Quando chove em San Diego, hidrovias como o rio San Diego e seu afluente do riacho Alvarado costumam sofrer poluição bacteriana que acaba sendo carregada para o oceano. Esta é uma ameaça à saúde pública para nadadores, surfistas e vida aquática, e pode resultar de quebras de linha de esgoto durante tempestades, descarte ilegal de águas residuais em rios, ou fossas sépticas com vazamento.

Tipicamente, cidades costeiras que experimentam contaminação frequente irão coletar amostras de água e testar a qualidade se suspeitarem de contaminação bacteriana, antes de alertar o público e fechar o acesso às praias. Mas esse método reacionário envolve tempos de espera de 18 a 24 horas, um atraso potencialmente perigoso para o público.

Engenheiros ambientais da San Diego State University adaptaram a tecnologia de sensor existente que pode detectar fluorescência e a ajustaram para permitir a detecção rápida de bactérias na água. Eles planejam combinar esta tecnologia com telemetria para transmitir alertas de contaminação em tempo real, um avanço com implicações úteis para agências de monitoramento de água e autoridades governamentais.

Do esmalte em nossos dentes, ao material nas roupas que vestimos, todo objeto tem fluorescência invisível a olho nu, mas pode ser detectado por sensores especiais. As bactérias também têm fluorescência semelhante que esses sensores podem detectar, o que ajudou os pesquisadores a identificar rapidamente a contaminação.

"Queríamos identificar rapidamente a contaminação bacteriana, literalmente em segundos, e ser capaz de observar o aumento da intensidade em tempo real, usando-o como um instrumento portátil, "disse Natalie Mladenov, pesquisador de qualidade da água e professor associado. “Um problema que muitos gestores de água estão cientes é a necessidade de ter dados em tempo real, e esta pode ser a resposta. "

Ela há muito tempo se interessa em avaliar sensores como sistemas de alerta de alerta precoce para eventos de poluição imprevistos, tanto nas águas superficiais quanto nas instalações de tratamento e reúso de água. Ela já havia mostrado como sensores baseados em fluorescência podem indicar a presença de poluentes em instalações de tratamento, e desta vez ela começou a explorar se eles poderiam ser adaptados para incidentes de poluição de esgoto em águas superficiais.

Além disso, "fonte de água para estações de tratamento de água potável, como lagos ou reservatórios, também seria um excelente lugar para implantar esse sensor para alertar sobre vazamentos de esgoto ou outra contaminação bacteriana, "Mladenov disse.

A maioria dos dispositivos de amostragem usados ​​para esta finalidade têm um período de incubação antes que os resultados estejam disponíveis, mas os sensores baseados em fluorescência que ela testou podem distinguir entre bactérias na água e material orgânico e resíduos vegetais, e retransmitir esses dados imediatamente. O estudo será publicado no dia 11 de março no Ciência do Meio Ambiente Total .

Mladenov e o ex-aluno de graduação em engenharia Lorelay Mendoza usaram um fluorômetro submersível portátil, que vem com uma escolha de sensores. Para rastreamento de águas residuais bacterianas, eles escolheram um sensor para triptofano - o mesmo aminoácido que deixa você sonolento depois de um jantar de peru - e um sensor húmico para rastreamento de fluorescência de fundo.

A pesquisa anterior de Mladenov indicou que o sensor de triptofano seria o mais útil. Como prova, sua equipe o testou em laboratório e em Alvarado Creek, onde observaram a presença de concentrações de bactérias fecais durante as tempestades.

Mendoza iria rastrear eventos climáticos e na noite anterior à previsão de uma tempestade, ela colocaria o fluorômetro no riacho, rastrear a contaminação bacteriana durante a tempestade em tempo real.

"As descobertas sugerem que as águas residuais foram descarregadas em Alvarado Creek por causa de um transbordamento de esgoto sanitário ou algum tipo de vazamento na infraestrutura de esgoto durante uma tempestade, "Mladenov disse." As linhas de esgoto estão velhas e muitas estão chegando ao fim de sua vida útil. "

Mendoza disse que as leituras altas foram apoiadas por altas E. coli conta, e a poluição de origem humana foi confirmada pela medição das concentrações de cafeína.

"Esperamos que esta pesquisa impulsione a implantação de sensores de fluorescência em corpos d'água para monitoramento de longo prazo, porque ter dados é poder, "Disse Mendoza." Gostaria de ver as cidades e os gestores de recursos hídricos implantando sensores ao longo dos cursos d'água para detectar vulnerabilidades na qualidade da água e reduzir os impactos de eventos de poluição quando eles acontecem. Sem sinais de alerta precoce, o tempo entre a contaminação inicial e a percepção e a reação é maior e terá consequências negativas para o meio ambiente e a vida aquática. "

Coletar amostras durante tempestades pode ser um desafio. É aí que o estudante de graduação Federick Pinongcos e a colega Alicia Kinoshita entraram, para garantir que as amostras foram coletadas intactas e rapidamente levadas para o laboratório. Em seguida, cada amostra foi analisada para marcadores de contaminação de águas residuais.

"Este tipo de linhas múltiplas de estudo de evidências não havia sido realizado anteriormente, "Mladenov disse." Isso indica que a óptica, abordagem baseada em fluorescência é uma maneira eficaz para a detecção futura de vazamentos de esgoto e outros derramamentos em águas superficiais. "

Para obter dados biológicos e químicos de apoio, Mladenov colaborou com os professores da SDSU, Matthew Verbyla e Rick Gersberg. Próximo, ela e o professor de geografia Trent Biggs, estão se unindo para implantar o sensor baseado em fluorescência junto com um sistema de telemetria para garantir que o alerta possa ser recebido em tempo real, e conduzirá estudos em corpos d'água maiores, incluindo o rio San Diego.

O financiamento para as implantações de campo vem da San Diego River Conservancy. A pesquisa de laboratório e a bolsa de Mendoza foram cobertas por doações do National Institutes of Health e do programa Maximizing Access to Research Careers da SDSU.