Boya inteligente de medición de contaminantes en el agua

Alrededor del mundo, lagos, ríos y aguas costeras están amenazadas por altas aportaciones de nutrientes. nitratos o fosfatos de aguas residuales o fertilizantes que provocan eutrofización. En consecuencia: las algas, en particular, las cianobacterias (algas verde-azuladas), crecen sin control y pueden liberar sustancias tóxicas. Por lo tanto, una amplia monitorización del agua es indispensable para el suministro de agua potable y para su protección. Investigadores del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) están desarrollando un sistema de monitorización inteligente en cooperación con las empresas ADM Elektronik y bbe Moldaenke. Han combinado varias tecnologías en una boya multisensor con perfil de medición en profundidad para la monitorización de organismos acuáticos y, en particular, de algas. El proyecto será financiado por el Federal Ministry of Education and Research de Alemania.

«La buena calidad del agua es de enorme importancia para la sociedad. Pero las altas concentraciones de contaminantes amenazan los recursos de agua potable, las zonas de protección o las granjas marinas en todo el mundo. En particular, las floraciones de cianobacterias pueden liberar sustancias tóxicas que son peligrosas para el hombre y el ecosistema» dice el Dr. Andreas Holbach, quien coordina el proyecto de cooperación «WAQUAVID» en el KIT junto con el profesor Stefan Norra. Éste señala que las estrategias de monitorización convencionales se basan con frecuencia en una multitud de sistemas de sensores que actúan unos independientemente de otros; y esto agrava y ralentiza la evaluación integrada de datos.

WAQUAVID pretende desarrollar una innovadora boya multisensor con perfil de medición en profundidad. A menudo las masas de agua no están mezcladas homogéneamente, pero tienen una estratificación diferente dependiendo de los parámetros físicos, químicos y biológicos según la profundidad. Así, el nuevo sistema multisensor determinará la calidad del agua a diferentes profundidades. Basándose en este perfil de profundidad de masas de agua, es posible realizar un análisis exhaustivo de los procesos que influyen en la calidad del agua.

La boya se utilizará para medir una serie de parámetros, como la temperatura, la concentración de oxígeno, el contenido de algas, los gases de efecto invernadero, in situ, así como para el muestreo remoto del agua. Este método de medición es muy preciso, pero localmente limitado. Para el estudio de áreas acuáticas más grandes, los investigadores utilizan también información de sondeos remotos hiperespectrales. Drones, aviones o satélites graban datos espectrales, como por ejemplo, características de radiación reflejada, de agua, partículas en suspensión, algas y otras sustancias, con muy alta sensibilidad. Utilizando algoritmos de evaluación especiales, se derivan parámetros para describir, junto con los datos de la boya, el estado de grandes superficies de agua con alta resolución espacial. Por lo tanto, la cámara hiperespectral representa la interfaz entre la monitorización local in situ y la detección en grandes áreas, de masas de agua.

El suministro eléctrico del sistema multisensor se produce mediante energía eólica y células solares. El sistema de medición se combina con CO2 y sensores de metano, sistemas de análisis de muestras y dirección de flujo y una estación de medición meteorológica. En paralelo, hay nuevos métodos integrados en el «fluoroprobe» de bbe, que mide la actividad fotosintética de diferentes algas. Basado en la medición de la ficocianina, un pigmento que participa en la fotosíntesis, se pueden emitir alertas tempranas con respecto a sustancias tóxicas de las cianobacterias. Por otra parte, los científicos pueden utilizar diferentes mediciones de algas para calibrar y validar instrumentos de percepción remotos para la medición de datos de áreas de masas de agua.

En el futuro, se planea usar el sistema de monitorización combinado con sensores remotos para el control de la calidad del agua a niveles nacionales, europeos e internacionales: será posible analizar el estado ecológico de las masas de agua in situ. De esta manera, las empresas y las autoridades responsables serán capaces de tomar decisiones correctas y con mayor celeridad para la protección de la calidad del agua y los ecosistemas marinos.