Дезинфекция с помощью солнечного света

SODIS в Индонезии

Дезинфекция с помощью солнечного света (англ. Solar water disinfection SODIS^[1]) — метод дезинфекции воды, с использованием только солнечного света и пластиковых бутылок. SODIS является доступным и эффективным способом для децентрализованной очистки воды, как правило, применяется на бытовом уровне и рекомендован Всемирной организацией здравоохранения как реальный способ для очистки и безопасного хранения воды в домашних условиях^[2]. В настоящее время SODIS применяется во многих развивающихся странах. Брошюры знакомящие с данным методом доступны на многих языках^[3].

Принцип действия

Инструкция SODIS по использованию солечного света для дезинфекции

Установлено, что солнечный свет является губительным для микроорганизмов, содержащийся в питьевой воде^[4]. Считается, что три основных компоненты света способствуют умерщвлению болезнетворных организмов:

• Ультрафиолетовое излучение (UVB) влияет непосредственно на метаболизм и разрушает клеточную структуру бактерий.
• Излучение с длиной волны 320—400 нм. (UVA) вступает в реакцию с кислородом, растворенным в воде, и производит высокоактивные формы кислорода (свободные радикалы кислорода и перекись водорода), которые также уничтожают патогенные организмы.
• Суммарная солнечная энергия (в том числе инфракрасная компонента излучения) нагревает воду. Если температура воды поднимается выше 50°С, процесс дезинфекции проходит в три раза быстрее.

При температуре воды около 30 °C (86 °F), и пороге солнечной радиации не менее 500 Вт/м² (полный спектр) требуется около 6 часов облучения, чтобы добиться эффекта. Это соответствует примерно 6 часов обработки в средних широтах в солнечный летний день^[4].

Применение

SODIS является эффективным методом для очистки воды, в тех местах где топливо или другие источники тепла недоступны либо слишком дороги. Даже там, где топливо имеется, SODIS является более экономичным и экологически чистым вариантом. Применение SODIS ограничивается только в том случае, если емкостей недостаточно или если вода очень мутная. Впрочем, если вода загрязнена механическими примесями, то перед обработкой SODIS её необходимо только дополнительно профильтровать, например, через песок^[4].

Теоретически, этот метод может быть использован в случае стихийных бедствий или в лагерях беженцев. Тем не менее, доставка бутылок может оказаться более сложной, чем предоставление эквивалентного количества дезинфицирующих таблеток, содержащих хлор, бром или йод. Кроме того, в некоторых случаях, трудно гарантировать, что вода будет находиться на солнце в течение необходимого времени.

Другими методами очистки воды в домашних условиях являются хлорирование, различные методы фильтрации или флокуляции/дезинфекции. Выбор необходимого метода должен быть основан на критерии эффективности, и наличия других видов загрязнения (мутность, химическое загрязнение), расходы на обработку, трудоемкость, удобство, и предпочтение пользователей.

Предостережение

Если бутылки с водой не пробыли на солнце в течение нужного периода времени, вода может оказаться небезопасной и её употребление может привести к заболеванию. Если солнечный свет не достаточно силён в зависимости от погоды, либо в регионах с менее солнечным климатом, необходимо большее время держать бутылки с водой на солнце.

При использовании обеззараживания SODIS необходимо учитывать следующие факторы:

• Материал бутылки: Некоторые виды стёкол или поливинилхлоридных материалов могут задерживать ультрафиолетовое излучение, поэтому рекомендуется использовать общедоступные бутылки из полиэстера^[5]. Поликарбонат блокирует все виды UVA и UVB лучей, и поэтому не должен использоваться.
• Износ пластиковых бутылок: эффективность SODIS зависит от физического состояния пластиковых бутылок, царапины и друге признаки износа снижают эффективность SODIS.
• Форма ёмкости: интенсивность ультрафиолетового излучения быстро убывает с увеличением глубины. На глубине 10 см и умеренной мутности ультрафиолетовое излучение снижается на 50 %.
• Содержание кислорода: Солнечный свет производит высокоактивные формы кислорода (свободные радикалы кислорода и перекись водорода) в воде. Эти вещества вносят свой вклад в процесс уничтожения микроорганизмов. При нормальных условиях (реки, ручьи, колодцы, пруды, водопровод) вода содержит достаточное количество кислорода (более 3 мг кислорода на литр) и не должны быть газирована перед обработкой.
• Выщелачивание материала ёмкости: Есть предположение, что, пластиковые бутылки для могут выпускать токсичные химические компоненты в воду и этот процесс становится более интенсивным под действием тепла. Швейцарские федеральные лаборатории для испытания материалов и исследований изучили выделение ионов адипиновой кислоты и фталатов (DEHA и DEHP) из новых и повторно использованных пластиковых бутылок в воду во время солнечного облучения. Концентрация этих веществ в воде, после экспозиции на солнце в течение 17 часов при температуре 60°C, было намного ниже предельно допустимых концентраций, установленных ВОЗ по питьевой воде, и в тех же количествах, что содержится в качественной водопроводной воде.

Опасения по поводу использования пластиковой тары были также высказаны после доклада, опубликованного исследователями из Гейдельбергского университета о выходе сурьмы из бутылок для безалкогольных напитков и минеральной воды, хранящихся в течение нескольких месяцев в супермаркетах. Тем не менее, содержание сурьмы в бутылках на несколько порядков ниже требований ВОЗ^[6] и национальных норм по концентрации сурьмы в питьевой воде^[7][8][9]. Кроме того, после обработки SODIS вода не хранится длительное время.

• Восстановление бактерий: После прекращения экспозиции солнечным светом, оставшиеся бактерии могут снова начать размножаться в темноте. Исследование в 2010 году установило, что добавление перекиси водорода в отношении 10 частей на миллион является эффективным средством для предотвращения размножения сальмонеллы^[10].

• Токсичные химикаты: Солнечная дезинфекция воды не удаляет токсичные химические вещества, которые могут присутствовать в воде в связи с попаданием в водоёмы промышленных отходов.

Воздействие на здоровье

Только 46 % людей в Африке имеют чистую питьевую воду

Было установлено, что метод SODIS (и другие методы очистки воды в домашних условиях) могут эффективно удалять из воды патогенные организмы. Тем не менее, инфекционные заболевания также передаются другими путями: в связи с общим отсутствием санитарии и гигиены. Изучение динамики заболеваемости диареей среди пользователей SODIS показывает снижение заболеваемости на 30—80 %^{[11][12][13][14]}.

Эффективность SODIS был впервые обнаружена профессором Афтимом Акра Американскго университета в Бейруте в начале 1980 года. В дальнейшем, исследования проводились в группой Мартина Вегелина в Швейцарском федеральном институте водных наук и технологий (EAWAG), доктором Кевином Макгиганом в Королевском хирургическом колледже в Ирландии (RCSI). Клинические испытания были проведены впервые профессором Ронаном Конрой из RCSI в сотрудничестве с Майклом Элмором-Миганом.

В настоящее время совместный проект по исследованию SODIS осуществляется следующими организациями:

• Королевский хирургический колледж Ирландии (RCSI), Ирландия
• Университет Ольстера (UU), Соединенное Королевство
• Институт развития водоснабжения и санитарии (IWSD), Зимбабве
• Plataforma Solar de Almería (CIEMAT-PSA), Испания
• Университета Лестера (UL), Соединенное Королевство
• Международная комиссия по оказанию помощи голодающим (ICROSS), Кения
• Университет Сантьяго-де-Компостела (ОСК), Испания
• Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий (EAWAG), Швейцария

Проект проводит исследования на территории нескольких стран, таких как Зимбабве, Южно-Африканская Республика и Кения.

Другие исследования включают в себя разработку системы непрерывного обеззараживания потока^[15] и солнечной дезинфекции с применением покрытия из диоксида титана, которое предотвращает размножение колиморфных бактерий после SODIS^[16]. Исследования показали, что применение недорогих добавок способно увеличить эффективность SODIS и сделать его более быстрым и эффективным в солнечную и пасмурную погоду^[17]. В 2008 году было установлено, что возможно использование природных коагулянтов. Порошки из нескольких сортов бобовых(горох, фасоль и чечевица), а также арахисовых — были испытаны для удаления мутности. Эффективность оказалась на уровне промышленных квасцов и даже превзошла её поскольку оптимальная доза оказалось низкой, флокуляция была быстрой (7-25 минут, в зависимости от используемых семян) и жесткости воды и рН^[18]. Позже изучалось использование каштанов, желудей дуба и семян моринги для той же цели^[19][20].

Другим направлением исследования стало изучение применения полупроводников, чтобы увеличить выделение кислородных радикалов под воздействием ультрафиолета^[21]. Исследователи из Национального центра по изучению датчиков и Института биомедицинской диагностики из университета Дублина разработали новый дозиметр ультрафиолета, данные с которого можно прочитать с камеры мобильного телефона. Камера в телефоне используется для получения изображения с датчиков и с помощью специализированного программного обеспечения, работающего на телефоне анализирует датчик цвета для обеспечения количественного измерения дозы облучения^[22].

Применение в мире

Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий через Департамент по водным ресурсам и санитарии в развивающихся странах (Sandec), координирует продвижение проекта SODIS в 33 странах, включая Бутан, Боливия, Буркина-Фасо, Камбоджа, Камерун, Конго, Эквадор, Сальвадор, Эфиопия, Гана, Гватемала, Гвинея, Гондурас, Индия, Индонезия, Кения, Лаос, Малави, Мозамбик, Непал, Никарагуа, Пакистан, Перу, Филиппины, Сенегал, Сьерра-Леоне, Шри-Ланка, Того, Уганда, Узбекистан, Вьетнам, Замбия и Зимбабве^[23].

Проект SODIS финансируется, в частности, фондом SOLAQUA, клубами Lions Clubs International, Ротари Интернешнл и Водяным фондом Мишеля Контэ.

SODIS также используется в нескольких общинах Бразилии, в частности в Беберибе в западной части Форталеза. Применение солнечной дезинфекции в этих районах весьма успешно, поскольку температура воздуха поднимается выше 40°C.

Примечания

1. ↑ SODIS - Safe drinking water in 6 hours. sodis.ch. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 30 ноября 2010.
2. ↑ Household water treatment and safe storage. World Health Organization. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 30 ноября 2010.
3. ↑ Training material. Swiss Federal Institute of Environmental Science and Technology (EAWAG) Department of Water and Sanitation in Developing Countries (SANDEC). Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 1 февраля 2010.
4. ↑ ^{1 2 3} Solar Water Disinfection Could Kill Even More Germs with New High-Tech Coating. // cleantechnica.com. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 16 июня 2012.
5. ↑ SODIS Technical Note # 2 Materials: Plastic versus Glass Bottles (PDF). sodis.ch (20 October 1998). Проверено 1 февраля 2010.
6. ↑ Guidelines for drinking-water quality (PDF) 304–6. World Health Organization. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012.
7. ↑ Migration of organic components from polyethylene terephthalate (PET) bottles to water Swiss Federal Institute for Materials Testing and Research (EMPA), Kohler M., Wolfensberger M.
8. ↑ William Shotyk, Michael Krachler and Bin Chen (2006). «Contamination of Canadian and European bottled waters with antimony from PET containers». Journal of Environmental Monitoring 8 (2): 288–292. DOI:10.1039/b517844b. PMID 16470261. Lay summary.
9. ↑ University of Heidelberg (26 January 2006). Bottled Waters Contaminated with Antimony from PET. Пресс-релиз.
10. ↑ Sciacca F, Rengifo-Herrera JA, Wéthé J, Pulgarin C (2010-01-08). «Dramatic enhancement of solar disinfection (SODIS) of wild Salmonella sp. in PET bottles by H(2)O(2) addition on natural water of Burkina Faso containing dissolved iron» (Epub ahead of print). Chemosphere 78 (9): 1186–91. DOI:10.1016/j.chemosphere.2009.12.001. PMID 20060566.
11. ↑ Conroy RM, Elmore-Meegan M, Joyce T, McGuigan KG, Barnes J (1996). «Solar disinfection of drinking water and diarrhoea in Maasai children: a controlled field trial». Lancet 348 (9043): 1695–7. DOI:10.1016/S0140-6736(96)02309-4. PMID 8973432.
12. ↑ Conroy RM, Meegan ME, Joyce T, McGuigan K, Barnes J (October 1999). «Solar disinfection of water reduces diarrhoeal disease: an update». Archives of Disease in Childhood 81 (4): 337–8. DOI:10.1136/adc.81.4.337. PMID 10490440.
13. ↑ Conroy RM, Meegan ME, Joyce T, McGuigan K, Barnes J (October 2001). «Solar disinfection of drinking water protects against cholera in children under 6 years of age». Archives of Disease in Childhood 85 (4): 293–5. DOI:10.1136/adc.85.4.293. PMID 11567937.
14. ↑ Rose A, Roy S, Abraham V, et al. (February 2006). «Solar disinfection of water for diarrhoeal prevention in southern India». Archives of Disease in Childhood 91 (2): 139–41. DOI:10.1136/adc.2005.077867. PMID 16403847.
15. ↑ Caslake LF, Connolly DJ, Menon V, Duncanson CM, Rojas R, Tavakoli J (February 2004). «Disinfection of contaminated water by using solar irradiation». Appl. Environ. Microbiol. 70 (2): 1145–50. DOI:10.1128/AEM.70.2.1145-1150.2004. PMID 14766599.
16. ↑ Gelover S, Gómez LA, Reyes K, Teresa Leal M (October 2006). «A practical demonstration of water disinfection using TiO2 films and sunlight». Water Res. 40 (17): 3274–80. DOI:10.1016/j.watres.2006.07.006. PMID 16949121.
17. ↑ Fisher MB, Keenan CR, Nelson KL, Voelker BM (March 2008). «Speeding up solar disinfection (SODIS): effects of hydrogen peroxide, temperature, pH, and copper plus ascorbate on the photoinactivation of E. coli». J Water Health 6 (1): 35–51. DOI:10.2166/wh.2007.005. PMID 17998606.
18. ↑ Mbogo SA (March 2008). «A novel technology to improve drinking water quality using natural treatment methods in rural Tanzania». J Environ Health 70 (7): 46–50. PMID 18348392.
19. ↑ Šćiban M, Klašnja M, Antov M, Škrbić B (2009). «Removal of water turbidity by natural coagulants obtained from chestnut and acorn.». Bioresource technology 100 (24): 6639–43. DOI:10.1016/j.biortech.2009.06.047. PMID 19604691.
20. ↑ (2009) «The effect of turbidity levels and Moringa oleifera concentration on the effectiveness of coagulation in water treatment.». Water science and technology : a journal of the International Association on Water Pollution Research 59 (8): 1551–8. DOI:10.2166/wst.2009.155. PMID 19403968.
21. ↑ (2011) «Photocatalytic Enhancement for Solar Disinfection of Water: A Review». International Journal of Photoenergy. DOI:10.1155/2011/798051.
22. ↑ (2011) «A Camera Phone-Based UV-Dosimeter for Monitoring the Solar Disinfection (SODIS) of Water.». IEEE Sensors Journal. DOI:10.1109/JSEN.2011.2172938.
23. ↑ Contact addresses and case studies of the projects coordinated by the Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (EAWAG) are available at sodis.ch.

Ссылки

• New technology uses solar UV to disinfect drinking water. // phys.org. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 16 июня 2012.
• Solar Water Disinfection in Household Settings: Hype or Hope?. // plosmedicine.org. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 16 июня 2012.
• Clean water at no cost, the SODIS way. // hindu.com. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 16 июня 2012.
• Kenyans Tap Sun to Make Dirty Water Sparkle. // clpmag.org. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 16 июня 2012.