The impact of raw water quality on water treatment effort plays an important role for drinking water providers worldwide. At surface water treatment plants, impaired stream water quality caused by sediments, particles, nutrients, and other substances leads to increased treatment effort in the form of chemical use and energy consumption. This may pose challenges to service providers, and potentially to consumers in case additional expenditures are reflected in increasing water prices. While the mentioned relationship has been studied empirically in many high- and middle-income economies using a wide range of methods, no study was yet performed on the African continent. To address this gap, the present study examines water provision in a case study river basin in East Africa that is characterised by extensive agricultural land use and lack of erosion prevention measures. Plant records from three surface water treatment plants, located in the same watershed and operated by the same public utility company, were examined for the mentioned relationship. After identification of the input key input factors to the facilities, time series data on precipitation, raw water quality (represented by apparent colour, turbidity), and treatment effort (represented by coagulant and disinfection chemical uses, backwash water volumes, energy consumption) were compared. Based on the data series, a multiple regression model was developed to estimate the response in chemical treatment effort to varying raw water quality and other environmental factors. The findings show that surface water quality deteriorates over distance from the streams’ headwater areas to their respective outlets and indicate a significant correlation between raw water turbidity and coagulant chemical use. For the case study treatment plants, the water-quality elasticity is determined to 0.39, implying that an average decrease in intake water turbidity of 1 % would reduce coagulant use by 0.39 %. Hence, average turbidity reductions of 0.28 NTU (Lirima), 0.30 NTU (Sono), and 4.88 NTU (Malaba-Tororo) would lead to annual savings of 27 kg alum (Lirima), 87 kg alum (Sono), and 252 kg aluminium chlorohydrate (Malaba-Tororo). The results show that reduced stream water turbidity, e.g., through enhanced soil and water conservation measures in the river basin, would decrease water treatment efforts if coagulant dosing at the treatment plants would be adjusted accordingly. The effect on backwash water volumes and hence energy consumption was not included in the analysis.     «

The impact of raw water quality on water treatment effort plays an important role for drinking water providers worldwide. At surface water treatment plants, impaired stream water quality caused by sediments, particles, nutrients, and other substances leads to increased treatment effort in the form of chemical use and energy consumption. This may pose challenges to service providers, and potentially to consumers in case additional expenditures are reflected in increasing water prices. While the m...     »

Der Zusammenhang zwischen Rohwasserqualität und Aufbereitungsaufwand spielt eine wichtige Rolle für Trinkwasserversorger weltweit. In Anlagen, die Oberflächenwasser zur Aufbereitung nutzen, führen Sedimente, Partikel, Nährstoffe und andere Verschmutzungen zu einem erhöhten Aufbereitungsaufwand in Form von Chemikalieneinsatz und Energieverbrauch. Dies stellt eine Herausforderung für Wasserversorger sowie letztlich für Wassernutzer*innen dar, falls sich zusätzliche Ausgaben in steigenden Wasserpreisen niederschlagen. Während der geschilderte Zusammenhang anhand von Fallbeispielen aus Staaten mit hohem und mittlerem Einkommen unter unterschiedlichsten methodischen Ansätzen empirisch untersucht wurde, liegt bislang keine Studie aus Afrika vor. Um auf diese Wissenslücke zu reagieren, untersucht die vorliegende Arbeit die Wasserversorgung in einem Flusseinzugsgebiet in Ostafrika, das durch intensive Landwirtschaft und eingeschränkte Erosionsschutzmaßnahmen geprägt ist. Datenreihen aus drei Oberflächenwasseraufbereitungsanlagen, die im selben Wassereinzugsgebiet liegen und von demselben Versorgungsunternehmen betrieben werden, wurden bezüglich des geschilderten Zusammenhangs untersucht. Nach der Identifizierung der wesentlichen Stoffeinträge in die Anlagen wurden Zeitreihen in Bezug auf Niederschlag, Rohwasserqualität (dargestellt anhand von Färbung, Trübung) und Aufbereitungsaufwand (dargestellt anhand von Koagulations- und Desinfektionsmitteleinsatz, Rückspülwassermengen, Energieverbrauch) verglichen. Basierend auf den Datenreihen wurde ein multiples Regressionsmodell entwickelt, um die Reaktion des chemikalienbezogenen Aufbereitungsaufwands auf variierende Rohwasserqualitäten und andere Umweltfaktoren abzuschätzen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Flusswasserqualität mit der Länge des Flusslaufes verschlechtert und dass eine Korrelation zwischen Flusswassertrübung und dem Einsatz von Koagulationsmitteln besteht. Für die drei Fallbeispiele wurde eine Elastizität der Wasserqualität von 0,39 ermittelt, was bedeutet, dass eine durchschnittliche Verringerung der Flusswassertrübung um 1 % den Einsatz von Koagulationsmitteln um 0,39 % reduzieren würde. Hieraus resultiert, dass durchschnittliche Reduzierungen der Flusswassertrübung von 0,28 NTU (Lirima), 0,30 NTU (Sono) und 4,88 NTU (Malaba-Tororo) zu jährlichen Einsparungen von 27 kg (Lirima) und 87 kg Aluminiumsulfat (Sono) sowie 252 kg Aluminiumhydroxychlorid (Malaba-Tororo) führen würden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine verbesserte Flusswasserqualität, z.B. durch verstärkte Boden- und Wasserschutzmaßnahmen im Einzugsgebiet, den Aufwand für die Wasseraufbereitung verringern würde, wenn die Chemikaliendosierung in den Wasserwerken entsprechend angepasst würde. Auswirkung auf die Rückspülwassermengen und somit den Energieverbrauch konnten in der Analyse nicht berücksichtigt werden.     «

Der Zusammenhang zwischen Rohwasserqualität und Aufbereitungsaufwand spielt eine wichtige Rolle für Trinkwasserversorger weltweit. In Anlagen, die Oberflächenwasser zur Aufbereitung nutzen, führen Sedimente, Partikel, Nährstoffe und andere Verschmutzungen zu einem erhöhten Aufbereitungsaufwand in Form von Chemikalieneinsatz und Energieverbrauch. Dies stellt eine Herausforderung für Wasserversorger sowie letztlich für Wassernutzer*innen dar, falls sich zusätzliche Ausgaben in steigenden Wasserpre...     »