TY - THES A1 - Okofo, Louis Boansi T1 - Hydrogeological assessment for evaluating the feasibility of managed aquifer recharge in Northeastern Ghana T1 - Hydrogeologische Bewertung zur Bewertung der Machbarkeit einer gesteuerten Grundwasserneubildung in Nordost-Ghana N2 - In the Garu-Tempane area and Tamne River basin of north-eastern Ghana, granitic aquifers supply nearly 80% of annually abstracted groundwater. Rapid and diffuse recharge enters the fractured and weathered Tamnean Plutonic Suite aquifers mainly granitoid, which are the dominant rock types in the study area. However, a greater challenge to the water supply in the area is posed by global climatic changes and overexploitation due to population growth. The semi-arid nature of the area together with the factors mentioned earlier has caused water scarcity, particularly in the dry season and these have affected the livelihoods of the farmers who depend mostly on the groundwater for irrigation and domestic purposes. A promising way to balance water resources in the region is using engineering technology such as managed aquifer recharge (MAR). MAR augments water levels in water-scarce areas and represents a key tool in water supply management. For this reason, a comprehensive hydrogeological characterization involving the hydrochemistry of the groundwater, groundwater recharge process and residence time using multi-environmental tracers, and a numerical groundwater flow model was developed. Based on the hydrochemistry results, the water quality index showed that the groundwater is very suitable for drinking. However, about 10.5 % out of the 38 groundwater samples had elevated nitrate concentrations exceeding the permissible WHO drinking water limit. These are mainly agricultural areas, which might have influenced the elevated nitrate concentrations. Groundwater age dating using sulphur hexafluoride (SF6) and chlorofluorocarbons (CFCs) was used to date shallow groundwater in Ghana for the first time. The results proved that the mean residence time of groundwater was around 30 years, an indication of young groundwater and rapid groundwater renewability. The findings also showed different groundwater ages implying diffused flow systems occurring in the fractured granitic aquifer. Investigation of the groundwater recharge using stable isotopes of deuterium and oxygen-18 revealed that the main source of groundwater recharge is of meteoric origin. There were little or no contributions from the stream and ponds as they were subjected to evaporative fractionation during the dry season. The White Volta River samples and samples from two big rivers were depleted in heavy isotopes, which suggested a hydraulic connection between them and the groundwater. The numerical groundwater flow model was used to assess the feasibility of MAR and determine the maximum recharge and abstraction rates. The results showed that the aquifer had enough storage to accommodate enough volumes of floodwater without causing groundwater mounding. This shows that MAR is feasible in augmenting the water levels in the area when irrigation and domestic withdrawals are regulated. N2 - Im Nordosten Ghanas liefern Granitgrundwasserleiter fast 80 % des jährlich aufkommenden Grundwassers. In beiden Gebieten tritt eine schnelle und diffuse Wiederanreicherung des Grundwasserleiters vor allem durch Granitoide als dominierende Gesteinstypen auf. Eine große Herausforderung für die Wasserversorgung in der Region stellen globale klimatische Veränderungen und die Übernutzung des Grundwasserleiters durch das aktuelle Bevölkerungswachstum dar. Hinzu kommt die charakteristische Trockenheit des Gebiets, die die Wasserknappheit insbesondere in der Trockenzeit immens verstärkt. Dies beeinträchtigt wiederum erheblich die Lebensgrundlage der Bauern, die für Bewässerungs- und Haushaltszwecke hauptsächlich vom Grundwasser abhängig sind. Aus diesem Grund wurde für die ausgewählte Region eine umfassende hydrogeologische Charakterisierung unter Einbeziehung der Hydrochemie des Grundwassers, des Grundwasserneubildungsprozesses und der Verweilzeit unter Verwendung von „Multi-Umwelttracern“ sowie ein numerisches Grundwasserströmungsmodell entwickelt. Basierend auf den Daten der Hydrochemie zeigt der sogenannte Wasserqualitätsindex, dass das Grundwasser sehr gut zum Trinken geeignet ist. Allerdings weisen etwa 10,5 % der Grundwassersproben aus insgesamt 38 Messstellen erhöhte Nitratkonzentrationen auf, die den zulässigen WHO-Trinkwassergrenzwert überschreiten. Die erhöhten Nitratwerte werden hauptsächlich durch Landwirtschaft verursacht. Die Datierung des Grundwasseralters mit Multi Umwelt Tracer (SF6, FCKW) wurde erstmals von flachem Grundwasser in Ghana verwendet. Die Ergebnisse belegen, dass die Durchschnittsverweildauer des Grundwassers bei etwa 30 Jahren liegt. Dies ist ein Hinweis auf junges Grundwasser, d.h. der Grundwasserleiter kann „zügig“ mit Grundwasser angereichert werden. Die Ergebnisse zeigen auch unterschiedliche Grundwasseralter, was auf diffuse Strömungssysteme hindeutet, die im zerklüfteten Granitaquifer vorkommen. Die Untersuchung der Grundwasserneubildung mit stabilen Isotopen von Deuterium und Sauerstoff-18 zeigt, dass die Hauptquelle der Grundwasserneubildung meteorischen Ursprungs ist. Es gab nur geringe oder keine Wassereinträge aus den kleineren Oberflächengewässer da keine Isotopen aus diesen Quellen im Grundwasser nachweisbar waren. Aus den größeren Oberflächengewässern wie dem White Volta River konnten hingegen schweren Isotopen im Grundwasser nachgewiesen werden, was wiederum ein Hinweis auf eine hydraulische Verbindung zwischen ihnen ist. Das numerische Grundwasserströmungsmodell wurde verwendet, um die Machbarkeit von MAR zu bewerten und die maximalen Neubildungs- und Entnahmeraten zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Aquifer über genügend Stauraum verfügt, um genügend Hochwassermengen aufzunehmen ohne Grundwasseranhäufungen zu verursachen. MAR ist somit realisierbar, um die Wasserstände in dem Gebiet zu erhöhen, wenn Bewässerung und häusliche Entnahmen reguliert werden. KW - Managed aquifer recharge KW - CFCs KW - SF6 KW - Numerical groundwater flow modelling KW - Northeastern Ghana KW - Schwefelhexafluorid KW - Fluorchlorkohlenwasserstoffe KW - Grundwasserströmungsmodell KW - Nordost-Ghana KW - Ghana (Nordost) KW - Wasserversorgung KW - Grundwasserüberwachung KW - Grundwasserbildung KW - Grundwasseranreicherung KW - Numerische Strömungssimulation Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62444 ER - TY - JOUR A1 - Otto, Pascal A1 - Alipoursarbani, Mozhdeh A1 - Torrent, Daniel A1 - Latorre-Pérez, Adriel A1 - Paust, Thomas A1 - Albert, Alfred A1 - Abendroth, Christian T1 - Microbiome characterization after aerobic digestate reactivation of anaerobically digested sewage sludge T1 - Mikrobiomcharakterisierung nach aerober Gärrestreaktivierung von anaerob vergärtem Klärschlamm N2 - A demonstrator plant of a recently patented process for improved sludge degradation has been implemented on a municipal scale. In a 1500 m3 sewage sludge digester, an intermediary stage with aerobic sewage sludge reactivation was implemented. This oxic activation increased the biogas yield by up to 55% with a 25% reduction of the remaining fermentation residue volume. Furthermore, this process allowed an NH4-N removal of over 90%. Additionally, 16S rRNA gene amplicon high-throughput sequencing of the reactivated digestate showed a reduced number of methane-forming archaea compared to the main digester. Multiple ammonium-oxidizing bacteria were detected. This includes multiple genera belonging to the family Chitinophagaceae (the highest values reached 18.8% of the DNA sequences) as well as a small amount of the genus Candidatus nitrosoglobus (<0.3%). In summary, the process described here provides an economically viable method to eliminate nitrogen from sewage sludge while achieving higher biogas yields and fewer potential pathogens in the residuals. N2 - Eine Demonstrationsanlage eines kürzlich patentierten Verfahrens zur verbesserten Schlammzersetzung wurde im kommunalen Maßstab umgesetzt. In einem 1500 m3 Klärschlammfaulbehälter wurde eine Zwischenstufe mit aerober Klärschlammreaktivierung implementiert. Diese oxische Aktivierung steigerte die Biogasausbeute um bis zu 55 % bei einer Reduzierung des verbleibenden Gärrestvolumens um 25 %. Darüber hinaus ermöglichte dieser Prozess eine NH4-N-Entfernung von über 90 %. Weiterhin zeigte die 16S-rRNA-Gen-Amplikon-Hochdurchsatzsequenzierung des reaktivierten Gärrestes eine geringere Anzahl methanbildender Archaeen im Vergleich zum Hauptfermenter. Es wurden mehrere Ammonium-oxidierende Bakterien nachgewiesen. Dazu gehören mehrere Gattungen der Familie Chitinophagaceae (die höchsten Werte erreichten 18,8 % der DNA-Sequenzen) sowie eine kleine Menge der Gattung Candidatus nitrosoglobus (<0,3 %). Zusammenfassend stellt das hier beschriebene Verfahren eine wirtschaftlich sinnvolle Methode dar, um Stickstoff aus Klärschlamm zu eliminieren und gleichzeitig höhere Biogasausbeuten und weniger potenzielle Krankheitserreger in den Reststoffen zu erzielen. KW - Anaerobic digestion KW - Anaerobic microbiomes KW - Aerobic sludge activation KW - 16S rRNA sequencing KW - Water treatment KW - Belebtschlammverfahren KW - Schlammfaulung KW - Mikroorganismus KW - Gärung KW - Biogas KW - Stickstoff-Elimination KW - Anaerobe Vergärung KW - Anaerobe Mikrobiome KW - Aerobe Schlammaktivierung KW - 16S-rRNA-Sequenzierung KW - Wasserversorgung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/fermentation9050471 ER - TY - THES A1 - Mbua, Roy Lyonga T1 - Water supply in Buea, Cameroon : analysis and the possibility of rainwater harvesting to stabilize the water demand T1 - Wasserversorgung in Buea, Kamerun : Analyse und Perspektiven der Regenwasserbewirtschaftung zur Stabilisierung des Wasserbedarfs N2 - Water scarcity is a global phenomenon which affects close to 2.8 billion people worldwide especially in developing countries. Buea (Cameroon) is blessed with abundant water resources but paradoxically the inhabitants of this region are facing a serious water crisis. The increase in population and rapid urbanization exert tremendous pressure on the water resources of this community. Also, the capacity of the main water supply authority CAMWATER (Cameroon Water Utilities Corporation) is insufficient to cater for the 90000 inhabitants. This thesis explores the potential of domestic rainwater harvesting (rooftop rainwater harvesting) as the best alternative to fulfill the water demand of the population. It also promotes artificial groundwater recharge as the best way to sustainably deal with excess rainwater to decrease surface runoff and avoid flooding especially in the high altitude villages on the eastern slopes of Mount Cameroon during the rainy season. Furthermore, it examines the willingness of the community to accept this innovative alternative which will solve their water supply problems. In an effort to combat water scarcity and decrease poverty in this region, this research analyses the possibility of domestic rainwater harvesting as a worthwhile alternative to augment the present conventional water supply systems to stabilize the water demand and create avenues for economic development. Buea has high rainfall (4000mm/year); harvesting the rainwater during the rainy season, storing it for usage in the dry season and using the excess to recharge groundwater aquifers will definitely ameliorate the status quo. To realize these objectives, a series of double ring infiltration tests were carried out in 9 different locations. The aim of these tests was to measure infiltration rates and therefore locate areas of good artificial groundwater recharge potential. Also, 220 questionnaires were distributed in 10 villages within the municipality in an effort to characterize the water consumption pattern of the population. The study confirms that the Buea water crisis is mainly as a result of poor water management and not due to physical or economic water scarcity. It reveals that about 86% of the population experience water shortages and CAMWATER has to double up its present capacity in order to meet up with demand. Over 80% of the population is willing to consider rainwater harvesting as a good alternative to augment their domestic water supply if government provides subventions to cover half of the installation costs. Conclusively, domestic rainwater harvesting if carried out extensively will rescue the Buea population from a disastrous water deficiency leading to detrimental environmental problems. N2 - Wasserknappheit ist ein globales Problem, das fast 2,8 Mrd. Menschen insbesondere in den Entwicklungsländern betrifft. Die Stadt Buea (Kamerun) verfügt zwar über reichliche Wasserressourcen, aber paradoxerweise sehen sich ihre Einwohner einem ernstzunehmendem Notstand gegenüber. Das Bevölkerungswachstum und eine rasche Urbanisierung üben einen enormen Druck auf die Wasserressourcen dieser Gemeinde aus. Zudem ist die Kapazität des Hauptwasserversorgers CAMWATER (Cameroon Water Utilities Corporation) unzureichend für Versorgung der rund 90000 Einwohner. Die vorliegende Dissertation untersucht das Potential von häuslicher Regenwassersammlung (Sammlung der Hausdachentwässerung) als bestmögliche Alternative zur Befriedigung des Wasserbedarfs. Weiterhin empfiehlt sie künstliche Grundwasseranreicherung als die beste Weise, nachhaltig mit überschüssigem Regenwasser umzugehen, weil während der Regenzeit dadurch der Oberflächenabfluss vermindert und Überflutungen insbesondere in den hochgelegenen Dörfern am Osthang des Kamerunberges (Mt. Cameroon) vermieden werden. Zudem untersucht sie die Bereitschaft der Einwohner, diese innovative Alternative zur Lösung der Wasserversorgungsprobleme anzunehmen. Im Bestreben, die Wasserknappheit und Armut in dieser Region zu bekämpfen, wird die Möglichkeit der häuslichen Regenwassersammlung als lohnenswerte Alternative zur Unterstützung der gegenwärtigen konventionellen Wasserversorgung untersucht, um die Versorgung zu stabilisieren und Wege zur wirtschaftlichen Entwicklung zu eröffnen. Buea zeichnet sich durch hohen Jahresniederschlag (4000mm) aus. Durch Sammeln von Regenwasser in der Regenzeit, Speicherung für die Trockenzeit und Nutzung des Überschusses zur Grundwasseranreicherung lässt sich der gegenwärtige Zustand zweifellos verbessern. Um diese Ziele zu verwirklichen, wurden Messungen mit Doppelring-Infiltrometer an neun unterschiedlichen Standorten durchgeführt. Damit sollten Infiltrationsraten bestimmt und somit Gebiete mit hohem Potential für Grundwasseranreicherung gefunden werden. Weiterhin wurden zur Charakterisierung des Wasserverbrauchsverhaltens 220 Fragebögen in zehn Dörfern im Gemeindegebiet verteilt. Die Untersuchung bestätigt, dass die Wasserversorgungsprobleme in Buea hauptsächlich eine Folge unzureichenden Wassermanagements sind und nicht in physischer oder ökonomischer Knappheit begründet. 86% der Bevölkerung leiden unter Versorgungsengpässen. CAMWATER müsste die gegenwärtige Kapazität verdoppeln, um mit dem Bedarf Schritt zu halten. Über 80% der Bevölkerung ist bereit, Regenwassersammlung als Möglichkeit zur Erweiterung ihrer häuslichen Wasserversorgung zu erwägen, falls die Regierung / der Staat die Hälfte der Installationskosten subventionieren würde. Abschließend kann festgestellt werden, dass häusliche Regenwassersammlung, wenn sie großflächig zum Einsatz kommt, Bueas Bevölkerung vor einer desaströsen Wasserknappheit bewahren kann, die zu einem erheblichen Umweltproblem auswachsen könnte. KW - Buea KW - Regenwasser KW - Wasserversorgung KW - Kamerun KW - Regenwasserbewirtschaftung KW - Wasserbedarf KW - Wasserversorgung KW - Buea KW - Cameroon KW - Buea KW - Rainwater harvesting KW - Infiltration KW - Groundwater recharge Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29522 ER -