Ziekteverwekkers in drinkwater

In 2017 hadden 2,2 miljard mensen of bijna één derde van de wereldbevolking geen toegang tot veilig beheerd drinkwater. Dit betekent dat ze geen proper water konden halen in hun buurt wanneer ze dat nodig hadden.

26.5% hiervan gebruikt water van niet-beschermde waterputten en -bronnen of van onbehandeld oppervlaktewater. Deze waterpunten kunnen besmet zijn met dierlijke uitwerpselen en bij onvoldoende sanitaire voorzieningen ook met menselijke uitwerpselen. Hierdoor kunnen ziekteverwekkers het water bevuilen.

Deze ziekteverwekkers noemen we ook wel pathogenen. De pathogenen die een menselijk lichaam het vaakst opneemt via water zijn naar grootte op te delen in drie categorieën, namelijk protozoa, bacteriën en virussen.

Deze pathogenen kunnen bij opname ziektes veroorzaken, zoals diarree. Hieraan sterven naar schatting 829 000 mensen per jaar. Bovendien is dit de op een na grootste doodsoorzaak bij kinderen jonger dan 5 jaar. Door het water te desinfecteren kunnen we deze ziekteverwekkers vernietigen of inactiveren zodat ze niet meer schadelijk zijn voor de mens.

Het overige deel van die 2,2 miljard mensen had wel toegang tot een verbeterd drinkwaterpunt, maar moest hiervoor ettelijke kilometers afleggen. Een verbeterd drinkwaterpunt definieert de Wereldgezondheidsorganisatie als “leidingwater op het terrein (leidingwateraansluiting voor huishoudelijk gebruik binnen de woning, het perceel of het erf van de gebruiker) en andere verbeterde drinkwaterbronnen (openbare kranen, boorgaten, beschermde gegraven putten, beschermde bronnen en regenwateropvang)”.

Ondanks dat een verbeterd waterpunt meer garantie biedt op veilig drinkwater dan niet-beschermde of onbehandelde waterpunten, garandeert het volgens deze definitie niet dat het water volledig vrij is van microbiologische en chemische besmetting.

Let op, ook water dat hier wel volledig vrij van is, kan nog steeds enkele pathogenen bevatten. De concentratie is echter laag genoeg om bij direct gebruik geen ziektes te veroorzaken.

Als we het water daarentegen na desinfectie langdurig bewaren, krijgen pathogenen de tijd om te groeien en zich te vermeerderen. De concentratie aan pathogenen neemt toe waardoor het water opnieuw contamineert en niet meer geschikt is voor consumptie. Hierdoor kunnen mensen die initieel toegang hadden tot drinkbaar water toch nog ziek worden doordat het water opnieuw is besmet.

Nabesmetting tijdens transport en opslag

Gedesinfecteerd water kan dus opnieuw contamineren als we het te lang opslaan. Dit proces, “de nabesmetting van water”, wordt versneld bij hoge temperaturen en/of in niet-steriele opslagplaatsen.

Hierdoor vormt dit een groot probleem in sommige warme landen, waar gemeenschappen afhankelijk zijn van één veilig drinkwaterpunt in de nabije omgeving. De inwoners van deze vaak rurale en arme leefgemeenschappen halen dagelijks drinkwater met een mogelijks vuil recipiënt, bijvoorbeeld een jerrycan. Ze moeten het drinkwater hier te lang in opslaan, waardoor het water bij gebruik opnieuw verontreinigd kan zijn met ziektes tot gevolg.

Dit probleem kunnen we oplossen door het water te desinfecteren op het moment van gebruik (point-of-use). Zo kunnen we de concentratie aan pathogenen reduceren tot een voldoende laag niveau zodat het water opnieuw veilig is voor menselijke consumptie.

De oplossing

Marie Keppens ontwikkelde een desinfectiesysteem op basis van dit point-of-use principe voor water dat mensen willen opslaan en transporteren in een standaard jerrycan. Het resultaat is een handmatig aangedreven plunjerpomp met een membraanfilter die je op een jerrycan kan monteren. Door het handvat van de pomp op en neer te bewegen, wordt het water uit de jerrycan door de membraanfilter gezogen en afgeleid naar buiten als veilig drinkwater.

De membraanfilter zorgt dus voor de desinfectie van het water. Zo’n membraanfilter bestaat uit meerdere membranen met één specifieke poriegrootte. De werking ervan is vergelijkbaar met die van een zeef. De filter houdt alle partikels tegen die groter zijn dan de specifieke poriegrootte; alle partikels kleiner dan de poriegrootte stromen door de filter.

Keppens koos voor een membraanfilter met een poriegrootte van 0.015 micron, waardoor het zowel protozoa, bacteriën als virussen verwijdert. Elke op en neer beweging van de plunjer levert 55 ml gefilterd water af en 20 ml wordt terug door de filter geduwd. Dit zorgt voor de reiniging van de filter waardoor het product langer meegaat. Kortom, bij elke waterafname reinigt de filter automatisch zichzelf.

Met de huidige filter kan haar ontwerp een gezin van 5 leden gedurende 3 maanden van drinkwater voorzien zonder specifieke onderhoudsvereisten, gerekend op 20 liter per dag per persoon.

De duurzame oplossing?

Een veel gebruikte desinfectietechniek om te voorkomen dat water opnieuw contamineert tijdens transport en opslag is chloreren. Door chloor toe te voegen aan water kan, simpel verwoord, een chloormolecule zich vastklampen aan een ziekteverwekker waardoor deze zijn werking verliest.

Een bepaalde hoeveelheid chloor kan dus maar een beperkt aantal ziekteverwekkers vernietigen. Door meer chloor toe te voegen dan nodig, kunnen we pathogenen die tijdens opslag en transport hergroeien alsnog doden.

Anders gezegd, chloor kan lange tijd actief blijven in water. Dit is de voornaamste reden voor zijn veelvuldig gebruik. Het is een snelle en goedkope manier om water te desinfecteren, maar zeker niet de meest duurzame.

Laten we even kijken waarom. Ten eerste is chloor een verbruiksproduct waardoor het een grote opslag of continue distributie nodig heeft. Meestal verpakken we het in kleine dosissen wat voor veel afval zorgt. Ten tweede is het moeilijk om de juiste concentratie aan toegevoegde chloor te bepalen; de effectiviteit van deze techniek is dus niet altijd gegarandeerd. Tot slot kan chloor een negatief effect hebben op zowel onze menselijke gezondheid, als op de smaak en geur van het water.

Een point-of-use desinfectiesysteem is een duurzamere oplossing, maar meestal ook ingewikkelder. Het ontwerp moet bedacht zijn op verschillende factoren, zoals de gebruiksvriendelijkheid, de onderhoudsvereisten, de gebruikte materialen, de productietechniek, enzovoort.

Verder is de logistieke organisatie bepalend voor de werkelijke duurzaamheid van het product. Dit komt niet aan bod in Keppens’ masterproef, maar lijkt haar erg belangrijk om uit te werken in een vervolgonderzoek.

Nu heeft ze zich voornamelijk gefocust op het ontwikkelen van een werkend desinfectiesysteem. Daarbij besteedde ze extra aandacht aan een aantal belangrijke duurzame ontwerpprincipes.

Een eerste raadt aan om zoveel mogelijk standaardcomponenten te gebruiken. Dit is het geval voor de helft van alle onderdelen van haar desinfectiesysteem. Ten tweede beperkte ze verschillende onderdelen, wat voordelig is voor de assemblage, het transport en de kostprijs. Ten derde zorgde ze ervoor dat we – indien nodig – elk onderdeel apart kunnen vervangen en recycleren. Tot slot zocht ze voor elk onderdeel de meest eenvoudige vorm, waardoor we het makkelijker en goedkoper kunnen produceren, zonder in te boeten aan functionaliteit.

Dit klinkt allemaal erg goed, maar is het ook vernieuwend? Er bestaan namelijk al verschillende soorten point-of-use desinfectiesystemen voor off-grid toepassingen, dus toepassingen die werken zonder gebruik te maken van het elektriciteitsnet. Toch onderscheidt dit ontwerp zich op drie vlakken.

Ten eerste moet de gebruiker de filter niet onderhouden. Het reinigingsproces maakt deel uit van de handeling die nodig is voor waterafname. De filter reinigt zichzelf automatisch bij gebruik waardoor deze een maximale levensduur kent.

Ten tweede past het ontwerp op alle jerrycans van 10 tot 30 liter met een UN keurmerk. Dit zijn jerrycans die mensen al wereldwijd gebruiken om water te transporteren. De keuze voor een universeel verkrijgbaar recipiënt maakt het ontwerp toegankelijker, goedkoper en ecologischer.

Ten derde filtert dit systeem zowel protozoa en bacteriën als virussen uit het water. De meeste desinfectiesystemen verwijderen enkel de eerste twee, geen virussen.

Impactvol

Kan dit ontwerp een verschil maken? Een functioneel prototype toont aan van wel. In rurale woongebieden of in de humanitaire noodhulp kunnen we dit desinfectiesysteem waardevol inzetten om de reden dat het 24 uur op 24 werkt en onafhankelijk is van plaatselijke voorzieningen, zoals het elektriciteitsnet, of externe factoren, zoals zonlicht.

De enige voorwaarde is dat er in de nabije omgeving een veilig of eventueel een microbieel verontreinigd drinkwaterpunt moet zijn. Belangrijk om te vermelden is dat dit filtersysteem geen chemische verontreiniging aanpakt.

Doordat dit systeem veilig drinkwater levert, zorgt het indirect voor minder zieken en sterfgevallen ten gevolge van via water overgedragen ziekten. Hieraan sterven naar schatting 829 000 mensen per jaar. Bovendien is dit de op een na grootste doodsoorzaak bij kinderen jonger dan 5 jaar.

Verder heeft het desinfectiesysteem het potentieel om een circulaire levenscyclus te doorlopen omwille van de eenvoudig vervangbare onderdelen, de recycleerbare materialen, enzovoort. Om deze duurzame levensloop effectief te realiseren, is er naast het product ook een service nodig. Deze service moet de materialenstroom controleren – denk aan vervangcomponenten aanbieden, materialen sorteren voor recyclage… – en biedt idealiter ook educatieve ondersteuning aan.

Plaatselijke inwoners die hiervoor zijn opgeleid kunnen deze service aanbieden. Eventueel kan een overheidsinstantie of hulporganisatie hen hierbij steunen. Op deze manier kunnen we de lokale economie betrekken en werkgelegenheid creëren.

Duurzaam desinfectiesysteem

Samengevat presenteert Keppens ons een goed functionerend en duurzaam desinfectiesysteem voor een standaard jerrycan dat zichzelf onderhoudt en zich leent tot gebruik in verschillende omstandigheden.

Toegegeven, sommige aspecten moet ze in een volgende ontwikkelingsfase nog verder op punt zetten, zoals de gebruiksvriendelijkheid. Desondanks kan dit ontwerp bijdragen aan een meer rechtvaardige en duurzame samenleving: het vermindert de ongelijkheid en bevordert de menselijke gezondheid doordat meer mensen toegang krijgen tot drinkbaar water. Daarbovenop kan het aanbieden van een bijkomende service de lokale economie ondersteunen.

Om terug te komen op de vraag waar het allemaal begon: “Word ik ziek van drinkwater dat lange tijd is opgeslagen?” Ja, luidt voorlopig nog het antwoord, maar als we Keppens ontwerp kunnen realiseren, gelukkig niet meer voor lang.