Application of Municipal Wastewater Technology to Semi- arid Regions: A Pilot Study using a Constructed Wetland in Toliara city, Madagascar.

Abstract

The municipality of Toliara in South-west of Madagascar, having population of 203, 061, 3 generates approximately 8,250 m /d of wastewater produced daily. At present, about 10 % of the total wastewater is being collected by Toliara central and the remaining 90 % of the wastewater is being disposed of into open drains or rejected anywhere. Under such conditions wastewater management is difficult to realize in a city which such a poor sanitation infrastructure system. In this study, the current situation for wastewater management has been investigated and possible solution discussed. Application of a sewerage system and wastewater treatment has had particular focus. Included in this has been collecting and characterizing wastewater from different areas of the city, application of mathematical models for design of a constructed wetland for treatment of wastewater from the city and a 14 months pilot experiment on wastewater treatment with a constructed wetland in Toliara city. The Toliara wastewater composition included the analysis of oxygen, pH, temperature, BOD, TSS and nutrients. Most of the wastewater was anaerobic or had low oxygen levels of 0.08 – 3.43 mg/L), the pH value was in the range 7-7.5 and the wastewater temperature about 30-32 °C prevailed. The BOD and TSS were ranged 179-220 mg/L and 51–159 mg/L. These results were applied to a model developed for a constructed wetland, which was used for design of a constructed wetland for the city of Toliara. The design was done at various temperatures experienced in Toliara, for different reactor types and with and without pretreatment (septic tank). A pilot scale subsurface constructed wetland system was designed to treat the septic tank effluent (public toilet used by 70-250 persons). The wetland consists of two parallel modules for comparative studies and some of the cells were filled with different media (with sand or gravel). The wetland systems were operated at three different modifications in three phases (experimental phase I, II and III). The hydraulic loading rate applied during the different experimental phases varied between the phases. The experimental results showed higher removal efficiencies of BOD and TSS from phase I to phase II and to phase III. The main reason for this was modifications to enhance the oxygen supply in the wetland. The maximum BOD and TSS removal reached 62 and 45 %, respectively, in pond G, and 45 and 53 %; respectively, in the reference pond D. As the removal efficiency for BOD and TSS increased, so did the removal of nutrients; NH4-N(40-50%), NO3-N(25-50%) and PO4-P(30-40%).These results show potential for the application of constructed wetlands for the treatment of wastewater in Toliara city. Further studies on modification and optimizations are thus recommended.

La Commune Urbaine de Toliara, se trouvant dans la région Sud-ouest de Madagascar, avec une 3 population de 203 061 habitants génère approximativement 8 250m /L des eaux usées. Aujourd’hui, environ 10% des eaux usées sont collectées dans le central de Toliara et les 90% restantes sont disposées à l’évacuation ou déversées ailleurs. Vue ces conditions, la gestion des eaux usées est difficile à réaliser dans une ville à faible niveau d’infrastructure sanitaire. Dans cette étude, la situation courante pour la gestion des eaux usées a été enquêtée pour obtenir les solutions possibles. D’où le sujet particulier était d’appliquer le système d’évacuation et le traitement des eaux usées. De ce fait, ces eaux usées provenant de tous les différents quartiers de la ville sont collectées et déterminées selon leurs caractéristiques. Et des méthodes mathématiques sont utilisées pour construire un bassin et pour traiter les eaux usées de la ville, et aussi, pour construire un bassin à but expérimental pour le traitement des eaux usées dans la ville de Tuléar. L’examen des eaux usées de Toliara est composé d’analyse d’oxygène, pH, température, DBO, MES et autres éléments chimiques. La majorité des eaux usées sont anaérobiques ou à faible taux d’oxygène de 0,08-3,43mg/l, le pH est de l’ordre de 7-7,5 et la température des eaux usées est environ 30-32°C. Le DBO et le MES sont respectivement 179- 220mg/l et 51-159mg/l. Ces résultats étaient appliqués dans un modèle développé pour la construction d’un bassin de traitement, et qui était utilisé pour le concept du critère du design du bassin de la ville de Toliara. La forme est obtenue après des expériences à des températures variables, pour les différents types de réacteurs avec et sans traitement. Un système de mesure référentielle pour un bassin est choisi pour traiter les déchets des fosses septiques (toilette publique utilisée par 70-250 personnes).Le bassin est conçues de deux modules parallèles pour des études comparatives et certains compartiments sont remplis des substrats (gravillons et sable ou gravillons uniquement). Le système bassin était traité sous trois différentes modifications en trois phases expérimentales (phase I, II et III). Le taux de chargement hydraulique utilisé, durant les différentes phases expérimentales, a varié entre les phases. Les résultats expérimentaux sont élevés pour le DBO et le MES depuis l phase I à la phase II jusqu’à la phase III. La principale raison était les modifications du besoin en oxygène dans le bassin. Le DBO et le MES maximum éliminés ont atteint, respectivement, 45et 62% dans le bassin artificiel G et 45 et 53% dans le bassin artificiel de référence D. Ainsi, l’efficacité dégagée pour le DBO et le MES augmenté entraîne l’élimination des éléments chimiques : NH4-N (40-50%), NO3-N (25-50%) et PO4-P (30- 40%). Ces résultats montrent le potentiel de l’utilisation du bassin pour le traitement des eaux i usées dans la ville de Toliara. Des études approfondies sur les modifications et les optimisations sont recommandées.