Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2992
Title: On-line robotic systems for continuous monitoring of toxicity and chemical parameters in irrigation water
Other Titles: Analizzatori on-line per il monitoraggio continuo della tossicità e di parametri chimici in acque destinate ad uso irriguo
Authors: Tortelli, Annalisa
Keywords: Irrigation water;On-line monitoring analysers;Acute toxicity tests;Bioluminescent bacteria;Fluoroscent algae;Nutrients;Heavy metals;Escherichia coli;Acque per uso irriguo;Analizzatori per il monitoraggio continuo;Test di tossicità acuta;Batteri bioluminescenti;Alghe fluorescenti;Nutrienti;Metalli pesanti;BIO/13
Issue Date: 29-Jun-2016
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 28. ciclo
Abstract: 
Global water scarcity caused an increased use of wastewater effluents as unconventional water sources for agriculture products. Since more than 10% of the world population consumes food produced by irrigation with wastewater, the integration of chemical and biological monitoring in wastewater effluents has now become a key issue for safeguarding the environmental quality and hygiene of water bodies.
The opportunity of rapidly achieving consistent results, in conjunction with improved analytical throughput, represents a remarkable technological breakthrough in this field. Being conventional methods expensive, time consuming and based on laborious procedures, they result ineffective to quickly monitor changes in the quality of water and wastewater samples. Technological developments in on-line, real time and early warning systems have facilitated the continuous audit of water for protecting environmental biota and human health.
A new line of discrete analysers, performing both biological and chemical continuous measurements in water samples, has been developed. Specifically, two original models of on-line analysers, respectively Easy Coli for continuously measuring Escherichia coli concentration in irrigation water and Easychem Tox On-line for performing chemical analysis along with toxicity tests, have been constructed and tested.
Easy Coli is an on-line automatic device for the analysis of E. coli in effluent wastewater equipped with autosampler, filtration unit, and detection apparatus. After the improvement of the automatic analytical cycle, a field campaign has been achieved for quantifying the bacteria load in samples coming from wastewater effluents. Easychem Tox On-line is a random-access platform, which comprises: a refrigerated plate for storing bacteria; an illuminated compartment for microalgae; a plate for containing reagents, calibrants and controls; a mechanical arm for aspiration, transferring and dispensing operations; a thermostated reaction plate holding 80 positions, incorporated with a fluorimeter, a colorimeter, a luminometer and an automated cuvette washing station. Within Easychem Tox On-line, both luminescent bacteria and fluorescent algae have been selected as biomonitors for rapidly measuring acute toxicity in water samples. In parallel, the determination of some common chemical parameters allowed to perform an integrated chemical and biological control of water and wastewater, thus giving information about causes and effects of contamination within the same instrument.

La scarsità di acqua a livello globale ha inevitabilmente causato un maggiore utilizzo degli effluenti di acque reflue come fonti idriche non convenzionali per uso irriguo. Dal momento che oltre il 10% della popolazione mondiale consuma cibo prodotto attraverso l’irrigazione con acque di scarico, il monitoraggio biologico, integrato con le convenzionali analisi chimiche, rappresenta ormai una questione chiave per la salvaguardia della qualità ambientale e per l'igiene dei corpi idrici.
L'opportunità di ottenere risultati consistenti in modo rapido, nonché buona sensibilità e precisione analitica, rappresenta un notevole avanzamento tecnologico in campo ambientale. Dato che i convenzionali metodi di analisi sono basati su procedure laboriose, ed inoltre essi risultano dispendiosi tanto a livello economico quanto temporale, tali metodi standard si sono rivelati inefficaci nel monitorare i repentini cambiamenti che si verificano nelle acque reflue. I progressi tecnologici, concretizzatisi nella realizzazione di sistemi on-line capaci di lavorare in tempo reale e dotati di sistemi di allarme immediato, hanno inevitabilmente facilitato il monitoraggio continuo delle acque, garantendo una maggiore protezione della flora, della fauna e della salute umana.
In questo contesto, scopo della Tesi di Dottorato è stato lo sviluppo di una nuova linea di analizzatori discreti, capaci di realizzare misure biologiche e chimiche in continuo su campioni di acqua. Due modelli completamente originali di analizzatori on-line sono stati pertanto realizzati durante la ricerca: Easy coli per misure on-line della concentrazione di Escherichia coli in acque destinate ad uso irriguo, e Easychem Tox On-line, un analizzatore automatico per l’analisi integrata di parametri chimici e tossicità acuta in campioni acquosi.
L’analizzatore Easy Coli è un dispositivo automatico on-line per l'analisi di E. coli nelle acque reflue. L’analizzatore è dotato di un autocampionatore e di un’unità di filtrazione, nonché di un sistema automatizzato per il dosaggio dei reagenti e la rivelazione del segnale. A seguito dell’ottimizzazione del ciclo analitico automatico, è stata condotta una campagna di ricerca in campo, con lo scopo di quantificare la carica batterica in effluenti di acque di scarico disinfettate.
L’Easychem Tox On-line è una piattaforma ad accesso random, che si compone di: un comparto refrigerato contenete i batteri; una camera termostata e continuamente illuminata per le microalghe; un piatto refrigerato nel quale vengono conservati reagenti e standard; un braccio meccanico per le operazioni di aspirazione, trasferimento e dispensazione; un piatto di reazione termostatato, contenente contenente 80 posizioni e dotato, a sua volta, di un fluorimetro, un colorimetro, un luminometro ed una stazione automatizzata di lavaggio. Allo scopo di adattare l’automatizzazione di
test di tossicità all’interno di Easychem Tox On-line, batteri luminescenti e alghe fluorescenti sono stati selezionati come biomonitor, con lo scopo di misurare rapidamente i livelli di tossicità nei campioni acquosi. In parallelo, la determinazione di alcuni parametri chimici comuni ha consentito di realizzare un controllo chimico e biologico integrato delle acque reflue, consentendo all’interno dello stesso strumento di ottenere informazioni sia sulle cause che sugli effetti della contaminazione stessa.
Description: 
Dottorato di ricerca in Biotecnologie vegetali
URI: http://hdl.handle.net/2067/2992
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