Дезинфекция воды с помощью солнечных батарей , сокращенно SODIS , — это тип портативной очистки воды , которая использует солнечную энергию для того, чтобы сделать биологически загрязненную (например, бактериями, вирусами, простейшими и червями) воду безопасной для питья. Вода, загрязненная небиологическими агентами, такими как токсичные химикаты или тяжелые металлы, требует дополнительных мер, чтобы сделать ее безопасной для питья. [ требуется цитата ]
Солнечная дезинфекция воды обычно осуществляется с использованием некоторой комбинации электроэнергии, вырабатываемой фотоэлектрическими панелями (солнечные батареи), тепла ( солнечная тепловая энергия ) и улавливания солнечного ультрафиолетового излучения .
Солнечная дезинфекция с использованием эффектов электричества, вырабатываемого фотоэлектрическими элементами, обычно использует электрический ток для доставки электролитических процессов, которые дезинфицируют воду, например, путем генерации окислительных свободных радикалов, которые убивают патогены, повреждая их химическую структуру. Второй подход использует накопленное солнечное электричество из батареи и работает ночью или при низком уровне освещенности для питания ультрафиолетовой лампы для выполнения вторичной солнечной ультрафиолетовой дезинфекции воды.
Солнечная термальная дезинфекция воды использует тепло солнца для нагрева воды до 70–100 °C в течение короткого периода времени. Существует ряд подходов. Солнечные тепловые коллекторы могут иметь линзы перед собой или использовать отражатели. Они также могут использовать различные уровни изоляции или остекления. Кроме того, некоторые процессы солнечной термальной дезинфекции воды основаны на партиях, в то время как другие (проточная солнечная термическая дезинфекция) работают почти непрерывно, пока светит солнце. Вода, нагретая до температуры ниже 100 °C, обычно называется пастеризованной водой.
Ультрафиолетовая часть солнечного света также может убивать патогены в воде. Метод SODIS использует комбинацию УФ-излучения и повышенной температуры (солнечного тепла) для дезинфекции воды с использованием только солнечного света и переработанных пластиковых бутылок из ПЭТ . SODIS — это бесплатный и эффективный метод децентрализованной очистки воды , обычно применяемый на бытовом уровне и рекомендованный Всемирной организацией здравоохранения в качестве жизнеспособного метода очистки и безопасного хранения воды в домашних условиях. [1] SODIS уже применяется во многих развивающихся странах . [2] : 55 образовательных брошюр по этому методу доступны на многих языках, [3] каждая из которых эквивалентна версии на английском языке. [2]
Руководства по домашнему использованию SODIS описывают этот процесс.
Для использования выбираются бесцветные, прозрачные бутылки из-под воды или газировки из ПЭТ объемом 2 литра или меньше с небольшим количеством царапин на поверхности. Стеклянные бутылки также подходят. Все этикетки удаляются, а бутылки моются перед первым использованием. Вода из потенциально загрязненных источников заливается в бутылки, используя максимально чистую воду. Если мутность превышает 30 NTU, необходимо отфильтровать или осадить частицы перед воздействием солнечного света. Фильтры изготавливаются на месте из ткани, натянутой на перевернутые бутылки с отрезанным дном. Чтобы улучшить насыщение кислородом, руководства рекомендуют заполнять бутылки на три четверти, встряхивать в течение 20 секунд (с закрытой крышкой), затем заполнять полностью, закрывать крышкой и проверять на прозрачность. [ необходима цитата ]
Затем наполненные бутылки подвергаются максимально возможному воздействию солнечного света. Бутылки будут нагреваться быстрее и горячее, если их разместить на наклонной, обращенной к солнцу отражающей металлической поверхности. Гофрированная металлическая крыша (по сравнению с соломенной крышей) или слегка изогнутый лист алюминиевой фольги увеличивают освещенность внутри бутылки. Следует избегать нависающих конструкций или растений, которые затеняют бутылки, так как они уменьшают как освещенность, так и нагрев. По истечении достаточного времени очищенную воду можно пить прямо из бутылки или наливать в чистые питьевые чашки. Риск повторного загрязнения сводится к минимуму, если вода хранится в бутылках. Повторное наполнение и хранение в других емкостях увеличивает риск загрязнения.
Наиболее благоприятные регионы для применения метода SODIS расположены между 15°N и 35°N широты, а также между 15°S и 35°S. [2] Эти регионы имеют высокий уровень солнечной радиации, с ограниченной облачностью и осадками, и более 90% солнечного света достигает поверхности Земли в виде прямого излучения. [2] Второй наиболее благоприятный регион находится между 15°N и 15°S широты. Эти регионы имеют высокий уровень рассеянной радиации, с примерно 2500 часами солнечного сияния в год, из-за высокой влажности и частой облачности. [2]
Важно проводить местное обучение использованию SODIS, чтобы избежать путаницы между ПЭТ и другими материалами для бутылок. Применение SODIS без надлежащей оценки (или с ложной оценкой) существующих гигиенических практик и заболеваемости диареей может не решить другие пути заражения. Сначала необходимо обучить самих инструкторов. [2]
SODIS — эффективный метод очистки воды, когда топливо или плиты недоступны или слишком дороги. Даже если топливо доступно, SODIS — более экономичный и экологически чистый вариант. Применение SODIS ограничено, если недостаточно бутылок или если вода очень мутная . Фактически, если вода очень мутная, SODIS нельзя использовать отдельно; тогда необходима дополнительная фильтрация. [5]
Базовым полевым испытанием для определения того, является ли вода слишком мутной для правильной работы метода SODIS, является газетный тест. [3] Для газетного теста пользователь должен поставить наполненную бутылку вертикально на заголовок газеты и посмотреть вниз через отверстие бутылки. Если буквы заголовка читаются, вода может быть использована для метода SODIS. Если буквы не читаются, то мутность воды, вероятно, превышает 30 NTU, и вода должна быть предварительно обработана. [ необходима цитата ]
Теоретически этот метод можно использовать при ликвидации последствий стихийных бедствий или в лагерях беженцев. Однако поставка бутылок может оказаться более сложной задачей, чем поставка эквивалентных дезинфицирующих таблеток, содержащих хлор, бром или йод. Кроме того, в некоторых обстоятельствах может быть сложно гарантировать, что вода будет оставаться на солнце в течение необходимого времени.
Существуют и другие методы очистки и безопасного хранения воды в домашних условиях, включая хлорирование, флокуляцию/дезинфекцию и различные процедуры фильтрации. Метод следует выбирать на основе критериев эффективности, сопутствующего появления других типов загрязнения (например, мутности, химических загрязнителей), стоимости обработки, трудозатрат и удобства, а также предпочтений пользователя.
Если вода очень мутная, SODIS нельзя использовать отдельно; тогда необходимо дополнительное фильтрование или флокуляция для очистки воды перед обработкой SODIS. [6] [7] Недавние исследования показали, что обычная поваренная соль (NaCl) является эффективным флокулянтом для снижения мутности для метода SODIS в некоторых типах почв. [8] Этот метод можно использовать для увеличения географических областей, для которых можно использовать метод SODIS, поскольку регионы с очень мутной водой можно очищать с низкими затратами. [9]
SODIS может быть альтернативно реализован с использованием пластиковых пакетов. Было обнаружено, что пакеты SODIS обеспечивают на 74% более высокую эффективность обработки, чем бутылки SODIS, что может быть связано с тем, что пакеты способны достигать повышенных температур, которые вызывают ускоренное лечение. [10] Пакеты SODIS со слоем воды приблизительно от 1 см до 6 см легче достигают более высоких температур, чем бутылки SODIS, и более эффективно лечат Vibrio cholerae. [10] Предполагается, что это связано с улучшенным соотношением площади поверхности к объему в пакетах SODIS. В отдаленных регионах пластиковые бутылки не доступны на месте и должны доставляться из городских центров, что может быть дорогим и неэффективным, поскольку бутылки нельзя упаковать очень плотно. Пакеты можно упаковывать плотнее, чем бутылки, и их можно доставлять по более низкой цене, что представляет собой экономически предпочтительную альтернативу бутылкам SODIS в отдаленных сообществах. Недостатки использования пакетов заключаются в том, что они могут придавать воде запах пластика, с ними сложнее обращаться, когда они наполнены водой, и, как правило, для питья воду приходится переливать во вторую емкость.
Еще одним важным преимуществом использования бутылок SODIS по сравнению с пакетами или другими методами, требующими переливания воды в меньшую емкость для потребления, является то, что бутылки представляют собой метод очистки воды в домашних условиях в месте использования. [11] Место использования означает, что вода обрабатывается в той же удобной емкости, из которой она будет подаваться, что снижает риск вторичного загрязнения воды.
Если бутылки с водой не оставляются на солнце в течение необходимого периода времени, вода может быть небезопасной для питья и может вызвать заболевание. Если солнечный свет менее сильный из-за пасмурной погоды или менее солнечного климата, необходимо более длительное время пребывания на солнце. [ необходима цитата ]
Также следует рассмотреть следующие вопросы:
По данным Всемирной организации здравоохранения , более двух миллионов человек в год умирают от предотвратимых заболеваний, передающихся через воду, а один миллиард человек не имеет доступа к источнику улучшенной питьевой воды. [19] [20]
Было показано, что метод SODIS (и другие методы очистки воды в домашних условиях) может очень эффективно удалять патогенные загрязнения из воды. Однако инфекционные заболевания также передаются другими путями, например, из-за общего отсутствия санитарии и гигиены. Исследования по снижению диареи среди пользователей SODIS показывают значения снижения на 30–80%. [21] [22] [23] [24]
Эффективность SODIS была впервые обнаружена Афтимом Акрой из Американского университета Бейрута в начале 1980-х годов. Последующие исследования проводились исследовательскими группами Мартина Вегелина из Швейцарского федерального института водных наук и технологий (EAWAG) и Кевина Макгигана из Королевского колледжа хирургов в Ирландии . Клинические контрольные испытания были впервые проведены Ронаном Конроем из команды RCSI в сотрудничестве с Майклом Элмором-Миганом . [ необходима цитата ]
Совместный исследовательский проект по SODIS был реализован следующими учреждениями:
Проект начал многострановое исследование, включая районы исследования в Зимбабве , Южной Африке и Кении .
Другие разработки включают в себя установку для дезинфекции непрерывного потока [25] и солнечную дезинфекцию с помощью пленки диоксида титана на стеклянных цилиндрах, которая предотвращает повторный рост бактерий кишечной палочки после SODIS. [26]
Исследования показали, что ряд недорогих добавок способны ускорить SODIS и что добавки могут сделать SODIS более быстрым и эффективным как в солнечную, так и в пасмурную погоду, разработки, которые могут помочь сделать технологию более эффективной и приемлемой для пользователей. [27] Исследование 2008 года показало, что порошкообразные семена пяти натуральных бобовых (гороха, фасоли и чечевицы) — Vigna unguiculata (коровий горох), Phaseolus mungo (черная чечевица), Glycine max (соя), Pisum sativum (зеленый горошек) и Arachis hypogaea (арахис) — при оценке в качестве натуральных флокулянтов для удаления мутности были столь же эффективны, как коммерческие квасцы, и даже превосходили их для осветления, поскольку оптимальная дозировка была низкой (1 г/л), флокуляция была быстрой (7–25 минут, в зависимости от используемых семян), а жесткость воды и pH практически не изменились. [28] В более поздних исследованиях для той же цели использовались каштаны , желуди дуба и моринга масличная (дерево-барабанная палочка). [29] [30]
В другом исследовании изучалось использование легированных полупроводников для увеличения производства радикалов кислорода под воздействием солнечного УФ-А. [31] Недавно исследователи из Национального центра сенсорных исследований и Института биомедицинской диагностики при Дублинском городском университете разработали недорогой печатаемый УФ-дозиметр для приложений SODIS, данные с которого можно считывать с помощью мобильного телефона. [32] Камера телефона используется для получения изображения датчика, а пользовательское программное обеспечение, работающее на телефоне, анализирует цвет датчика для обеспечения количественного измерения дозы УФ-излучения.
В изолированных регионах воздействие древесного дыма увеличивает заболеваемость легких из-за постоянной необходимости разводить костры для кипячения воды и приготовления пищи. Исследовательские группы обнаружили, что кипячение воды игнорируется из-за сложности сбора дров, которых не хватает во многих регионах. Когда жителям изолированных регионов Африки были представлены основные варианты очистки воды в домашних условиях, они отдали предпочтение методу SODIS перед кипячением или другими основными методами очистки воды.
Разработан очень простой солнечный очиститель воды для сельских домохозяйств, в котором используются 4 слоя ткани сари и солнечные трубчатые коллекторы для удаления всех колиформных бактерий. [33]
В июле 2020 года исследователи сообщили о разработке многоразовой алюминиевой поверхности для эффективной очистки воды на основе солнечной энергии, что ниже стандартов ВОЗ и Агентства по охране окружающей среды для питьевой воды. [34] [35]
Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий (EAWAG) через Департамент водоснабжения и санитарии в развивающихся странах (Sandec) координирует проекты продвижения SODIS в 33 странах, включая Бутан, Боливию, Буркина-Фасо, Камбоджу, Камерун, ДР 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. [36]
Проекты SODIS финансируются, в частности, Фондом SOLAQUA, [37] несколькими клубами Lions , Ротари- клубами, Migros и Водным фондом Мишеля Конта.
SODIS также применялся в нескольких общинах Бразилии, одна из которых — Prainha do Canto Verde , Beberibe к западу от Форталезы . Жители деревень, использующие метод SODIS, добились большого успеха, поскольку температура в течение дня может превышать 40 °C (104 °F), а количество тени ограничено. [ необходима цитата ]
Одной из самых важных вещей, которую следует учитывать работникам общественного здравоохранения, работающим с сообществами, нуждающимися в подходящих, экономически эффективных и устойчивых методах очистки воды, является обучение важности качества воды в контексте укрепления здоровья и профилактики заболеваний, одновременно обучая самим методам. Хотя скептицизм создал проблему в некоторых сообществах для принятия SODIS и других методов очистки воды в домашних условиях для ежедневного использования, распространение знаний о важных преимуществах для здоровья, связанных с этими методами, вероятно, увеличит темпы принятия.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )