生きるためには食べ物と住まいが不可欠ですが、水がなければ誰も長く生きていくことはできません。有史以来、文明は豊富な H20 源の近くで暮らしてきたのはそのためです。しかし、ただたくさんあれば十分というわけではありません。命を与える同じ水でも、危険な物質や病気の原因となる微生物が含まれている場合、人を病気にしたり、死に至らしめたりする可能性があります。また、人々は作物への灌漑、洗濯、廃棄物の処理などの活動に水を使用するため、人口に近い水源は容易に汚染される可能性があります。
その結果、人類は何千年もの間、水を浄化しようとしてきました。紀元前 1500 年に遡り、逆浸透プロセスが導入されるずっと前に、エジプト人は飲料水から浮遊沈殿物をろ過するために化学ミョウバンを使用していました。しかし、科学者たちが微生物が病気の原因であり、水を塩素またはオゾンで処理して微生物を除去できることを発見したのは、1800 年代後半から 1900 年代初頭になってからでした 。
2012年の国連の調査によると、現在ほとんどの国で蛇口から出てくる水は清潔で安全ですが、世界人口の約11パーセント（7億8,300万人）は依然として飲料水を利用できません。そのため科学者たちは、さまざまな化学的および物理的プロセスを使用して水を取得し、浄化する新しい方法を開発しています。ここでは、最も有望なテクノロジーを 10 個紹介します。
10: 直接接触膜脱塩
広大な海を飲料水源として利用できれば、誰もが十分すぎるほどの水を手に入れることができるでしょう。しかし、それは塩を除去することを意味し、既存の技術を使用すると非効率的でコストがかかります。ニュージャージー工科大学の化学工学教授カマレシュ・シルカール氏が開発した新しいプロセスが、これほど輝かしい可能性を秘めているのはこのためだ。
Sirkar の直接接触膜蒸留 (DCMD) システムでは、加熱された海水が、冷たい蒸留水で満たされた一連の中空管を含むプラスチック膜を通って流れます。 DCMD のチューブには小さな孔があり、その上に溜まる水蒸気は通過できるが、塩は通過できないように設計されています。蒸気は細孔を通って拡散して排出され、再び凝縮して液体の水になります。
シルカー氏によると、彼のシステムは非常に効率的で、海水 100 リットル (26 ガロン) あたり 80 リットル (21 ガロン) の飲料水を生成できます。これは、既存の淡水化技術が生成できる量の約 2 倍です。 DCMD の潜在的な欠点の 1 つは、膜の両側の水温が等しくなるのを防ぐために、安定した安価な熱源が必要であることです。しかし、いつか DCMD システムが陸上の工場や海上の石油掘削作業からの廃熱をリサイクルできる可能性があり、それが誰にとってもメリットのあるものになります 。
9: セラミック浄水フィルター
粘土セラミックフィルターは、前のセクションで説明した脱塩技術と同様の方法で機能します。基本的に、水は非常に小さな穴がたくさんある粘土の中を流れます。その穴は、水分子を通すのに十分な大きさですが、生物学的汚染物質、汚れ、その他の悪い物質を入れるには小さすぎます。
ドルトン以来、他の発明者は、バクテリアを殺すために銀コーティングを追加するなど、彼の基本コンセプトに改良を加え、今日のセラミックフィルターが危険な病原体を除去する上でさらに優れた働きをするようになりました。しかし、本当に革命的な発展は、人道的非政府組織が工場を設立し、発展途上国で安価なセラミックフィルターを大量に製造して配布していることです。
2006年の研究では、ポータブルで稼働にエネルギーを必要としない簡易フィルターを使用したカンボジア人は、2003年の発生率と比べて下痢性疾患の発生率を46パーセント減少させ、水中の大腸菌汚染を95パーセント減少させたことが判明した。
これらのセラミックフィルターの欠点の 1 つは、濾過の速度です。水は粘土フィルターから 1 時間あたりわずか 2 リットル (2.11 クォート) の速度で染み出します。しかし、銀溶液が病原体を殺す時間を与えるために、このプロセスはゆっくりと行う必要があります。また、フィルターはヒ素などの有害な化学物質も除去しません。
8: ハーブによる脱フッ素化
米国では、水道会社は歯を虫歯から守るために飲料水に少量のフッ化物（1リットルあたり0.8～1.2ミリグラム）を添加している。しかし、インド、中東、一部のアフリカ諸国を含む世界の一部の地域では、水にはすでに天然のフッ化物が大量に含まれており、そのレベルは健康に危険を及ぼすほど高くなる可能性がある。たとえば、インドのある村では、1リットルあたり5～23ミリグラム（0.00017～0.008オンス）という自然発生レベルの濃度により、住民が重度の貧血、関節の硬直、腎不全、歯の汚れを引き起こしている 。
幸いなことに、インドの研究者は、2013 年 3 月の International Journal of Environmental Engineering の記事で考えられる解決策を提案しました。研究者らは、飲料水から過剰なフッ化物を吸収するために、一般的な薬草であるTridax procumbensを使用するフィルターシステムを開発しました。この植物は、水から有毒な重金属を抽出するためにも使用されており、摂氏約27度（華氏80.6度）で水が通過するとフッ化物イオンを引き寄せます。
このフィルターは、供給水に過剰なフッ化物が含まれている場所で水を安全にする、安価で使いやすい方法を提供する可能性があります。しかし、水にフッ化物が添加されるという考えを好まない米国や他の国の人々も使用する可能性があります。
7：「スーパーサンド」
砂と砂利は何千年もの間、水を浄化するために使用されてきました。1804 年に、ジョン ギブというスコットランド人が、砂粒を通して水をこし、より大きな汚染粒子を除去する最初のフィルターを設計し、製造しました。彼の技術は非常にうまく機能し、すぐにロンドンやヨーロッパの他の大都市では、川の水がより透明になり、味が良くなるために急速砂ろ過器が使用されるようになりました。
1800 年代後半までに、科学者たちは、濾過によって阻止された粒子が、水を媒介とする病気を引き起こす微生物の伝播を助ける粒子であるため、濾過によって水がより安全に飲めるようになることを発見しました。濾過の価値は 1892 年に証明されました。このとき、エルベ川から飲料水を供給していたハンブルク市はコレラの流行に見舞われ 7,500 人が死亡しましたが、隣のアルトナ市では同じ川から水を供給していました。濾過された — ほとんど手つかずのまま逃げられた 。
しかし最近、研究者らは、砂粒を酸化グラファイトでコーティングして、水銀などの有害な汚染物質を水から通常の砂の5倍効果的にろ過できる「スーパーサンド」を作成する方法を発見した。スーパーサンドにさらに危険な汚染物質を吸収させ、最終的には水道がひどく汚染されている発展途上国で使用する方法を見つける努力が続けられている。
6: ペットボトルによるヒ素の除去
1940 年代の映画のようなブラック コメディ「Arsenic and Old Race」をご覧になったことがある方ならご存知でしょう。この映画では、善意の未婚男性のカップルが、孤独な老人たちにヒ素入りのニワトコのワインを飲ませて、彼らを悲惨な状態から救おうとします。後者の物質はかなり悪いものです。ヒ素が飲料水を汚染すると、神経系、心臓、血管に悪影響を与えるだけでなく、膀胱がん、肺がん、皮膚がんを引き起こす可能性があります。
残念なことに、現在、発展途上国のほぼ1億人が地表水中の危険な高レベルのヒ素にさらされており、ヒ素を除去するために米国で使用されている複雑で高価な水処理プラントを購入する余裕がありません。ただし、新しいテクノロジーが解決策を提供する可能性があります。モンマス大学（ニュージャージー州）の化学教授ツァナングライ・トンゲサイ氏は、通常のプラスチック飲料ボトルの細片をアミノ酸の一種であるシステインでコーティングする安価なヒ素除去システムを開発した。
プラスチック片を水に加えると、システインがヒ素と結合してヒ素が除去され、水が飲めるようになります。テストでは、20ppbの危険なヒ素を含む水を摂取し、それを米国環境保護庁の基準を満たす0.2ppbまで減らすことができた
5：清めの塩
高価な浄水施設を建設する余裕がない貧しい国では、無償の資源である太陽光に依存することがあります。太陽からの熱と紫外線の組み合わせにより、アフリカで毎年525,000人の子供たちの命を奪っている下痢の原因となる微生物のほとんどが死滅します。厄介な問題の 1 つは、このプロセスが機能するためには水が透明でなければならないということです。これは、人々が川、小川、井戸から水を汲んでいる田舎では、懸濁した粘土粒子で満たされた水が得られるという問題です。
しかし、ミシガン工科大学の材料科学および工学准教授ジョシュア・ピアース氏と、オンタリオ州クイーンズ大学の同僚ブリトニー・ドーニー氏は解決策を持っている。 Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Developmentの2012年の記事で、彼らは最初に凝集と呼ばれるプロセスで水を処理する太陽光消毒計画を提案しました。
このプロセスでは、粘土を引き出すために水に少量の食塩を加えます。できあがった飲料水にはアメリカ人が慣れ親しんでいる塩分濃度よりも高い塩分が含まれていますが、それでもゲータレードよりは塩分が少ないのです。 「私もこの水を飲んだことがあります」とピアースさんはインタビューで語った。 「きれいな水がない場所にいて、下痢をしている子供たちがいて、これで彼らの命が救われるとしたら、私は疑いなくそれを使います。」
4: ステリペン
発展途上国の旅行者にとって、安全でない水にさらされることは大きなリスクとなる可能性があります。魔法の杖を水に浸して浄化できたら素敵だと思いませんか？基本的にはそれが可能です。スイスのカタダイン グループが販売するステリペンと呼ばれる携帯用装置は、紫外線を使用して病気の原因となる微生物を根絶します。
この装置はボトル入り飲料水プラントで使用されているのと同じ浄化技術を採用していますが、小型化されているため、重量はわずか 6.5 オンス (184 グラム) でバックパックに収まります。これを 1 リットルの川や池の水に 48 秒間突っ込めば、出来上がりです。飲んでも安全です。
SteriPENS の大きな市場はバックパッカーや旅行者ですが、米軍でも使用されています。 SteriPEN は、水道水が利用できない人里離れた荒野で働かなければならない狩猟監視員にもデバイスの一部を寄付しました。
3: MadiDrop セラミック浄水ディスク
緩速濾過器は発展途上国で水を浄化するための便利で安価な方法です。しかし、バージニア大学に拠点を置く非営利人道団体「ピュアマディ」（「マディ」とは南アフリカのチベンダ語で「水」を意味する）は、水を入れた容器を簡単に浄化できる追加の使いやすい技術を考案した。それに浸ることによって。
MadiDrop はハンバーガーのパティほどの大きさの小さなセラミックディスクで、微生物を殺す銀または銅のナノ粒子が含まれています。ナノ粒子は基本的に、単一の単位として動作するように科学者によって特別に設計された、本当に本当に小さな物体です。
プロジェクトのリーダーの一人である土木・環境エンジニアのジェームス・スミス氏によると、MadiDropは、PureMadiがすでに製造している大型のセラミック製植木鉢用フィルター（最初のページの写真）よりも安価で使いやすく、持ち運びも簡単だという。 1 つの欠点は、繰り返しになりますが、MadiDrop は水を濁らせる浮遊粒子を除去できないことです。したがって、理想的には、ユーザーは、まず植木鉢フィルターを使用して沈殿物を除去し、次に MediDrop で微生物を根絶するという 2 段階の浄化プロセスを経て水を使用することになります 。
2: 毒素を食べる細菌
おそらく私たちの多くは藻類を、水槽から時々掃除しなければならないひどいものだと考えているでしょうが、健康にとっても深刻な脅威となる可能性があります。シアノバクテリアと呼ばれる藍藻類は、世界中の淡水と海水の両方で見られます。これらは、ミクロシスチンと呼ばれる毒素を生成し、それらで汚染された水を飲んだり、泳いだり、入浴したりする人々によって容易に摂取されてしまいます。
ミクロシスチンが体内に入ると、 肝細胞を攻撃する可能性があります。それは明らかにあなたが望んでいることではありません。残念ながら、塩素処理や砂ろ過プロセスなどの従来の水処理プロセスでは、これらの小さな脅威を取り除くことはできません。だからこそ、スコットランドのロバート・ゴードン大学の研究者らが開発した新しい浄水プロセスに大きな期待が寄せられているのだ。
研究者らは、昼食にミクロシスチンを好む10種類以上の異なる細菌株を特定し、ミクロシスチンを代謝して無害で毒性のない物質に分解することができる。藻類を殺すバクテリアが水源に導入された場合、潜在的に有害な化学物質を使用せずにミクロシスチンを除去し、水を安全に飲めるようにすることができるはずです 。
1: ナノテクノロジー
銀または銅のナノ粒子を利用して人間が消費できる水を安全にする革新的な新しいデバイス、MadiDrop についてはすでに述べました。しかし、ナノテクノロジー、つまり人間の髪の毛の幅よりも小さい、本当に小さな物体や構造を工学的に扱う技術には、世界の飲料水を浄化するのに役立つ可能性がはるかにあります。
インドのDJ Sanghvi College of Engineeringの研究者らは、例えばカーボンナノチューブとアルミナ繊維で作られたフィルターは、堆積物や細菌だけでなく、ヒ素などの微量の有毒元素さえも除去できる可能性があると述べている。
ナノフィルター (ナノフィルター) を使用する利点の 1 つは、従来の水ろ過システムよりも効率が高く、それほど大きな水圧を必要としないことです。また、その細孔は従来のフィルターよりもはるかに小さいにもかかわらず、流量は同等かそれより速くなります 。さらに、追加の消毒のために二酸化塩素を取り付けることもできます。
マサチューセッツ工科大学では、研究者らが脱塩にナノテクノロジーを利用することも検討している。彼らは、原子 1 個分の厚さの炭素の一種であるグラフェンのシートを海水を濾過するために使用する実験を行っています。ナノテクノロジーを使えば、厚さわずか10億分の1メートルの極小の穴で満たされたシートを作成することが可能になり、塩の粒子はブロックできるが、水分子の通過は可能になる。
著者のメモ: 水浄化における 10 のイノベーション
私はペンシルベニア州西部のかつてスティール・バレーとして知られていた場所で育ちました。そこでは、私たちが飲料水として依存していた川が、鉱山からの重金属や酸から生下水に至るまで、あらゆるもので汚染されていました。しかしどういうわけか、水道から出てくる水は透き通っていて、味も問題ありませんでした。私はいつもそのことに戸惑い、それを飲用にするにはどのような精巧な技術が必要なのか疑問に思っていました。この記事を調べることは私にとって興味深いものでした。なぜなら、水の浄化の歴史と、地球上の人々がきれいな水に確実にアクセスできるようにするための最近の技術革新の両方について学ぶことができたからです。
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