The Second International Conference on Emerging Technologies for Clean Water

Implementation of Arsenic Filter Project in  Murshidabad district of West Bengal

By

Rajeev Kumar

Indian Institute of Technology Madras, India23rd & 24th October 2014

Source: http://ga.water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html

Water resources are finite

Water Issues• What is water –

• Human right/ economic good/service/ social good/ environmental necessity!

• Water as a source of wealth and power in ancient Rome.

• Usage of water in India and its association with social status.

• Energy needs, navigation and irrigation needs for agriculture account for 70% of the water usage. 

• UN International Drinking Water Supply and Sanitation Decade (1981‐90)

• MDG 2000 : 2015 target of halving the  population lacking access to clean drinking water and sanitation (World Summit for Sustainable Development, 2002).

• 2.3 billion  people got access to improved water sources between 1990‐2012.

• 748 million people without access to clean water  (2012) (source : UN).

• Sources:• Piped water supply (54% of homes world wide).• Public taps / protected springs / tube wells……………VIABLE• Open unprotected sources (13% of homes world wide).

• 7.5 lpd per person for drinking / cooking is the minimum. 3

4

• Diarrhea accounts for second largest share on Global Burden of Disease (GBD)

• Largely  preventable

• Mostly borne by poor

• Implications for poverty since  treatment costs, impaired growth, education, labour productivity.   

• Water Poverty Index (WPI) (2002) designed to determine where countries stand.

• Five measures – resources, access, capacity, use, environmental impact.

• Even rich countries like Japan and USA stand lower than the Scandinavian countries, Canada and Switzerland.

• Studies on South Africa, Nepal, Madhya Pradesh indicate how water poverty affects lifestyle of the people.  

Water Issues

Reference: Sullivan, C., J. Meigh, et al. (2003). "The Water Poverty Index: Development and application at the community scale." Natural Resources Forum 27(2003): Pp 189‐199.

Source : Science      Vol. 296        21 June 2002

Health effects of Arsenic intake with water• Occurrences (100 mn)

– International‐ US (3 mn), Latin America, Taiwan, Mongolia, Bangladesh (50 mn)– Indian context‐West Bengal (25 mn), other Eastern states in Gangetic valley region

• Literature survey:– Health Effects of Arsenic Longitudinal Study (HEALS)  (2000) –sample size = 11, 746 (largest 

cohort study). • Exposure levels to As content in water from well proportion to urine of participant. • Urinary As measures  accurately the body burden of As.  

– Strong dose‐ response relation  for pre‐malignant skin lesions (Argos, M., P. Faruque, et al. (2007). "Socioeconomic Status and Risk for Arsenic‐Related Skin Lesions in Bangladesh." American Journal of Public Health 97(5): 825‐831).

– Arsenic exposure is associated with impaired lung function even at low to moderate dosage (Parvez, F., Y. Chen, et al. (2013). "Arsenic Exposure and Impaired Lung Function: Findings from a Large Population‐based Prospective Cohort Study." American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 188(7): 813‐819).

– Mental health problems (Brinkel, J., M. M. H. Khan, et al. (2009). "A Systematic Review of Arsenic Exposure and Its Social and Mental Health Effects with Special Reference to Bangladesh." International Journal of Environmental Research and Public Health 6(5): 1609‐1619).

• Another 7 studies

Health effects of Arsenic intake with water (contd.)

– Small but significant association between birth defects and As exposure (Kwok, R. K., R. B. Kaufmann, et al. (2006). "Arsenic in Drinking‐water and Reproductive Health Outcomes: A Study of Participants in the Bangladesh Integrated Nutrition Programme." Journal of Health, Population and Nutrition 24(2): 190‐205).

– Significant occurrence of skin lesions, respiratory effects, skin keratoses and hyperpigmentation (Haque, R. (2000). Health effects of arsenic contaminated drinking water in West Bengal, India. Ann Arbor, University of California, Berkeley. 3001866: 133‐133 p).

– Individuals with skin lesions more likely to have Arsenic induced toxicity (Ghosh, P., M. Banerjee, et al. (2007). "Comparison of health effects between individuals with and without skin lesions in the population exposed to arsenic through drinking water in West Bengal, India." Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology 17(3): 215‐223).

– 3850 wells in 33 counties in II States with mean drinking water As content of more than 10 µg/l or more (Frost, F. J., T. Muller, et al. (2003). "Identifying US populations for the study of health effects related to drinking water arsenic." Journal of Exposure Analysis and Environmental Epidemiology 13(3): 231‐239).

– Males had significant higher cancer rates with higher exposure to As though not significant when controlled for race, gender, BMI and population density (Han, Y.‐y., J. L. Weissfeld, et al. (2009). "Arsenic levels in ground water and cancer incidence in Idaho: an ecologic study." International Archives of Occupational and Environmental Health 82(7): 843‐849).

Health effects of Arsenic intake with water (contd.)

– Arsenic exposure is a big challenge in rural China  from drinking water and indoor burning of coal containing As (Yu, G., D. Sun, et al. (2007). "Health Effects of Exposure to Natural Arsenic in Groundwater and Coal in China: An Overview of Occurrence." Environmental Health Perspectives115(4): 636‐642).

– Nutritional deficiencies increases susceptibility to Arsenic related health effects (Deb, D., A. Biswas, et al. (2013). "Nutritional deficiency and arsenical manifestations: a perspective study in an arsenic‐endemic region of West Bengal, India." Public Health Nutrition 16(9): 1644‐1655).

– Intake of  B Vitamin and antioxidants  at greater doses may reduce risk of As related skin lesions (Zablotska, L. B., Y. Chen, et al. (2008). "Protective Effects of B Vitamins and Antioxidants on the Risk of Arsenic‐Related Skin Lesions in Bangladesh." Environmental Health Perspectives116(8): 1056‐1062).

– Cooking rice also was a source of exposure to As besides water from contaminated wells (Mondal, D., M. Banerjee, et al. (2010). "Comparison of drinking water, raw rice and cooking of rice as arsenic exposure routes in three contrasting areas of West Bengal, India." Environmental Geochemistry and Health 32(6): 463‐477).

– Very little As is secreted in breast milk even in women with high exposure to As (Fängström, B., S. Moore, et al. (2008). "Breast‐feeding Protects against Arsenic Exposure in Bangladeshi Infants." Environmental Health Perspectives 116(7): 963‐969.

– Need for awareness generation and role of women (Ahamed, S., M. K. Sengupta, et al. (2006). "An Eight‐year Study Report on Arsenic Contamination in Groundwater and Health Effects in Eruani Village, Bangladesh and an Approach for Its Mitigation." Journal of Health, Population and Nutrition 24(2): 129‐141).

50 years of Arsenic standards

Perm

issi

ble

limit

(ppb

)

Time (Years)

= Arsenic

Decrease in the permissible limit of arsenic in drinking water, according to US EPA, with time. The graph indicates a general trend.

Why nanotechnology?

10‐9

Murshidabad district• Remote 

• Populous

• Backward

• Hazards

– Multiple 

– Arsenic effects• Socio‐economic characteristics 

– Poverty endemic– Bidi making– Agricultural labor – Malnutrition endemic region

Comparative demographics of 2011 Census

Description Murshidabad West Bengal India

Population (lakhs) 71 913 12100

Population Growth (%) 21.09 13.84 17.7

Density/km21,334 1,028 382

Sex Ratio (per 1000 females) 958 950 943

Child Sex Ratio (0‐6 Age) 968 956 919

Average Literacy (%) 66.59 76.26 73.00

Male Literacy (%) 69.95 81.69 80.90

Female Literacy (%) 63.09 66.57 64.60

Prevalence of As in ground water

– Approx. 48% of 1,40, 150 tube wells had As content of more than 10 ppb in West Bengal (Chakraborti, D., B. Das, et al. (2009). "Status of groundwater arsenic contamination in the state of West Bengal, India: A 20‐year study report." Molecular Nutrition & Food Research 53(5): 542‐551).

– Approx. 54% of 29, 612 tube wells had As above 10 ppb in Murshidabad district (Chakraborti, D., M. Rahman, et al. (2005). "Murshidabad—One of the Nine Groundwater Arsenic‐Affected Districts of West Bengal, India. Part I: Magnitude of Contamination and Population at Risk." Clinical Toxicology 43(7): 823‐834).

– Approx. 19% of 25, 274 people screened had arsenical skin lesions in Murshidabad district (Mukherjee, S. C., K. C. Saha, et al. (2005). "Murshidabad—One of the Nine Groundwater Arsenic‐Affected Districts of West Bengal, India. Part II: Dermatological, Neurological, and Obstetric Findings." Clinical Toxicology 43(7): 835‐848).

Arsenic  affected cases

(2005). "Murshidabad—One of the Nine Groundwater Arsenic‐Affected Districts of West Bengal, India. Part II: Dermatological, Neurological, and Obstetric Findings." Clinical Toxicology 43(7): 835‐848.

How new adsorbents are changing the dynamics at ground level

Existing unit for iron and arsenic removal – 20 m3/h

Uses activated alumina and iron oxide (old generation of adsorbents)

Existing unit for iron and arsenic removal – 18 m3/h

Uses iron oxyhydroxide (new generation of adsorbents)

Input arsenic concentration: 168 ppbOutput arsenic concentration: 2 ppb

Amrit filter• Paradigm shift in filtration technology• Nano technology to produce arsenic free water – Is bactericidal as well

• Highest efficiency• Stand alone• No power needed• Unskilled  

maintenance 

Amrit filter (contd.)

• Technological advantages of ‘AMRIT’:– Increased efficiency owning to nano surface makes it have flow rate of 50‐70 litres per hour.

– Suitable for community usage• Stand alone• Power free• Locations

– One filter with 8 cartridges can serve 100‐ 200 families for one to two years.

S.No Sample Name Input arsenic (ppb) Output arsenic (ppb)

Number of days running

1. Topidanga Jumma Masjid, Bhagwangola-II 31 0 30 days

2. Bhandahara Jumma Masjid, Bhagwangola-II 20.7 0.4 30 days

3. Horirampur Jumma Masjid, Bhagwangola-II 37 0 45 days

4. Dihipara Jumma Masjid, Bhagwangola-II 4.8 1.8 30 days

5. Bahadurpur High School, Bhagwangola-I 9.4 0.2 30 days

6. Charlabangola Higher Sec School, Bhagwangola-I 28.2 0.1 245 days

7. Mahisasthali Girls’ High School, Bhagwangola-I 0 0 30 days

8. Orahar Girls’ High School, Bhagwangola-I 0.53 0 10 days

9. Rabindratola BN Pandey High School, Bhagwangola-I 84.3 0 245 days

10. Karbalajamam Masjid, Berhampore 6.8 0 150 days

11. PHED office, Berhampore 32 0 10 days

12. Nabipur Bazar Jumma Masjid, Raninagar-II 1.3 0 60 days

13. Rukunpur Jumma Masjid, Hariharpara 25.6 2.2 60 days

14. Klyanpur Jumma Masjid, Domkal 64.7 0 200 days

15. Benadaha Mondalpara Hanafi Jamat, Beldanga-I 9.04 0 180 days

16. Maniknagar Jumma Masjid, Domkal 1 0.04 60 days

17. South Hariharpura Jumma Masjid, Hariharpara 5.47 0 60 days

18. Lochan Mati Danga Para Jumma Masjid, Hariharpara 14.6 0 150 days

19. Paschim Malipara Jumma Masjid, Raninagar – II 3.3 0.13 90 days

20. Khalilabad Jumma Masjid, Hariharpara 179.0 0 270 days

21. Bhatu Komnagar Masjid, Raninagar –II 67.89 0.22 360 days

A glimpse of performance data for installations in Murshidabad

S. No. Sample Name Input arsenic (ppb) Output arsenic (ppb)

Number of days running

1. Dhapadia Junior Madrasah 46.5 2.15 30 days

2. Khidirpur Shishu Shiksha Kendra 14.99 0 260 days

3. Junior Madrasah 12.7 0 60 days

4. Dhapana Board High School 14.96 0.6 45 days

5. Birpur Primary School 19.56 0 90 days

6. Bethuaduari JCM High School 4.56 0 45 days

7. Jugnuthala Primary School 23.36 0 60 days

8. Dahakula Primary High School 36.6 0 60 days

9. Bargachi Primary School Nagadi 9.56 0 90 days

10. Dahakula Primary School 22.7 0 60 days

11. BJ Kumari Primary School 5.9 0 100 days

12. Arijnagar Primary School 0.13 - 60 days

13 Patikpari Girls Primary School 9.6 0 60 days

14 Bawanipur Primary School Nagadi 0.49 0 60 days

A glimpse of performance data for installations in Nadia

S. No. Sample Name Input arsenic (ppb) Output arsenic (ppb)

Number of days running

23. Babaltali Jumma Masjid, Raninagar – II 10.7 0 180 days

24. Sargachhi Paschimpara Jumma Masjid, Beldanga – I 1.26 0.04 180 days

25. Pratappur Jumma Masjid, Hariharpara 27.19 0.13 180 days

26. Fakirabad Jumma Masjid, Domkal 24.67 0 180 days

27. Shialmari Jumma Masjid, Raninagar – II 287.5 0.09 240 days

28. Bhabta Ahelahadis Jumma Masjid, Beldanga 8.6 5.7 240 days

Performance data from Murshidabad (continued)

Learnings from social entrepreneurship model

• Information needed about–Community–Service infrastructure–Policy systems

• Latest technology provided point of entry–Trigger for change

Learnings from social entrepreneurship model (contd.)

• Dispersed locations– Mimics water sources availability 

– Saves time and cost and adds to the benefits stream   

• “Tragedy of the commons”– Community ownership

– Shared resources

• Adaptable to socially diverse landscape– Negotiates social diversities 

– Adjusted to local situation 

Outcome?

• Awareness– usage– Utility of filters 

• Community participation– Maintenance – Location 

• Success = Ownership– Replacement of cartridges– new filters @ commercial terms

Thank you

Questions are welcome