Assessment of waters' suitability for domestic and agricultural practices in rural communities of Upper East Region, Ghana

Abstract

I oktober 2022 ble det gjennomført feltarbeid i Bolgatanga/Bongo i Upper East Region, Ghana, for å evaluere ulike vann ressurser kvalitet som drikkevannskilde og agrikultur. Evaluering av drikkevannskvalitet har vært det primære målet med masteroppgaven, mens agroikultur som drikkevann for gårdsdyr og irrigasjon har vært en sekundær oppgave. Totalt ble det tatt 167 vannprøver fra 17 vannkilder i fire ulike lokalområder, hvorav fire var overflatekilder og 13 drikkevannskilder. Det ble tatt ut vannprøver til både fysiskkjemiske og mikrobiologiske analyse. Fysisk-kjemiske parametere inkluderer temperatur, pH, elektrisk ledningsevne, turbiditet, oppløst oksygen, As, Cd, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn, F, Al, Ca, Co, Cr, Cu, Mg, Mo, Na, Ni, U, og V. Mikrobiologiske parametere har inkludert totale koliforme bakterier og E. coli. Det har blitt utført feltanalyser med Aquagenx sitt CBT + TC feltkit og laboratorie analyser utført ved Ghana Water Company (GWCL).

Vurdering av de ulke vannkildenes egnethet til drikkevannsforsyning eller jordbruksaktiviteter har fulgt internasjonale standarder fra Verdens helseorganisasjon og FNs organisasjon for ernæring og jordbruk. De Fysisk-kjemiske analysene viste tilfredsstillende drikkevannskvalitet for både mennesker og gårdsdyr i alle de undersøkte vannkildene. En bekymring for høye konsentrasjoner av tungmetall- og fluorid i grunnvannskilder viste seg ubegrunnet da alle vannanalyser viste gjennomgående lave konsentrasjoner av disse elementene. Derimot viste de mikrobiologiske analysene, fekal forurensning i sju av de 13 undersøkte brønnene, og vannkildene ansees som ikke helsemessig trygge som drikkevannsforsyning til mennesker. Alle de fire overflatevannkildene hadde betydelig fekal forurensing. Bruk av slike overflatevannkilder med fekal forurensing til irrigasjonsvann gir noen forbehold, avlinger burde vaskes eller kokes før konsum, og sett i lys av dyrehelse burde alle dyr bli gitt drikkevann fra drikkevannsbrønner. Selv om grunnvannskvaliteten er tilfredsstillende for irrigasjon, er slik utnyttelse av grunnvannsforekomstene ikke å anbefale grunnet begrenset kapasitet i akviferen i det undersøkte området. I løpet av feltarbeidet ble krysskontaminering av feltprøver og kritikkverdige forhold hos GWCL sitt laboratorie avdekket. På tross av dette anses vurderingene av vannforekomstenes kvalitet som velbegrunnet og riktig. Uavhengig av fekalforurensing av flere drikkevannsbrønner, og symptomer på vannbårne sykdommer rapportert av flere av de intervjuede personene, så er ikke kontaminert drikkevanns nødvendigvis den største kilden til sykdommer. Ifølge en lokal helseklinikk som ble besøkt er Malaria er den største årsaken til sykdom blant lokalbefolkningen og, og ikke vannbårne sykdommer. Intervju med lokale underbygger denne påstanden, da den generelle oppfatningen er at grunnvannsbrønnene i området har god drikkevannskvalitet.

Basert på vannanalysene, intervjuer og feltobservasjoner ble forebyggende og forbedrende tiltak, som å gjerde inn brønner, drenering rundt brønnene og konstruksjon av sanitære fasiliteter, foreslått for å redusere mikrobiologisk forurensing i brønnene. Forbedrende tiltak inkluderer også soleksponering og koking av vann.

In October 2022 fieldwork was carried out in the Bolgatanga/Bongo area of the Upper East Region in Ghana for assessing different water sources’ suitability for drinking and agricultural practices. Domestic water use for drinking water has been the principal scope of the thesis, while agricultural use for livestock and poultry and irrigation water has been secondary. In total, 167 water samples have been taken from 17 water sources in four local communities, including four surface waters and 13 boreholes. Both physio-chemical and microbiological analyses have been carried out. Physio-chemical parameters include temperature, pH, electrical conductivity, turbidity, dissolved oxygen, As, Cd, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn, F, Al, Ca, Co, Cr, Cu, Mg, Mo, Na, Ni, U, and V. Microbiological parameters which include total coliforms and E. coli, are analysed with Aquagenx CBT + TC field kit and in laboratory at Ghana Water Company Limited (GWCL).

Evaluation of the water sources’ suitability for potable or agricultural use followed international standards from the World Health Organization, the Food and Agricultural Organization of the United Nations. The results from the physio-chemical analysis showed that all 13 borehole sources had satisfactory drinking water quality for humans, livestock, poultry, and irrigation. Initial health risk concern from high concentrations of heavy metal and fluoride in groundwater, based on previous literature reviews, was proven to be of minor concern as all water analysis showed generally low concentrations in all investigated boreholes. However, fecal contamination was found in seven out of the 13 boreholes, and the water from these was concluded not satisfactory for human consumption. The microbiological quality of surface waters was found to be poor and for agricultural use these water sources follows some precautions. Crops irrigated with heavily contaminated surface water should be washed in clean water or boiled before consumption, and for animal health, livestock and poultry should be brought water from boreholes. Regardless of good groundwater quality for irrigation, utilization of groundwater sources for farmland irrigation is not recommended due to limited aquifer capacity in the study area. During fieldwork, cross-contamination of field samples, and unsatisfactory laboratory procedures at the GWCL laboratory were discovered. Despite these challenges, safety evaluation of water sources is assured with credibility. Though fecal contamination of several boreholes has been proven, and symptoms associated with waterborne diseases are reported by individuals, sicknesses may not primarily be caused by contaminated drinking water. A visited local health clinic stated that Malaria is the most common widespread disease in the area, and waterborne diseases considered minor. Interviews with locals supported this statement as the general opinion of the tapped water quality is good.

Finally, preemptive actions and water treatment measures have been proposed based on the water quality analyses, in-depth interviews, and field observations of the socioeconomic situation in the communities. Preemptive measures to reduce microbiological pollution like fencing of boreholes, construction of drainage to avoid accumulation of surface water close to the boreholes, and construction of sanitation facilities have been suggested. Water treatment measures on the household level include solar radiation and boiling of water.