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潛水傳感器可快速檢測出水中的細(xì)菌污染
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/9/25

當(dāng)圣地亞哥下雨時(shí),圣地亞哥河及其Alvarado Creek支流之類的水道經(jīng)常會(huì)受到細(xì)菌污染,最終被帶入海洋。這是對游泳者,沖浪者和水生生物的公共健康威脅,并且可能源于暴風(fēng)雨期間的下水道中斷,非法將廢水排入河流或化糞池漏水。


通常,遭受頻繁污染的沿海城市會(huì)在向公眾發(fā)布警告并關(guān)閉通往海灘的通道之前,收集水樣并懷疑是否受到細(xì)菌污染,以測試水質(zhì)。但是這種反動(dòng)方法需要等待 18到24小時(shí),這對于公眾來說可能是潛在的危險(xiǎn)延誤。


圣地亞哥州立大學(xué)的環(huán)境工程師對現(xiàn)有的傳感器技術(shù)進(jìn)行了改造,可以檢測熒光并對其進(jìn)行了調(diào)整,以能夠快速檢測水中的細(xì)菌。他們計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)與遙測技術(shù)相結(jié)合,以實(shí)時(shí)傳輸污染警報(bào),這對水監(jiān)測機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)具有重要意義。


從牙齒上的搪瓷到衣服上的材料,每個(gè)物體都具有肉眼看不到的熒光,但可以通過特殊的傳感器檢測到。細(xì)菌也具有這些傳感器可以檢測到的相似熒光,這有助于研究人員快速識別污染物。


水質(zhì)研究人員和副教授納塔莉·姆拉德諾夫(Natalie Mladenov)說:“我們想在幾秒鐘內(nèi)迅速識別出細(xì)菌污染,并能夠像使用手持儀器一樣實(shí)時(shí)觀察強(qiáng)度的增加! 許多水管理者意識到的一個(gè)問題是需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),這可能就是答案。


長期以來,她一直對將傳感器作為地表水以及水處理和回用設(shè)施中意料不到的污染事件的預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行評估感興趣。她之前已經(jīng)展示了基于熒光的傳感器如何顯示處理設(shè)施中污染物的存在,并且這次她著手研究是否可以將其適應(yīng)地表水中的污水污染事件。


此外,Mladenov說:“用于湖泊或水庫等飲用水處理廠的原水,也是部署這種傳感器來警告污水泄漏或其他細(xì)菌污染的好地方!


為此目的使用的大多數(shù)采樣設(shè)備在獲得結(jié)果之前都要經(jīng)過一個(gè)潛伏期,但是她測試過的基于熒光的傳感器可以區(qū)分水中的細(xì)菌和有機(jī)材料以及植物廢料,并立即傳遞數(shù)據(jù)。該研究報(bào)告將于3月11日發(fā)表在《全面環(huán)境科學(xué)》上。


姆拉德諾夫(Mladenov)和前大學(xué)工程學(xué)學(xué)生洛雷萊·門多薩(Lorelay Mendoza)使用了便攜式潛水熒光計(jì),該熒光計(jì)帶有多種傳感器。對于細(xì)菌廢水的追蹤,他們選擇了一種用于色氨酸的傳感器(一種氨基酸,使您在火雞晚餐后困倦)和一種用于背景熒光追蹤的腐殖質(zhì)傳感器。


姆拉德諾夫(Mladenov)的先前研究表明,色氨酸傳感器將是最有用的。為了證明這一點(diǎn),她的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室和阿爾瓦拉多克里克(Alvarado Creek)進(jìn)行了測試,在那里他們觀察到暴風(fēng)雨期間糞便細(xì)菌濃度的存在。


門多薩(Mendoza)將跟蹤天氣事件,并在預(yù)報(bào)暴風(fēng)雨前一晚,將熒光計(jì)放在小河中,實(shí)時(shí)跟蹤暴風(fēng)雨期間的細(xì)菌污染。


姆拉德諾夫說:“研究結(jié)果表明,由于下水道的衛(wèi)生溢出或暴風(fēng)雨期間下水道基礎(chǔ)設(shè)施的某種泄漏,廢水被排入了阿爾瓦拉多河! “下水道線很舊,許多正在達(dá)到使用壽命!


門多薩說,高讀數(shù)是高大腸桿菌計(jì)數(shù)的支持,而人源污染是通過測量咖啡因濃度來證實(shí)的。


門多薩說:“我們希望這項(xiàng)研究能夠推動(dòng)熒光傳感器在水體上的部署,以便進(jìn)行長期監(jiān)測,因?yàn)橛辛藬?shù)據(jù)就是力量! “我希望看到城市和水管理者沿著水流部署傳感器,以檢測水質(zhì)中的脆弱性,并減少污染事件的發(fā)生。在沒有預(yù)警信號的情況下,初始污染,意識和反應(yīng)之間的時(shí)間更長,并且將對環(huán)境和水生生物造成負(fù)面影響。”


在暴風(fēng)雨期間收集樣本可能會(huì)很困難。那是研究生Federick Pinongcos和同事Alicia Kinoshita進(jìn)來的地方,以確保完整地收集樣品并迅速帶到實(shí)驗(yàn)室。然后分析每個(gè)樣品的廢水污染標(biāo)記。


姆拉德諾夫說:“以前沒有進(jìn)行過這類多方面的證據(jù)研究! “這表明基于熒光的光學(xué)方法是將來檢測地表水中污水泄漏和其他泄漏的有效方法!


為了獲得支持的生物和化學(xué)數(shù)據(jù),Mladenov與SDSU教授Matthew Verbyla和Rick Gersberg合作。接下來,她與地理學(xué)教授特倫特·比格斯(Trent Biggs)合作,將基于熒光的傳感器與遙測系統(tǒng)一起部署,以確?梢詫(shí)時(shí)接收警報(bào),并將在包括圣地亞哥河在內(nèi)的較大水域進(jìn)行研究。


現(xiàn)場部署的資金來自圣地亞哥河保護(hù)區(qū)。實(shí)驗(yàn)室研究和門多薩的津貼由美國國立衛(wèi)生研究院和SDSU的“最大限度地利用研究職業(yè)”計(jì)劃提供。


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