UV-tekniken har kommit att accepteras över hela världen som ett tekniskt och juridiskt säkert sätt att desinficera vatten, vilket ger ett nytt sätt att skydda folkhälsan och tillåter utveckling av nya källor till vattenförsörjning. Nu utvecklas metoder för kontinuerlig desinfektion av vatten med hjälp av solens UVB-strålning.
Av: Kenneth M Persson
Nästa generation UV-desinfektion kommer säkert att göras med solens egen UV-strålning. Behoven är väldiga. Ungefär en tredjedel av de människor som bor på landsbygden eller i slumområden i städerna i utvecklingsländer är beroende av ytvatten eller grundvatten som troligtvis är kontaminerade med patogener. Det mesta av kontaminering kommer från avföring från människor och djur, som p g a dåliga sanitära förhållanden hamnar i vattentäkten. Dessa problem är akuta i Afrika söder om Sahara, samt i några länder i Oceanien och i östra och södra Asien. Dessa länder har riklig tillgång på solljus. Men acceptansen för soldesinfektion är fortfarande låg medan frågorna om teknikens säkerhet är fler än svaren. Ny forskning presenteras dock hela tiden inom området. Ett exempel är Mbonimpa och medarbetares (2012) artikel om UV-desinfektion med solljus i en kontinuerlig reaktor. De har undersökt om tillgången till säkert dricksvatten kunde lösas genom att använda enkla och billiga vattenreningsmetoder, som kräver lite eller ingen el, inga extra kemikalier och fordrar minimalt underhåll.
Bakgrund
UV-strålningen brukar delas in i tre olika våglängdsområden, UVA (315–400 nm), UVB (280–315 nm) och UVC (100–280 nm). UVC absorberas i atmosfären medan varierande mängder UVA och UVB kommer ned till jordytan. Reaktionskraften från UV-ljuset är som regel större, ju kortare våglängden är. Det är framförallt UVB-strålningen som gör oss solbrända. Även UVA-strålningen orsakar solbränna, men inte lika effektivt. UV-ljus är populärt som desinfektionmetod för dricksvatten, mycket tack vare en målmedveten utveckling i branschen och en starkt ökande efterfrågan på UV-desinfektion mot parasiter, där traditionell klordosering har låg barriärverkan. Tekniken utvecklas kontinuerligt och år 2009 fick kanadensiska UV-företaget Trojan Technologies Stockholms Industrivattenpris för att ha utvecklat och förbättrat UV-tekniken. I prismotiveringen sade priskommittén bland annat att Trojans arbete, tillsammans med andra medlemmar i UV-industrin, gjort att UV-tekniken kommit att accepteras över hela världen som ett tekniskt och juridiskt säkert sätt att desinficera vatten, vilket ger ett nytt sätt att skydda folkhälsan och tillåter utveckling av nya källor till vattenförsörjning.
Satsvis UV-desinfektion i PET-flaska (SODIS och liknande metoder) har framgångsrikt använts i utvecklingsländer i flera år. I princip görs desinfektionen genom att vatten i PET-flaska läggs i solljus under cirka 6 timmar. PET-flaskan släpper igenom UVA-ljus men knappast UVB. UVB strålningen är 2-3 log mer effektivt än UVA-strålning för mikrobiell inaktivering. Desinfektionsverkan är ändå tämligen god, och ungefär 2 miljoner människor i 20 utvecklingsländer använder SODIS för att förbättra dricksvattenkvalitet. Solljuset innehåller tillräckligt med UV-strålning för SODIS mellan 35°N och 35°S (från Medelhavet till Kapstaden i Sydafrika). Inom dessa breddgrader kan logreduktionen efter minst 6 timmars exponering ge 3-4 logreduktion av E. coli, Vibrio cholera, Salmonella spp., Shigella spp., rotavirus och Giardia och dessutom en 2-3 logreduktion av Cryptosporidium spp.
Artikeln
Mbonimpa och medarbetare utvecklade en reaktor för kontinuerlig desinfektion av vatten med hjälp av solens UVB-strålning. Beräkningar och mätningar av solinstrålningens intensitet visade att UVB var för svagt för att ge en snabb desinfektion. Det skulle krävas flera timmars exponering för åstadkomma en effektiv inaktivering av många vattenburna mikrobiella patogener. Då byggde man en enkel anordning för att koncentrera solstrålning, med hjälp av en parabolisk strålningskollektor (CPC, compound parabolic collector). Konstruktionen var en enkel v-formad ställning i trä klädd med aluminiumfolie. Men den byggdes efter modellberäkningar för att maximera insamlingen av solljus och kunde samla nära 70% av den totala solstrålning utan trackingsystem (oberoende av infallsvinkeln). Man satte upp reaktorn på universitetsområdet i Indiana, USA och i Haiti och Kenya. En matarlösning med en koncentration av viabla E. coli på cirka 3 *104 CFU / ml pumpades genom ett kvartsrör i CPC:n med ett flöde av 9 ml/min varje dag. Vattnet uppehållstid i röret/reaktorn var 54 min. Prover av E.coli togs ut varje timme från kl 10 till kl 16 och logreduktionen mättes liksom tillsammans med solinstrålningen.
Indiana ligger en bit norr om 35°N och uppmätt solinstrålning räknades om för Haiti och Kenya. Resultaten av desinfektionseffekten visade att en reaktor av denna typ klarade av att reducera E.coli. med 1-3,5 log under försöket. För att åstadkomma 3,5-logreduktion fordrades en UVB-dos på 50 J/m2 i inloppet av reaktorn, vilket var det högsta värdet som mättes upp på försöksplatsen i Indiana. Men författarnas beräkningar visar att maxdosen i Haiti och Kenya var upp till fem gånger högre än för Indiana. Också valet av aluminiumfolie för att reflektera UVB-strålning visade sig kunna optimeras. När de testade andra reflekterande material av metallbestruken plast, kunde nära dubbelt så mycket strålning reflekteras i kollektorn. Så det finns möjlighet att optimera reaktorn. En kritisk parameter är molntäckningen. Så fort solen skymdes av moln minskade instrålningen av UVB-strålning kraftigt. Den största delen av inaktiveringen berodde på UVB-strålning i våglängdsområdet ca 300 nm – 310 nm.
Slutsatser
Att få en kontinuerlig desinfektion med hjälp av UV-strålning från solljus är ett stort och spännande steg framåt för att leverera säkert dricksvatten i utvecklingsländer. En logreduktion på 3-4 motsvarar också vad som kan förväntas för en barriärs förmåga i ett dricksvattenverk. De tekniska begränsningar som författarna redovisar tyder såklart på att tekniken inte är helt färdig. Desinfektionskapaciteten på drygt en halv liter vatten i timmen är inte imponerande och känsligheten vid molntäcke är otillräcklig. Men successiv optimering av material för reflektor och rör kan troligtvis göra reaktorn effektivare och säkrare. En annan observation är att skyddsåtgärder i vattentäktsområdet som minimerar förorening av dricksvattnet med patogener är en annan central åtgärd för att minska smittspridning med vatten. Ett effektivt smittskyddsarbete måste bedrivas på olika plan med olika lösningar, där UV-ljus är ett sätt.
Källa: Eric Gentil Mbonimpa, Bryan Vadheim, Ernest R. Blatchley III (2012): Continuous-flow solar UVB disinfection reactor for drinking water. Water Research 46 2344 -2354
Artikeln i Water Research finns att köpa här.
