The availability to clean drinking water is something a lot of people take for granted today. Daily, there are about 1.8 billion people around the world that drinks water from a contaminated water source. Unfortunately, the deficiency is a fact, and about 361 000 children under the age of five die each year because of diarrheal disease (WHO, 2016a).  Earlier studies show that a biosand filter is an easy and efficient water purification method that cleans the water both physically, biologically and chemically. A biosand filter is often built using local material and is filled with sand, which makes the construction cheap and easy to repair is needed. Earlier studies have shown that this purification method can reduce waterborne disease by 99,9% with the help of a biofilm layer which develop in the top layer of the sand if the conditions are meet (CAWST, 2009). The purpose with this study was to build and evaluate a biosand filter as a water treatment method in Ghana. In total, three biosand filters was built with local material, each with different sand heights. The evaluation was done by studying the waters physical, biological and chemical properties before and after the filtration, which then was compared to the water quality standards from the World Health Organization (WHO) and Sweden. The results show that none of the three filters could produce water which met the standards for drinking water, which might be caused by the high flow of water through the filter which prevented the biofilm to grow. With the help from the results in Ghana, a new design of a water filter has been made to reduce the flow of water through the filter. Which gave a new biosand filter design with a diameter of 42 cm that, sand height of 80 cm and gravel height of 15 cm. / Tillgången till rent dricksvatten är idag något som många tar som en självklarhet. I dagsläget är det omkring 1.8 miljarder människor i världen som dagligen dricker vatten från en kontaminerad vattenkälla. Dessvärre är bristen på rent dricksvatten ett faktum, vilket gör att det årligen dör cirka 361 000 barn under fem års ålder på grund av diarrésjukdomar världen över (WHO, 2016a).  Tidigare studier har visat på att biosandfilter är en enkel och effektiv vattenreningsmetod för att rena vatten både fysiskt, biologiskt och kemiskt. Ett biosandfilter är ofta byggt med lokala material och fylld med sand, vilket gör konstruktionen billig och enkel att reparera vid behov. Tidigare studier har visat på att vattenreningsmetoden kan reducera vattenburna sjukdomar med upp till 99.9% med hjälp av ett biofilmslager som utvecklas i sandlagrets övre skikt om förhållandena är gynnsamma (CAWST, 2009).  Syftet med denna studie var att bygga och utvärdera biosandfilter som vattenreningsmetod i Ghana. Totalt byggdes tre biosandfilter av lokala material med olika sandhöjder. Utvärderingen gjordes utifrån att studera vattnets fysiska, kemiska och biologiska egenskaper före och efter filtrationen, som sedan jämfördes med vattenkvalitetsstandarder från World Health Organization (WHO) och Sverige. Resultaten visade på att ingen av de tre sandfiltret kunde producera vatten med en drickvattenstandard, detta tros bero på det höga flödet genom filtret som hindrat biofilmstillväxten. Med hjälp av resultat från Ghana har en ny design av ett biosandfilter tagits fram för att minska flödet genom filtret. Vilket gav en filterdiameter som är ungefär 42 cm som sedan är fylld med 80 cm sand och 15 cm grus.

In 2015, the United nations presented the 17 Global Goals that would put an end to extreme poverty, inequality and climate change by 2030. One of these goals was clean water and sanitation. In 2015 1.8 billion people did not have access to clean water. Because of the contaminated water, one million people die every year worldwide. Africa, and especially Ghana, has had a high development in the recent years. The population has grown and more resources are needed. Clean water in Ghana is not a given matter, three million people live without access to clean water. To work towards the Global Goal water can be clean locally. A simple and cheap way is to build slow sand filters, which also are the purpose of this project. These filters purify the water mechanically, chemically and biologically. The biologically purification takes place in the biolayer that grows on the sand inside the filter and it consumes contaminants in the water. It takes about a month for the biolayer to be fully developed and clean the water to its full potential. The positive aspects with sand filters are that people get healthier and can save money that can be invested in education or business. It can also reduce the need for water in plastic bags or bottles and would reduce littering. The companies that produce this water could end their business and air pollutions would be reduced as well.   During this project, slow sand filters have been tested and evaluated in Sweden and Ghana with the purpose to develop a theoretical filter that benefits the biolayer under local conditions in Ghana, this was of the one aims. Experiments in Sweden showed that the flow decreased with increased sand height and decreased hydraulic head. In Ghana three filters were built with the sand heights 30, 50 and 80 cm to clean 7 litres of drinking water for a family of four. None of these produced drinkable water by WHO’s and EU’s standards.   The next aim was to understand which chemical and physical factors that effected the development of the biolayer. The detected relations were absolute conductivity, total alkalinity, coliform bacteria and oxidantial reduction potential which were between the biolayer in the 30 and 50 filters.   The flow rate in Ghana was too high and to lower it, a new diffuser with smaller holes would be built to get the recommended flow of 0,4 m3/m2/h. A too high flow broke the bound between the biolayer and made an uncomfortable environment. A sedimentation should be installed before the sand filter to reduce the variations of the incoming water such as turbidity, suspended solids etc., so the biolayer would flourish. It was not enough dissolved oxygen in the water so the pause period would be decreased to 12 hours to get more oxygen in the filter each day. For a sand filter to work as planned a lot of attention should be given to the filter. It is a system that should be used all the time for the best purification. To build a filter takes a lot of time and it also takes time for the biolayer to develop. If it is not going to be used much, another treatment method should be used.   The last aim was to evaluate the cost of the materials that could be bought locally to the filter. One filter cost about 130 GHS. / 2015 tog Förenta nationerna fram de 17 globala målen för att få ett slut på extrem fattigdom, ojämlikhet och klimatförändringen till år 2030. Ett av dessa mål handlar om rent vatten och sanitet. 2015 var det 1,8 miljarder människor som inte hade tillgång till rent vatten. På grund av det förorenade vattnet dör en miljon människor i hela världen varje år. Afrika, och speciellt Ghana, har haft en snabb utveckling de senaste åren. Folkmängden har ökat och mer naturresurser behövs. Rent vatten i Ghana är inte en självklarhet, tre miljoner människor lever idag utan tillgång till rent vatten i Ghana. Ett sätt för att jobba mot det globala målet är rening av vatten lokalt. Ett enkelt och billigt sätt är att bygga långsamsandfilter, vilket även var syftet med denna studien. Dessa filter renar vattnet mekaniskt, kemiskt och biologiskt. Den biologiska reningen sker av en biofilm som växer på sanden inuti filtret som konsumerar föroreningar i vattnet. Det tar ungefär en månad för biofilmen att bli färdigutvecklad och rena vattnet till sin fulla potential. Det positiva med sandfilter är att människorna skulle bli friskare och spara pengar som kan investeras på utbildning eller företag. Ur miljöpunkt skulle reduktionen av köpt vatten i plastpåsar och flaskor minska nedskräpningen och företagen som producerar dessa kan avsluta produktionen och därmed minska luftföroreningar.    Under detta projekt har långsamsandfilter utvärderats både i Sverige och Ghana för att utveckla ett nytt teoretiskt filter som gynnar tillväxten av biofilm under lokala förhållanden i Ghana, vilket var ett mål. Experimenten i Sverige visade att flödet sjönk med ökad sandhöjd, men även med minskat hydrauliskt tryck. I Ghana byggdes tre filter med sand höjderna 30, 50 och 80 cm för att rena 7 liter dricksvatten till en familj på fyra. Ingen av dessa lyckades producera drickbart vatten enligt WHO:s och EU:s standarder.   Nästa mål var att förstå vilka av de kemiska och fysiska faktorer som påverkade biofilmstillväxten. Det förhållanden som upptäcktes var absolut konduktivitet, total alkalinitet, coliform bacteria och oxidential reduction potential vilket fanns i 30 och 50 filtret.   Flödet i Ghana var för högt, så för att minska det skulle en diffusör med mindre hål byggas för att få det rekommenderade flödet 0,4 m3/m2/h. Ett för högt flöde gjorde sönder bindingen mellan biofilmen och skapade en otrivsam miljö. En sedimentation skulle installeras innan sandfiltret för att minska variationer på ingående vatten i filtret för att få biofilmen att trivas bättre. Det fanns för lite löst syre i vattnet och om pausperioden minskas till 12 timmar skulle mer syre i filtret varje dag. För att ett sandfilter ska fungera som planerat måste mycket tid läggas på filtret. Sandfilter är ett system som bör används ofta för bästa rening. Att bygga ett filter kräver mycket tid, samt att det tar tid innan biofilmen har utvecklats. Om sandfiltret inte kommer används mycket föreslås att en annan metod används istället.   Det sista målet var att utvärdera kostnaden av materialen som kunde köpas lokalt till filtret. Ett filter kostade runt 130 GHS.

In this research, a household water treatment system was built and evaluated as a trial for improving the drinking water quality of the Nile River for the low-income communities. The system consisted of household-scale slow sand filters, and transparent polyethylene terephthalate-bottles for solar disinfection. The evaluation of the system depended on the removal/inactivation of some surrogates for the reference pathogens, and turbidity. The reference pathogens are pathogens specified by the World Health Organization to evaluate the efficiency of the household water treatment options. They were chosen to represent the classes of pathogens in water (bacteria, viruses, protozoa). The surrogates used in the evaluation of the system are Escherichia coli (E.coli), Clostridium perfringens and Escherichia coli bacteriophage (MS2). The candidate surrogates are also specified by the World Health Organization. The designed household-scale slow sand filter was very efficient in removing the different turbidity levels to ≤0.4NTU. The evaluated system is classified as highly protective because it was able to achieve higher than 4 log removal for E.coli and Clostridium perfringens, and higher than 5 log removal for MS2.

<p>Östby waterworks in the community of Kramfors has since 2003 had problems of fast clogging of the slow sand filters. As the clogging appears more often, they must be cleaned more frequently which has made the drinking water preparation difficult. Wintertime it has sometimes been impossible to clean the filters which has led to their closing and this has influenced the water quality negatively.</p><p>The waterworks is a surface waterworks which takes its raw water from the lake Sjöbysjön. The water is flocculated and filtered in a contact filter with the flocculent EKOFLOCK 91. Thereafter it is alkalinized before it reaches the outdoors placed slow sand filters. After the filters the water is alkalinized and disinfected before it reaches the customers.</p><p>This thesis work has looked into which factors influence the clogging and trials have been made in order to optimize the waterworks and thereby reduce the clogging. The raw water has been studied with aspect to biology and chemistry, the filtered water has been studied with aspect to chemistry and also the pressures in the slow sand filters have been studied.</p><p>The colour of the raw water from Sjöbysjön and its catchment area has increased since the beginning of the 90-ies and also the bio volume has increased in the lake.</p><p>The contents of aluminium before the slow sand filters are far higher than the contents after, which leads to the conclusion that aluminium is accumulated in the filters. The differential pressure over the sand bed increases with time after a cleaning. This indicates an accumulation of particles which increases with the load. Observations of the filter surface before cleaning showed that it was covered by a brown, jelly-like film. The internal resistance in the filter beds increases successively after a cleaning and one month after cleaning it is highest in the upper part of the sand bed. All this points to that flocculated aluminium is gathered in the slow sand filters, on the surface, causing clogging.</p><p>While the thesis work has been going on a process of alkalinizing before the contact filters has been reengaged and this has influenced the flocking of organic materials. When raising the pH the dose of flocculent was increased and this combined increased the amount of flocculated material. The contact filters could not bear this increased amount of flock load but showed instead a breakthrough.</p><p>In a few lab scale trials the flocking pH was varied as well as the dose flocculent to the raw water and after this the water was filtrated. A tendency was seen that the separation of aluminium, colour and turbidity increased with increasing pH and dose flocculent. At the pH 6.2 and the chemical dose of 60 g/m3 the content of aluminium, the colour and the turbidity showed the lowest values in the filtrate.</p> / <p>Vattenverket i Östby, Kramfors kommun, har sedan 2003 haft problem med för snabba igensättningar i långsamfiltren. Ju oftare de sätter igen desto mer frekvent måste de rensas vilket har försvårat dricksvattenberedningen. Vintertid har rensningar ibland inte kunnat utföras och långsamfiltren har därför stängts av vilket har påverkat vattenkvaliteten negativt.</p><p>Verket är ett ytvattenverk som tar sitt råvatten från Sjöbysjön. Vattnet flockas och filtreras i kontaktfilter med fällningskemikalien EKOFLOCK 91. Därefter mellanalkaliniseras det innan det går till de utomhus placerade långsamfiltren. Efter långsamfiltren efteralkaliniseras och desinficeras det innan det når konsumenterna.</p><p>I detta examensarbete har faktorer som påverkar igensättningarna undersökts och försök har också gjorts för att optimera driften och därmed minska igensättningarna. Råvattnet har undersökts avseende dess biologi och kemi, filtraten i verken har undersökts med avseende på deras kemi och tryckbildningar i långsamfiltren har studerats.</p><p>Färgtalet i råvattentäkten Sjöbysjön och dess tillrinningsområde har ökat sedan början av 90- talet och dessutom har biovolymen i sjön ökat.</p><p>Halterna aluminium före långsamfiltren är mycket högre än halterna efter, vilket antyder att aluminium ansamlas i filtren. Differentialtrycket över sandbädden ökar med tiden efter en rensning. Detta tyder på en ansamling av partiklar som ökar med belastningen. Observationer av filterytan innan rensning visade att den täcktes av en brun geléaktig hinna. Motståndet i filtren ökar successivt efter en rensning och är en månad efter rensning störst i den övre delen av sandbädden. Allt detta pekar på att aluminiumflock ansamlas i långsamfiltren, på ytan, och orsakar igensättningarna.</p><p>Under examensarbetets gång har en föralkalinisering återinförts i vattenverkets process och den har påverkat fällningen av det organiska materialet. Då pH höjts har också dosen fällningskemikalie ökats vilket har ökat mängden flock. Denna ökade flockmängd har kontaktfiltren inte kunnat bära utan istället släppt igenom.</p><p>I några försök i labbskala varierades fällnings-pH och dos fällningskemikalie till råvatten med en efterföljande filtrering. Tendenser som kunde ses var att avskiljningen av aluminium, färg och turbiditet ökade med ökat pH och ökad dos fällningskemikalie. Vid pH 6,2 och kemikaliedos på 60 g/m3 var aluminiumhalterna, färgen och turbiditeten som minst i filtratet.</p>

When Biosand filters cannot be constructed with crushed quarry rock due to resource limitations, a suitable alternative filter media is needed. In this research, two crushed quarry rock alternatives were examined. Three bench-scale Biosand filters with crushed rock, beach sand, and heat-treated beach sand media were simultaneously dosed with Willamette River water seeded with K-12 E. coli for 31 days. Influent and effluent filtrate was analyzed for E. coli using 3M Petrifilm E. coli/Coliform plate counts; influent and effluent pH, conductivity, turbidity, dissolved oxygen, and temperature were monitored. All three filters achieved stable E. coli removal efficiencies of 99% or greater after filter maturation, suggesting that it is possible to effectively use beach sand and heat-treated beach sand in Biosand filters for pathogenic bacteria removal. Mean effluent E. coli concentrations for crushed rock, beach sand, and heat-treated beach sand filters were 12, 29, and 30 CFU/mL respectively. Crushed rock filter effluent was significantly lower in mean effluent E. coli concentration than beach sand (P < 0.001) and heat-treated beach sand (P < 0.001) filter effluents, suggesting that beach sand and heat-treated beach sand media should only be used as a secondary option to crushed rock media due to potentially greater exposure risk to pathogenic bacteria. / Graduation date: 2013

Östby waterworks in the community of Kramfors has since 2003 had problems of fast clogging of the slow sand filters. As the clogging appears more often, they must be cleaned more frequently which has made the drinking water preparation difficult. Wintertime it has sometimes been impossible to clean the filters which has led to their closing and this has influenced the water quality negatively. The waterworks is a surface waterworks which takes its raw water from the lake Sjöbysjön. The water is flocculated and filtered in a contact filter with the flocculent EKOFLOCK 91. Thereafter it is alkalinized before it reaches the outdoors placed slow sand filters. After the filters the water is alkalinized and disinfected before it reaches the customers. This thesis work has looked into which factors influence the clogging and trials have been made in order to optimize the waterworks and thereby reduce the clogging. The raw water has been studied with aspect to biology and chemistry, the filtered water has been studied with aspect to chemistry and also the pressures in the slow sand filters have been studied. The colour of the raw water from Sjöbysjön and its catchment area has increased since the beginning of the 90-ies and also the bio volume has increased in the lake. The contents of aluminium before the slow sand filters are far higher than the contents after, which leads to the conclusion that aluminium is accumulated in the filters. The differential pressure over the sand bed increases with time after a cleaning. This indicates an accumulation of particles which increases with the load. Observations of the filter surface before cleaning showed that it was covered by a brown, jelly-like film. The internal resistance in the filter beds increases successively after a cleaning and one month after cleaning it is highest in the upper part of the sand bed. All this points to that flocculated aluminium is gathered in the slow sand filters, on the surface, causing clogging. While the thesis work has been going on a process of alkalinizing before the contact filters has been reengaged and this has influenced the flocking of organic materials. When raising the pH the dose of flocculent was increased and this combined increased the amount of flocculated material. The contact filters could not bear this increased amount of flock load but showed instead a breakthrough. In a few lab scale trials the flocking pH was varied as well as the dose flocculent to the raw water and after this the water was filtrated. A tendency was seen that the separation of aluminium, colour and turbidity increased with increasing pH and dose flocculent. At the pH 6.2 and the chemical dose of 60 g/m3 the content of aluminium, the colour and the turbidity showed the lowest values in the filtrate. / Vattenverket i Östby, Kramfors kommun, har sedan 2003 haft problem med för snabba igensättningar i långsamfiltren. Ju oftare de sätter igen desto mer frekvent måste de rensas vilket har försvårat dricksvattenberedningen. Vintertid har rensningar ibland inte kunnat utföras och långsamfiltren har därför stängts av vilket har påverkat vattenkvaliteten negativt. Verket är ett ytvattenverk som tar sitt råvatten från Sjöbysjön. Vattnet flockas och filtreras i kontaktfilter med fällningskemikalien EKOFLOCK 91. Därefter mellanalkaliniseras det innan det går till de utomhus placerade långsamfiltren. Efter långsamfiltren efteralkaliniseras och desinficeras det innan det når konsumenterna. I detta examensarbete har faktorer som påverkar igensättningarna undersökts och försök har också gjorts för att optimera driften och därmed minska igensättningarna. Råvattnet har undersökts avseende dess biologi och kemi, filtraten i verken har undersökts med avseende på deras kemi och tryckbildningar i långsamfiltren har studerats. Färgtalet i råvattentäkten Sjöbysjön och dess tillrinningsområde har ökat sedan början av 90- talet och dessutom har biovolymen i sjön ökat. Halterna aluminium före långsamfiltren är mycket högre än halterna efter, vilket antyder att aluminium ansamlas i filtren. Differentialtrycket över sandbädden ökar med tiden efter en rensning. Detta tyder på en ansamling av partiklar som ökar med belastningen. Observationer av filterytan innan rensning visade att den täcktes av en brun geléaktig hinna. Motståndet i filtren ökar successivt efter en rensning och är en månad efter rensning störst i den övre delen av sandbädden. Allt detta pekar på att aluminiumflock ansamlas i långsamfiltren, på ytan, och orsakar igensättningarna. Under examensarbetets gång har en föralkalinisering återinförts i vattenverkets process och den har påverkat fällningen av det organiska materialet. Då pH höjts har också dosen fällningskemikalie ökats vilket har ökat mängden flock. Denna ökade flockmängd har kontaktfiltren inte kunnat bära utan istället släppt igenom. I några försök i labbskala varierades fällnings-pH och dos fällningskemikalie till råvatten med en efterföljande filtrering. Tendenser som kunde ses var att avskiljningen av aluminium, färg och turbiditet ökade med ökat pH och ökad dos fällningskemikalie. Vid pH 6,2 och kemikaliedos på 60 g/m3 var aluminiumhalterna, färgen och turbiditeten som minst i filtratet.

This project investigated the bacteria in water entering and leaving the slow sand filters at Ringsjö Water Works using flow cytometry. The purpose was to explore the possibility of utilising flow cytometry as a monitoring method for optimising water production using slow sand filters. Data describing the bacterial community in water was collected over seven weeks and analysed with FlowJo, flow cytometric image comparison and Minitab. The total cell count, intact cell count and the percentage of high nucleic acid bacteria were analysed. These parameters were highly dependent on scraping events, water entering the filters and season. The results indicated that flow cytometry has great potential for use as a monitoring method, although more data should be collected to establish expected trends and secure baseline values for routine comparisons. / <p>Fördröjning av publikation fram till 31 december 2020.</p>