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
- SODIS - Safe drinking water in 6 hours. sodis.ch. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 30 ноября 2010.
- Household water treatment and safe storage. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012. Проверено 30 ноября 2010.
- 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.
- ↑ 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.
- SODIS Technical Note # 2 Materials: Plastic versus Glass Bottles (PDF). sodis.ch (20 October 1998). Проверено 1 февраля 2010.
- Guidelines for drinking-water quality (PDF) 304–6. World Health Organization. Архивировано из первоисточника 26 сентября 2012.
- Migration of organic components from polyethylene terephthalate (PET) bottles to water Swiss Federal Institute for Materials Testing and Research (EMPA), Kohler M., Wolfensberger M.
- 10.1039/b517844b. PMID 16470261. Lay summary.
- Bottled Waters Contaminated with Antimony from PET. Пресс-релиз.
- 10.1016/j.chemosphere.2009.12.001. PMID 20060566.
- 10.1016/S0140-6736(96)02309-4. PMID 8973432.
- Solar disinfection of water reduces diarrhoeal disease: an update». 10.1136/adc.81.4.337. PMID 10490440.
- Solar disinfection of drinking water protects against cholera in children under 6 years of age». 10.1136/adc.85.4.293. PMID 11567937.
- Solar disinfection of water for diarrhoeal prevention in southern India». 10.1136/adc.2005.077867. PMID 16403847.
- 10.1128/AEM.70.2.1145-1150.2004. PMID 14766599.
- 10.1016/j.watres.2006.07.006. PMID 16949121.
- 10.2166/wh.2007.005. PMID 17998606.
- ↑ 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.
- 10.1016/j.biortech.2009.06.047. PMID 19604691.
- 10.2166/wst.2009.155. PMID 19403968.
- 10.1155/2011/798051.
- 10.1109/JSEN.2011.2172938.
- 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.