När det regnar i San Diego, vattenvägar som San Diego River och dess biflod Alvarado Creek upplever ofta bakterieföroreningar som i slutändan förs till havet. Detta är ett hot mot folkhälsan för simmare, surfare och vattenliv, och det kan härröra från avloppsledningsavbrott under stormar, olagligt utsläpp av avloppsvatten i floder, eller läckande septiktankar.

Vanligtvis, kuststäder som upplever frekvent kontaminering kommer att samla vattenprover och testa kvaliteten om de misstänker bakteriell kontaminering, innan man utfärdar varningar till allmänheten och stänger tillgången till stränder. Men denna reaktionära metod innebär väntetider på upp till 18 till 24 timmar, en potentiellt farlig försening för allmänheten.

Miljöingenjörer från San Diego State University har anpassat befintlig sensorteknik som kan upptäcka fluorescens och justerat den för att möjliggöra snabb upptäckt av bakterier i vattnet. De planerar att kombinera denna teknik med telemetri för att överföra föroreningar i realtid, ett framsteg med användbara konsekvenser för vattenövervakningsorgan och myndigheter.

Från emaljen på våra tänder, till material i kläderna vi bär, varje objekt har fluorescens som är osynlig för blotta ögat, men kan detekteras av speciella sensorer. Bakterier har också liknande fluorescens som dessa sensorer kan upptäcka, vilket hjälpte forskarna att snabbt identifiera föroreningar.

"Vi ville snabbt identifiera bakteriell kontaminering, bokstavligen i sekunder, och kunna se intensiteten öka i realtid, använder det ungefär som ett handhållet instrument, "sa Natalie Mladenov, vattenkvalitetsforskare och docent. "Ett problem som många vattenförvaltare är medvetna om är behovet av att ha realtidsdata, och detta kan vara svaret. "

Hon har länge varit intresserad av att utvärdera sensorer som varningssystem för tidiga varningar för oväntade föroreningar, både i ytvatten och vid vattenrenings- och återanvändningsanläggningar. Hon har tidigare visat hur fluorescensbaserade sensorer kan indikera förekomsten av föroreningar i behandlingsanläggningar, och den här gången gav hon sig ut för att undersöka om de kunde anpassas för avloppsföroreningar i ytvatten.

Dessutom, "källvatten för dricksvattenreningsverk, som sjöar eller reservoarer, skulle också vara ett utmärkt ställe att sätta in en sådan sensor för att varna för avloppsspill eller annan bakteriell kontaminering, "Sa Mladenov.

De flesta provtagningsanordningar som används för detta ändamål har en inkubationstid innan resultat finns tillgängliga, men de fluorescensbaserade sensorerna hon testade kan skilja mellan bakterier i vattnet och organiskt material och växtavfall, och vidarebefordra den informationen omedelbart. Studien publiceras den 11 mars i Vetenskapen om den totala miljön .

Mladenov och den tidigare ingenjörstudenten Lorelay Mendoza använde en bärbar nedsänkbar fluorometer, som kommer med ett urval av sensorer. För spårning av bakteriellt avloppsvatten, de valde en sensor för tryptofan - samma aminosyra som gör dig sömnig efter en kalkonmiddag - och en humusensor för bakgrundsfluorescensspårning.

Mladenovs tidigare forskning indikerade att tryptofansensorn skulle vara den mest användbara. För bevis testade hennes team det både i laboratoriet och i Alvarado Creek där de hade observerat förekomsten av fekala bakteriekoncentrationer under stormar.

Mendoza skulle spåra väderhändelser och natten innan en storm förutspåddes, hon skulle placera fluorometern i bäcken, spåra bakteriell kontaminering under stormen i realtid.

"Fynden tyder på att avloppsvatten släpptes ut i Alvarado Creek på grund av ett sanitärt avloppsflöde eller någon form av läckage i avloppsinfrastruktur under en storm, "Mladenov sa." Avloppslinjer är gamla och många når slutet av sin livslängd. "

Mendoza sa att de höga avläsningarna stöddes av höga E coli räknas, och föroreningar från människan bekräftades genom att mäta koffeinkoncentrationer.

"Vi hoppas att denna forskning driver distributionen av fluorescenssensorer till vattenförekomster för långsiktig övervakning, för att ha data är makt, "Mendoza sa." Jag skulle vilja se städer och vattenförvaltare distribuera sensorer längs vattenströmmar för att upptäcka sårbarheter i vattenkvaliteten och för att minska effekterna av föroreningshändelser när de inträffar. Utan tidiga varningssignaler, Tiden mellan initial kontaminering och medvetenhet och reaktion är längre och kommer att få negativa konsekvenser för miljön och vattenlevandet. "

Att samla prover under storm kan vara utmanande. Det var där studenten Federick Pinongcos och kollegan Alicia Kinoshita kom in, för att säkerställa att proverna samlades intakta och snabbt fördes till laboratoriet. Därefter analyserades varje prov för markörer för avloppsvattenförorening.

"Denna typ av flera rader av bevisstudier hade tidigare inte genomförts, "Sa Mladenov." Det indikerar att den optiska, fluorescensbaserat tillvägagångssätt är ett effektivt sätt för framtida upptäckt av avloppsläckage och annat spill i ytvatten. "

För att få stöd för biologiska och kemiska data, Mladenov samarbetade med SDSU -professorerna Matthew Verbyla och Rick Gersberg. Nästa, hon och professor i geografi Trent Biggs, samarbetar för att distribuera den fluorescensbaserade sensorn tillsammans med ett telemetrisystem för att säkerställa att varningen kan tas emot i realtid, och kommer att genomföra studier i större vattenförekomster inklusive San Diego River.

Finansiering för fältutplaceringarna kommer från San Diego River Conservancy. Laboratorieforskningen och Mendozas stipendium täcktes av bidrag från National Institutes of Health och SDSU:s program Maximizing Access to Research Careers.