Quando piove a San Diego, corsi d'acqua come il fiume San Diego e il suo affluente Alvarado Creek sono spesso soggetti a inquinamento batterico che alla fine viene portato nell'oceano. Questa è una minaccia per la salute pubblica per i nuotatori, surfisti e vita acquatica, e può derivare da interruzioni della linea fognaria durante i temporali, scarico illegale di acque reflue nei fiumi, o fosse settiche che perdono.

Tipicamente, le città costiere che subiscono frequenti contaminazioni raccoglieranno campioni d'acqua e ne testeranno la qualità se sospettano una contaminazione batterica, prima di emettere avvisi al pubblico e chiudere l'accesso alle spiagge. Ma questo metodo reazionario prevede tempi di attesa da 18 a 24 ore, un ritardo potenzialmente pericoloso per il pubblico.

Gli ingegneri ambientali della San Diego State University hanno adattato la tecnologia dei sensori esistente in grado di rilevare la fluorescenza e l'hanno ottimizzata per consentire il rilevamento rapido dei batteri nell'acqua. Hanno in programma di combinare questa tecnologia con la telemetria per trasmettere avvisi di contaminazione in tempo reale, un progresso con utili implicazioni per le agenzie di monitoraggio delle acque e le autorità governative.

Dallo smalto dei nostri denti, alla materia dei vestiti che indossiamo, ogni oggetto ha una fluorescenza invisibile ad occhio nudo, ma può essere rilevato da speciali sensori. I batteri hanno anche una fluorescenza simile che questi sensori possono rilevare, che ha aiutato i ricercatori a identificare rapidamente la contaminazione.

"Volevamo identificare rapidamente la contaminazione batterica, letteralmente in pochi secondi, ed essere in grado di vedere l'aumento di intensità in tempo reale, usandolo come uno strumento a mano, " ha detto Natalie Mladenov, ricercatore sulla qualità dell'acqua e professore associato. "Un problema di cui molti gestori idrici sono consapevoli è la necessità di disporre di dati in tempo reale, e questa potrebbe essere la risposta".

È stata a lungo interessata alla valutazione dei sensori come sistemi di allerta precoce per eventi di inquinamento imprevisti, sia nelle acque superficiali che negli impianti di trattamento e riutilizzo delle acque. In precedenza ha dimostrato come i sensori basati sulla fluorescenza possono indicare la presenza di inquinanti negli impianti di trattamento, e questa volta ha deciso di esplorare se potrebbero essere adattati per gli incidenti di inquinamento delle acque reflue nelle acque superficiali.

Inoltre, "acque di sorgente per impianti di potabilizzazione, come laghi o bacini idrici, sarebbe anche un luogo eccellente per distribuire un tale sensore per avvertire di fuoriuscite di acque reflue o altre contaminazioni batteriche, " ha detto Mladenov.

La maggior parte dei dispositivi di campionamento utilizzati a questo scopo ha un periodo di incubazione prima che i risultati siano disponibili, ma i sensori basati sulla fluorescenza che ha testato possono distinguere tra batteri nell'acqua e materiale organico e rifiuti vegetali, e trasmettere quei dati immediatamente. Lo studio sarà pubblicato l'11 marzo nel Scienza dell'ambiente totale .

Mladenov e l'ex studentessa universitaria di ingegneria Lorelay Mendoza hanno utilizzato un fluorimetro portatile sommergibile, che viene fornito con una scelta di sensori. Per il monitoraggio delle acque reflue batteriche, hanno scelto un sensore per il triptofano, lo stesso amminoacido che ti fa venire sonno dopo una cena a base di tacchino, e un sensore umico per il monitoraggio della fluorescenza di fondo.

La precedente ricerca di Mladenov indicava che il sensore del triptofano sarebbe stato il più utile. Per prova, il suo team lo ha testato sia in laboratorio che ad Alvarado Creek, dove avevano osservato la presenza di concentrazioni di batteri fecali durante le tempeste.

Mendoza avrebbe seguito gli eventi meteorologici e la notte prima che fosse prevista una tempesta, metterebbe il fluorimetro nel torrente, monitoraggio in tempo reale della contaminazione batterica durante la tempesta.

"I risultati suggeriscono che le acque reflue sono state scaricate nell'Alvarado Creek a causa di un trabocco di fognature sanitarie o di qualche tipo di perdita nell'infrastruttura fognaria durante una tempesta, " ha detto Mladenov. "Le linee fognarie sono vecchie e molte stanno raggiungendo la fine della loro vita utile".

Mendoza ha detto che le letture alte erano supportate da alte E. coli conta, e l'inquinamento di origine umana è stato confermato misurando le concentrazioni di caffeina.

"Speriamo che questa ricerca spinga l'implementazione di sensori di fluorescenza nei corpi idrici per il monitoraggio a lungo termine, perché avere dati è potere, Mendoza ha detto. "Mi piacerebbe vedere le città ei gestori delle risorse idriche distribuire sensori lungo i corsi d'acqua per rilevare le vulnerabilità nella qualità dell'acqua e ridurre l'impatto degli eventi di inquinamento quando si verificano. Senza segnali di preallarme, il tempo tra la contaminazione iniziale e la consapevolezza e la reazione è più lungo e avrà conseguenze negative per l'ambiente e la vita acquatica."

La raccolta di campioni durante i temporali può essere impegnativa. È qui che sono entrati in scena lo studente universitario Federick Pinongcos e la collega Alicia Kinoshita, per garantire che i campioni fossero raccolti intatti e portati rapidamente in laboratorio. Quindi ogni campione è stato analizzato per i marcatori di contaminazione delle acque reflue.

"Questo tipo di linee multiple di studio delle prove non era stato precedentemente intrapreso, " Ha detto Mladenov. "Indica che l'ottica, L'approccio basato sulla fluorescenza è un modo efficace per il rilevamento futuro di perdite di acque reflue e altri sversamenti nelle acque superficiali".

Per ottenere dati biologici e chimici di supporto, Mladenov ha collaborato con i professori SDSU Matthew Verbyla e Rick Gersberg. Prossimo, lei e il professore di geografia Trent Biggs, stanno collaborando per implementare il sensore basato sulla fluorescenza insieme a un sistema di telemetria per garantire che l'avviso possa essere ricevuto in tempo reale, e condurrà studi in corpi idrici più grandi, incluso il fiume San Diego.

I finanziamenti per le implementazioni sul campo provengono dalla San Diego River Conservancy. La ricerca di laboratorio e lo stipendio di Mendoza sono stati coperti da sovvenzioni del National Institutes of Health e dal programma Maximizing Access to Research Careers di SDSU.