly,  as  others  experiment  with  the  technology,  significant improvements will be made and some of the technical problems identified to date can be addressed. Acknowledgements The author would like to extend thanks to Professor Fakhrul Islam for designing the chulli system, and to the staff of IACD and Wagtech Bangladesh for their support in its further and ongoing development. All of the work described in this paper was supported by UNICEF. References Gupta, S.K., Islam, M.S., Johnston, R.B., Ram, P.K. and Luby, S.P. (2008) The chulli water purifier: acceptability and effectiveness of an innovative strategy for household water treatment in Bangladesh. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene Vol. 78, No. 6, pp. 979­984. Islam, M.F. and Johnston, R.B. (2006) Household pasteurization of drinking water: the chulli water­ treatment system. Journal of Health, Population and Nutrition Vol. 24, No. 3, pp. 356­362. Contact details Richard B. Johnston UNICEF Bangladesh Tel: +880­2­9336701 Fax: +880­2­9335641 Email: rjohnston@unicef.org www: www.unicef.org/bangladesh

Death by heat: the Chulli treatment system

https://repository.lboro.ac.uk/articles/Death_by_heat_the_Chulli_treatment_system/9585614/files/17224280.pdf

Death by heat: the Chulli treatment system

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Loughborough University Institutional Repository