Onderzoekers van CU Boulder hebben een nieuwe sensor voor E. coli-risicodetectie ontwikkeld en gevalideerd met een indrukwekkende nauwkeurigheid van 83% bij het detecteren van verontreiniging in oppervlaktewateren.

De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Water Research en kan de detectie van een verscheidenheid aan verontreinigingen snel en effectief verbeteren in watersystemen over de hele wereld en in Amerika.

Emily Bedell (Ph.D.EnvEngr'22) is de hoofdauteur van het artikel van het Mortenson Center in Global Engineering. Ze zei dat ongeveer twee miljard mensen wereldwijd een drinkwaterbron gebruiken die een zekere mate van ontlasting bevat en gezondheidsproblemen kan veroorzaken, variërend van diarree tot groeiachterstand, vooral bij jonge kinderen.

"Ongeveer 60% van alle sterfgevallen door diarree houdt verband met de waterkwaliteit, wereldwijd," zei ze. "Dit is een reëel probleem, maar de huidige methoden om poep in drinkwater te vinden zijn duur, hebben hoge toegangsdrempels zoals uitgebreide trainingsvereisten of kunnen ongeveer 24 uur duren om resultaten te leveren. We hebben een sensor uitgevonden in combinatie met een machine learning-model dat gebruikt fluorescentie om fecale contaminatiepieken in realtime weer te geven."

Zowel de sensor- als de machine learning-modelcombinatie zijn goedgekeurd voor een patent door het Amerikaanse octrooibureau.

Bedell zei dat fluorescentie werkt door een UV-LED-lichtbron op een watermonster te laten schijnen en de hoeveelheid licht te meten die wordt geabsorbeerd en opnieuw uitgezonden bij een hogere golflengte. Die informatie kan snel potentiële verontreiniging aantonen, maar is gevoelig voor veel omgevings- en fysieke factoren, zoals de temperatuur van het monster, die ruis in de gegevens veroorzaken en de interpretatie ervan bemoeilijken.

"We gebruiken machine learning-technieken om die ruis te doorbreken om anomalieën beter te detecteren," zei Bedell.

Snelle en nauwkeurige beoordeling van de waterkwaliteit is een groeiende behoefte - niet alleen in lage-inkomenslanden, maar ook in situaties zoals de watercrisis in Flint, Michigan, waar burgers werden blootgesteld aan gevaarlijke niveaus van lood door slecht overheidsbeleid.

Professor Evan Thomas, directeur van het Mortenson Center, is co-auteur van de krant. Hij zei dat klimaatverandering ook een factor is in deze discussie, aangezien frequentere stroomuitval van invloed kan zijn op de werking van de behandelingsfaciliteit en zwaar weer kritieke waterbronnen kan verontreinigen.

"We zullen meer gegevens over de waterkwaliteit nodig hebben, en we moeten deze op grote schaal beschikbaar hebben", zei hij. "Een keer per dag meten is niet voldoende om ervoor te zorgen dat we water krijgen dat geen biologische of chemische verontreinigingen bevat die ons op korte en lange termijn kunnen schaden."

Bedell is nu werkzaam als ingenieur voor Virridy in Boulder en werkt eraan om de technologie verder te ontwikkelen. Idealiter werkt het in samenwerking met een groter thuisbehandelingssysteem voor degenen die een privébron gebruiken - waar de waterkwaliteit niet wordt gereguleerd door de EPA - voor hun drinkwater.

"Die sensor zal een geminiaturiseerde versie zijn van het ontwerp dat in dit document is gebouwd en zal worden geïnstalleerd op de hoofdwaterleiding van een huis die uit de put komt", zei ze. "De gegevens van de sensor worden via de wifi van de gebruiker naar een online database gestuurd waar het machine learning-model zal worden toegepast om het risiconiveau te voorspellen en de informatie naar een mobiele app te sturen die de gebruiker waarschuwt als besmetting wordt gedetecteerd."

Bedell zei dat ze altijd al geïnteresseerd was in de kruisingen van techniek, het milieu en sociale rechtvaardigheid en dit onderzoeksproject bracht die aspecten echt samen tijdens haar tijd bij het Mortenson Center.

"Onderzoek naar waterkwaliteit raakt al die punten op zoveel manieren. Met meer gegevens kunnen we expliciet aangeven hoe en wanneer gemeenschappen worden geschaad door milieuonrechtvaardigheden, zodat het beleid en de praktijken die de schade hebben veroorzaakt, kunnen worden aangepakt." ze zei. + Verder verkennen

Studie legt verband tussen fracking, drinkwatervervuiling en de gezondheid van baby's