太陽光による水の消毒

太陽熱水消毒（略してSODIS ）は、太陽エネルギーを利用して生物学的に汚染された水（細菌、ウイルス、原生動物、虫など）を飲用に安全なものにする携帯型浄水器の一種です。毒性化学物質や重金属などの非生物学的物質で汚染された水は、飲用に安全なものにするために追加の手順が必要です。^[要出典]

太陽熱による水の消毒は、通常、太陽光発電パネル（太陽光発電）によって生成された電気、熱（太陽熱）、および太陽紫外線収集の組み合わせを使用して行われます。

太陽光発電によって生成された電気の効果を利用した太陽光消毒では、通常、電流を使用して電解プロセスを実行し、たとえば、病原菌の化学構造を損傷して病原菌を殺す酸化フリーラジカルを生成することで水を消毒します。2 番目のアプローチは、バッテリーに蓄えられた太陽電力を使用し、夜間または低照度で作動して紫外線ランプに電力を供給し、二次太陽光紫外線水消毒を実行します。

太陽熱水消毒は、太陽熱を利用して水を短時間で 70 ～ 100 °C に加熱します。いくつかの方法があります。太陽熱コレクターには、前面にレンズが付いているか、反射板が使用されています。また、さまざまなレベルの断熱材やガラスが使用されている場合もあります。さらに、太陽熱水消毒プロセスにはバッチベースのものもあれば、太陽が照っている間ほぼ連続的に動作するもの (スルーフロー太陽熱消毒) もあります。100 °C 未満に加熱された水は、一般に低温殺菌水と呼ばれます。

太陽光の紫外線も水中の病原菌を殺すことができます。SODIS法は、紫外線と高温（太陽熱）を組み合わせて、太陽光と再利用されたPETプラスチックボトルのみを使用して水を消毒します。SODISは分散型水処理のための無料かつ効果的な方法で、通常は家庭レベルで適用され、世界保健機関によって家庭での水処理と安全な保管の実行可能な方法として推奨されています。^[1] SODISはすでに多くの発展途上国で適用されています。^{[2] : 55}この方法に関する教育パンフレットは多くの言語で入手可能で、^[3]それぞれが英語版に相当します。^[2]

SODIS の家庭での使用に関するガイドでは、そのプロセスについて説明しています。

2 リットル以下の、表面に傷がほとんどない無色透明のPET 製水または炭酸飲料ボトルを選択します。ガラス製ボトルも適しています。初めて使用する前に、ラベルを剥がし、ボトルを洗浄します。汚染されている可能性のある水源から採取した水を、できるだけきれいな水を使用してボトルに充填します。濁度が30 NTUを超える場合は、日光にさらす前に微粒子を濾過または沈殿させる 必要があります。フィルターは、底を切り落とした逆さまのボトルに布を張って現地で作られています。酸素飽和度を向上させるために、ガイドでは、ボトルを 4 分の 3 まで満たし、20 秒間振って (キャップを付けたまま)、完全に満たしてからキャップをし、透明度を確認することを推奨しています。^{[引用が必要]}

充填されたボトルは、その後、可能な限り太陽光にさらされます。ボトルは、傾斜した太陽に面した反射金属面の上に置くと、より速く、より高温になります。波形の金属屋根 (茅葺き屋根と比較して) またはわずかに湾曲したアルミホイルは、ボトル内の光を増やします。ボトルを遮る張り出した構造物や植物は、照明と加熱の両方を低下させるため、避ける必要があります。十分な時間が経過したら、処理された水をボトルから直接飲んだり、清潔なコップに注いだりできます。ボトルに水を保管しておけば、再汚染のリスクは最小限に抑えられます。ボトルに水を補充して他の容器に保管すると、汚染のリスクが高まります。

SODIS法の適用に最も適した地域は、北緯15度から北緯35度の間、および南緯15度から南緯35度の間です。^[2]これらの地域は太陽放射レベルが高く、雲量と降雨量は限られており、太陽光の90%以上が直接放射として地表に到達します。^[2] 2番目に適する地域は、北緯15度から南緯15度の間です。これらの地域は散乱放射レベルが高く、湿度が高く雲量が多いため、年間日照時間は約2500時間です。^[2]

SODISの使用に関する地域教育は、PETと他のボトル素材の混同を避けるために重要です。既存の衛生習慣と下痢の発生率を適切に評価せずに（または誤った評価で）SODISを適用すると、他の感染経路に対処できない可能性があります。コミュニティのトレーナー自身がまずトレーニングを受ける必要があります。^[2]

SODISは、燃料や調理器具が入手できない、または法外に高価な場所で水を処理する効果的な方法です。燃料が利用できる場合でも、SODISはより経済的で環境に優しい選択肢です。十分なボトルがない場合、または水が非常に濁っている場合は、SODISの適用は制限されます。実際、水が非常に濁っている場合は、SODISのみを使用することはできず、追加のろ過が必要になります。^[5]

水が濁りすぎてSODIS法が適切に機能しないかどうかを判断するための基本的な現場テストは、新聞テストです。^[3]新聞テストでは、ユーザーは水を満たしたボトルを新聞の見出しの上に垂直に置き、ボトルの開口部から下を覗き込みます。見出しの文字が読める場合、その水はSODIS法に使用できます。文字が読めない場合は、水の濁度が30 NTUを超える可能性があり、水を前処理する必要があります。^{[引用が必要]}

理論的には、この方法は災害救助や難民キャンプで使用できます。ただし、ボトルの供給は、塩素、臭素、ヨウ素を含む同等の消毒錠剤を提供するよりも難しい場合があります。さらに、状況によっては、水を必要な時間太陽の光に当てておくことを保証するのが難しい場合があります。

家庭用水の処理と安全な保管には、塩素処理、凝集/消毒、さまざまな濾過手順など、他の方法もあります。方法は、有効性、他の種類の汚染（濁度、化学汚染物質など）の同時発生、処理コスト、労力と利便性、およびユーザーの好みなどの基準に基づいて選択する必要があります。

水が非常に濁っている場合、SODIS を単独で使用することはできません。その場合は、SODIS 処理の前に水を浄化するために追加のろ過または凝集が必要になります。^{[6] [7]}最近の研究では、一般的な食塩 (NaCl) が、ある種の土壌における SODIS 法の濁度を下げるための効果的な凝集剤であることが示されています。^[8]この方法を使用すると、非常に濁った水がある地域を低コストで処理できるため、SODIS 法を使用できる地理的領域を増やすことができます。^[9]

SODIS は、プラスチック製の袋を使用して実施することもできます。SODIS 袋は、SODIS ボトルよりも最大 74% も高い処理効率が得られることがわかっています。これは、袋が高温に達して処理が加速されるためであると考えられます。^[10]約 1 cm ～ 6 cm の水層を持つ SODIS 袋は、SODIS ボトルよりも高温に達しやすく、コレラ菌をより効果的に処理します。^[10] これは、SODIS 袋の表面積と容積の比率が向上したためだと考えられています。遠隔地ではプラスチック製のボトルは地元では入手できず、都市部から輸送する必要がありますが、ボトルをしっかりと梱包できないため、コストがかかり非効率的です。袋はボトルよりも高密度に梱包でき、低コストで輸送できるため、遠隔地のコミュニティでは SODIS ボトルよりも経済的に好ましい代替手段となります。バッグを使用することの欠点は、水にプラスチックの臭いが付く可能性があること、水を入れたときに扱いにくくなること、そして通常は飲むために水を別の容器に移す必要があることです。

バッグや、消費時に水を小さな容器に移す必要がある他の方法と比較して、SODISボトルを使用するもう1つの重要な利点は、ボトルが使用場所での家庭用水処理方法であることです。^[11]使用場所とは、水が提供されるのと同じ扱いやすい容器で処理されるため、二次的な水汚染のリスクが軽減されることを意味します。

水のボトルを適切な時間太陽の下に放置しないと、その水は飲用には適さない可能性があり、病気を引き起こす可能性があります。曇りや日照時間の少ない気候により日光が弱い場合は、より長い時間太陽にさらす必要があります。^{[引用が必要]}

以下の問題も考慮する必要があります。

ボトルの材質

ガラスやPVC素材の中には、紫外線が水に届かないものがあります。^[13]市販のPETボトルが推奨されます。PETボトルの方が取り扱いがはるかに便利です。ポリカーボネート（樹脂識別コード7）は、UVAとUVBの光線をすべて遮断するため、使用しないでください。緑色のレモン/ライムソーダボトルなど、色のついたボトルよりも透明なボトルが好まれます。

ペットボトルの老化

SODIS の効率はプラスチックボトルの物理的状態に依存し、傷やその他の摩耗の兆候があると SODIS の効率が低下します。ひどく傷ついたボトルや古いボトルは交換する必要があります。

容器の形状

UV 放射の強度は水深が増すにつれて急速に減少します。水深 10 cm (4 インチ) で濁度が中程度の 26 NTU の場合、UV-A 放射は 50% に減少します。PET ソフトドリンク ボトルは簡単に入手できることが多いため、SODIS アプリケーションには最も実用的です。

酸素

日光は水中に非常に反応性の高い酸素（酸素フリーラジカルと過酸化水素）を生成します。これらの反応性分子は微生物の破壊プロセスに寄与します。通常の条件（川、小川、井戸、池、水道）では、水には十分な酸素（酸素 3 mg/L 以上）が含まれているため、SODIS を適用する前に空気を入れる必要はありません。

ボトル材料の浸出

プラスチックの飲料容器から水中に化学物質や有毒成分が放出されるかどうか、またそのプロセスが熱によって加速される可能性があるかどうかという問題が懸念されている。スイス連邦材料試験研究所は、太陽光にさらされた新品および再利用のPETボトルから水中に拡散するアジペートおよびフタル酸エステル（DEHAおよびDEHP）を調査した。60 °C（140 °F）の水中で17時間太陽光にさらされた後に水中に検出された濃度レベルは、飲料水に関するWHOガイドラインをはるかに下回り、高品質の水道水に一般的に含まれるフタル酸エステルおよびアジペートの濃度と同程度であった。ハイデルベルク大学の研究者らが、スーパーマーケットで数か月間保管されたソフトドリンクおよびミネラルウォーター用のPETボトルからアンチモンが放出されたという報告書を発表した後、PETボトルの一般的な使用に対する懸念も表明された。しかし、ボトル内のアンチモン濃度はWHO ^[14] や飲料水中のアンチモン濃度に関する国のガイドライン^{[15] [16] [17]}より桁違いに低い。 さらに、SODIS水はボトル内で長期間保存されることはない。

細菌の再増殖

日光から遠ざけられた後も、残った細菌は暗闇の中で再び繁殖する可能性があります。2010年の研究では、わずか10ppmの過酸化水素を加えるだけで、野生サルモネラ菌の再増殖を防ぐのに効果的であることが示されました。^[18]

有毒化学物質

太陽光による水の消毒では、工場廃棄物など水中に存在する可能性のある有毒化学物質は除去されません。

世界保健機関によると、予防可能な水媒介性疾患により年間200万人以上が死亡し、10億人が改善された飲料水源を利用できないでいる。^{[19] [20]}

SODIS法（および家庭用水処理の他の方法）は、水から病原性汚染物質を非常に効果的に除去できることが実証されています。しかし、感染症は他の経路、つまり一般的な衛生状態の欠如によっても伝染します。SODIS使用者の下痢の減少に関する研究では、30～80%の減少が示されています。^{[21] [22] [23] [24]}

SODIS の有効性は、 1980 年代初頭にベイルート アメリカン大学の Aftim Acra によって初めて発見されました。その後の追跡調査は、スイス連邦水生科学技術研究所(EAWAG) の Martin Wegelin 氏とアイルランド王立外科大学の Kevin McGuigan 氏の研究グループによって実施されました。臨床対照試験は、RCSI チームの Ronan Conroy 氏がMichael Elmore-Meegan 氏と共同で実施しました。^{[引用が必要]}

SODISに関する共同研究プロジェクトは、以下の機関によって実施されました。

• アイルランド王立外科医師会（RCSI）、アイルランド（コーディネーション）
• アルスター大学（UU）、イギリス
• CSIR Environmentek、南アフリカ、EAWAG、スイス
• ジンバブエ水衛生開発研究所（IWSD）
• プラタフォルマ ソーラー デ アルメリア(CIEMAT-PSA)、スペイン
• レスター大学（UL）、イギリス
• 国際飢餓救済委員会（ICROSS ）、ケニア
• サンティアゴ デ コンポステーラ大学(USC)、スペイン
• スイス連邦水科学技術研究所（Eawag）、スイス

このプロジェクトは、ジンバブエ、南アフリカ、ケニアの研究地域を含む複数国にわたる研究に着手しました。

その他の開発としては、連続流消毒ユニット^[25]やガラスシリンダー上に二酸化チタンフィルムを塗布した太陽光消毒などがあり、 SODIS後の大腸菌の再増殖を防止します。 ^[26]

研究によると、多くの低コストの添加剤がSODISを加速することができ、添加剤によって晴天時と曇天時の両方でSODISがより迅速かつ効果的になる可能性があることが示されています。これらの開発により、この技術がより効果的でユーザーに受け入れられるものになる可能性があります。^[27] 2008年の研究では、5種類の天然マメ科植物（エンドウ豆、インゲン豆、レンズ豆）の粉末種子（Vigna unguiculata（ササゲ）、Phaseolus mungo（黒レンズ豆）、Glycine max（大豆）、Pisum sativum（グリーンピース）、およびArachis hypogaea（ピーナッツ））は、濁度除去用の天然凝集剤として評価された場合、市販のミョウバンと同等の効果があり、最適投与量が低く（1 g/L）、凝集が速く（使用する種子によって7～25分）、水の硬度とpHが基本的に変化しないという点で、清澄化にはさらに優れていることが示されました。^[28]その後の研究では、同じ目的で栗、オークのドングリ、モリンガオレイフェラ（ドラムスティックツリー）が使用されました。 ^{[29] [30]}

他の研究では、ドープされた半導体を使用して、太陽のUV-A下での酸素ラジカルの生成を増やすことが検討されています。^[31]最近、国立センサー研究センターとダブリン市立大学の生物医学診断研究所の研究者は、携帯電話で読み取ることができるSODISアプリケーション用の安価な印刷可能なUV線量計を開発しました。 ^[32]携帯電話のカメラを使用してセンサーの画像を取得し、携帯電話で実行されるカスタムソフトウェアがセンサーの色を分析して、UV線の定量的な測定値を提供します。

隔離された地域では、水を沸かしたり調理したりするために常に火を焚く必要があるため、木の煙の影響で肺疾患が増加します。研究グループは、多くの地域で不足している木材を集めるのが難しいため、水を沸騰させることが軽視されていることを発見しました。基本的な家庭用水処理の選択肢を提示された場合、アフリカの隔離された地域の住民は、沸騰やその他の基本的な水処理方法よりもSODIS法を好みました。

農村家庭向けの非常にシンプルな太陽熱浄水器が開発されました。これは4層のサリー布と太陽熱管状集熱器を使用して大腸菌をすべて除去します。^[33]

2020年7月、研究者らは、飲料水に関するWHOおよびEPAの基準を下回る効率的な太陽光ベースの水衛生のための再利用可能なアルミニウム表面の開発を報告した。^{[34] [35]}

スイス連邦水産科学技術研究所 (EAWAG) は、開発途上国水衛生局 (Sandec) を通じて、ブータン、ボリビア、ブルキナファソ、カンボジア、カメルーン、コンゴ民主共和国、エクアドルを含む 33 か国での SODIS 推進プロジェクトを調整しています。 、エルサルバドル、エチオピア、ガーナ、グアテマラ、ギニア、ホンジュラス、インド、インドネシア、ケニア、ラオス、マラウイ、モザンビーク、ネパール、ニカラグア、パキスタン、ペルー、フィリピン、セネガル、シエラレオネ、スリランカ、トーゴ、ウガンダ、ウズベキスタン、ベトナム、ザンビア、ジンバブエ。^[36]

SODIS プロジェクトは、とりわけ、SOLAQUA 財団、^[37]いくつかのライオンズクラブ、ロータリークラブ、ミグロ、およびミシェル・コント水財団から資金提供を受けています。

SODIS はブラジルのいくつかのコミュニティでも導入されており、その 1 つがフォルタレザ西部のベベリベにあるプライニャ ド カント ヴェルデです。日中の気温が 40 °C (104 °F) を超えることもあり、日陰が限られているため、SODIS 方式を使用している村民は非常に成功しています。^{[引用が必要]}

適切でコスト効率が良く、持続可能な水処理方法を必要としているコミュニティに働きかける公衆衛生従事者が考慮すべき最も重要なことの 1 つは、方法自体について教育すると同時に、健康促進と疾病予防の観点から水質の重要性を教えることです。一部のコミュニティでは懐疑的な見方から、SODIS やその他の家庭用水処理方法を日常的に導入することが困難になっていますが、これらの方法に関連する重要な健康上の利点に関する知識を広めることで、導入率が向上する可能性があります。

• 適切な技術
• 紫外線殺菌照射
• 水殺菌インジケーター

ウィキブックスには飲料水に関する本があります

• ソディス
• 仕組み
• 安価な浄水器：SODIS をYouTubeで見る
• 「プラスチックボトルとガラスボトル」(PDF) 。2009 年 3 月 18 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 (36.0 KB)
• ラテンアメリカにおけるSODIS
• 概念を簡単に説明する
• すべての人に飲料水を ( PDF ) Anumakonda Jagadeesh 著。インド、タミル・ナードゥ州でのテスト結果。
• ケニア人は太陽を利用して汚れた水を輝かせる マルチメディア CLPMag.org より
• 「すべての人に純粋な水を」ヒンドゥー・ビジネス・ライン、2005年4月15日
• 「SODIS 方式で、無料できれいな水が手に入る」、The Hindu、2006 年 9 月 14 日
• 太陽の場所 physics.org、2009年10月7日
• ガラス瓶と紫外線（PDF）；さまざまな種類のガラス瓶によってどれだけの紫外線が遮断されるかに関するデータを提供します（2008 年 8 月）