Обеззараживание воды

Солнечное обеззараживание воды, известное также как СОВ, представляет собой метод дезинфицирования воды при помощи пластиковых бутылок и солнечных лучей. Описанный метод дезинфицирования воды является дешёвым и продуктивным способом даже для очистки в больших объёмах, обычно применяемой на бытовом уровне, в связи с чем , и получил рекомендации Всемирной организацией здравоохранения как жизнеспособный метод очистки и хранения воды на длительный срок в домашних условиях. Обеззараживание воды при помощи лучей солнца уже нашло применение во многих развивающихся странах. Образовательные брошюры об этом способе доступны на многих языках, и все они эквивалентны по содержанию англоязычным брошюрам.

Содержание статьи:

1. Видео об обеззараживании воды
2. Принцип обеззараживании воды
3. Применение
4. Процесс бытового применения
5. Меры предосторожности
6. Токсичные химические вещества
7. Воздействие на здоровье, сокращение диареи
8. Вопросы для рассмотрения
9. Применение во всем мире

Видео об обеззараживании воды

Принцип обеззараживании воды

Было показано, что воздействие солнечного света деактивирует организмы, вызывающие диарею, которые могут находиться в неочищенной питьевой воде. Три эффекта солнечного излучения, как полагают, способствуют деактивации патогенных организмов:

• УФ-А вмешивается непосредственно в метаболизм и разрушает клеточные структуры бактерий.
• УФ-А (длина волны 320-400 нм) реагирует с кислородом, который растворен в воде, и производит высоко реактивные формы кислорода (свободные радикалы кислорода и пероксиды), которые, как считается, также вредят патогенным бактериям.
• Суммарная солнечная энергия (включая компонент инфракрасного излучения) значительно повышает температуру воды. При температуре воды выше пятидесяти градусов дезинфицирование происходит быстрее в три раза.

Если температура воды ~ 30 °C необходимый порог солнечной радиации составляет не менее 500 Вт/м2 (все спектральные света) длительностью примерно 5 часов, для того чтобы дезинфекция воды солнечным излучением была эффективной. Такая доза содержит энергию 555 Вт/м2 в диапазоне от УФ-А и ультрафиолета с длиной волны 350-450 нм, что соответствует примерно 6 часам полуденного солнечного света.

Если температура дезинфицируемой воды выше сорока пяти градусов, получаемый синергетический эффект от лучей и температуры в дальнейшем увеличивает эффективность дезинфекции.

Процесс бытового применения

Инструкции по дезинфекции воды методом солнечного обеззараживания:

• Следует выбирать для использования бесцветную прозрачную ПЭТ-бутылку от воды или газировки (двухлитровую или меньшего размера) с наименьшим количеством царапин на поверхности.
• Воду из загрязненного источника набирают в бутылки. Чтобы улучшить насыщение кислородом, бутылки можно заполнить на три четверти и встряхнуть в течение 20 секунд (с крышкой), затем заполнить полностью и снова закрыть. Очень мутная вода с мутностью выше 30 единиц должна быть отфильтрована перед воздействием солнечного света.
• Заполненные бутылки выставить на солнечный свет. Бутылки нагреются быстрее и до более высоких температур, если они расположены на наклонной металлической гофрированной крыше на солнечной стороне, чем когда они стоят на соломенной крыше.
• Очищенную воду можно употреблять прямо из бутылки или пить из чистых чашек. дезинфицированную воду лучше хранить прямо в бутылках. Повторно заполнять бутылки водой или хранить ее в других емкостях нельзя из-за повышенного риска повторного заражения.

Предлагаемая схема обработки

Применение

Обеззараживание воды с использованием солнечных лучей является очень эффективным методом обработки воды там, где топливо или горелки недоступны или очень дороги. Даже там, где топливо доступно, этот метод дезинфицирования воды, несомненно, экономичен и экологичен. Применение солнечного обеззараживания воды ограничено, если нет достаточного количества бутылок или вода очень мутная. На самом деле, если вода очень мутная, нельзя использовать только солнечное обеззараживание; необходима дополнительная фильтрация.

Теоретически, данный метод может быть использован после стихийных бедствий, в походных условиях, в лагерях беженцев. Но обеспечение бутылками может оказаться более сложным, чем предоставление равноценных дезинфицирующих таблеток, которые содержат такие дезинфицирующие вещества как хлор, бром или йод. Зачастую бывает сложно проконтролировать, что вода будет дезинфицироваться в течение необходимого времени.

Возможны другие способы очистки и хранения воды на дому (например, хлорирование), различные процедуры фильтрации или коагуляции/дезинфекции. Выбор соответствующего метода должен быть основан на оценке эффективности, совместного появления других видов загрязнения (мутности, химических загрязняющих веществ), расходов на обработку, трудоемкости и удобства, а также предпочтений пользователей.

Меры предосторожности

Если бутылки с водой оставлены на солнце на более короткий срок, чем необходимо, вода может быть не до конца продезинфицирована и очень опасна. Если солнечный свет недостаточно сильный в связи с более пасмурной погодой или географическим расположением, то необходимо дольше держать бутылки на солнце.

Следующие вопросы также должны быть рассмотрены:

Материал бутылки

Некоторые стеклянные или ПВХ материалы могут препятствовать попаданию ультрафиолетовых лучей к воде. Рекомендуются коммерчески доступные ПЭТ-бутылки. Обработка воды гораздо удобнее в ПЭТ-бутылках. Поликарбонат блокирует все УФ-А и УФ-Б лучи, и поэтому его не следует использовать.

Старение пластика

Эффективность солнечного обеззараживание воды зависит от физического состояния пластиковой бутылки, поскольку царапины, помятости и помутнения снижают эффект от процедуры. Старые бутылки (царапанные, измятые) следует заменить.

Форма контейнеров

Интенсивность ультрафиолетового излучения быстро падает при проникновении на более глубокие слои воды. Так, на глубине около 10 см и при средней мутности 26 единиц, УФ-излучение снижается до 50%. ПЭТ-бутылки из-под безалкогольных напитков часто легко доступны и, следовательно, наиболее практичны для солнечного обеззараживания воды.

Кислород

Солнечный свет производит высоко реактивные формы кислорода (свободные радикалы кислорода и водорода, пероксиды) в воде. Эти реактивные молекулы ответственны за уничтожение микроорганизмов. Обычно (в природе или водопроводной воде) вода содержит достаточное для реакции количество кислорода и не требует дополнительной аэрации перед применением солнечного обеззараживания воды.

Выщелачивание материала бутылок

Существовала некоторая обеспокоенность по поводу вопроса о том, могут ли токсичные компоненты из пластиковых контейнеров для питья попадать в воду, и тепловое воздействие на этот процесс. Швейцарские федеральные лаборатории по испытанию и исследованию материалов изучили диффузию адипинатов и фталатов (ДЭГА и ДЭГФ) в воду в новых и повторно используемых ПЭТ-бутылках во время солнечного воздействия. Уровень концентрации, обнаруженный в воде после солнечного воздействия в течение 17 часов в воде температурой 60 °C, были значительно ниже норм ВОЗ по питьевой воде и составлял ту же величину, в которой концентрация адипината и фталата обычно встречается в высококачественной воде из-под крана.

Опасения по поводу общего использования ПЭТ-бутылок были также выражены после доклада, который был опубликован исследователями из Университета Гейдельберга по высвобождению сурьмы из ПЭТ-бутылок, используемых повсеместно, хранящихся более нескольких месяцев в супермаркетах. Однако, концентрации сурьмы, обнаруженные в ПЭТ-бутылках, были ниже норм ВОЗ и соответствовали национальным принципам о концентрации сурьмы в питьевой воде. Хотя вода, получаемая способом солнечного обеззараживания, не хранится в бутылках столь долгий период.

Восстановление бактерий

После того, как бутылки были убраны с солнечного света, оставшиеся бактерии могут возобновить жизнедеятельность в темноте. Исследование 2010 года показало, что добавление всего 1 частей перекиси водорода на 100000 является эффективным методом предотвращения восстановления бактерий сальмонеллы.

Токсичные химические вещества

Ядовитые химические вещества, присутствие которых может быть обнаружено в воде, например, промышленные отходы, не могут быть удалены методом солнечной дезинфекции.

Воздействие на здоровье, сокращение диареи

Было показано, дезинфекция воды солнцем (и другие способы очистки воды на дому) может очень эффективно уничтожать патогенное загрязнение. Но инфекционные заболевания могут переходить не только через грязную воду, то есть из-за общего отсутствия санитарии и гигиены. Исследования по сокращению диареи среди пользователей солнечного обеззараживания воды показывают снижение значений на 30-80%.

Эффективность солнечного обеззараживания воды была впервые обнаружена профессором Афтим Акра в Американском университете Бейрута в начале 1980-х годов. Исследовательская группа Мартина Вегелина Швейцарского федерального института водных наук и технологий совместно с доктором Кевином Макгиганом Королевского хирургического колледжа в Ирландии провела другое значительное исследование. Контрольные клинические испытания были начаты профессором Ронаном Конрой группы RCSI в сотрудничестве с Майклом Элмор-Миганом.

Сегодня совместный исследовательский проект по солнечному обеззараживанию воды осуществляется в следующих учреждениях:

• Королевский хирургический колледж Ирландии (RCSI), Ирландия
• Университет Ольстера (UU), Великобритания
• CSIR Environmentek, Южная Африка, EAWAG, Швейцария
• Институт развития водоснабжения и санитарии (IWSD), Зимбабве
• Платформа соляр де Альмерия (CIEMAT-PSA), Испания
• Университет Лестера (UL), Великобритания
• Международная комиссия по оказанию помощи при страдании и голоде(ICROSS), Кения
• Университет Сантьяго-де-Компостела (USC), Испания
• Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий (EAWAG), Швейцария

Проект приступил к исследованию в нескольких странах, включая области исследования в Зимбабве, ЮАР и Кении.

Другие разработки включают в себя развитие блока обеззараживания с непрерывным потоком и солнечного обеззараживания с использованием пленки диоксида титана на стеклянных цилиндрах, которая предотвращает повторное размножение колиподобных бактерий после солнечного обеззараживания воды. Исследования показали, что некоторое количество недорогих добавок может ускорить обеззараживание воды солнечным излучением, и что такие добавки могут ускорить проведение дезинфекции и повысить её эффективность как в солнечную, так и в облачную погоду, эти разработки могли бы помочь сделать технологии более эффективными и приемлемыми для пользователей. В 2008 году исследование показало, что природные коагулянты (порошкообразные семена пяти природных бобовых): Vigna unguiculata (коровий горох), Phaseolus Mungo (черная чечевица), Glycine max (соя), Pisum sativum (зеленый горошек), и Arachis hypogaea (арахис) определенные для удаления мутности), были так же или более эффективны, как коммерческие квасцы для очищения воды, потому что оптимальная доза была низкой (1 г/л), коагуляция – быстрой (от семи до 25 минут), а жесткость воды и рН практически не менялись. В более поздних исследованиях для той же цели использовались каштаны, желуди дуба и моринга крылатосемянная (кассия пучковатая).

В другом исследовании изучали применение легированных полупроводников для увеличения производства кислородных радикалов под солнечным УФ-А излучением. Недавно исследователи из Национального центра исследований датчиков и Института биомедицинской диагностики Дублинского университета разработали совершенно новый УФ-дозиметр для применения в солнечном дезинфицировании воды, который можно использовать с помощью сотового телефона. Камера в телефоне получает изображение с сенсора, а пользовательское программное обеспечение анализирует цвет сенсора, чтобы обеспечить количественное измерение дозы УФ.

Вопросы для рассмотрения

Ниже приведены несколько вопросов, обсуждаемых в литературе:

• По заключению Всемирной Организации Здравоохранения, более двух миллионов человек в год умирают от передающихся через воду заболеваний, а один миллиард человек не может сделать доступным для себя источник питьевой воды.
• Важно местное образование по использованию солнечного обеззараживания воды, чтобы избежать путаницы между ПЭТ-бутылками и бутылками из других материалов.
• Применение солнечного обеззараживания без должной оценки (или с неверной оценкой) существующих гигиенических практик и заболеваемости диареей могут не решить возможность заражения другими путями. Инструкторы должны быть в первую очередь сами инструктированы.
• Когда вода очень мутная, нельзя использовать одно лишь обеззараживание солнечным светом. Дополнительная фильтрация или коагуляция необходима для очистки воды до применения солнечного обеззараживания воды. Недавние исследования показали, что поваренная соль (NaCl) является эффективным коагуляционным агентом для уменьшения мутности в некоторых типах почв до использования солнечного обеззараживания воды.

Применение во всем мире

Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий через Департамент по водным ресурсам и санитарии в развивающихся странах координирует продвижение проектов солнечного обеззараживания воды в 33 странах: Бутан, Боливию, Буркина-Фасо, Камбоджу, Конго, Эквадор, Камерун, Сальвадор, Эфиопию, Гану, Гватемалу, Гвинею, Гондурас, Индию, Индонезию, Кению, Непал, Лаос, Мозамбик, Малави, Никарагуа, Перу, Пакистан, Сенегал, Филиппины, Сьерра- Леоне, Шри-Ланку, Того, Уганду, Узбекистан, Вьетнам, Замбию и Зимбабве.

Проекты солнечного обеззараживания воды финансируются, в частности, фондом SOLAQUA, несколькими клубами Lions, Rotary, Migros и Водным Фондом Мишеля Комте.

Обеззараживание воды с использованием солнечных лучей применяется также в ряде общин в Бразилии, одной из которых является Prainha do Canto Verde, Беберимбе, западнее Форталезы. Жители весьма успешно используют там дезинфекцию воды солнцем, поскольку температура в течение дня может превосходить 40°C, и там мало тенистых мест.