ポータブル浄水器

携帯型浄水器は、未処理の水源（川、湖、井戸など）から飲料用に水を浄化するために使用される、自己完結型で簡単に持ち運べる装置です。主な機能は病原体を除去することであり、多くの場合、浮遊物質や不快な化合物や有毒化合物も除去します。

これらのユニットは、発展途上国や災害地域の住民、軍人、キャンパー、ハイカー、荒野での作業員、サバイバリストなど、清潔な給水サービスにアクセスできない人々に飲料水を自律的に供給します。これらは、使用時点水処理システムや野外水消毒技術 とも呼ばれます。

技術としては、加熱（煮沸を含む）、濾過、活性炭吸着、化学消毒（塩素処理、ヨウ素処理、オゾン処理など）、紫外線精製（ナトリウム処理を含む）、蒸留（太陽熱蒸留を含む）、凝集などがあり、これらを組み合わせて使用​​されることが多い。

未処理の水には 、原生動物、細菌、ウイルス、および肝吸虫や回虫などの高等寄生虫の幼虫など、潜在的に病原体が含まれている可能性があります。農薬、重金属、合成有機物などの化学汚染物質が存在する可能性があります。その他の成分は、土壌や粘土の濁度、フミン酸や微細藻類の色、特定の種類の細菌、特にジオスミンを生成する放線菌の臭い^[1]、および汽水または海水の塩辛さなど、味、臭い、一般的な美観に影響を及ぼす可能性があります。

銅や鉛などの一般的な金属汚染物質は、ソーダ灰や石灰を使って pH を上げて、そのような金属を沈殿させることで処理できます。沈殿後のきれいな水を注意深くデカントするか、ろ過を使用すると、許容できるほど低いレベルの金属が得られます。アルミニウムや亜鉛で汚染された水は、pHが高くなると金属塩が再溶解するため、強アルカリを使用してこの方法で処理することはできません。逆浸透または蒸留以外では、塩を除去するのは困難です。

ポータブル処理プロセスのほとんどは、安全性のために人体病原体を軽減し、粒子状物質、味、臭いを取り除くことに重点を置いています。先進国で一般的に存在する重要な病原体には、ジアルジア、クリプトスポリジウム、赤痢菌、A型肝炎ウイルス、大腸菌、エンテロウイルスなどがあります。^{[2]発展途上国では、}コレラや赤痢菌、さまざまな熱帯性腸内寄生虫によるリスクがある場合があります。

下痢を引き起こすジアルジア・ランブリアとクリプトスポリジウム属菌は、（ジアルジア症とクリプトスポリジウム症を参照）。米国とカナダの奥地では、バックパッカーには水処理が正当化されるほど十分な量で存在することがありますが、 ^[3]これはいくつかの論争を引き起こしています。 ^[4]（荒野で感染する下痢を参照）。ハワイやその他の熱帯地域では、レプトスピラ属菌も問題となる可能性があります。 ^[5]

先進国ではあまり見られませんが、コレラを引き起こすコレラ菌や、腸チフスやパラチフスを引き起こすサルモネラ菌などの微生物も存在します。病原性ウイルスも水中に存在する場合があります。吸虫の幼虫は、羊、鹿、牛が頻繁に出没する地域では特に危険です。このような微小な幼虫を摂取すると、脳や肝臓に命を脅かす嚢胞を形成する可能性があります。このリスクは、よく食べられるクレソンなど、水中や水辺で育つ植物にも及びます。

一般的に、上流での人間の活動が多いほど（つまり、川や河川が大きいほど）、下水処理水、表面流出水、または産業汚染物質による汚染の可能性が高くなります。 地下水汚染は、人間の活動（例：オンサイト衛生システムまたは採鉱）によって発生する場合もあれば、自然に発生する場合もあります（例：インドとバングラデシュの一部の地域でのヒ素による汚染）。既知または予想される汚染リスクをすべて除き、できるだけ上流で採取した水は、汚染リスクが最も低く、ポータブル処理方法に最適です。

すべての技術が単独ですべての危険を軽減できるわけではありません。凝集の後に濾過を行うことがベストプラクティスとして提案されていますが^[6]、 pHと沈殿条件を注意深く制御する能力がなければ、これはほとんど実行できません。凝集剤としてミョウバンを不適切に使用すると、処理された水中のアルミニウムの濃度が許容できないレベルになる可能性があります^[7]。水を貯蔵する場合は、ハロゲンがさらなる保護を提供します。

熱は病原微生物を殺しますが、病原菌によっては、より高い温度や時間が必要です。 水を安全に飲めるようにするために、水の殺菌（すべての生きている汚染物質の殺菌）は必要ありません。腸内病原菌を無害にするだけで十分です。沸騰ではほとんどの汚染物質は除去されず、残留保護も残りません。

WHOは、水を沸騰させてから自然に冷却するだけで、病原菌、ウイルス、原生動物を不活性化するのに十分であると述べています。^[8]

CDCは1分間沸騰させることを推奨しています。しかし、標高が高い場所では水の沸点は下がります。標高6,562フィート（2,000メートル）を超える場所では、沸騰を3分間続ける必要があります。^[9]

すべての細菌性病原体は60℃（140℉）以上で急速に死滅するため、水を安全に飲めるようにするために沸騰させる必要はありませんが、水を沸騰させるのにかかる時間は通常、細菌濃度を安全なレベルまで下げるのに十分です。^[10]嚢胞化した原生動物病原体の場合は、リスクを排除するためにより高い温度が必要になる場合があります。^[11]

煮沸は必ずしも必要ではなく、時には十分でもない。 十分な病原菌を殺す低温殺菌は、通常、63 °C で 30 分、または 72 °C で 15 秒間行われる。病原菌によっては、沸騰温度以上に加熱する必要がある（例：ボツリヌス菌 -ボツリヌス菌は 118 °C (244 °F)、ほとんどの胞子は 120 °C (248 °F)、^{[12] 、プリオンはそれ以上）。}圧力鍋を使用すれば、さらに高温にできる。ソディス法のように、加熱と紫外線（UV）を組み合わせると、必要な温度と時間が短縮される。

ポータブル ポンプ フィルターは、1 つのカートリッジあたり 5,000 ～ 50,000 リットルを濾過し、0.2 ～ 0.3マイクロメートル(μm) の範囲の病原体を除去するセラミック フィルター付きで市販されています。活性炭フィルターを使用するものもあります。この種のフィルターのほとんどは、クリプトスポリジウムやジアルジア ランブリアなどの細菌や原生動物のほとんどを除去しますが、直径 0.3 μm 以上の非常に大きなウイルスを除いてウイルスは除去しないため、濾過後に化学薬品や紫外線による消毒が必要です。0.2 μm のポンプ フィルターですべての細菌が除去されるわけではないことに注意してください。たとえば、糸状のレプトスピラ属菌(レプトスピラ症を引き起こす可能性があります) は、0.2 μm のフィルターを通過できるほど細いです。ポンプ フィルターの欠点を補う効果的な化学添加物には、塩素、二酸化塩素、ヨウ素、次亜塩素酸ナトリウム (漂白剤) などがあります。ろ過できないウイルスや小さなバクテリアを殺すためにフィルター要素にヨウ素後処理を組み込んだポリマーフィルターやセラミックフィルターが市場に出回っていましたが、水に不快な味が移ったり、ヨウ素を長期間摂取すると健康に悪影響が出る可能性があるため、ほとんどが姿を消しました。

濾過要素は新品であれば飲料水から細菌や真菌の汚染物質のほとんどを除去するのに非常に効果的ですが、要素自体がコロニー形成の場となる可能性があります。近年、一部のフィルターは、病原菌の増殖を抑制するために、セラミック要素や活性炭に 銀金属ナノ粒子を結合することで機能強化されています。

小型の手動ポンプ式逆浸透フィルターは、もともと 1980 年代後半に軍用に開発されたもので、航空機の膨張式いかだに搭載するなど、サバイバル装備として利用されました。民間用バージョンも入手可能です。給水管の静圧を利用してフィルターに水を通すのではなく、手動ポンプで圧力をかけます。これらの装置では、海水から飲料水を生成することができます。

救命用ポータブルアクアユニット（略称 PAUL）は、人道支援用のポータブル限外濾過膜水フィルターです。緊急事態や災害時に、ユニット 1 つにつき 1 日あたり約 400 人に清潔な水を分散的に供給できます。このフィルターは、化学薬品やエネルギー、訓練を受けた人員を必要とせずに機能するように設計されています。

粒状活性炭フィルターは、高表面積の活性炭の一種を利用し、多くの化合物を吸着します。これには多くの毒性化合物も含まれます。活性炭を通過する水は、有機汚染、味、または不快な臭いに対処するために、手動ポンプ式フィルターと組み合わせて使用​​されるのが一般的です。活性炭フィルターは、通常、ポータブル浄水装置の主な浄化技術としてではなく、別の浄化技術を補完する二次的な手段として使用されます。最も一般的には、セラミック フィルターとは別のステップで、プレ フィルタリングまたはポスト フィルタリングに実装されます。どちらの場合も、フィルターで除去できないバクテリアやウイルスを制御するために使用される化学消毒剤を追加する前に実装されます。活性炭は、処理された水から塩素を除去し、水中に残っている病原体に対する保護の残留物を除去するため、ポータブル浄水処理での化学消毒処理後には、一般的に、慎重に検討せずに使用しないでください。0.5 μm 以下の孔径を持つセラミック/カーボン コア フィルターは、化学物質も除去しながら、バクテリアやシストを除去するのに最適です。

ハロゲン、主に塩素とヨウ素による化学消毒は、必須の細胞構造と酵素の酸化によって起こります。殺菌される微生物の割合と割合を決定する主な要因は、残留または利用可能なハロゲン濃度と曝露時間です。^[13] 二次的な要因は、病原体の種類、水温、pH、有機汚染物質です。現場での水の消毒では、1～16 mg/L の濃度で 10～60 分使用すると一般的に効果的です。注目すべきことに、クリプトスポリジウムのオーシスト、おそらくサイクロスポラ属、回虫の卵はハロゲンに対して極めて耐性があり、現場での不活化は漂白剤とヨウ素では実用的ではない可能性があります。

浄水に使用されるヨウ素は、通常、溶液、結晶化した形、または錠剤 1 錠あたり 8 mg のヨウ素を放出するテトラグリシン過ヨウ化水素酸塩を含む錠剤の形で水に添加されます。ヨウ素は、天然の淡水源に存在する最も一般的な病原体の多くを殺しますが、すべてを殺すわけではありません。浄水用にヨウ素を携帯することは、飲料水の野外浄化が必要な人にとっては不完全ではあるものの手軽な解決策です。キャンプ用品店では、ヨウ素錠剤と、消毒後の水からヨウ素の味を取り除く2 つ目の錠剤 (ビタミン C またはアスコルビン酸)が入ったキットが販売されています。錠剤または風味付き飲料粉末の形でビタミン C を追加すると、溶液からヨウ素の多くが沈殿するため、ヨウ素が十分に作用するまでビタミン C を追加しないでください。この時間は、比較的透明で温かい水では 30 分ですが、水が濁っていたり冷たかったりする場合はかなり長くなります。ヨウ素が溶液から沈殿した場合、飲料水中のヨウ素の量は少なくなります。テトラグリシンヒドロペルヨードは、容器が開封されるまでは無期限に効果を維持します。一部の製造業者は、容器を最初に開封してから3か月以上は錠剤を使用しないことを推奨していますが、容器を開封するたびにすぐに再密封すれば、実際には保存期間は非常に長くなります。^[14]

ヨウ化カリウム（KI）と同様に、テトラグリシンヒドロペルヨード錠を十分に摂取すると、放射性ヨウ素の甲状腺への取り込みを防ぐことができる可能性がある。1995年の研究では、テトラグリシンヒドロペルヨードを含む錠剤4錠で処理した水を毎日摂取すると、1週間の治療後、被験者の放射性ヨウ素の取り込みがベースライン平均16％から平均1.1％に減少したことが判明した。毎日90日間治療したところ、取り込みはさらに平均0.5％に減少した。^{[15]しかし、KIとは異なり、テトラグリシンヒドロペルヨードは}WHOによってこの目的で推奨されていない。^[16]

ジアルジアを殺すにはヨウ素を少なくとも30分間放置する必要がある。^[17]

ヨウ素ベースの浄水錠剤を使用するよりも低コストになる可能性のある代替方法は、ヨウ素結晶を使用することですが、調製と希釈が正確に測定されていない場合、急性ヨウ素中毒の重大なリスクがあります。^{[18] [19]}この方法は、冷水中のジアルジア嚢子を殺すのに十分ではない可能性があります。^[20] ヨウ素結晶を使用する利点は、使用ごとにヨウ素結晶から溶解するヨウ素の量が少ないため、この水処理方法では非常に大量の水を処理できることです。テトラグリシン過ヨウ化水素錠とは異なり、ヨウ素結晶は、長時間空気にさらされたり、水中に保管されたりしない限り、保存期間に制限はありません。ヨウ素結晶は、長時間空気にさらされると昇華します。ヨウ素結晶を使用して低コストで大量の水を浄化できるため、この技術は、テトラグリシン過ヨウ化水素の保存期間よりも長い期間の使用を目的とした使用場所または緊急時の水浄化方法にとって特に費用対効果に優れています。

塩素ベースのハラゾン錠は、かつて携帯用浄水器として広く使用されていました。水中の塩素は、大腸菌に対する消毒剤としてヨウ素の3倍以上の効果があります。 [ ^{21]そのため、}第二次世界大戦中、ハラゾン錠は携帯用浄水器として米兵によって広く使用され、 1945年までCレーションの付属品パックにも含まれていました。

現在入手可能な塩素ベースの浄水錠剤は、ほとんどが ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム(NaDCC) に置き換えられ、ハラゾン錠剤は数少ないままになっています。

次亜塩素酸カルシウム(Ca[OCl] ₂ ) や次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)などの一般的な漂白剤は、よく研究された低コストの酸化剤です。

塩素系漂白剤の錠剤は、液体漂白剤よりも安定した水の消毒プラットフォームを提供します。液体の漂白剤は経年劣化する傾向があり、現場では非現実的な分析を行わない限り、規制されていない結果が得られるからです。それでも、液体漂白剤は、短期的な緊急の水の消毒には安全に使用できます。

EPAは、 1クォート/リットルの水に8.25%の次亜塩素酸ナトリウム溶液（通常の無香料の塩素系漂白剤）を2滴混ぜ、蓋をして30～60分間放置することを推奨しています。5%の溶液を2滴混ぜても十分です。水が濁っていたり、色が付いていたり、非常に冷たい場合は、漂白剤の量を2倍にしてください。その後、水にはわずかに塩素臭がするはずです。そうでない場合は、同じ量を繰り返し、使用前にさらに15分間放置してください。この処理後、水を蓋を開けたままにしておくと、塩素臭と味が軽減されます。^{[22] [6]}

疾病管理予防センター（CDC）と国際人口サービス（PSI）は、安全水システム（SWS）戦略の一環として、同様の製品（0.5％～1.5％の次亜塩素酸ナトリウム溶液）を推進しています。この製品は、飲料水の消毒を目的として、開発途上国で現地のブランド名で販売されています。 ^[9]

塩素（漂白剤など）もヨウ素も単独ではクリプトスポリジウムに対して完全に効果的とは考えられていませんが、ジアルジアに対しては部分的に効果的です。ジアルジアに対しては塩素の方が若干効果的であると考えられています。化学消毒剤を含むより完全な現場ソリューションは、最初に 0.2 μm のセラミックカートリッジポンプ式フィルターを使用して水をろ過し、次にヨウ素または塩素で処理して、クリプトスポリジウム、ジアルジア、およびほとんどの細菌、ならびに大きなウイルスをろ過し、同時に化学消毒剤を使用して、フィルターで除去できない小さなウイルスや細菌に対処します。この組み合わせは、場合によっては、UV処理に基づくポータブル電子消毒を使用するよりも効果的である可能性があります。

二酸化塩素は錠剤から得られるほか、2種類の化学物質を混合して作ることもできます。ジアルジアに対してはヨウ素や塩素よりも効果的ですが、クリプトスポリジウムに対しては低～中程度の効果しかありません。ヨウ素と塩素は、この原生動物に対しては効果がありません。^[9]二酸化塩素による治​​療のコストは、ヨウ素による治​​療のコストよりも高くなります。^[要出典]

単純な塩水（塩＋水）溶液を電気分解反応させると、強力な混合酸化消毒剤（主に次亜塩素酸（HOCl）の形の塩素と、少量の過酸化物、オゾン、二酸化塩素）が生成される。^[23]

ジクロロイソシアヌル酸ナトリウムまたはトロクロセンナトリウムは、一般的にNaDCCと略され、消毒に使用される塩素の一種です。ユニセフ^[24]などの主要な非政府組織では、緊急時に水を処理するのに使用されています。

ジクロロイソシアヌル酸ナトリウムの錠剤は、世界保健機関が推奨する5ppm ^[26]の有効塩素を与えるために、さまざまな量の水を処理できるように、さまざまな濃度で入手可能です^[25]。これらは発泡性の錠剤であり、錠剤は数分で溶解します。

いくつかの使用シナリオでは、ヨウ素ベースの製剤の代替として、銀イオン/二酸化塩素ベースの錠剤または液滴を使用できます。これらの溶液は、いくつかの使用シナリオではほとんど目立った味を残さずに、ヨウ素ベースの技術よりも効果的に水を消毒できます。^[要出典]銀イオン/二酸化塩素ベースの消毒剤は、正しく使用すれば、クリプトスポリジウムとジアルジアを殺します。銀イオン/二酸化塩素ベースの技術の主な欠点は、浄化時間が長いことです（通常、使用する製剤に応じて30分から4時間）。もう1つの懸念は、さまざまな体の組織に銀化合物が沈着して蓄積し、銀沈着症と呼ばれるまれな状態を引き起こす可能性があることです。これは、皮膚、目、粘膜に永久的な外観を損なう青灰色の色素沈着を引き起こします。

最近の研究では、太陽光で消毒した水を暗所で保管すると急速に増殖する野生サルモネラ菌は、わずか10ppmの過酸化水素を添加するだけで抑制できることが明らかになった。^[27]

紫外線(UV) はDNA上に共有結合の形成を誘導し、それによって微生物の繁殖を防止します。繁殖しなければ、微生物の危険性は大幅に低下します。100～280 nm の短波長域の殺菌 UV-C 光は、DNA の 4 つの塩基ヌクレオチドの 1 つであるチミンに作用します。殺菌 UV光子がDNA 鎖内の別のチミンに隣接するチミン分子に吸収されると、分子間に共有結合または二量体が生成されます。このチミン二量体は、酵素がDNA を「読み取り」、それをコピーするのを防ぎ、微生物を無力化します。電離放射線に長時間さらされると、DNA の一本鎖および二本鎖の切断、膜脂質の酸化、タンパク質の変性が引き起こされ、これらはすべて細胞に有毒です。それでも、この技術には限界があります。 UV 浄化がうまく機能するためには、水の濁度 (つまり、処理する水に含まれる浮遊物質とコロイド状固形物の量) が低く、水が透明でなければなりません。そのため、事前フィルターのステップが必要になる場合があります。

UVポータブル浄水器の懸念は、一部の病原体が他の病原体よりも紫外線に対して数百倍も感受性が低いことである。かつては原生動物の嚢子が最も感受性が低いと考えられていたが、最近の研究ではその逆であることが証明され、クリプトスポリジウムとジアルジアはともにわずか6mJ/cm2の紫外線照射で不活性化されることが実証^{されている [28]。} しかし、EPA規制やその他の研究では、紫外線処理の制限要因はウイルスであり、ジアルジアやクリプトスポリジウムよりも10～30倍の紫外線照射が必要であることがわかっている^[29]。^[30] 研究では、一般的なポータブルUVユニットで提供されるレベルの紫外線照射はジアルジアを殺すのに効果的であり^[31]、嚢子の修復と再活性化の証拠はなかったことがわかっている^{[32] 。}

UV処理された水には、繁殖手段が「オフ」になっているだけで、水中にはまだ微生物が存在します。無力化された微生物を含むこのようなUV処理された水が、可視光（具体的には、330〜500nmを超える波長の光）に長時間さらされると、光再活性化と呼ばれるプロセスが発生し、細菌の繁殖DNAの損傷が修復される可能性があり、細菌が再び繁殖して病気を引き起こす可能性があります。^[33] したがって、UV処理された水は、再活性化した危険な微生物を摂取しないように、UV処理後、消費前に可視光に長時間さらされてはいけません。

最近の半導体技術の発展により、UV-C発光ダイオード(LED)の開発が可能になりました。UV-C LED システムは、水銀ベースの技術の欠点、つまりパワーサイクリングペナルティ、高電力要件、脆弱性、ウォームアップ時間、水銀含有量に対処します。

太陽熱による水の消毒（「ソディス」と略されることが多い）では、微生物は太陽から発せられる温度とUVA放射によって破壊されます。透明なプラスチックPETボトルまたはビニール袋に水を入れ、完全に満たす前にキャップを閉めたボトルを振って酸素を供給し、反射面の上で 6 ～ 24 時間太陽の光に当てます。

太陽熱蒸留は、浄化する水を太陽光で温めて蒸発させ、その後凝縮して容器に注ぎます。理論上は、太陽熱（凝縮）蒸留器はすべての病原菌、塩、金属、ほとんどの化学物質を除去しますが、実際の現場では、きれいな部品が不足していたり​​、汚れと簡単に接触したり、即席の構造や乱れにより、よりきれいな水が作られますが、汚染された水になります。

水フィルターは、砂や木炭（特別な方法で燃やした薪など）などの地元の材料を使用して、その場で作ることができます。これらのフィルターは、兵士やアウトドア愛好家によって使用されることがあります。低コストであるため、誰でも作成して使用できます。このようなシステムの信頼性は非常に不安定です。このようなフィルターは、細菌やその他の有害成分を軽減する効果がほとんどなく、生成された水が飲用可能であるという誤った安心感を与える可能性があります。即席のフィルターで処理された水は、安全に飲用できるように、沸騰などの二次処理を受ける必要があります。

人間の水系感染症は通常、他の人間から感染するため、人間由来の物質（排泄物、医療廃棄物、洗浄水、芝生用化学薬品、ガソリンエンジン、ゴミなど）は水源から遠ざける必要があります。たとえば、人間の排泄物は汚染を減らすために水源から十分に離れた場所（60メートル/200フィート以上）に埋める必要があります。^[9] 一部の自然保護区では、すべての廃棄物を梱包して適切に指定された廃棄場所まで運び出すことが推奨されています。

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• CAWSTウェブサイトの家庭用水処理に関する知識