Загрязненная пресная вода – это большой экологический кошмар, и он становится все более распространенным. Сброс отходов в источники пресной воды может нанести вред водным экосистемам и потенциально даже повлиять на воду, которую мы пьем. Однако способ проверки качества воды сложен и дорог.

Исследователи из Японии разработали экономичное устройство с автономным питанием для мониторинга качества воды в пресноводных озерах и реках. Это устройство плавает на воде и изготовлено из доступных материалов на основе углерода.

Микробный топливный элемент

Сброс органических сточных вод является тревожной проблемой для пресноводных озер и рек, пишут исследователи из Университета Рицумейкан, Япония. К сожалению, загрязненные сточные воды обычно сбрасываются и попадают в системы пресной воды. К таким сбросам относятся пищевые отходы, бытовые отходы, а также промышленные и сельскохозяйственные отходы. Они могут разлагаться в воде и выделять питательные вещества, что, в свою очередь, приводит к чрезмерному росту водорослей, что может привести к гибели водных растений и рыб.

Поэтому мониторинг загрязнения пресной воды является важной задачей. Но нет простого способа сделать это.

Пресноводные водоемы могут быть загрязнены из самых разных источников, и определение точного источника загрязнения может оказаться сложной задачей. Затем, попав в воду, загрязнители могут претерпевать различные химические, биологические и физические изменения. Они могут связываться с другими соединениями, расщепляться солнечным светом или бактериями или оседать на дно. Это затрудняет их точное отслеживание и измерение. Наконец, есть еще вопрос стоимости.

Ученые могут отслеживать различные типы загрязнения, но регулярный мониторинг может быть дорогостоящим, особенно при использовании передовых аналитических методов. Кроме того, некоторые источники пресной воды могут располагаться в отдаленных или труднодоступных районах, что затрудняет регулярный мониторинг.

Вот тут-то и пригодятся новые датчики.

Исследователи из Японии разработали плавучие биосенсоры для мониторинга качества воды в истоках пресноводных озер и рек. Датчики основаны на бактериях, которые производят электрические токи в зависимости от своего метаболизма. Этот микробный топливный элемент (MFC) генерирует больше энергии, если увеличивается количество органических загрязнителей.

Чтобы создать эту систему, команда заполнила анод (один из двух основных компонентов батареи, где происходит окисление) почвой, содержащей электрогенные бактерии. Эти бактерии непрерывно разлагают органические вещества в воде и преобразуют их в электричество.

Затем электричество питает светодиод. Светодиод начинает мигать, когда уровень органических загрязнений превышает определенный порог, и мигает тем чаще, чем больше загрязнение.

«Мы разработали автономный плавающий биосенсор с автономным питанием на основе микробного топливного элемента (MFC) для раннего обнаружения органических сточных вод. Корпус MFC был изготовлен с помощью 3D-принтера, а электроды — из недорогих углеродных материалов», — отмечает профессор Козо Тагучи из Колледжа науки и техники, факультет электротехники и электроники Университета Рицумейкан, который руководил исследованием. .

«Поскольку биосенсор MFC производит собственную электроэнергию, ему не требуется внешний источник питания. Более того, его можно использовать в системах раннего обнаружения, которые контролируют приток органических сточных вод в пресноводные водоемы».

Эта технология особенно интересна, поскольку она недорогая и устойчивая. Вам не нужна внешняя батарея, материалы недорогие, а устройство может постоянно отслеживать органические загрязнения.

Никогда еще не было так важно защитить наши водные системы. Поскольку мир использует больше пресной воды, чем когда-либо прежде, а также из-за изменения климата, водные системы с каждым годом испытывают все большую нагрузку. С увеличением потребления воды качество воды также сталкивается с серьезными проблемами. К началу столетия более 5 миллиардов человек могут подвергнуться воздействию загрязненной пресной воды.

Появление этого нового микробного биосенсора на топливных элементах представляет собой важное оружие в борьбе с загрязнением пресной воды. Решение глобального водного кризиса требует многогранного подхода, и подобные технологические инновации играют решающую роль.

Исследование было опубликовано в журнале Biochemical Engineering Journal.