Biomonitoring

Opis projektu

Podczas pracy doktorskiej zainicjowany został projekt budowy systemu biomonitoringu wody, który to stanowi kontynuację osiągnięć Pracowni Hydrobiologii Stosowanej IEiOŚ UMK w Toruniu w zakresie metod rekultywacji oraz monitoringu wód powierzchniowych oraz ich zastosowań.

Przedsięwzięcie to w obecnej formie jest wspólną inicjatywą H. Denis (biologia), K. Rykaczewskiego (matematyka) oraz moją. W przedsięwzięciu tym odpowiadam za budowę modelu matematycznego oraz stworzenie procedur analitycznych detekcji zachowań normalnych i anormalnych. Uzyskane metodami empirycznymi w obserwacji dyskretne sygnały poddawane zostają analizie w celu określenia ich diagnostycznych własności i relacji pomiędzy sygnałem a stanem rzeczywistym.

Innowacyjnością jest zarówno kierunek badań jak i wybrana metoda. Zagadnienie cyfrowego przetwarzania i klasyfikacji sygnałów biologicznych wymaga stosowania różnorodnych narzędzi matematycznych i informatycznych. To właśnie zastosowanie tak zaawansowanych metod wyróżnia nasz projekt spośród innych rozwijanych na całym świecie. Klasyfikacja o charakterystykach dobranych adaptacyjnie jest metodą nową i obiecującą, a zarazem taką, której możliwości nie są w pełni poznane.

Kolejnym etapem prac będzie przeprowadzenie eksperymentów i interpretacja uzyskanych wyników. W pracy zajmuję się zagadnieniem wpływu różnych parametrów na jakość analizy oraz testami oceny poprawności wychwytywania ramek, rozpatrzę właściwości analizy wielorozdzielczej z wykorzystaniem różnych falek oraz rozważę problem doboru parametrów analizy do ciągu próbek wartości chwilowych w aspekcie każdej z metod.

Korzyści dla regionu

Praca doktorska, dotycząca systemu wczesnego ostrzegania o zanieczyszczeniu wód, ściśle nawiązuje w swej treści do Strategii Rozwoju Województwa Kujawsko-Pomorskiego na lata 2007-2020. W szczególności cele pracy są spójne z Priorytetem 1. Rozwój nowoczesnej gospodarki; Działanie 2.6.1. "Utrwalanie, wzbogacanie systemu ekologicznego regionu" oraz Działanie 2.6.2. "Rewaloryzacja środowiska przyrodniczego".

Działanie systemu wczesnego ostrzegania w znacznym stopniu przyczyni się zachowania zasobów środowiska przyrodniczego o czym stanowi Działanie 2.6.1. Działanie tego systemu umożliwi ciągły niezakłócony monitoring stanu biochemicznego wód powierzchniowych i idące za tym sygnalizowanie negatywnych zmian, ograniczenie ilości nielegalnych źródeł zanieczyszczeń tych wód. W przyszłości powinno to doprowadzić do ograniczenia tych źródeł i rychłej poprawy jakości wód zarówno pod względem biologicznym jak i chemicznym, co przyczyni się do: 1) stworzenia dobrych warunków siedliskowych, sprzyjających powrotowi flory i fauny, która wyginęła w danych zbiornikach czy ciekach właśnie z powodu zanieczyszczeń, co ułatwi przetrwanie gatunkom znajdującym się na skraju wymarcia. Odtworzenie pierwotnej ilości gatunków zwiększy indeks bioróżnorodności danego ekosystemu, co jest dość ważnym punktem w dyrektywach unijnych. 2) poprawę walorów rekreacyjnych regionu poprzez utrzymanie czystości wód jezior i rzek. Zachęci to potencjalnych inwestorów do tworzenia nowych miejsc wypoczynku dla ludzi a także umożliwi powstawanie gospodarstw agroturystycznych.

Efektem tych działań będzie ożywienie gospodarcze regionu (powstanie nowych miejsc pracy w ośrodkach, rozwój przedsiębiorstw handlowo-usługowych, wpływ podatków do budżetu, itp.).

Monitoring dopływów oraz odpływów jezior umożliwi kontrolowanie procesów rewaloryzacji, o których mowa w Działaniu 2.6.2 w/w Strategii Rozwoju Regionalnego. Monitoring tych jezior umożliwi zabezpieczenie dopływu do jeziora wody niosącej zanieczyszczenia wywołane np. poprzez nielegalne zrzuty ścieków bytowo-gospodarczych. Kontrolowanie dopływów podczas prowadzenia zabiegów rewaloryzacyjnych jest niezwykle ważne dla całego procesu rewaloryzacji, który przeprowadzany będzie w znacznej ilości jezior regionu podczas dostosowywania wód powierzchniowych do Ramowej Dyrektywy Wodnej.

Stały monitoring wód jest sprawą niezwykle istotną z punktu widzenia zarówno aglomeracji miejskich jak i wszystkich innych obszarów czerpiących wodę pitną oraz gospodarczą z ujęć powierzchniowych. System wczesnego ostrzegania, potrafiący w ciągu kilkudziesięciu sekund ostrzec o niebezpieczeństwie skażenia wody i na dodatek określić rodzaj skażenia, jest systemem niezastąpionym w dobie narastającego zagrożenia bioterroryzmem.

Tradycyjny monitoring wody stosowany na ujęciach jest zbyt mało precyzyjny, nie ma możliwości wykrycia np. niektórych toksyn sinicowych, gdyż ich stężenia są zbyt niskie, jednakże stanowią zagrożenie dla ludzi. Analizy przeprowadzane na ujęciach bywają bardzo czasochłonne, czasem sięgające nawet kilku godzin, podczas gdy system wczesnego ostrzegania generuje wynik praktycznie natychmiast. Natychmiastowy alarm nie tylko może uchronić zdrowie wielu ludzi, ale także umożliwi szybszą lokalizację źródła zanieczyszczenia i zlikwiduje ewentualne przerwy w dostawie wody spowodowane czyszczeniem instalacji z zanieczyszczeń.

Praca doktorska w sposób istotny nawiązuje również do celów określonych dla Regionalnej Strategii Innowacji do roku 2015 dla naszego województwa. Poprzez realizację oczekiwań przedsiębiorstw i wykreowanie nowego produktu w postaci systemu wczesnego ostrzegania o zagrożeniach czystości wód oraz ścisłą kooperację nauki, sektora B+R z przedsiębiorstwami w obszarze kreowania celów rynkowych, praca w całości wpisuje się w Cel strategiczny nr 2: Efektywny system współpracy gospodarki i nauki w regionie.

Jak do tej pory komercjalizacja nie została jeszcze rozpoczęta, ale w późniejszej fazie planowane jest założenie przedsiębiorstwa typu spin out, które oferowałaby usługi w/w biomonitoringu. Firma będzie zajmowała się szeroko pojętym biomonitoringiem oraz będzie uczestniczyła w rekultywacji zbiorników wodnych. Jednym z najbardziej oczywistych zastosowań wyników tych badań będzie lepsze monitorowanie ujęć wody, wód powierzchniowych w okolicach przemysłowych, zbiorników wodnych wykorzystywanych rekreacyjnie oraz rzek. Podkreśla to wagę badań oraz korzyści z nich płynących nie tylko na skalę regionalną, ale również na skalę światową.

W Województwie Kujawsko-Pomorskim znajduje się wiele wód powierzchniowych podatnych na zagrożenia, a ciągły rozwój cywilizacyjny regionu skutkuje wzrostem ich liczby. Do obiektów tego typu można zaliczyć rzeki, jeziora oraz zbiorniki zaporowe. Monitoring tych zbiorników wodnych ma kluczowe znaczenie nie tylko z powodów proekologicznych, ale również dla bezpieczeństwa ludzi i środowiska.

Wysoki poziom ryzyka wystąpienia zatruć pociąga za sobą skutki ekonomiczne i organizacyjne, dlatego ważny jest stały monitoring takich obiektów uwzględniający elementy dynamicznej identyfikacji zagrożeń, wymagający stałej obserwacji oraz analizy danych. Dzięki zastosowanym zaawansowanym metodom matematycznym zmniejszony zostaje czas reakcji układu, zwiększona dokładność i wiarygodność danych oraz przyspieszona zostanie analiza uzyskanych informacji, co wydatnie wpłynie na bezpieczeństwo.

Biosensory rejestrujące szereg parametrów środowiska mogą posłużyć do znaczącego wsparcia systemu monitoringu, a co za tym idzie, do ograniczenia zagrożeń dla zdrowia i życia ludzi, zapobiegania lub ograniczenia skutków skażeń środowiska, potencjalnych awarii i katastrof przemysłowych oraz ekologicznych.

W toku prowadzonych badań nawiązany został kontakt z gminą Łąck (województwo mazowieckie).

Możliwości wykorzystania opisanych rozwiązań w gospodarce

Jak do tej pory komercjalizacja nie została jeszcze rozpoczęta, ale w późniejszej fazie planowane jest założenie przedsiębiorstwa typu spin out, które oferowałaby usługi w/w biomonitoringu. Firma będzie zajmowała się szeroko pojętym biomonitoringiem oraz będzie uczestniczyła w rekultywacji zbiorników wodnych. Jednym z najbardziej oczywistych zastosowań wyników tych badań będzie lepsze monitorowanie ujęć wody, wód powierzchniowych w okolicach przemysłowych, zbiorników wodnych wykorzystywanych rekreacyjnie oraz rzek. Podkreśla to wagę badań oraz korzyści z nich płynących nie tylko na skalę regionalną, ale również na skalę światową.

W Województwie Kujawsko-Pomorskim znajduje się wiele wód powierzchniowych podatnych na zagrożenia, a ciągły rozwój cywilizacyjny regionu skutkuje wzrostem ich liczby. Do obiektów tego typu można zaliczyć rzeki, jeziora oraz zbiorniki zaporowe. Monitoring tych zbiorników wodnych ma kluczowe znaczenie nie tylko z powodów proekologicznych, ale również dla bezpieczeństwa ludzi i środowiska.

Wysoki poziom ryzyka wystąpienia zatruć pociąga za sobą skutki ekonomiczne i organizacyjne, dlatego ważny jest stały monitoring takich obiektów uwzględniający elementy dynamicznej identyfikacji zagrożeń, wymagający stałej obserwacji oraz analizy danych. Dzięki zastosowanym zaawansowanym metodom matematycznym zmniejszony zostaje czas reakcji układu, zwiększona dokładność i wiarygodność danych oraz przyspieszona zostanie analiza uzyskanych informacji, co wydatnie wpłynie na bezpieczeństwo.

Biosensory rejestrujące szereg parametrów środowiska mogą posłużyć do znaczącego wsparcia systemu monitoringu, a co za tym idzie, do ograniczenia zagrożeń dla zdrowia i życia ludzi, zapobiegania lub ograniczenia skutków skażeń środowiska, potencjalnych awarii i katastrof przemysłowych oraz ekologicznych.

W toku prowadzonych badań nawiązany został kontakt z gminą Łąck (województwo mazowieckie).

Praca naukowa współfinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego, Budżetu Państwa i Budżetu Województwa Kujawsko-Pomorskiego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki Priorytetu VIII, działanie 8.2 podziałanie 8.2.2 'Regionalne Strategie Innowacji', projektu systemowego Samorządu Województwa Kujawsko-Pomorskiego 'Krok w przyszłość - stypendia dla doktorantów III edycja'

zporr województwo Kujawsko-Pomorskie efs UE