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Doctoral Thesis
2021
Challenges of sustainable wastewater management in Pakistan : a case study of Faisalabad
Challenges of sustainable wastewater management in Pakistan : a case study of Faisalabad
Abstract (English)
For several decades, achieving global development goals that reflect community needs has been the focus of development and conservation approaches; currently, special attention has been paid to water- and sanitation-related goals. Sustainable wastewater management, a target under the Sustainable Development Goals (SDG 6, 6.3) has fostered a debate on its complex role in sustainable development. Exploring the gaps between the real situation and the proposed one regarding sustainable wastewater management (zero pollution) would guide the developing world towards the right steps for improvements in the water and sanitation sector. Gaps exist in the literature about sustainable wastewater management, particularly with reference to developing countries.
Against this background, the aim of this study was to investigate the challenges in sustainable wastewater management in Pakistan, more specifically in Faisalabad. These challenges, which require the attention of policymakers in Pakistan, include the following: untreated dumping of wastewater (domestic or industrial); overexploitation of groundwater; lacking clean drinking water and sanitation facilities; a weak legal framework to prosecute polluters; governance challenges in administrative agencies; and public health concerns. The study was conducted in urban and peri-urban areas of Faisalabad, Pakistan. Faisalabad is located in a semiarid region and is facing water scarcity issues. Industrial development, particularly in the textile sector, and rapid urbanization within this region, are posing threats to groundwater sources (due to intensive pumping), surface water sources (due to untreated dumping of wastewater), human health, and the environment (due to untreated reuse of wastewater). While these problems are widely recognized, there are major knowledge gaps on how to address them so as to ensure a sustainable wastewater management.
The case study examines four main aspects of wastewater management: the interaction of wastewater with human health and the environment, existing formal rules for wastewater management, the institutional framework that governs wastewater management, and future development schemes and policies for better management. The first objective of the study was to evaluate the influence of poor wastewater management on the community and natural resources (at the micro-level). For this purpose, wastewater-irrigated areas were selected. The second goal was to evaluate gaps in the legal framework of wastewater management in Faisalabad. Identifying the challenges in urban wastewater management in Faisalabad was the third objective. The last objective was to review the current and potential future policy interventions within the context of the study area.
Applying a case study design, this in-depth study explored the role of all stakeholders (administrative departments, individuals, industrialist, wastewater irrigators, etc.) linked with wastewater management. A multiphase data collection approach using mixed methods was used for the in-depth investigation. A framework was developed, which enabled the researcher to evaluate the current state of wastewater management and to identify the gaps to achieve sustainable wastewater management. The first phase of data collection comprised a household survey and a chemical analysis of soil, irrigation water and groundwater across three categories of different sources of irrigation water: industrial wastewater, domestic wastewater, and canal water. Data was collected in the peri-urban areas of Faisalabad. The household survey data were analyzed using descriptive analysis, statistical comparative analysis, and econometric analysis techniques. For the review of the current legal framework, desk research was carried out with the aim to critically analyze regulations, based on secondary sources. The second phase of data collection incorporated qualitative data collection tools, specifically in-depth interviews, focus group discussions, and a participatory mapping tool called net-mapping. These data collected from diverse stakeholders were evaluated using a content analysis approach to explore and identify the challenges in wastewater management. The institutional analysis was based on a conceptual framework, which was derived from the Institutional Analysis and Development (IAD) Framework. In addition to institutional analysis, historical developments of institutions (historical institutionalism approach) and their governance failures (discourse analysis of newspaper articles) were also analyzed. Finally, on this basis, possible policies to improve the current situation of wastewater management in Faisalabad were derived.
The review of secondary data of wastewater management in Faisalabad showed that only 20 percent of the wastewater generated in Faisalabad was treated. A single treatment plant treated only domestic wastewater. The study showed that mostfarmers preferred to apply untreated domestic wastewater because the treated wastewater was more saline and had less organic content as compared to untreated domestic wastewater. During the last decade, without any drastic change in demographics and industries in Faisalabad, the volume of generated wastewater doubled. Most industry plants dilute their effluents by adding saline groundwater to their effluents before dumping it to drains. Evidence showed that wastewater reuse and dumping of untreated wastewater in Faisalabad increased. The evidence indicates that, despite all efforts to resolve the problem, wastewater management (generation, collection, treatment, and reuse) in Faisalabad has deteriorated in recent years.
The results from the household survey across three categories of water (industrial wastewater, domestic wastewater, and canal water) in Faisalabad confirmed the problematic use of untreated wastewater for irrigation and its impact on human health and the environment. Irrigation with domestic wastewater was associated with a higher income and therefore contributed to food security, which underlines the farmers preference for this type of water. On the contrary, industrial wastewater negatively affected farm households. Thus, the results showed that there is a demand to reuse wastewater in agriculture, which needs proper management to reduce the risks involved. It was concluded that policies required for each site will be different depending on the quality of the wastewater and local conditions of the sites. No single model is fit for all conditions.
The review of the current legislation led to the identification of several gaps, which favored violators or rules and polluters. Although sustainable wastewater management had been addressed through scattered clauses in various pieces of formal legislation, rules were not comprehensively legislated or enforced. The study showed that the difficulty in timely testing disposed wastewater and the lengthy legal process made proper law enforcement practically impossible. Therefore, violators used these implementation gaps to avoid fines and punishments. Local awareness and presence of a local pressure groups at the time of legislation could have reduced gaps in legislation and in law enforcement.
Using governance and evaluative criteria (derived from the IAD framework), social and governance challenges regarding wastewater management in Faisalabad were comprehensively assessed. Furthermore, the historical institutionalism approach helped to identify the in-built challenges of administrative institutions. The most important challenge identified in the study was the low capacity of implementing agencies due to human, technical, and financial limitations. Moreover, the urban planning of Faisalabad completely failed during the previous decades, which resulted in scattered industrial clusters throughout the residential areas. Such poor planning restricted proper management, treatment, and reuse of effluents. In addition, the institutional analysis showed that the public organizations and agencies had weak administrative linkages among each other. The study also indicated that a problematic institutional environment, including nepotism and interference in office affairs, influenced how the public organizations operated.
It was concluded that a comprehensive strategy is needed for improved wastewater management, which needs to address simultaneously issues of institutional and technical feasibility, economics, social acceptability and environmental sustainability. Future studies could further explore such comprehensive strategies within the context of developing countries.
Abstract (German)
Seit mehreren Jahrzehnten steht die Erreichung globaler Entwicklungsziele, die den Bedürfnissen der Gemeinschaft entsprechen, im Mittelpunkt der Entwicklungs- und Erhaltungsansätze; derzeit wird den wasser- und sanitärbezogenen Zielen besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die nachhaltige Abwasserentsorgung, ein Ziel im Rahmen der Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDG 6, 6.3), hat eine Debatte über ihre komplexe Rolle bei der nachhaltigen Entwicklung angeregt. Die Untersuchung der Lücken zwischen der tatsächlichen und der vorgeschlagenen Situation in Bezug auf eine nachhaltige Abwasserentsorgung (Null-Verschmutzung) würde die Entwicklungsländer zu den richtigen Schritten zur Verbesserung des Wasser- und Abwassersektors führen. In der Literatur gibt es Lücken in der nachhaltigen Abwasserentsorgung, insbesondere in Bezug auf Entwicklungsländer.
Vor diesem Hintergrund war es das Ziel dieser Studie, die Herausforderungen einer nachhaltigen Abwasserentsorgung in Pakistan, insbesondere in Faisalabad, zu untersuchen. Zu diesen Herausforderungen, die die Aufmerksamkeit der politischen Entscheidungsträger in Pakistan erfordern, gehören unter anderem: unbehandelte Einleitung von Abwasser (ob in Haushalten oder in der Industrie); Übernutzung des Grundwassers; Mangel an sauberem Trinkwasser und sanitären Einrichtungen; ein schwacher Rechtsrahmen für die Verfolgung von Verursachern; Herausforderungen für die Verwaltung von Verwaltungsbehörden und Belange der öffentlichen Gesundheit. Die Studie wurde in städtischen und peripheren Gebieten von Faisalabad, Pakistan, durchgeführt. Faisalabad liegt in einer semiariden Region und ist mit Wasserknappheit konfrontiert. Die industrielle Entwicklung, insbesondere im Textilsektor, und die rasante Urbanisierung in dieser Region stellen eine Bedrohung für die Grundwasserquellen (durch intensives Pumpen), die Oberflächenwasserquellen (durch unbehandeltes Einleiten von Abwasser), die menschliche Gesundheit und die Umwelt (durch unbehandelte Wiederverwendung von Abwasser) dar. Obwohl diese Probleme allgemein anerkannt sind, gibt es große Wissenslücken, wie man sie angehen kann, um eine nachhaltige Abwasserbewirtschaftung zu gewährleisten.
Die Fallstudie untersucht vier Hauptaspekte der Abwasserentsorgung: die Wechselwirkung von Abwasser mit der menschlichen Gesundheit und der Umwelt, bestehende formelle Regeln für die Abwasserentsorgung, den institutionellen Rahmen, der die Abwasserentsorgung regelt, sowie künftige Entwicklungsprogramme und -strategien für eine bessere Bewirtschaftung. Das erste Ziel der Studie war es, den Einfluss einer schlechten Abwasserentsorgung auf die Gemeinschaft und die natürlichen Ressourcen (auf der Mikroebene) zu bewerten. Zu diesem Zweck wurden abwasserbewässerte Bereiche ausgewählt. Das zweite Ziel war die Bewertung von Lücken im rechtlichen Rahmen der Abwasserwirtschaft in Faisalabad. Die Identifizierung der Herausforderungen in der städtischen Abwasserentsorgung in Faisalabad war das dritte Ziel. Das letzte Ziel war es, die aktuellen und potenziellen zukünftigen politischen Interventionen im Rahmen des Untersuchungsgebietes zu überprüfen.
Anhand eines Fallstudienentwurfs untersuchte diese eingehende Studie die Rolle aller Beteiligten (Verwaltungsabteilungen, Einzelpersonen, Industrielle, Abwasserbewässerer usw.) im Zusammenhang mit der Abwasserwirtschaft. Für die eingehende Untersuchung wurde ein mehrstufiger Datenerfassungsansatz mit gemischten Methoden verwendet. Es wurde ein Rahmen entwickelt, der es dem Forscher ermöglicht, den aktuellen Stand der Abwasserbewirtschaftung zu bewerten und die Lücken für eine nachhaltige Abwasserbewirtschaftung zu identifizieren. Die erste Phase der Datenerhebung umfasste eine Haushaltserhebung und eine chemische Analyse von Boden, Bewässerungswasser und Grundwasser über drei Kategorien von verschiedenen Quellen von Bewässerungswasser: Industrieabwasser, Haushaltsabwasser und Kanalwasser. Die Daten wurden in den Randgebieten von Faisalabad erhoben. Die Daten der Haushaltsumfrage wurden mit Hilfe von deskriptiver Analyse, statistisch vergleichender Analyse und ökonometrischer Analysetechnik analysiert. Für die Überprüfung des aktuellen Rechtsrahmens wurde Desk Research mit dem Ziel durchgeführt, Vorschriften auf der Grundlage von Sekundärquellen kritisch zu analysieren. Die zweite Phase der Datenerhebung beinhaltete qualitative Datenerfassungsinstrumente, insbesondere Tiefeninterviews, Fokusgruppen-Diskussionen und ein partizipatives Mapping-Tool namens Net-Mapping. Diese Daten, die von verschiedenen Interessengruppen gesammelt wurden, wurden mit Hilfe eines Inhaltsanalyseansatzes ausgewertet, um die Herausforderungen in der Abwasserwirtschaft zu erforschen und zu identifizieren. Die institutionelle Analyse basierte auf einem konzeptionellen Rahmen, der aus dem Institutional Analysis and Development (IAD) Framework abgeleitet wurde. Neben der institutionellen Analyse wurden auch historische Entwicklungen von Institutionen (historischer Institutionalismusansatz) und deren Governance-Fehler (Diskursanalyse von Zeitungsartikeln) analysiert. Schließlich wurden auf dieser Grundlage mögliche Maßnahmen zur Verbesserung der aktuellen Situation der Abwasserwirtschaft in Faisalabad abgeleitet.
Die Überprüfung der Sekundärdaten der Abwasserwirtschaft in Faisalabad ergab, dass nur 20 Prozent des in Faisalabad anfallenden Abwassers behandelt wurden. Eine einzige Kläranlage behandelte nur häusliches Abwasser. Die Studie zeigte, dass die meisten Landwirte es vorzogen, unbehandeltes häusliches Abwasser einzusetzen, da das behandelte Abwasser salzhaltiger und organischer als unbehandeltes häusliches Abwasser war. In den letzten zehn Jahren hat sich die Menge des anfallenden Abwassers ohne drastischen demographischen und industriellen Wandel in Faisalabad verdoppelt. Die meisten Industrieanlagen verdünnen ihre Abwässer, indem sie salzhaltiges Grundwasser zu ihren Abwässern hinzufügen, bevor sie es in die Kanalisation gelangen lassen. Es zeigte sich, dass die Wiederverwendung von Abwasser und die Einleitung von unbehandeltem Abwasser in Faisalabad zunahmen. Die Belege deuten darauf hin, dass sich die Abwasserbewirtschaftung (Erzeugung, Sammlung, Behandlung und Wiederverwendung) in Faisalabad trotz aller Bemühungen zur Lösung des Problems in den letzten Jahren verschlechtert hat.
Die Ergebnisse der Haushaltsumfrage über drei Wasserkategorien (Industrieabwässer, Haushaltsabwässer und Kanalwasser) in Faisalabad bestätigten die problematische Verwendung von unbehandeltem Abwasser zur Bewässerung und seine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die Bewässerung mit häuslichem Abwasser war mit einem höheren Einkommen verbunden und trug somit zur Ernährungssicherheit bei, was die Präferenz der Bauern für diese Art von Wasser unterstreicht. Im Gegenteil, Industrieabwässer belasteten die landwirtschaftlichen Haushalte. So zeigten die Ergebnisse, dass es einen Bedarf an Wiederverwendung von Abwasser in der Landwirtschaft gibt, die ein angemessenes Management benötigt, um die damit verbundenen Risiken zu reduzieren. Es wurde der Schluss gezogen, dass die für jeden Standort erforderlichen Maßnahmen je nach Qualität des Abwassers und den örtlichen Gegebenheiten der Standorte unterschiedlich sein werden. Kein einziges Modell ist für alle Bedingungen geeignet.
Die Überprüfung der aktuellen Gesetzgebung führte zur Identifizierung mehrerer Lücken, die Verletzer oder Regeln und Verursacher begünstigten. Obwohl eine nachhaltige Abwasserentsorgung durch verstreute Klauseln in verschiedenen formalen Gesetzen angesprochen wurde, wurden die Vorschriften nicht umfassend gesetzlich geregelt oder durchgesetzt. Die Studie zeigte, dass die Schwierigkeit, das entsorgte Abwasser rechtzeitig zu testen, und das langwierige Rechtsverfahren eine ordnungsgemäße Strafverfolgung praktisch unmöglich machten. Daher nutzten Verletzer diese Umsetzungslücken, um Bußgelder und Strafen zu vermeiden. Das lokale Bewusstsein und die Präsenz einer lokalen Interessengruppe zum Zeitpunkt der Gesetzgebung hätten Lücken in der Gesetzgebung und in der Strafverfolgung schließen können.
Anhand von Governance- und Bewertungskriterien (abgeleitet aus dem IAD-Rahmen) wurden soziale und Governance-Herausforderungen in Bezug auf die Abwasserbewirtschaftung in Faisalabad umfassend bewertet. Darüber hinaus trug der Ansatz des historischen Institutionalismus dazu bei, die eingebauten Herausforderungen der Verwaltungseinrichtungen zu identifizieren. Die wichtigste Herausforderung, die in der Studie identifiziert wurde, war die geringe Kapazität der Durchführungseinrichtungen aufgrund menschlicher, technischer und finanzieller Einschränkungen. Darüber hinaus scheiterte die Stadtplanung von Faisalabad in den vergangenen Jahrzehnten völlig, was zu verstreuten Industrieclustern in den Wohngebieten führte. Eine solche schlechte Planung schränkte die ordnungsgemäße Verwaltung, Behandlung und Wiederverwendung von Abwässern ein. Darüber hinaus zeigte die institutionelle Analyse, dass die öffentlichen Organisationen und Agenturen schwache administrative Verflechtungen untereinander aufweisen. Die Studie zeigte auch, dass ein problematisches institutionelles Umfeld, einschließlich Vetternwirtschaft und Einmischung in Büroangelegenheiten, die Funktionsweise der öffentlichen Organisationen beeinflusst.
Es wurde festgestellt, dass eine umfassende Strategie für eine verbesserte Abwasserentsorgung erforderlich ist, die gleichzeitig Fragen der institutionellen und technischen Durchführbarkeit, der Ökonomie, der sozialen Akzeptanz und der ökologischen Nachhaltigkeit angehen muss. Zukünftige Studien könnten solche umfassenden Strategien im Kontext der Entwicklungsländer weiter untersuchen.
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Notes
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Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Agricultural Sciences in the Tropics (Hans-Ruthenberg-Institute)
Examination date
2020-06-24
Supervisor
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ISSN
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English
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Original object
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Jabeen2021,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6620},
author = {Jabeen, Saima},
title = {Challenges of sustainable wastewater management in Pakistan : a case study of Faisalabad},
year = {2021},
school = {Universität Hohenheim},
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