Anna JUSZA1,2, Aleksandra BIENIEK-KACZOREK1, Paweł BORTNOWSKI1,
Łukasz KOZŁOWSKI1, Krzysztof ANDERS1,2,3,
Stanisław STOPIŃSKI1,2,3, Jerzy KALWAS3, Ryszard PIRAMIDOWICZ1,2,3
1Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
2LightHouse Sp. z o.o., Stefczyka 34, 20-151 Lublin
3VIGO Photonics S.A., Poznańska 129/133, 05-850 Ożarów Mazowiecki, Poland
Zużycie wody i wytwarzanie ścieków, które są produktem ubocznym produkcji rolnej i przemysłowej rośnie w alarmującym tempie (Strategia ONZ Water2030). Globalnie ponad 80% wszystkich ścieków jest odprowadzanych do środowiska bez żadnego oczyszczania. Ogólne trendy dotyczące ścieków wskazują, że kraje o wysokich dochodach oczyszczają około 70% wytwarzanych przez siebie ścieków komunalnych i przemysłowych. Stosunek ten spada do ok. 30% w krajach o średnich dochodach i jedynie 8% w krajach o niskich dochodach. Ścieki komunalne i przemysłowe odprowadzane z oczyszczalni ścieków często stanowią istotne źródło fosforu, azotu i polichlorowanych bifenyli, które są zrzucane do rzek, zbiorników zaporowych i stref przybrzeżnych mórz. Przyspiesza to procesy eutrofizacji i degradacji zasobów wodnych oraz generuje występowanie toksycznych zakwitów sinic, powodując degradację jakości wody i zagrażając zdrowiu ludzi i zwierząt. Dlatego należy opracowywać skuteczne i szybkie narzędzia służące analizie jakości wód powierzchniowych oraz ścieków odprowadzanych do środowiska.
Pomiary właściwości fizycznych, takich jak temperatura, przewodność elektryczna, mętność, przeźroczystość czy barwa nie są dużym wyzwaniem dla zdalnych systemów monitorujących. Jednak pomiary właściwości chemicznych wymagają najczęściej przeprowadzenia dodatkowych reakcji chemicznych. Zapewnienie niezbędnych odczynników oraz produkty uboczne takiego pomiaru skutecznie utrudniają zdalne monitorowanie wielu substancji. Wymienione problemy można ominąć wykorzystując metody spektroskopowe bazujące na różnorodnym oddziaływaniu światła z materią.
W niniejszej pracy prezentujemy nasze pierwsze próby oznaczania stężeń azotanów, azotynów, fosforanów oraz jonów amonowych za pomocą metod spektroskopowych, stanowiących alternatywę dla obecnie stosowanych metod laboratoryjnych. Obecnie stosowane metody monitoringu wykorzystują różne mechanizmy umożliwiające detekcję i wykonanie pomiaru stężenia niebezpiecznych substancji, takie jak reakcje chemiczne z udziałem badanych substancji lub metody zmieniające w sposób trwały próbki poddane badaniom (płomieniowa spektrometria atomowa). Nowe metody będą wykorzystywały tylko niedestrukcyjną interakcję promieniowania elektromagnetycznego z badanymi substancjami, co pozwoli m.in. na maksymalne zmniejszenie wpływu metody pomiarowej na badaną próbkę. Metody fotoniczne, z uwagi na stosowanie urządzeń o długim czasie życia i wysokiej sprawności pozwalają również na redukcję odpadów generowanych w cyklu życia urządzenia pracującego w terenie.
Projekt FoSMoWater (HYDROSTRATEG1/000E/2022) finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu HYDROSTRATEG I.