Difference between revisions of "紫外线处理 / 太阳能杀菌 （SODIS）"

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将装满受污染水的塑料瓶放置在阳光下。图片来源：太阳能杀菌。

太阳能杀菌是一种简单的水处理方法，利用太阳辐射 （紫外线A光和温度）来消灭水中的致病细菌和病毒。这种方法可以用于给少量低浊度的水消毒。最常见的做法是将受到污染的水装进透明的塑料瓶中，并曝晒于阳光下。藉由曝晒于太阳下来将病原体杀死。用户根据天气状况决定暴露晒的时间长度。

关于将阳光用于水处理，很多组织在发展批次处理和持续处理的新形式。

运作原理

阳光暴晒已经显示出可以减少造成腹泻的生物污染。EAWAG/SANDEC （2002 ） 描述了太阳辐射的三种效应，据信这三种效应对病原微生物的灭活效果作出贡献：

• 紫外线 A （UV-A） 辐射对 DNA 造成损害，并杀死活细胞。
• 紫外线 A (波长 320-400nm) 与溶解在水中的氧气发生反应，产生高活性氧 （氧自由基和氢过氧化物），据信也会对病原体造成损害。
• 当温度升高到 70-75 摄氏度，红外辐射加热的水就产生巴氏杀菌的效果。如果水温度升高，达到50摄氏度以上，消毒过程会加快三倍。

许多病原体无法抵抗高温，也没有任何保护机制防止紫外线辐射 (EAWAG/SANDEC，2002)。

同时暴露在高温和紫外线 A 光下，会摧毁更多的病菌。水温度高于 50 摄氏度时，这两种效应协同产生效果 (Wegelin et al，1994年)。

水中氧气浓度高时，杀菌效率更高。阳光在水中生产高活性的氧气。这些活性分子也会与细胞结构发生反应，并杀死病原体 (Kehoe et al，2001)。

太阳能杀菌方法 （和其他的家庭水处理方法） 可以非常有效地避免病菌污染饮用水。但是，传染病也可以通过其他途径传播，例如直接接触、 食物或不卫生的生活条件。卫生和保健的缺乏会使这个问题恶化。研究显示，利用太阳能杀菌的用户，腹泻概率减少了30-80%

历史

阳光可以杀死微生物的事实，早在几个世纪前就为人所知，并建立了科学基础。

太阳能消毒（SODIS）这一想法最早由阿夫蒂姆.阿卡拉（Aftim Acra）教授提出。1984年，由儿童基金会以小册子的形式出版自1991年，太阳能消毒已推广于全世界， EAWAG/SANDEC 跨学科研究小组开始在室内和也在试验评估其杀菌的能力，以开发一种有效、 可持续，和低成本的水处理方法。WHO（世界卫生组织）推荐太阳能消毒为家庭饮用水处理的一种可行的方法。

适用条件

太阳能杀菌的适用范围基本上是每瓶 1-2 公升。这一系统不太适合处理大量的水，一些时候需要用能供大家庭使用的瓶子。

如果温度达到 65 °C，瓶子会融掉或者变形。

进行太阳能杀菌操作，应该注意以下事项：

• 瓶子材料： 部分玻璃或PVC（聚氯乙烯）材料可能会使紫外线无法接触到水。推荐使用PET（聚乙烯对苯二甲酸）材质的瓶子，以及软饮料的塑料瓶。处理起来会更加方便。而聚碳酸酯会阻挡所有的A，B紫外线，不应采用。玻璃同样会挡住紫外线，因此也没有效果。

• 老化的塑料瓶： 太阳能杀菌的效率受到塑料瓶磨损，有划痕或者其他外在条件的影响。应该换掉严重刮擦，老化或者变暗的塑料瓶。

• 容器形状： 紫外线辐射的强度会随着水深的增加迅速下降。用来杀菌的瓶子不应超过10厘米。如果水平放置在阳光下，1-2 公升装的PET瓶不会超过这个深度。 (EAWAG/SANDEC，2002)。而PET材质的饮料瓶很容易获得，所以适合用来进行太阳能杀菌。

• 氧气:在水中，阳光生产高活性形式的氧 （氧自由基和氢过氧化物） 。这些活性分子构成了微生物破坏过程。在正常（河流、 小溪、 井、 池、 水龙头）条件下，水含有充足的氧气 （超过每升 3 毫克氧气），杀菌前不需要加气。

浊度（NTU）大于50的水应先用布过滤或沉淀，再使用陶罐过滤器。（sommer et al,1997)。

瓶子可以作为安全的储存容器。需要适宜的气候和天气条件：最有利的地点是南／北纬 15 度 和 35度；其次有利的位置是南/北纬 15 度和赤道之间。PET材质的瓶子在城市地区很充足，但农村地区可能没有。

建造、操作和维护

操作过程

透明的水瓶中装满了受污染的水。为了增加水中溶解氧，可以装满四分之一，摇晃20 秒（盖着盖子）然后完全装满。高浊度的水（浊度高于 30 ），过滤前必须先阳光下暴晒。

然后把装满的瓶子暴露于阳光下。如将塑料瓶放置于阳光反射表面，如瓦楞铝或锌屋顶，则可以提高处理效率。这样可以将水温提升大约5摄氏度。

在屋顶或支架上水平放置瓶子的时间如下：

• 晴朗的天气下，6小时
• 多云高达 50%时，6 小时
  
• 连续2天为50-100%多云
  
• 不要在连续降雨期间使用太阳能杀菌法，相反的，此时可以做雨水收集。

杀菌效果取决于的阳光可用数量。所以瓶子不能在部分时间处于晒不到阳光的阴影中。使用太阳能杀菌最有利地理地区位于北纬 15 和 35 度（以及南纬 15 和 35 度）之间。绝大多数发展中国家位于北纬 35 度和南纬 35 度之间 (EAWAG/SANDEC，2002年)。矿泉水瓶如果不暴露在阳光下适当长度的时间，水可能无法安全饮用，会导致疾病。如果一天多云程度大于50%，则需要暴晒瓶子两天。如果水的温度超过摄氏50度，那么仅需暴晒 1 小时。

经过处理后，就可以正常使用饮用了。将水储存在瓶中，可以使再受到污染的风险最小化。正确做法是从瓶子中直接饮用，或倒入干净的水杯中。重新灌装和存储在其他容器中会增加水受到污染的风险。非致病性微生物，例如如藻类，有可能在太阳能杀菌处理的瓶中生长。(EAWAG/SANDEC，2002年)。

用户无法确定消毒是否充分。用户需要组织轮换制度，确保他们始终在进行水处理，并知道哪些瓶已经处理完毕。

制作方法

材料和所需设施如下：

• 1 或 2 公升容量的干净塑料瓶 （一人2组，2瓶为一组，一组每天装满并放置于屋顶，另一组用于饮用。）
• 有一种替代方法，使用特殊装配式袋与单向阀，来整合温度指示器，可以在 YouTube看到这个视频[1]
• 放置于可以收到充足阳光的表面 （例如屋顶、 支架）。

安全性

人们一直担心，塑料容器是否能将化学物质或有毒物质释放到水中，加热可能会加速这一进程。通过将新的或再利用PET瓶暴露在阳光下，瑞士联邦材料测试与研究实验室已经检测了己二酸酯和邻苯二甲酸酯 （DEHA 和 DEHP）会扩散。实验发现水在太阳下暴露17小时，温度60度，浓度远低于世界卫生组织（WHO）规定的饮用水标准，和高质量自来水中常发现的苯二甲酸酯和已二酸浓度相当。

海德堡大学的学者们出版了一个相关报告后，PET瓶的广泛使用引发了人们的担忧。报告称软饮料和矿泉水使用的PET瓶在超市储存几个月后会释放锑。然而，瓶中发现的锑低于世界卫生组织（WHO）[2]和国家准则规定的饮用水标准此外，杀菌过的水并不会在瓶中储存这么长时间

处理效率

维护

瓶体及瓶盖应定期清洗。

预计使用寿命

划伤或因阳光老化的瓶子必须定期更换。

成本

注意：项目制定，运输和教育费用不包括在内。 (*)PET瓶可能是免费的，或成本小于0.50美元。

太阳能杀菌成本低，塑料瓶重复利用普遍。根据不同家庭水处理系统的成本效益比较研究，太阳能杀菌每年每e人平均花费0.63美元，是最便宜的处理方法。

实地经验

在亚洲、 非洲和拉丁美洲使用次数超过100万次。

瑞士联邦水生科学与技术学院 (Eawag) 和发展中国家水生部门 (Sandec)，在 33 个国家推广太阳能杀菌，包括不丹、 玻利维亚、 布吉纳法索、 柬埔寨，喀麦隆、 刚果、 厄瓜多尔、 萨尔瓦多、 埃塞俄比亚、 加纳、 危地马拉、 几内亚、 洪都拉斯、 印度、 印度尼西亚、 肯尼亚、 老挝、 马拉维、 莫桑比克、 尼泊尔、 尼加拉瓜、 巴基斯坦、 秘鲁、 菲律宾、 塞内加尔、 塞拉利昂、 斯里兰卡、 多哥、 乌干达、 乌兹别克斯坦、 越南，赞比亚和津巴布韦。联系地址，以及由瑞士联邦的水产科技研究所 (Eawag) 协调的项目案例研究，可于 sodis.ch查看。

操作说明，视频和链接

视频

链接

• 太阳能消毒培训材料。太阳能消毒（SODIS） 是由瑞士联邦水产科学研究所（Eawag）提出的一项倡议。

• 环境和公共健康组织（ENPHO）提供的饮用水质量信息目前，ENPHO 正在进行一个环境监测和分析实验，得到了政府的认可，并通过废水处理等方法积极参与促进生态友好型技术杀菌，旱厕和芦苇床系统。

• 来自麻省理工学院 (MIT)的 该砷过滤器信息

• 发展中国家家用水处理选项：疾病预防控制中心太阳能杀菌（SODIS）。* 疾病控制及预防中心2008 年 1 月。

• 太阳能净水器（Solvatten）-使用杀菌原则的商业产品。太阳能净水器是一个家用水处理单元。是由瑞典发明的便携式 11 公升容器，获得专利和科学证明。把太阳能净水器放置于阳光明媚的地方，2-6 小时后，水就可以饮用了。指示器会显示何时可安全饮用。太阳能净水器也用作太阳能热水器，为烹饪和卫生提供热水。

参考文献

1. ↑ ^{1.0 1.1} Depends on reaching a water temperature of 50 degrees.

鸣谢

本文基于可使用水源与卫生科技中心（CAWST）的一份实况报道撰写，特此鸣谢。

• EAWAG/SANDEC (2002).Solar Water Disinfection:A Guide for the Application of SODIS.SANDEC Report No 06/02.
• Saladin, M.(2002).SODIS in Nepal – Technical Aspects.EAWAG/SANDEC and ENPHO.
• Wegelin, M., Canonica, S., Mechsner, et al.(1994).Solar Water Disinfection:Scope of the Process and Analysis of Radiation Experiments, J Water SRT, Aqua Vol. 43, No. 4, pp 154-169.
• Wegelin, M., Canonica, S., Alder, A., et al.(2000) Does sunlight change the material and content of polyethylene terephthalate (PET) bottles? 或 (替代链接). IWA Publishing, Journal of Water Supply:Research and Technology, Aqua No. 1.