Sistem pentru detectarea și monitorizarea poluării cu microplastice în ecosistemele acvatice

Victor Ababii; Viorel Cărbune

doi:10.52673/18570461.25.3-78.02

Autori

Victor Ababii Universitatea Tehnică a Moldovei
Viorel Cărbune https://orcid.org/0000-0002-1556-4453

DOI:

https://doi.org/10.52673/18570461.25.3-78.02

Cuvinte cheie:

sistem de monitorizare, detectarea poluanților, microplastice, nanoplastice, sistem optic, efectul Tyndall, procesarea imaginilor

Rezumat

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.

Referințe

1. Sivasankar, V.; Sunitha, T.G. Microplastics and Pollutants: Interactions, Degradations and Mechanisms. Springer, 2024. 322 p., https://doi.org/10.1007/978-3-031-54565-8

https://doi.org/10.1007/978-3-031-54565-8

2. Wagner, M.; Lambert, S. Freshwater Microplastics: Emerging Environmental Contaminations, The Handbook of Environmental Chemistry. Springer, 2018. 301 p., DOI: 10.1007/978-3-319-61615-5

https://doi.org/10.1007/978-3-319-61615-5

3. Muthu, S.S. Microplastic Pollution. Sustainable Textiles: Production, Processing, Manufacturing and Chemistry.Springer, 2021, 174 p., https://doi.org/10.1007/978-981-16-0297-9

https://doi.org/10.1007/978-981-16-0297-9

4. Shahnawaz, M.; Adetunji, C.O.; Dar, M.A.; Zhu, D. Microplastic Pollution. Springer, 2024. 546 p., https://doi. org/10.1007/978-981-99-8357-5

https://doi.org/10.1007/978-981-99-8357-5

5. Tyndall, J. On the blue colour of the sky, the polarization of skylight, and on the polarization of light by cloudy matter generally. In: Proc. R. Soc. Lond. 17, 1869, 223-233, DOI: https://doi.org/10.1098/rspl.1868.0033

https://doi.org/10.1098/rspl.1868.0033

6. Helmenstine, A.M. Tyndall Effect Definition and Examples, [online] https://www.thoughtco.com/definiti- on-of-tyndall-effect-605756?print (consultat: 19.05.2025).

7. Galloway, T.S.; Cole, M. and Lewis, C. Interactions of microplastic debris throughout the marine ecosystem. In: Nature ecology & evolution, 1(5), 0116, 2017, p. 21.

https://doi.org/10.1038/s41559-017-0116

8. Prata, J.C. Microplastics in wastewater: State of the knowledge on sources, fate and solutions. In: Marine pollution bulletin, 129(1), 2018, 262-265, https://doi. org/10.1016/j.marpolbul.2018.02.046

https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.02.046

9. Sharma, S. and Chatterjee, S. Microplastic pollution, a threat to marine ecosystem and human health: a short review. In: Environmental Science and Pollution Research, 24, 2017, 21530-21547, https://doi.org/10.1007/s11356-017-9910-8

https://doi.org/10.1007/s11356-017-9910-8

10. Nicolai, E.; Pizzoferrato, R.; Li, Y.; Frattegiani, S.; Nucara, A., and Costa G. A New Optical Method for Quantitative Detection of Microplastics in Water Based on Real-Time Fluorescence Analysis. In: Water, 14(20), 2022, 3235, https://doi.org/10.3390/w14203235

https://doi.org/10.3390/w14203235

11. Sarker, M.A.B.; Butt, U.; Imtiaz, M.H., and Baki, A.B. Automatic Detection of Microplastics in the Aqueous Environment. In: The 2023 IEEE 13th Annual Computing and Communication Workshop and Conference (CCWC), 2023, 0768-0772, DOI: 10.1109/CCWC57344.2023.10099253

https://doi.org/10.1109/CCWC57344.2023.10099253

12. NVIDIA Corporation. (2023). Jetson Orin Nano Developer Kit User Guide, [online] https://developer.nvidia.com/embedded/learn/jetson-orin-nano-devkit-userguide/index.html (consultat: 05.06.2025).

13. NVIDIA Corporation. (2023). Jetson Linux Developer Guide. Versiunea JetPack 6.0, [online] https://docs. nvidia.com/jetson/ (consultat: 12.06.2025).

14. NVIDIA Developer. (2023). Jetson Orin Nano Module Datasheet, [online] https://developer.nvidia.com/embedded/downloads (consultat: 16.06.2025).

15. JetsonHacks (2023). Getting Started with Jetson Orin Nano. Tutoriale și resurse video, [online] https://www. jetsonhacks.com/ (consultat: 21.06.2025).