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饮用水/消毒/太阳能

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SODIS 应用于印度尼西亚

太阳能水消毒，也称为SODIS[1]，是一种仅使用阳光和塑料PET瓶对水进行消毒的方法。SODIS 是一种免费且有效的分散式水处理方法，通常应用于家庭层面，并被世界卫生组织推荐为家庭水处理和安全存储的可行方法。[2] SODIS 已在许多发展中国家得到应用。该方法的教育手册有多种语言版本，[3] 每个版本都相当于英文版本。[4]

原理

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研究表明，阳光照射可以使污染的饮用水中导致腹泻的微生物失活。人们认为太阳辐射的三个效应促成了病原微生物的失活

  • UVA 直接干扰细菌的代谢并破坏细胞结构。
  • UV-A（波长 320-400 nm）与溶解在水中的氧气发生反应，产生高活性形式的氧气（氧自由基和过氧化氢），人们认为这些物质也会破坏病原体。
  • 累积的太阳能（包括红外辐射成分）使水升温。如果水温升至 50 °C 以上，消毒过程会快三倍。

在水温约为 30 °C（86 °F）时，SODIS 需要至少 500 W/m2（所有光谱光）的阈值太阳辐射强度才能持续约 5 个小时才能有效。这种剂量包含约 350 nm-450 nm 的 UVA 和紫外光范围内的 555 Wh/m2 能量，相当于大约 6 个小时的夏季中午的纬度（欧洲）阳光。

在水温高于 45 °C（113 °F）时，UV 辐射和温度的协同效应进一步提高了消毒效率。

家用应用流程

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PET 回收标志
  • 选择无色透明的PET水或饮料瓶（2 升或更小），瓶体表面划痕较少。在第一次使用之前，去除标签并清洗瓶子。
  • 将来自受污染来源的水装入瓶中。为了提高氧气饱和度，可以将瓶子装满三分之二，盖上瓶盖并摇晃 20 秒，然后装满并盖上瓶盖。浑浊度高于 30 NTU 的非常浑浊的水必须在暴露在阳光下之前进行过滤。
  • 然后将装满的瓶子暴露在阳光下。与茅草屋顶相比，如果将瓶子放在朝向阳光的倾斜的金属瓦屋顶上，瓶子会更快升温到更高的温度。
  • 处理后的水可以直接从瓶中饮用，也可以倒入干净的饮水杯中。如果将水储存在瓶中，可以最大程度地降低二次污染的风险。重新装入和储存在其他容器中会增加污染的风险。
建议的处理时间表[5]
天气状况 最低处理时间
晴天（云量少于 50%） 6 小时
多云（云量 50-100%，少量或无降雨） 2 天
持续降雨 性能不佳，使用雨水收集

应用

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SODIS 是一种有效的处理水的办法，在燃料或炉灶不可用或价格过高的地方非常有用。即使在有燃料的情况下，SODIS 也是一种更经济、更环保的选择。如果瓶子供应不足，或水体高度浑浊，SODIS 的应用会受到限制。事实上，如果水体高度浑浊，SODIS 无法单独使用，需要进行额外的过滤。[6]

理论上，这种方法可以用于灾难救济或难民营。然而，供应瓶子可能比提供等量的含氯、溴或碘的消毒片剂或可以用火煮水的金属容器更困难。此外，在某些情况下，可能难以保证水会在阳光下放置必要的时间。

还存在其他家庭水处理和安全存储方法，例如氯化、不同的过滤程序或絮凝/消毒。应根据有效性、其他类型污染（浑浊度、化学污染物）的共存、处理成本、劳动力投入和便利性以及用户的偏好选择合适的方法。

注意事项

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如果水瓶没有在阳光下放置足够的时间，水可能不安全饮用，可能会导致疾病。如果阳光强度较弱，由于天气阴沉或气候较少阳光，则需要在阳光下放置更长的时间。

还应考虑以下问题

  • 瓶子材料：一些玻璃或 PVC 材料可能会阻止紫外线照射到水中。[7] 推荐使用市售的PET瓶。使用 PET 瓶更方便。 聚碳酸酯会阻挡所有 UVA 和 UVB 射线，因此不应使用。
  • 塑料瓶的老化：SODIS 的效率取决于塑料瓶的物理状况，划痕和其他磨损迹象会降低 SODIS 的效率。严重划伤或老旧、失明的瓶子应该更换。
  • 容器的形状：UV 辐射强度随着水深的增加而迅速降低。在水深 10 cm（4 英寸）和 26 NTU 的中等浑浊度下，UVA 辐射会降低到 50%。PET 饮料瓶通常很容易获得，因此在 SODIS 应用中最实用。
  • 氧气：阳光在水中产生高反应性的氧形式（氧自由基和过氧化氢）。这些反应性分子有助于微生物的破坏过程。在正常条件下（河流、溪流、井、池塘、自来水），水中含有足够的氧气（每升超过 3 毫克氧气），在使用 SODIS 之前不需要充氧。
  • 瓶体材料的浸出：有人担心塑料饮用水容器是否会释放化学物质或有毒成分到水中，这种过程可能会因热量而加速。瑞士联邦材料试验与研究实验室检查了在阳光照射下，新 PET 瓶和再利用 PET 瓶中 己二酸酯 和 邻苯二甲酸酯（DEHA 和 DEHP）向水中的扩散情况。在 60°C 的水中进行 17 小时的阳光照射后，水中发现的浓度远低于 WHO 饮用水指南，且与优质自来水中通常发现的邻苯二甲酸酯和己二酸酯浓度相当。
    海德堡大学的研究人员发表了一份关于 PET 瓶释放 锑 的报告，该报告指出在超市中存放数月的软饮料和矿泉水 PET 瓶中会释放 锑，这引发了人们对普遍使用 PET 瓶的担忧，但瓶中发现的锑浓度比 WHO[8] 和国家饮用水中锑浓度指南低几个数量级。[9][10][11] 此外，SODIS 水不会在瓶中长时间储存。
  • 细菌的重新生长：从阳光下移开后，残留的细菌可能会在黑暗中再次繁殖。一项 2010 年的研究表明，添加仅 10 ppm 的过氧化氢可有效防止野生 沙门氏菌 的重新生长。[12] 这相当于在一升水瓶中加入约四滴 5% 的过氧化氢，但由于 滴 是一个不精确的单位，因此建议使用其他测量方法。
  • 有毒化学物质：该方法不会去除水中可能存在的有毒化学物质。（工厂废料，...）。

健康影响，腹泻减少

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非洲只有 46% 的人拥有安全饮用水。

研究表明，SODIS 方法（以及其他家庭水处理方法）可以非常有效地去除水中的病原体污染。然而，传染病也通过其他途径传播，即由于普遍缺乏卫生设施和卫生习惯。对 SODIS 用户腹泻减少情况的研究表明，减少率为 30% 至 80%。[13] [14] [15][16]

研究与开发

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SODIS 的有效性首次由贝鲁特美国大学的阿夫蒂姆·阿克拉教授在 1980 年代初发现[3]。瑞士联邦水科学与技术研究所 (Eawag) 的马丁·韦格林研究小组和爱尔兰皇家外科学院的凯文·麦吉根博士进行了大量的后续研究。临床对照试验由 RCSI 团队的罗南·康罗伊教授与迈克尔·埃尔莫尔-米根合作率先开展。

目前，以下机构正在实施一项关于 SODIS 的联合研究项目：

  • 爱尔兰皇家外科学院 (RCSI)，爱尔兰（协调）
  • 阿尔斯特大学 (UU)，英国
  • 南非 CSIR 环境技术研究所，瑞士 Eawag
  • 津巴布韦水与卫生发展研究所 (IWSD)
  • 西班牙阿尔梅里亚太阳能平台 (CIEMAT-PSA)
  • 莱斯特大学 (UL)，英国
  • 肯尼亚国际救助苦难与饥饿委员会 (ICROSS)
  • 西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学 (USC)
  • 瑞士联邦水科学与技术研究所 (Eawag)，瑞士

该项目已开始进行一项跨国研究，包括在 津巴布韦、南非 和 肯尼亚 的研究区域。

其他发展包括开发连续流消毒装置[17] 和在玻璃圆柱体上使用二氧化钛薄膜进行的太阳能消毒，该方法可防止 SODIS 后大肠杆菌的重新生长。[18] 研究表明，许多低成本添加剂能够加速 SODIS，并且添加剂可能使 SODIS 在阳光充足和阴天时都能更快更有效，这些发展有助于使该技术对用户更有效和更易于接受。[19] 一项 2008 年的研究表明，天然絮凝剂（五种天然豆类（豌豆、豆类和扁豆）的种子粉末——豇豆（豇豆）、黑扁豆（黑扁豆）、大豆（大豆）、豌豆（绿豌豆）和花生（花生）——用于去除浊度）与市售明矾一样有效，甚至在澄清方面更胜一筹，因为最佳剂量很低（1 g/L），絮凝速度快（7-25 分钟，取决于使用的种子），水硬度和 pH 值基本保持不变。[20] 后来的一些研究使用了 板栗、橡树 橡子以及辣木（鼓槌树）来达到相同目的。[21][22]

需要考虑的问题

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以下是文献中讨论的一些问题

  • 对 SODIS 的使用进行本地教育很重要，以避免混淆 PET 与其他瓶体材料。[4]
  • 在没有对现有卫生习惯和腹泻发生率进行适当评估（或评估错误）的情况下使用 SODIS 可能会无法解决其他感染途径。社区培训师需要先接受培训。[4]
  • 当水严重浑浊时，无法单独使用 SODIS，需要额外的过滤或絮凝来澄清水，然后再进行 SODIS 处理。[23][24]

全球应用

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瑞士联邦水科学与技术研究所 (Eawag) 通过发展中国家水与卫生部门 (Sandec) 在 33 个国家协调 SODIS 推广项目，包括不丹、玻利维亚、布基纳法索、柬埔寨、喀麦隆、刚果民主共和国、厄瓜多尔、萨尔瓦多、埃塞俄比亚、加纳、危地马拉、几内亚、洪都拉斯、印度、印度尼西亚、肯尼亚、老挝、马拉维、莫桑比克、尼泊尔、尼加拉瓜、巴基斯坦、秘鲁、菲律宾、塞内加尔、塞拉利昂、斯里兰卡、多哥、乌干达、乌兹别克斯坦、越南、赞比亚和津巴布韦。瑞士联邦水科学与技术研究所 (Eawag) 协调的项目联系地址和案例研究可在 sodis.ch 上找到。

SODIS 项目由 SOLAQUA 基金会（[25]）、多个 狮子会、扶轮社、米格罗斯 和米歇尔·孔特水基金会等机构资助。

SODIS 也已在巴西的多个社区应用，其中一个社区是位于福塔雷萨北部的小镇普拉尼亚·杜·坎托·维尔德。那里的村民们一直在用 SODIS 方法净化他们的水。这很成功，尤其是在白天气温可能超过 40 °C (100 °F)，而且遮荫面积有限的情况下。

另见

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参考文献

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  1. ↑ "SODIS - 6 小时安全饮用水". sodis.ch. 检索于 2010 年 11 月 30 日.
  2. ↑ "家庭水处理和安全储存". 世界卫生组织. 检索于 2010 年 11 月 30 日.
  3. ↑ "培训资料". 瑞士联邦环境科学与技术研究所 (EAWAG) 发展中国家水与卫生部门 (SANDEC). 检索于 2010 年 2 月 1 日.
  4. ↑ a b c Meierhofer R, Wegelin M (2002 年 10 月). 太阳能水消毒 - SODIS 应用指南 (PDF). 瑞士联邦环境科学与技术研究所 (EAWAG) 发展中国家水与卫生部门 (SANDEC). ISBN 3-906484-24-6.
  5. ↑ "它是如何工作的？" (PDF). sodis.ch. 检索于 2010 年 2 月 1 日.
  6. ↑ SODIS 的局限性
  7. ↑ "SODIS 技术说明 # 2 材料：塑料瓶与玻璃瓶" (PDF). sodis.ch. 1998 年 10 月 20 日. 检索于 2010 年 2 月 1 日.
  8. ↑ "饮用水质量准则" (PDF). 世界卫生组织. 页码 304-6。
  9. ↑ Kohler M, Wolfensberger M. "聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 瓶中有机成分向水的迁移" (PDF). 瑞士联邦材料试验与研究机构 (EMPA). {{cite web}}: |archive-url= 需要 |url= (帮助); |format= 需要 |url= (帮助); 缺少或空 |url= (帮助)
  10. ↑ William Shotyk, Michael Krachler 和 Bin Chen (2006). "加拿大和欧洲瓶装水中来自 PET 容器的锑污染". 环境监测杂志. 8 (2): 288–292. doi:10.1039/b517844b. PMID 16470261. {{cite journal}}: 未知参数 |laysummary= 被忽略 (帮助)
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  12. ↑ Sciacca F, Rengifo-Herrera JA, Wéthé J, Pulgarin C (2010-01-08). "在含有溶解铁的布基纳法索天然水中，通过添加 H(2)O(2) 显著增强了 PET 瓶中野生沙门氏菌的太阳能消毒 (SODIS)". 化学球体 (提前出版). 78 (9): 1186–91. doi:10.1016/j.chemosphere.2009.12.001. PMID 20060566. {{cite journal}}: |format= 需要 |url= (帮助)CS1 维护：作者列表有多个名称 (链接)
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  21. ↑ Šćiban M, Klašnja M, Antov M, Škrbić B (2009). "利用从栗子和橡子中获得的天然混凝剂去除水浑浊度". 生物资源技术. 100 (24): 6639–43. doi:10.1016/j.biortech.2009.06.047. PMID 19604691.{{cite journal}}: CS1 maint: 多个名称：作者列表 (链接)
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  23. ↑ "处理浑浊水". 世界卫生组织. 2010. 检索于 2010 年 11 月 30 日.
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