太陽光による水の消毒
インドネシアにおける透明なポリエチレンテレフタレート（PET）プラスチック飲料ボトルを使用した太陽光による水の消毒（SODIS）の適用

太陽光水消毒（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、寄生虫など）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。[ 1 ]

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。

太陽光発電による電気の作用を利用した太陽光消毒は、通常、電流を用いて電解プロセスにより水を消毒します。例えば、酸化フリーラジカルを発生させ、病原体の化学構造を破壊して死滅させる方法などがあります。2つ目のアプローチは、バッテリーに蓄えた太陽光電力を利用し、夜間や低照度時に紫外線ランプを点灯させて二次的な太陽光紫外線消毒を行います。

太陽熱による水消毒は、太陽熱を利用して水を短時間で70～100℃に加熱します。様々な方法があります。太陽熱集熱器には、前面にレンズを設置したり、反射板を使用したりすることができます。また、断熱材やガラスの層を様々に変えることもできます。さらに、太陽熱による水消毒プロセスにはバッチ式と、太陽光が当たっている間ほぼ連続的に稼働するスルーフロー式があります。100℃未満に加熱された水は、一般的に低温殺菌水と呼ばれます。

太陽光の紫外線は、水中の病原菌を殺すこともできます。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、家庭用水処理と安全な保管のための実行可能な方法として世界保健機関によって推奨されています。 [ 2 ] SODISはすでに多くの発展途上国で適用されています。[ 3 ]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、[ 4 ]それぞれが英語版に相当します。[ 3 ]

家庭への適用手順

SODIS太陽光水消毒の使用説明書

SODIS を家庭で使用するためのガイドでは、そのプロセスについて説明しています。

2リットル以下の無色透明で、表面に傷がほとんどないペットボトルの水または炭酸飲料のボトルを使用します。ガラスボトルも使用できます。初めて使用する前に、ラベルをはがし、ボトルを洗浄してください。汚染の可能性がある水源から採取した水は、可能な限り清澄な水を使用してボトルに充填してください。濁度が30NTUを超える場合は、日光に当てる前にろ過または沈殿させて微粒子を除去する 必要があります。フィルターは、底を切り落としたボトルを逆さまにして布を張ったもので、現地で製造されています。酸素飽和度を向上させるため、ガイドラインでは、ボトルに4分の3まで水を入れ、キャップを閉めたまま20秒間振った後、完全に水を入れ、再びキャップを閉めて透明度を確認することを推奨しています。

アルミニウムは紫外線をよく反射する

充填されたボトルは、可能な限り太陽光に当てられます。ボトルは、傾斜した太陽光に面した反射金属面の上に置くと、より早く、より高温になります。波形の金属屋根（茅葺き屋根よりも）や、わずかに湾曲したアルミホイルは、ボトル内の光量を増加させます。ボトルに覆いかぶさるような構造物や植物は、照明と加熱の両方を低下させるため、避けてください。十分な時間が経過したら、処理済みの水はボトルから直接飲むか、清潔なコップに注いで飲むことができます。ボトルに水を入れたまま保管すれば、再汚染のリスクは最小限に抑えられます。ボトルに水を詰め替えて他の容器に保管すると、汚染のリスクが高まります。

推奨される治療スケジュール[ 5 ]
気象条件 最小処理時間
晴れ（雲量50%未満） 6時間
曇り（50～100%曇り、雨はほとんど降らない） 2日間
継続的な降雨 性能が不十分です。雨水貯留をご利用ください

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。[ 3 ]これらの地域は太陽放射量が高く、雲量と降雨量が少なく、太陽光の90%以上が直接放射として地表に到達します。[ 3 ] 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量が高く、湿度が高く雲が多いため、年間約2500時間の日照時間があります。[ 3 ]

SODISの使用に関する地域教育は、PETボトルと他のボトル素材との混同を避ける上で重要です。既存の衛生習慣や下痢の発生状況を適切に評価せずに（あるいは誤った評価で）SODISを適用すると、他の感染経路への対策が不十分になる可能性があります。まずは地域の指導者自身が研修を受ける必要があります。[ 3 ]

用途

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、または水の濁度が高い場合は、SODISの適用範囲が制限されます。実際、水の濁度が高い場合は、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。[ 6 ]

SODIS法が適切に機能するには水の濁度が高すぎるかどうかを判断するための基本的な現場テストは、新聞紙テストです。[ 4 ]新聞紙テストでは、ユーザーは水を満たしたボトルを新聞の見出しの上に立てて置き、ボトルの開口部から下を覗き込みます。見出しの文字が判読できれば、その水はSODIS法に使用できます。文字が判読できない場合は、水の濁度が30NTUを超えている可能性があり、前処理が必要です。

理論的には、この方法は災害救援や難民キャンプで活用できる可能性があります。しかし、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困難かもしれません。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ことが難しい場合もあります。

家庭用水の処理と安全な保管には、塩素処理、凝集・消毒、各種ろ過処理など、他にも様々な方法があります。これらの方法は、効果、他の種類の汚染物質（濁度、化学汚染物質など）との併発の有無、処理コスト、労力と利便性、そして利用者の好みといった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処理の前に追加のろ過または凝集を行って水を浄化する必要があります。[ 7 ] [ 8 ]最近の研究では、一般的な食塩（NaCl）が、特定の種類の土壌におけるSODIS法の濁度を下げるのに効果的な凝集剤であることが示されています。[ 9 ]この方法を使用すると、濁度の高い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拡大できます。[ 10 ]

SODISはプラスチック製の袋を使って実施することもできる。SODIS袋はSODISボトルよりも処理効率が74%も高いことが分かっているが、これは袋が高温に達して処理が加速されるためと考えられる。[ 11 ]約1cm～6cmの水層を持つSODIS袋はSODISボトルよりも容易に高温に達し、コレラ菌をより効果的に処理する。[ 11 ] 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る。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るが、ボトルをしっかりと詰めることができないため、コストが高く非効率的である可能性がある。袋はボトルよりも高密度に詰めることができ、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る。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、水を入れると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。

SODISボトルを使用するもう一つの重要な利点は、バッグや、消費時に水を小さな容器に移し替える必要がある他の方法と比較して、ボトルが使用場所での家庭用水処理方法であるということです。[ 12 ]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、二次的な水質汚染のリスクが軽減されることを意味します。[ 13 ]

注意事項

PETリサイクルマークは、ボトルがポリエチレンテレフタレートで作られていることを示しており、太陽光による水の消毒に適していることを示しています[ 14 ]

水のボトルを適切な時間日光に当てないと、飲用に適さないだけでなく、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天候など、日光が弱い場合は、より長い時間日光に当てる必要があります。

以下の問題も考慮する必要があります。

ボトルの素材
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。[ 15 ]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、着色されたボトルよりも透明なボトルを推奨します
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よって異なり、傷やその他の摩耗の兆候はSODISの効率を低下させます。ひどく傷ついたボトルや古いボトル、または目詰まりのひどいボトルは交換する必要があります。
容器の形状
紫外線の強度は水深が深くなるにつれて急速に減少します。水深10cm（4インチ）、濁度26NTUの中程度の場合、UV-A放射は50%に減少します。PETボトルは入手しやすいため、SODISアプリケーションには最も実用的です
酸素
太陽光は水中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（3mg/L以上の酸素）が含まれているため、SODISを適用する前に曝気する必要はありません
ボトル材料の浸出
プラスチック製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という懸念がある。スイス連邦材料試験研究所は、太陽光にさらした新しいペットボトルと再利用されたペットボトルから水中に拡散するアジピン酸エステルとフタル酸エステル（DEHAとDEHP）を調査した。60 °C（140 °F）の水に17時間太陽光にさらした後の水の濃度は、WHOの飲料水ガイドラインをはるかに下回り、高品質の水道水中の一般的なフタル酸エステルとアジピン酸エステルの濃度と同じ大きさだった。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とミネラルウォーター用のペット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、ペット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 [ 16 ] 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よりも桁違いに低い。 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] さらに、SODIS水はボトル内でそれほど長期間保存されることはない。
細菌の再増殖
日光から遮断された後も、残った細菌は暗闇の中で再び増殖する可能性があります。2010年の研究では、わずか10ppmの過酸化水素を添加するだけで、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。[ 20 ]
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

健康への影響、下痢の軽減

世界保健機関によると、毎年200万人以上が予防可能な水媒介性疾患で死亡しており、10億人が改善された飲料水源を利用できない。[ 21 ] [ 22 ]

SODIS法（およびその他の家庭用水処理方法）は、水から病原体汚染を非常に効果的に除去できることが示されています。しかし、感染症は他の経路、すなわち一般的な衛生状態の悪さによっても伝播します。SODIS使用者における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。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

研究

SODISの有効性は、 1980年代初頭にベイルート・アメリカン大学のアフティム・アクラ氏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）のマーティン・ウェゲリン氏とアイルランド王立外科大学のケビン・マクギガン氏ら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チームのロナン・コンロイ氏とマイケル・エルモア＝ミーガン氏が共同で実施しました。

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。

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、連続フロー消毒ユニット[ 27 ]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ぎます。 [ 28 ]

研究により、数多くの低コストの添加剤が SODIS を加速できること、また添加剤によって晴天と曇天の両方で 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おり、こうした開発により、この技術がより効果的でユーザーが受け入れやすいものになる可能性がある。[ 29 ] 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したところ、最適投与量が低く (1 g/L)、凝集が速く (7～25 分、使用する種子による)、水の硬度と pH が基本的に変わらないという点で、市販のミョウバンと同等の効果があり、浄化にはさらに優れていることが示された。[ 30 ]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（ドラムスティックの木）が使用されました。 [ 31 ] [ 32 ]

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調査されました。[ 33 ]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、携帯電話を使用して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。[ 34 ]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。

隔絶された地域では、水を沸騰させ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、多くの地域で木材が不足しており、木材の調達が困難なため、水の沸騰が軽視されていることを発見しました。アフリカの隔絶された地域の住民は、家庭用の基本的な水処理方法を提示された際、煮沸やその他の基本的な水処理方法よりもSODIS法を好む傾向を示しました。

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、すべての大腸菌を除去します。[ 35 ]

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。[ 36 ] [ 37 ]

プロモーション

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、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、マラウイを含む 33 か国における SODIS 推進プロジェクトを調整しています。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。[ 38 ]

SODIS プロジェクトは、特にSOLAQUA 財団、[ 39 ]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にも導入されており、その一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℃（104℉）を超えることもあり、日陰が限られているため、SODIS方式を導入した村人たちは大きな成果を上げています。

適切で費用対効果が高く、持続可能な水処理方法を必要としている地域社会に働きかける公衆衛生従事者にとって、考慮すべき最も重要なことの一つは、水処理方法そのものについて啓発すると同時に、健康増進と疾病予防の観点から水質の重要性を伝えることです。一部の地域社会では、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に懐疑的な見方が見られますが、これらの方法に伴う重要な健康効果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高くなります。

参照

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ウィキブックスには「飲料水」に関する書籍があります
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