Sistem pentru detectarea și monitorizarea poluării cu microplastice în ecosistemele acvatice

Abstract

The increasing presence of microplastics and nanoplastics in aquatic ecosystems has raised significant environmental and public health concerns worldwide. These persistent pollutants, originating from both primary and secondary sources, are difficult to detect due to their microscopic size and widespread dispersion. Their impacts range from causing physiological damage to aquatic organisms to bioaccumulation and trophic transfer, ultimately affecting human health. This study proposes the development of a detection and monitoring system for the presence of microplastics in aquatic environments, based on the Tyndall effect – an optical phenomenon of light scattering observed in colloidal systems. The system integrates optical sensors, a laser light source, a video capture module, and the NVIDIA Jetson Orin™ Nano platform, which enables real-time analysis through AI-powered image processing and pattern recognition. The system’s architecture supports both qualitative and quantitative estimation of microplastics in water samples and has the potential for continuous, adaptive environmental monitoring. This approach offers a scalable, energy-efficient, and cost-effective alternative to traditional laboratory methods, contributing to early pollution detection and improved water quality management strategies. The proposed system shows strong potential for integration into smart environmental monitoring networks and contributes to broader efforts aimed at sustainable ecosystem protection.

Prezența tot mai accentuată a microplasticelor și nanoplasticelor în ecosistemele acvatice generează preocupări majore în ceea ce privește impactul asupra mediului și sănătății publice la nivel global. Acești poluanți persistenți, proveniți atât din surse primare, cât și din surse secundare, sunt dificil de detectat din cauza dimensiunilor microscopice și a dispersiei extinse. Efectele acestora includ deteriorări fiziologice ale organismelor acvatice, bioacumulare și transfer trofic, ajungând până la influențarea negativă a sănătății umane. Lucrarea de față propune dezvoltarea unui sistem de detecție și monitorizare a prezenței microplasticelor în sistemele acvatice bazat pe utilizarea efectului Tyndall – un fenomen optic de dispersie a luminii observat în sistemele coloidale. Sistemul propus integrează senzori optici, o sursă laser, un modul video de captare a imaginilor și platforma NVIDIA Jetson Orin™ Nano, care permite analiza în timp real a imaginilor prin aplicarea inteligenței artificiale. Arhitectura sistemului permite estimarea calitativă și cantitativă a microplasticelor din probele de apă, cu potențial de monitorizare continuă și adaptivă la condițiile de mediu. Această abordare oferă o alternativă scalabilă, eficientă energetic și cu costuri reduse față de metodele clasice de laborator, contribuind la detectarea timpurie a poluării și la îmbunătățirea strategiilor de gestionare a calității apei. Sistemul propus prezintă un potențial înalt de integrare în rețele inteligente de monitorizare ambientală și contribuie la eforturile de protecție sustenabilă a ecosistemelor.