Cuando llueve en San Diego Las vías fluviales como el río San Diego y su afluente Alvarado Creek a menudo experimentan contaminación bacteriana que finalmente se lleva al océano. Esta es una amenaza para la salud pública de los nadadores, surfistas y vida acuática, y puede provenir de roturas de la línea de alcantarillado durante tormentas, vertido ilegal de aguas residuales en ríos, o tanques sépticos con fugas.

Típicamente, las ciudades costeras que experimentan contaminación frecuente recolectarán muestras de agua y probarán la calidad si sospechan contaminación bacteriana, antes de emitir avisos al público y cerrar el acceso a las playas. Pero este método reaccionario implica tiempos de espera de 18 a 24 horas, un retraso potencialmente peligroso para el público.

Los ingenieros ambientales de la Universidad Estatal de San Diego han adaptado la tecnología de sensores existente que puede detectar la fluorescencia y la han ajustado para permitir la detección rápida de bacterias en el agua. Planean combinar esta tecnología con la telemetría para transmitir alertas de contaminación en tiempo real, un avance con implicaciones útiles para las agencias de monitoreo del agua y las autoridades gubernamentales.

Del esmalte de nuestros dientes, al material en la ropa que usamos, cada objeto tiene una fluorescencia que es invisible a simple vista, pero puede ser detectado por sensores especiales. Las bacterias también tienen una fluorescencia similar que estos sensores pueden detectar, lo que ayudó a los investigadores a identificar rápidamente la contaminación.

"Queríamos identificar rápidamente la contaminación bacteriana, literalmente en segundos, y poder ver el aumento de intensidad en tiempo real, usándolo como un instrumento de mano, "dijo Natalie Mladenov, investigador de calidad del agua y profesor asociado. "Un problema del que son conscientes muchos administradores de agua es la necesidad de tener datos en tiempo real, y esta podría ser la respuesta ".

Ella ha estado interesada durante mucho tiempo en evaluar sensores como sistemas de alerta temprana para eventos de contaminación imprevistos, tanto en aguas superficiales como en instalaciones de tratamiento y reutilización de aguas. Anteriormente ha mostrado cómo los sensores basados ​​en fluorescencia pueden indicar la presencia de contaminantes en las instalaciones de tratamiento, y esta vez se propuso explorar si podrían adaptarse para incidentes de contaminación por aguas residuales en aguas superficiales.

Además, "fuentes de agua para plantas de tratamiento de agua potable, como lagos o embalses, también sería un lugar excelente para implementar un sensor de este tipo para advertir de derrames de aguas residuales u otra contaminación bacteriana, ", Dijo Mladenov.

La mayoría de los dispositivos de muestreo que se utilizan para este propósito tienen un período de incubación antes de que los resultados estén disponibles. pero los sensores basados ​​en fluorescencia que probó pueden distinguir entre bacterias en el agua y material orgánico y desechos vegetales, y transmitir esos datos inmediatamente. El estudio se publicará el 11 de marzo en la Ciencia del Medio Ambiente Total .

Mladenov y la ex estudiante de ingeniería Lorelay Mendoza utilizaron un fluorómetro sumergible portátil, que viene con una selección de sensores. Para el seguimiento de aguas residuales bacterianas, eligieron un sensor para triptófano, el mismo aminoácido que te da sueño después de una cena de pavo, y un sensor húmico para el seguimiento de la fluorescencia de fondo.

La investigación anterior de Mladenov indicó que el sensor de triptófano sería el más útil. Como prueba, su equipo lo probó tanto en el laboratorio como en Alvarado Creek, donde habían observado la presencia de concentraciones de bacterias fecales durante las tormentas.

Mendoza rastrearía los eventos climáticos y la noche antes de que se pronosticara una tormenta, ella colocaría el fluorómetro en el arroyo, seguimiento de la contaminación bacteriana durante la tormenta en tiempo real.

"Los hallazgos sugieren que las aguas residuales se descargaron en Alvarado Creek debido a un desbordamiento de alcantarillado sanitario o algún tipo de fuga en la infraestructura de alcantarillado durante una tormenta, "Las líneas de alcantarillado son viejas y muchas están llegando al final de su vida útil", dijo Mladenov.

Mendoza dijo que las altas lecturas fueron apoyadas por altos E. coli cuenta y la contaminación de origen humano se confirmó midiendo las concentraciones de cafeína.

"Esperamos que esta investigación impulse el despliegue de sensores de fluorescencia en cuerpos de agua para un monitoreo a largo plazo, porque tener datos es poder, Mendoza dijo. Me gustaría que las ciudades y los administradores del agua desplieguen sensores a lo largo de las corrientes de agua para detectar vulnerabilidades en la calidad del agua y reducir los impactos de los eventos de contaminación cuando ocurren. Sin señales de alerta temprana, el tiempo entre la contaminación inicial y la conciencia y la reacción es más largo y tendrá consecuencias negativas para el medio ambiente y la vida acuática ".

La recolección de muestras durante las tormentas puede ser un desafío. Ahí es donde entraron el estudiante de posgrado Federick Pinongcos y su colega Alicia Kinoshita, para asegurarse de que las muestras se recogieron intactas y se llevaron rápidamente al laboratorio. Luego, cada muestra se analizó en busca de marcadores de contaminación de aguas residuales.

"Este tipo de múltiples líneas de estudio de evidencia no se había realizado anteriormente, ", Dijo Mladenov." Indica que el óptico, El enfoque basado en la fluorescencia es una forma eficaz para la detección futura de fugas de aguas residuales y otros derrames en aguas superficiales ".

Para obtener datos biológicos y químicos de apoyo, Mladenov colaboró ​​con los profesores de SDSU Matthew Verbyla y Rick Gersberg. Próximo, ella y el profesor de geografía Trent Biggs, se están uniendo para implementar el sensor basado en fluorescencia junto con un sistema de telemetría para garantizar que la alerta se pueda recibir en tiempo real, y realizará estudios en cuerpos de agua más grandes, incluido el río San Diego.

El financiamiento para las implementaciones de campo proviene de San Diego River Conservancy. La investigación de laboratorio y el estipendio de Mendoza fueron cubiertos por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud y el programa Maximizing Access to Research Careers de SDSU.