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飲用水/消毒/太陽能

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SODIS 應用於印度尼西亞

太陽能水消毒，也稱為SODIS[1]，是一種僅使用陽光和塑膠PET瓶對水進行消毒的方法。SODIS 是一種免費且有效的分散式水處理方法，通常應用於家庭層面，並被世界衛生組織推薦為家庭水處理和安全儲存的可行方法。[2] SODIS 已在許多發展中國家得到應用。該方法的教育手冊有多種語言版本，[3] 每個版本都相當於英文版本。[4]

原理

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研究表明，陽光照射可以使汙染的飲用水中導致腹瀉的微生物失活。人們認為太陽輻射的三個效應促成了病原微生物的失活

  • UVA 直接干擾細菌的代謝並破壞細胞結構。
  • UV-A（波長 320-400 nm）與溶解在水中的氧氣發生反應，產生高活性形式的氧氣（氧自由基和過氧化氫），人們認為這些物質也會破壞病原體。
  • 累積的太陽能（包括紅外輻射成分）使水升溫。如果水溫升至 50 °C 以上，消毒過程會快三倍。

在水溫約為 30 °C（86 °F）時，SODIS 需要至少 500 W/m2（所有光譜光）的閾值太陽輻射強度才能持續約 5 個小時才能有效。這種劑量包含約 350 nm-450 nm 的 UVA 和紫外光範圍內的 555 Wh/m2 能量，相當於大約 6 個小時的夏季中午的緯度（歐洲）陽光。

在水溫高於 45 °C（113 °F）時，UV 輻射和溫度的協同效應進一步提高了消毒效率。

家用應用流程

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PET 回收標誌
  • 選擇無色透明的PET水或飲料瓶（2 升或更小），瓶體表面劃痕較少。在第一次使用之前，去除標籤並清洗瓶子。
  • 將來自受汙染來源的水裝入瓶中。為了提高氧氣飽和度，可以將瓶子裝滿三分之二，蓋上瓶蓋並搖晃 20 秒，然後裝滿並蓋上瓶蓋。渾濁度高於 30 NTU 的非常渾濁的水必須在暴露在陽光下之前進行過濾。
  • 然後將裝滿的瓶子暴露在陽光下。與茅草屋頂相比，如果將瓶子放在朝向陽光的傾斜的金屬瓦屋頂上，瓶子會更快升溫到更高的溫度。
  • 處理後的水可以直接從瓶中飲用，也可以倒入乾淨的飲水杯中。如果將水儲存在瓶中，可以最大程度地降低二次汙染的風險。重新裝入和儲存在其他容器中會增加汙染的風險。
建議的處理時間表[5]
天氣狀況 最低處理時間
晴天（雲量少於 50%） 6 小時
多雲（雲量 50-100%，少量或無降雨） 2 天
持續降雨 效能不佳，使用雨水收集

應用

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SODIS 是一種有效的處理水的辦法，在燃料或爐灶不可用或價格過高的地方非常有用。即使在有燃料的情況下，SODIS 也是一種更經濟、更環保的選擇。如果瓶子供應不足，或水體高度渾濁，SODIS 的應用會受到限制。事實上，如果水體高度渾濁，SODIS 無法單獨使用，需要進行額外的過濾。[6]

理論上，這種方法可以用於災難救濟或難民營。然而，供應瓶子可能比提供等量的含氯、溴或碘的消毒片劑或可以用火煮水的金屬容器更困難。此外，在某些情況下，可能難以保證水會在陽光下放置必要的時間。

還存在其他家庭水處理和安全儲存方法，例如氯化、不同的過濾程式或絮凝/消毒。應根據有效性、其他型別汙染（渾濁度、化學汙染物）的共存、處理成本、勞動力投入和便利性以及使用者的偏好選擇合適的方法。

注意事項

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如果水瓶沒有在陽光下放置足夠的時間，水可能不安全飲用，可能會導致疾病。如果陽光強度較弱，由於天氣陰沉或氣候較少陽光，則需要在陽光下放置更長的時間。

還應考慮以下問題

  • 瓶子材料：一些玻璃或 PVC 材料可能會阻止紫外線照射到水中。[7] 推薦使用市售的PET瓶。使用 PET 瓶更方便。 聚碳酸酯會阻擋所有 UVA 和 UVB 射線，因此不應使用。
  • 塑膠瓶的老化：SODIS 的效率取決於塑膠瓶的物理狀況，劃痕和其他磨損跡象會降低 SODIS 的效率。嚴重劃傷或老舊、失明的瓶子應該更換。
  • 容器的形狀：UV 輻射強度隨著水深的增加而迅速降低。在水深 10 cm（4 英寸）和 26 NTU 的中等渾濁度下，UVA 輻射會降低到 50%。PET 飲料瓶通常很容易獲得，因此在 SODIS 應用中最實用。
  • 氧氣：陽光在水中產生高反應性的氧形式（氧自由基和過氧化氫）。這些反應性分子有助於微生物的破壞過程。在正常條件下（河流、溪流、井、池塘、自來水），水中含有足夠的氧氣（每升超過 3 毫克氧氣），在使用 SODIS 之前不需要充氧。
  • 瓶體材料的浸出：有人擔心塑膠飲用水容器是否會釋放化學物質或有毒成分到水中，這種過程可能會因熱量而加速。瑞士聯邦材料試驗與研究實驗室檢查了在陽光照射下，新 PET 瓶和再利用 PET 瓶中 己二酸酯 和 鄰苯二甲酸酯（DEHA 和 DEHP）向水中的擴散情況。在 60°C 的水中進行 17 小時的陽光照射後，水中發現的濃度遠低於 WHO 飲用水指南，且與優質自來水中通常發現的鄰苯二甲酸酯和己二酸酯濃度相當。
    海德堡大學的研究人員發表了一份關於 PET 瓶釋放 銻 的報告，該報告指出在超市中存放數月的軟飲料和礦泉水 PET 瓶中會釋放 銻，這引發了人們對普遍使用 PET 瓶的擔憂，但瓶中發現的銻濃度比 WHO[8] 和國家飲用水中銻濃度指南低幾個數量級。[9][10][11] 此外，SODIS 水不會在瓶中長時間儲存。
  • 細菌的重新生長：從陽光下移開後，殘留的細菌可能會在黑暗中再次繁殖。一項 2010 年的研究表明，新增僅 10 ppm 的過氧化氫可有效防止野生 沙門氏菌 的重新生長。[12] 這相當於在一升水瓶中加入約四滴 5% 的過氧化氫，但由於 滴 是一個不精確的單位，因此建議使用其他測量方法。
  • 有毒化學物質：該方法不會去除水中可能存在的有毒化學物質。（工廠廢料，...）。

健康影響，腹瀉減少

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非洲只有 46% 的人擁有安全飲用水。

研究表明，SODIS 方法（以及其他家庭水處理方法）可以非常有效地去除水中的病原體汙染。然而，傳染病也透過其他途徑傳播，即由於普遍缺乏衛生設施和衛生習慣。對 SODIS 使用者腹瀉減少情況的研究表明，減少率為 30% 至 80%。[13] [14] [15][16]

研究與開發

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SODIS 的有效性首次由貝魯特美國大學的阿夫蒂姆·阿克拉教授在 1980 年代初發現[3]。瑞士聯邦水科學與技術研究所 (Eawag) 的馬丁·韋格林研究小組和愛爾蘭皇家外科學院的凱文·麥吉根博士進行了大量的後續研究。臨床對照試驗由 RCSI 團隊的羅南·康羅伊教授與邁克爾·埃爾莫爾-米根合作率先開展。

目前，以下機構正在實施一項關於 SODIS 的聯合研究專案：

  • 愛爾蘭皇家外科學院 (RCSI)，愛爾蘭（協調）
  • 阿爾斯特大學 (UU)，英國
  • 南非 CSIR 環境技術研究所，瑞士 Eawag
  • 辛巴威水與衛生髮展研究所 (IWSD)
  • 西班牙阿爾梅里亞太陽能平臺 (CIEMAT-PSA)
  • 萊斯特大學 (UL)，英國
  • 肯亞國際救助苦難與飢餓委員會 (ICROSS)
  • 西班牙聖地亞哥德孔波斯特拉大學 (USC)
  • 瑞士聯邦水科學與技術研究所 (Eawag)，瑞士

該專案已開始進行一項跨國研究，包括在 辛巴威、南非 和 肯亞 的研究區域。

其他發展包括開發連續流消毒裝置[17] 和在玻璃圓柱體上使用二氧化鈦薄膜進行的太陽能消毒，該方法可防止 SODIS 後大腸桿菌的重新生長。[18] 研究表明，許多低成本新增劑能夠加速 SODIS，並且新增劑可能使 SODIS 在陽光充足和陰天時都能更快更有效，這些發展有助於使該技術對使用者更有效和更易於接受。[19] 一項 2008 年的研究表明，天然絮凝劑（五種天然豆類（豌豆、豆類和扁豆）的種子粉末——豇豆（豇豆）、黑扁豆（黑扁豆）、大豆（大豆）、豌豆（綠豌豆）和花生（花生）——用於去除濁度）與市售明礬一樣有效，甚至在澄清方面更勝一籌，因為最佳劑量很低（1 g/L），絮凝速度快（7-25 分鐘，取決於使用的種子），水硬度和 pH 值基本保持不變。[20] 後來的一些研究使用了 板栗、橡樹 橡子以及辣木（鼓槌樹）來達到相同目的。[21][22]

需要考慮的問題

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以下是文獻中討論的一些問題

  • 對 SODIS 的使用進行本地教育很重要，以避免混淆 PET 與其他瓶體材料。[4]
  • 在沒有對現有衛生習慣和腹瀉發生率進行適當評估（或評估錯誤）的情況下使用 SODIS 可能會無法解決其他感染途徑。社群培訓師需要先接受培訓。[4]
  • 當水嚴重渾濁時，無法單獨使用 SODIS，需要額外的過濾或絮凝來澄清水，然後再進行 SODIS 處理。[23][24]

全球應用

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瑞士聯邦水科學與技術研究所 (Eawag) 透過發展中國家水與衛生部門 (Sandec) 在 33 個國家協調 SODIS 推廣專案，包括不丹、玻利維亞、布吉納法索、柬埔寨、喀麥隆、剛果民主共和國、厄瓜多、薩爾瓦多、衣索比亞、迦納、瓜地馬拉、幾內亞、宏都拉斯、印度、印度尼西亞、肯亞、寮國、馬拉維、莫三比克、尼泊爾、尼加拉瓜、巴基斯坦、秘魯、菲律賓、塞內加爾、獅子山、斯里蘭卡、多哥、烏干達、烏茲別克、越南、尚比亞和辛巴威。瑞士聯邦水科學與技術研究所 (Eawag) 協調的專案聯絡地址和案例研究可在 sodis.ch 上找到。

SODIS 專案由 SOLAQUA 基金會（[25]）、多個 獅子會、扶輪社、米格羅斯 和米歇爾·孔特水基金會等機構資助。

SODIS 也已在巴西的多個社群應用，其中一個社群是位於福塔雷薩北部的小鎮普拉尼亞·杜·坎託·維爾德。那裡的村民們一直在用 SODIS 方法淨化他們的水。這很成功，尤其是在白天氣溫可能超過 40 °C (100 °F)，而且遮蔭面積有限的情況下。

另見

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參考文獻

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  1. ↑ "SODIS - 6 小時安全飲用水". sodis.ch. 檢索於 2010 年 11 月 30 日.
  2. ↑ "家庭水處理和安全儲存". 世界衛生組織. 檢索於 2010 年 11 月 30 日.
  3. ↑ "培訓資料". 瑞士聯邦環境科學與技術研究所 (EAWAG) 發展中國家水與衛生部門 (SANDEC). 檢索於 2010 年 2 月 1 日.
  4. ↑ a b c Meierhofer R, Wegelin M (2002 年 10 月). 太陽能水消毒 - SODIS 應用指南 (PDF). 瑞士聯邦環境科學與技術研究所 (EAWAG) 發展中國家水與衛生部門 (SANDEC). ISBN 3-906484-24-6.
  5. ↑ "它是如何工作的？" (PDF). sodis.ch. 檢索於 2010 年 2 月 1 日.
  6. ↑ SODIS 的侷限性
  7. ↑ "SODIS 技術說明 # 2 材料：塑膠瓶與玻璃瓶" (PDF). sodis.ch. 1998 年 10 月 20 日. 檢索於 2010 年 2 月 1 日.
  8. ↑ "飲用水質量準則" (PDF). 世界衛生組織. 頁碼 304-6。
  9. ↑ Kohler M, Wolfensberger M. "聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 瓶中有機成分向水的遷移" (PDF). 瑞士聯邦材料試驗與研究機構 (EMPA). {{cite web}}: |archive-url= 需要 |url= (幫助); |format= 需要 |url= (幫助); 缺少或空 |url= (幫助)
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  12. ↑ Sciacca F, Rengifo-Herrera JA, Wéthé J, Pulgarin C (2010-01-08). "在含有溶解鐵的布吉納法索天然水中，透過新增 H(2)O(2) 顯著增強了 PET 瓶中野生沙門氏菌的太陽能消毒 (SODIS)". 化學球體 (提前出版). 78 (9): 1186–91. doi:10.1016/j.chemosphere.2009.12.001. PMID 20060566. {{cite journal}}: |format= 需要 |url= (幫助)CS1 維護：作者列表有多個名稱 (連結)
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