Дезинфекция с помощью солнечного света

Статья на основе материалов из Википедии

Дезинфекция с помощью солнечного света (англ. Solar water disinfection SODIS[2]) — 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 в качестве реального способа очистки и безопасного хранения воды в домашних условиях[3]. В настоящее время SODIS применяется во многих развивающихся странах. Брошюры, знакомящие с данным методом, доступны на многих языках.

Принцип действия

Инструкция SODIS по использованию солнечного света для дезинфекции

Установлено, что солнечный свет является губительным для микроорганизмов, содержащихся в питьевой воде[1]. Считается, что умерщвлению болезнетворных организмов способствуют три основных фактора:
  • 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) для достижения эффекта требуется примерно 6 часов облучения. Это соответствует примерно 6 часам обработки в средних широтах в солнечный летний день[1].

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 случае нехватки емкостей или чрезмерной замутненности воды. Впрочем, если вода загрязнена механическими примесями, то перед обработкой SODIS её достаточно дополнительно профильтровать, — например, через песок[1].

Метод может быть также использован в случае стихийных бедствий или в лагерях беженцев. Однако 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 метода должен быть основан на критериях эффективности, наличия других видов загрязнения (мутность, химическое загрязнение), расходов на обработку, трудоемкости, удобства, и предпочтения 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 недостаточно силён (в зависимости от погоды), либо в регионах с не очень солнечным климатом, — необходимо большее время держать бутылки с водой на солнце.

При использовании обеззараживания SODIS следует учитывать:

  • Материал бутылки: Некоторые виды стёкол или поливинилхлоридных материалов могут задерживать ультрафиолетовое излучение, поэтому рекомендуется использовать общедоступные бутылки из ПЭТ[4]. 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 другие 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 (вода из рек, ручьев, колодцев, прудов, водопровода) в воде содержится достаточно кислорода (более 3 мг кислорода на литр) и нет необходимости аэрации перед обработкой.
  • Выщелачивание материала ёмкости: предположительно, что, пластиковые бутылки могут выделять в воду токсичные химические компоненты и этот процесс интенсифицируется при нагревании. Швейцарские федеральные лаборатории испытания материалов и исследований изучили выделение ионов адипиновой кислоты и фталатов (DEHA и DEHP) из новых и повторно использованных пластиковых бутылок в воду в процессе солнечного облучения. Концентрация этих веществ в воде после экспозиции на солнце в течение 17 часов при температуре 60°C была намного ниже предельно допустимых концентраций, установленных ВОЗ для питьевой воды, — в тех же количествах, что и в качественной водопроводной воде.
: Опасения по поводу использования пластиковой тары были также высказаны после доклада о выходе сурьмы из бутылок для безалкогольных напитков и минеральной воды, хранящихся в течение нескольких месяцев в супермаркетах, опубликованного исследователями из Гейдельбергского университета/ Тем не менее, содержание сурьмы в бутылках на несколько порядков ниже требований ВОЗ[5] и национальных норм по концентрации сурьмы в питьевой воде[6][7]. Кроме того, после обработки SODIS вода не хранится длительное время.
  • Восстановление бактерий: после прекращения экспозиции солнечного света оставшиеся бактерии могут вновь начать размножаться в темноте. В 2010 году исследование установило, что добавление перекиси водорода в отношении 10 частей на миллион является эффективным средством для предотвращения размножения сальмонеллы.
  • 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. Изучение динамики заболеваемости диареей среди пользователей SODIS показывает снижение заболеваемости на 30—80 %[8][9]. Однако, инфекционные заболевания также передаются и другими путями в связи с общим отсутствием санитарии и гигиены.

Эффективность SODIS был впервые обнаружена профессором Афтимом Акра из Американского университета в Бейруте в начале 1980 года. В дальнейшем, исследования проводились группой Мартина Вегелина в Швейцарском федеральном институте водных наук и технологий (EAWAG), доктором Кевином Макгиганом в Королевском хирургическом колледже Ирландии (RCSI). Первые клинические испытания были проведены 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
  • Университет 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[10]. Исследования показали, что применение недорогих добавок способно увеличить эффективность SODIS и сделать его более быстрым и эффективным в солнечную и пасмурную погоду[11]. Позже изучалось использование каштанов, желудей дуба и семян моринги для той же цели[12].

Другим направлением исследования стало изучение применения полупроводников для увеличения выделения кислородных радикалов под воздействием ультрафиолета[13].

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, Боливию, Буркина-Фасо, Камбоджу, Камерун, Конго, Эквадор, Сальвадор, Эфиопию, Гану, Гватемалу, Гвинею, Гондурас, Индию, Индонезию, Кению, Лаос, Малави, Мозамбик, Непал, Никарагуа, Пакистан, Перу, Филиппины, Сенегал, Сьерра-Леоне, Шри-Ланку, Того, Уганду, Узбекистан, Вьетнам, Замбию и Зимбабве[14].

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, так как температура воздуха поднимается выше 40°C.

Примечания

  1. Solar Water Disinfection Could Kill Even More Germs with New High-Tech Coating / // cleantechnica.com — 2012-6-16 — 2012-09-25
  2. SODIS - Safe drinking water in 6 hours / sodis.ch — 30 November 2010 — 2012-09-25
  3. Household water treatment and safe storage / World Health Organization — 30 November 2010 — 2012-09-25
  4. SODIS Technical Note # 2 Materials: Plastic versus Glass Bottles — PDF / sodis.ch — 20 October 1998 — 1 February 2010 — 2009-06-24
  5. Guidelines for drinking-water quality — PDF / World Health Organization — 304–6 — 2012-09-25
  6. Migration of organic components from polyethylene terephthalate (PET) bottles to water Swiss Federal Institute for Materials Testing and Research (EMPA), Kohler M., Wolfensberger M.
  7. и солнечной дезинфекции с применением покрытия из диоксида титана, которое предотвращает размножение колиморфных бактерий после SODIS
  8. . В 2008 году было установлено, что возможно использование природных коагулянтов. Порошки из нескольких сортов бобовых (горох, фасоль и чечевица), а также арахисовых были испытаны как средства понижения 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)
  9. . Исследователи из Национального центра по изучению датчиков и Института биомедицинской диагностики из университета Дублина разработали новый дозиметр ультрафиолета, данные с которого можно прочитать посредством камеры мобильного телефона. Камера телефона используется для получения изображения с датчиков, а специальное программное обеспечение, работающее на телефоне, анализирует цвета изображения для количественного измерения дозы облучения
  10. 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