Harold Van Den Berg

Waterkwaliteitsmonitoring werd uitgevoerd bij een klein drinkwatersysteem in Mozambique (hoofdstukken 2 en 3). De impact van veranderingen in operationele strategieën, zoals hogere chloordosering, aanpassing aan de leveringsduur en first-flush, op de microbiologische waterkwaliteit wordt beschreven in hoofdstuk 2. Op basis van de resultaten van monitoring van de waterkwaliteit werd de beste strategie bepaald. Door de chloordosering te verhogen verbeterde de microbiologische drinkwaterkwaliteit, terwijl een aangepaste leveringsduur en first-flush geen duidelijk effect lieten zien. Het aantonen van E. coli in het drinkwater op huishoudelijk niveau kan wijzen op een herbesmetting in het distributiesysteem of op onveilige hygiënische handelingen.

Het onderzoek naar de microbiologische kwaliteit van het geleverde drinkwater wordt beschreven in hoofdstuk 3. Watermonsters van bron tot kraan werden geanalyseerd op de aanwezigheid van fecale indicatoren (E. coli), pathogenen (Vibrio cholerae, Salmonella spp. en Campylobacter spp.) en antibioticaresistentie (cefotaxime resistente E. coli). In 79 procent van de monsters werd na de zuivering geen E. coli meer aangetoond. Naast E. coli werd in het gezuiverde water Campylobacter (10 procent) en Vibrio cholerae (11 procent) aangetoond. In het distributiesysteem namen de aantallen positieve monsters toe, vermoedelijk door herbesmetting. Fecale verontreiniging en pathogenen in het drinkwatersysteem wijzen op een gezondheidsrisico.

Er bestaan veel verschillende benaderingen voor risicoanalyse en -management. Voordat een nieuwe aanpak wordt ingevoerd is het zinvol om te onderzoeken welke bestaande methoden worden toegepast, hoe informatie tussen verschillende methoden kan worden gedeeld en of het nuttig is om een nieuwe aanpak in te voeren. In plaats van een waterveiligheidsplan (WSP) als een nieuwe aanpak bij drinkwaterbedrijven in Nederland te introduceren werd onderzoek gedaan naar bestaande activiteiten voor risicoanalyse en -management. Zo kon worden bepaald in hoeverre deze activiteiten de elf elementen van een WSP dekken (hoofdstuk 4). Door de zes, in Nederland, wettelijk vereiste methoden te gebruiken, worden alle elementen van een WSP gedekt. Deze wettelijke vereisten worden door de drinkwaterbedrijven nog aangevuld met activiteiten op sector- en waterbedrijfsniveau, zoals hygiënecodes en standaard operationele procedures. Bij gebruik van meerdere risicoanalyse- en risicomanagementmethoden is het van belang om informatie te delen en te combineren binnen de verschillende methoden. Hoe geïdentificeerde (microbiologische) risico’s uit verschillende risicoanalyses met elkaar kunnen worden geïnterpreteerd en geprioriteerd moet nog worden onderzocht.

In hoofdstuk 5 wordt een inventarisatie beschreven van alle communale en industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties (AWZI’s) in Nederland met hun relevante kenmerken. Daartoe werd een risicomatrix opgesteld op basis van type zuivering, temperatuur van het proceswater, beluchting en type industrie. De risicomatrix werd gebruikt om te bepalen welke AWZI’s een middelmatig tot hoog risico op legionellavermeerdering en -verspreiding hebben. Deze AWZI’s werden vervolgens onderzocht op de aanwezigheid van Legionella. Van de bemonsterde AWZI’s bleek dat 18 procent positief was voor Legionella spp. Wanneer Legionella in het afvalwater werd aangetroffen, werd door de verantwoordelijke autoriteit direct contact opgenomen met de eigenaar om de uitstoot van Legionella te verminderen om de volksgezondheid te beschermen. Dit gebeurde bijvoorbeeld door beluchtingstanks te overdekken. Deze studie heeft ook bijgedragen aan de ontwikkeling van een handreiking om eigenaren van AWZI’s te ondersteunen bij het identificeren, interpreteren en beheersen van risico’s op legionellavermeerdering en -verspreiding. Ook heeft het Ministerie van Infrastructuur en Watermanagement het opgepakt om op te nemen in Nederlandse regelgeving.

Klimaatverandering zet de beschikbaarheid, kwaliteit en veiligheid van drinkwater in Ethiopië verder onder druk. Een klimaatbestendig WSP is bij twee grote drinkwaterbedrijven in Ethiopië geïmplementeerd (hoofdstuk 6). Om een dergelijk WSP beter te ondersteunen is in deze studie de waterkwaliteitsmonitoring uitgebreid bij de drinkwaterbedrijven en bij het nationaal instituut voor volksgezondheid. Op basis van mogelijke risico's werden parameters geprioriteerd voor waterkwaliteitsmonitoring. Denk aan het meten van Cryptosporidium, fluoride en arseen in ruw water om inzicht te krijgen naar de ernst van het risico. Monitoring van E. coli en vrij chloor in het distributienetwerk toonde aan in welke mate risico’s werden beheerst, zoals herbesmetting in het distributienetwerk of onvoldoende chloreren. Door trends in waterkwaliteitsdata te analyseren werden de risico’s in de loop der jaren, maar ook seizoenschommelingen, inzichtelijk. Door waterkwaliteitsmonitoring en WSP continue te koppelen, konden de verkregen data beter worden gebruikt. Dit moet nog verder worden ingevoerd.

Wanneer veiligheidsplanning voor drinkwater en sanitaire voorzieningen in kleinschalige systemen los van elkaar wordt gebruikt, kan dat een uitdaging zijn als menselijke, financiële en administratieve middelen beperkt zijn. Daarom is een geïntegreerde aanpak voor water- en sanitatieveiligheidsplannen ontwikkeld (iWSSP) (hoofdstuk 7). Ook werden tools en trainingsmateriaal ontwikkeld om deze nieuwe aanpak in de praktijk in te voeren. Deze geïntegreerde aanpak werd getest in drie kleine systemen in landelijk Servië. Door iWSSP op deze drie locaties in te voeren, is de kennis van de systemen voor drinkwater en sanitatie vergroot bij de betrokken personen. De ervaringen voor capaciteitsopbouw op het gebied van waterkwaliteitsmonitoring, risicoanalyse en risicomanagement in Ethiopië en Servië worden beschreven in de hoofdstukken 6 en 7. Hoewel er misschien wetgeving is, was er behoefte aan een betere aansluiting op de lokale context in de vorm van begeleiding, capaciteitsopbouw en instrumenten. Dat gold vooral in kleine systemen.

In hoofdstuk 8 worden de resultaten bediscussieerd en toekomstperspectieven gegeven. De studies in dit proefschrift hebben eraan bijgedragen dat mensen in verschillende landen minder aan ziekteverwekkers zijn blootgesteld via onveilig drinkwater of sanitaire voorzieningen. De studies helpen daarom de volksgezondheid te beschermen. In dit proefschrift hebben we de mate waarin wateroverdraagbare infectieziekten worden verminderd door risicomanagement niet onderzocht. Er bleek nog ruimte te zijn om de implementatie en toepassing van risicomanagement te verbeteren. Ten eerste, zijn er veel internationale en nationale regelgeving en richtlijnen voor risicomanagement om veilig drinkwater en sanitaire voorzieningen te garanderen. Om ervoor te zorgen dat risicomanagement zowel in stedelijk als landelijk gebied wordt gebruikt, en ook in alle landen, moet de kloof tussen wetgeving en praktijk zo klein mogelijk zijn. Het is daarbij belangrijk rekening te houden met de lokale behoeften en de uitdagingen in verschillende gebieden. Zo kan voor monitoring van de waterkwaliteit een selectie worden gemaakt op basis van de middelen en de lokale behoeften. Ten tweede kunnen risicoanalyse en waterkwaliteitsmonitoring beter met elkaar worden verbonden. Een risicoanalyse vormt de basis voor de selectie van parameters, de frequentie van de analyses en de analysemethode. Door de waterkwaliteit te monitoren worden gegevens verkregen voor de risicoanalyse en risicomanagement.

Uit de thesis blijkt dat zowel risicoanalyse als waterkwaliteitsmonitoring bijdragen aan het voorkomen van microbiële risico’s. Beide moeten daarom goed worden ingebed in risicomanagement. Het is mogelijk om aanpakken voor risicomanagement met elkaar te combineren of zelfs te integreren. Dit kan op het gebied van één doeleinde van water, zoals drinkwater of sanitatie, of voor meerdere. Voor drinkwater of sanitaire voorzieningen hoeft risicomanagement niet beperkt te blijven tot één benadering, aangezien verschillende aanpakken elkaar kunnen aanvullen. Als er meerdere benaderingen zijn, is het van belang dat gegevens tussen de benaderingen worden gedeeld en de aanpakken regelmatig worden bijgewerkt. Op deze manier kunnen nieuwe uitdagingen en risico’s worden geïdentificeerd en beheerst. Hierdoor worden gezondheidsrisico’s gerelateerd aan drinkwater en sanitaire voorzieningen zo klein mogelijk, nu en in de toekomst. In dit proefschrift is risico-management voor drinkwater en sanitaire voorzieningen geïntegreerd in één aanpak (iWSSP). In de toekomst zal op elk continent de waterschaarste toenemen onder andere door klimaatverandering en een groeiende bevolking. Om weerbaar te zijn tegen klimaatverandering en een groeiende bevolking zal iWSSP in de toekomst kunnen worden uitgebreid met risicomanagement aanpakken voor andere doeleinden van water dan drinkwater en sanitatie. Afhankelijk van de kwaliteit en mogelijke gezondheidsrisico’s kan het water zo goed en efficiënt mogelijk worden gebruikt (fit-for-purpose).

Unsafe drinking water and sanitation are major causes of the spread of waterborne diseases in a community. Drinking water supply and sanitation services face threats, such as aging infrastructure, urbanization and climate changes, which may affect the transmission of microbial hazards. Drinking water suppliers and sanitation providers need to know and understand these hazards and the associated risks these hazards pose to the drinking water supply and sanitation system and manage these risks well. To this extent, risk management is crucial for the identification and management of risks in a structured and continuous way. Risk management here includes risk assessment and water quality monitoring. In risk assessment, microbial hazards can be identified and risks can be estimated. Risk assessment can be used to develop control measures to reduces the risks. This may result in prevention of diseases, thereby contributing to public health protection. Monitoring the quality of drinking water and wastewater are key elements to ensure drinking water and sanitation safety by providing (early) signals of hazards for remediate actions.

This thesis will focus on risk management for drinking water supply and sanitation systems to prevent waterborne infectious diseases in different countries and resource settings (see Figure S.2). The main objective of this thesis is to better integrate water quality monitoring and risk assessment into risk management approaches. Another objective is to integrate risk management approaches for drinking water supply and/or sanitation services in order to reduce waterborne infectious diseases. The final objective is to investigate to which extent risk management methods create resilience to future changes, such as climate change and urbanization.

Figure S.2. Overview of the countries (chapters) in which risk assessment and water quality monitoring as part of risk management were addressed for drinking water supply (white circles) and sanitation services (black circles).

Water quality monitoring is an important tool to identify possible risks and validate the effectiveness of control measures. In Mozambique, water quality monitoring was carried out in a small drinking water supply (chapter 2 and chapter 3). The impact of changes in operational strategies, namely increased chlorine dosage, increased supply duration and first-flush, on the microbial water quality was investigated in chapter 2. Based on the results of water quality monitoring, the best strategy could be determined. Increasing chlorine dosage ensured good microbiological drinking water quality but changing the number of supply cycles had no such effect. The detection of E. coli contamination in drinking water at household level could point at recontamination in the distribution or unsafe hygienic practices.

The microbiological quality of drinking water supplied was assessed by analyzing different water samples for the presence of fecal indicators (E. coli) and pathogens (Vibrio cholerae, Salmonella spp. and Campylobacter spp.) and an antibiotic resistance determinant (cefotaxime resistant E. coli) (chapter 3). No E. coli could be detected in 79% of the samples after treatment. Besides E. coli, the pathogens Campylobacter (10%) and Vibrio cholerae (11%) were detected in the treated water. In the distribution system, the number of positive samples increased, presumably due to recontamination. The presence of fecal contamination and pathogens in the drinking water system indicates a health risk.

There are many different risk assessment and risk management approaches. Before implementing a new approach it is essential to start by identifying existing approaches, investigating how information can be shared and if it would be beneficial to implement a new one. Instead of implementing a water safety plan (WSP) as a new approach for drinking water utilities in the Netherlands, existing risk assessment and risk management approaches were identified (chapter 4). The results showed that the six legally required risk assessment and risk management approaches cover the eleven elements of the WHO WSP approach. These legal requirements are complemented by additional activities at sector and water company level such as codes of practice and standard operating procedures. The outcomes of all approaches and activities combined provide information from source to tap. Nevertheless, when using multiple risk assessment and risk management approaches it is crucial to share and combine information derived from the different activities.

An inventory of all communal and industrial wastewater treatment plants (WWTPs) with their characteristics was carried out in the Netherlands (chapter 5). In this study, a risk matrix was drafted to assess wastewater treatment plants at risk for Legionella growth and emission based on the risk criteria type of treatment, temperature of process water, aeration and type of industry. The risk matrix was applied to assess the risk of the identified wastewater treatment plants. Analyzing wastewater collected at WWTPs with moderate to high risk for Legionella growth and emission showed that 18% of the sampled WWTPs were positive for Legionella spp. If Legionella was detected in the wastewater, the responsible authority directly contacted the owner to reduce emission, for example by covering aeration tanks, and protect human health. The work also contributed to the development of guidance to support owners of wastewater treatment plants to identify, interpret, and control risk for Legionella growth and emission. Furthermore, the Dutch Ministry of Infrastructure and Water Management is developing legislation for Legionella prevention from WWTPs.

Climate change puts intense pressure on the availability and quality of water. A climate resilient WSP was implemented in the urban drinking water supplies of Addis Ababa and Adama in Ethiopia (chapter 6). In this study, water quality monitoring was extended at the utilities and at the national level to support the WSP. Based on the risks identified with the WSP, water quality monitoring was optimized by prioritizing parameters. Examples are measuring Cryptosporidium, fluoride and arsenic in raw water to provide information on the severity of the risks. Monitoring E. coli and free chlorine in the distribution network, showed to which extent the risks of recontamination in the distribution network or insufficient chlorination, were controlled. Implementing trend analyses on existing water quality data provided insight on risks over the years, as well as seasonal fluctuations. By continuously linking water quality monitoring and climate resilient WSP, utilization of the collected data was optimized, and both approaches benefit from linking these activities.

Applying risk management approaches for drinking water and sanitation separately might be challenging for small systems or communities with limited human, financial and administrative resources. An integrated water and sanitation safety planning (iWSSP) approach was developed together with guidance and training material for practical application of this novel approach (chapter 7). The integrated approach was piloted in three small systems in rural Serbia. Implementing iWSSP at the pilot sites contributed to a better understanding of both drinking water supply and sanitation system. It also resulted in increased awareness, knowledge and understanding among staff of drinking water supply and sanitation services. The experiences for capacity building on water quality monitoring, risk assessment and risk management in Ethiopia and Serbia are described in chapters 6 and 7. Even though legislation might be in place, better connection to the local context was needed in the form of guidance, capacity building and tools. This was especially the case in small settings.

In chapter 8 the results are discussed and future perspectives are given. The different studies in this thesis contributed to limit exposure of people in different countries to unsafe drinking water or unsafe sanitation practices and therefore support public health protection. In this thesis, we did not investigate to what extent risk management, including risk assessment and water quality monitoring, reduced waterborne infectious diseases. It has become clear that there is still room to improve the implementation and application of risk management in different settings. Firstly, many international and national regulations and risk management guidelines exist to guarantee safe drinking water and sanitation services. To ensure that risk management is applied both urban and rural, as well as in all countries, it is necessary to minimize the gap between legislation and practice. Taking into account local needs and challenges in different areas plays an important role. For the monitoring of water quality, a selection can be made based on resources and local needs. Secondly, water quality monitoring and risk assessment can be better linked, to strengthen both. A risk assessment could form the fundament for the selection of parameters, the frequency of the analyses and the method of analysis. Water quality monitoring contributes to safe drinking water and sanitation, which is reinforced by the use of water quality data to improve risk assessment and risk management.

The main conclusion from this thesis is that both risk assessment and water quality monitoring contribute to risk prevention and therefore should be well embedded in the risk management approach. It is possible and useful to integrate or combine risk management approaches. This can be done for a single water application, such as drinking water or sanitation, but also for multiple water applications. Risk management for drinking water or sanitation services needs not be limited to one approach as other methodologies can be complementary. If multiple approaches are used, sharing data between the different methodologies and reviewing the approaches regularly to be up-to-date is needed to address and manage new challenges. In this way, health risks related to drinking water and sanitation now and in the future are minimized. In this thesis, risk management for drinking water and sanitation services were integrated into one approach (iWSSP). In the future, water scarcity will be an increasing problem on every continent due to climate change and a growing population. To be resilient to these challenges, an integrated and inclusive approach to the management of available water should be adopted. iWSSP can be extended by integrating or combining risk management for other water applications in order to use the water correctly and efficiently (fit-for-purpose), depending on the quality and possible health risks.