ES2219780T3 - Procedimiento para la eliminacion de microorganismos en las aguas de lastre de los buques. - Google Patents
Procedimiento para la eliminacion de microorganismos en las aguas de lastre de los buques.Info
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Abstract
UN PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA EL TRATAMIENTO DEL AGUA DE LASTRE DE EMBARCACIONES ANTES DE DESCARGARLA EN LAS AGUAS COSTERAS. EL AGUA DE LASTRE PUEDE CONTENER MICROORGANISMOS NO PERTENECIENTES A LA FLORA BACTERIANA NOCIVOS. ANTES DE DESCARGAR EL AGUA DE LASTRE, ESTA SE OXIGENA Y DESOXIGENA PARA REDUCIR LAS POBLACIONES DE MICROORGANISMOS ANAEROBIOS Y AEROBIOS, RESPECTIVAMENTE. SI LOS MICROORGANISMOS ANAEROBIOS NO SON RELAVANTES, NO ES NECESARIO LLEVAR A CABO EL PASO DE OXIGENACION. EL APARATO INCLUYE UNA CAMARA DE VACIO (34) PARA DESOXIGENAR EL AGUA DE LASTRE QUE CONTIENE MICROORGANISMOS AEROBIOS. LA CAMARA DE VACIO (34) CONTIENE UN AGITADOR INTERNO (36) PARA AGITAR EL AGUA DE LASTRE BAJO VACIO EN LA CAMARA (34) DURANTE UN PRIMER PERIODO DE TIEMPO SUFICIENTE PARA ELIMINAR EL OXIGENO DISUELTO DEL AGUA DE LASTRE. EL AGITADOR SE PUEDE SUSTITUIR POR UN SISTEMA TIPO ALIVIADERO (42) EN EL QUE SE COLOCAN UNA SERIE DE PLACAS VERTICALES DE MODO QUE FORMEN UNA LINEA DE PLACAS QUE VAN SIENDO CADA VEZMAS CORTAS DESDE EL ORIFICIO DE ADMISION (27) AL ORIFICIO DE EVACUACION (45) DE LA CAMARA DE VACIO (34).
Description
Procedimiento para la eliminación de
microorganismos en las aguas de lastre de los buques.
La presente invención se refiere en general al
campo del tratamiento del agua de lastre de los buques que contiene
organismos potencialmente indeseables y, más particularmente, a un
procedimiento para tratar el agua de lastre de los buques con el
fin de eliminar los microorganismos aeróbicos y/o anaeróbicos
potencialmente indeseables presentes en el agua para evitar que sean
transportados de un área costera a otra.
Los buques oceánicos pueden transportar diversos
organismos en el agua de lastre desde cualquier puerto en el mundo a
cualquier otro puerto en el mundo. Los macroorganismos pueden
eliminarse por filtración y los microorganismos restantes pueden
ser de naturaleza extremadamente diversa debido a sus diversos
orígenes. El término "unidad formadora de colonias" (CFU) a
menudo se utiliza para describir cualquier microorganismo que se
reproduce. De esta manera, a menos que se modifique de otro modo,
los términos "CFU" y "microorganismo" tendrán el mismo
significado. Los niveles de oxígeno disuelto en el agua de lastre
de un buque desempeñan un papel en la presente invención y la
abreviatura "DO" se utilizará para referirse a oxígeno
disuelto.
Cuando un buque descarga en un puerto extranjero,
las bodegas vacías resultantes a menudo se llenan con agua local
como lastre para estabilizar el buque. Al llegar a un puerto de los
Estados Unidos o a otro puerto de carga para cargar el nuevo
cargamento, el buque típicamente descarga el agua de lastre que
antes era local y que ahora es agua foránea, en las aguas costeras
dentro o cerca del puerto estadounidense (u otro puerto),
introduciendo de esta manera organismos no autóctonos, incluyendo
microorganismos aeróbicos y anaeróbicos, que podrían tener un
efecto perjudicial (o por lo menos algún efecto desconocido) sobre
el ecosistema de las aguas costeras receptoras.
Una propuesta actual para intentar resolver este
problema es obligar a los buques a intercambiar en medio del océano
o en alta mar, el agua de lastre local originaria por el agua
salina de mar abierto; sin embargo, tal intercambio de agua de
lastre en alta mar es potencialmente de extremo peligro,
especialmente para grandes buques de carga y buques cisterna y, en
cualquier caso, se ha demostrado que no es completamente efectiva
en la eliminación de todos los microorganismos de las bodegas en el
interior de un buque.
El intercambio de lastre en medio del océano es
habitualmente (pero no siempre) seguro cuando el espacio en el que
se intercambia el agua es suficientemente reducido para no crear
una inestabilidad peligrosa o condición de estrés estructural
durante el procedimiento de bombeo del agua para realizar el
intercambio; por ejemplo, tal intercambio de lastre habitualmente
(pero no siempre) es seguro cuando se trata de tanques de lastre
especializados u otros espacios reducidos similares debido a que la
proporción entre el peso de agua implicada y el peso total del
buque es pequeña y debido a la capacidad de resistencia a la carga
del buque para adaptarse a un tanque de lastre especializado
"pequeño" temporalmente vacío.
Sin embargo, a menudo se requiere que el interior
de las bodegas de carga o tanques de lastre grandes se llenen con
agua de manera que el centro de gravedad del buque descienda
durante un viaje en el que no se transporte mercancía. Bajo estas
condiciones, se rellenan con agua de lastre una o más bodegas o
tanques de carga. Debido a que estas bodegas o tanques contienen
espacios muy grandes, deben mantenerse completamente llenas o
completamente vacías de manera que no se desarrolle oleaje dentro
de los mismos. De esta manera, si se intentase el intercambio de
lastre desde tales espacios grandes y el buque se encontrase con
áreas de mar revuelto durante el procedimiento de bombeo, entonces
podría desarrollarse dentro de dicho espacio oleaje que podría
desestabilizar el buque y crear una situación muy peligrosa. Se han
atribuido zozobrados y pérdidas de vidas al hecho de que los buques
se han encontrado inesperadamente con malas condiciones del mar
durante las operaciones de intercambio de lastre. A menos que se
mantenga con gran pericia el casco del buque en buen estado y
equilibrio apropiado, el intercambio de lastre también ejercerá un
estrés estructural interno sobre el buque, incluso con buen tiempo,
dañando la estructura de tal manera que puede darse de manera
inmediata o algún tiempo después un fallo estructural traumático.
Tal estrés es de la misma naturaleza que el doblado repetido del
alambre de acero de un clip de papel hasta su rotura.
Está bien documentado que el purgado de
microorganismos no autóctonos del agua de lastre de los buques es un
problema antiguo no resuelto de manera satisfactoria. Por ejemplo,
ver: "The Introduction of Nonindigenous Species to the
Chesapeake Bay via Ballast Water", Chesapeake Bay Commission,
5 de enero de 1995; BIMCO Weekly News, nº 8, 19 de febrero de 1997,
The Baltic and International Maritime Counsel; "Push for Rules
on Ballast Exchange Gains Support", The Journal of Commerce,
26 de marzo de 1996; "Stemming the Tide of Change", The
Journal of Commerce, 24 de junio de 1996; "Ballast Rule
Ineffective for Pest Control in Lakes", The Journal of
Commerce, 24 de junio de 1996; y "Governors Offer Grant to
Fight Great Lakes Invaders", The Journal of Commerce, 26 de
julio de 1996. Además, el congreso estadounidense recientemente
aprobó el decreto "National Invasive Species Act of
1996" (P.L. 104-332) que requiere que los
guardacostas estadounidenses elaboren directrices voluntarias a
nivel nacional sobre el agua de lastre antes de un año.
La patente US nº 5.192.451 da a conocer un
procedimiento para controlar el crecimiento del molusco cebra en el
agua de lastre de los buques mediante la adición de un polímero al
agua de lastre; sin embargo, la utilización de compuestos químicos
para tratar agua de lastre que se descarga en aguas costeras
estadounidenses podría tener un efecto medioambiental negativo sobre
el ecosistema. Las patentes U.S. nº 5.376.282 y nº 5.578.116 dan a
conocer la utilización de vacío y agitación para reducir el oxígeno
disuelto en agua de origen natural específicamente por debajo de un
nivel suficiente para sostener la respiración de mantenimiento de
los moluscos cebra; sin embargo, no se da a conocer el tratamiento
del agua de lastre de buques para oxigenar y después desoxigenar el
agua en un procedimiento que abarque el problema general a escala
mundial de la transferencia desde cualquier zona costera a cualquier
otra zona costera de microorganismos presentes en el agua de lastre
de un buque. La patente US nº 3.676.983 da a conocer un aparato que
incluye una cámara de vacío y un agitador para eliminar los gases
de un líquido; sin embargo, no se reconoce el problema del
tratamiento de los microorganismos no autóctonos en el agua de
lastre de los buques ni de la eliminación del oxígeno disuelto en el
agua hasta un nivel en el que los microorganismos aeróbicos sean
eliminados. La patente US nº 4.316.725 da a conocer varios
procedimientos, incluyendo la utilización de un vacío, con el fin
de eliminar el oxígeno disuelto en el agua. La patente US nº
3.251.357 da a conocer la inyección de gases de combustión/de
chimenea en el agua para tratarla con el fin de inhibir el
crecimiento de, por ejemplo, microorganismos; sin embargo, no se
reconoce, o no se propone una solución, para el problema largamente
sentido de cómo eliminar los microorganismos anaeróbicos o
aeróbicos del agua de lastre de los buques.
De esta manera, el objetivo global principal de
la presente invención es proporcionar un procedimiento y un aparato
para tratar el agua de lastre de los buques de una manera rentable
y rápida con el fin de reducir la población inicial de
microorganismos aeróbicos y/o anaeróbicos en la misma, y
preferentemente con el fin de eliminar prácticamente la totalidad de
dichos microorganismos.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para reducir de manera eficiente y
económica el nivel de oxígeno disuelto en el agua de lastre de los
buques hasta un punto en que sustancialmente todos los
microorganismos aeróbicos sean eliminados, de manera que el agua de
lastre tratada pueda descargarse con seguridad en las aguas
costeras incluso si se originó en una zona costera ecológicamente
diferente. El procedimiento y aparato mejorados de la presente
invención hacen uso de niveles controlados de agitación, vacío y
tiempos de asfixia disponibles para asegurar que el agua de lastre
se encuentra sustancialmente libre de especies no autóctonas (libre
hasta en un 99%, de acuerdo con ensayos de laboratorio).
Otro objetivo de la invención es tratar
adicionalmente el agua de lastre haciendo pasar por ésta gases de
combustión/chimenea (o un gas procedente de otra fuente) que
contengan monóxido de carbono (y otros gases reductores) los
cuales, mediante reacción química, eliminen el oxígeno disuelto (DO)
adicional del agua de lastre. Esta etapa del procedimiento puede
ser complementario al procedimiento de tratamiento en algunos
casos, o formar parte integral en otros. Tales gases ayudan al
éxito en la eliminación de las especies no autóctonas. Esto es de
esta manera debido a que la etapa de procedimiento de
agitación/vacío elimina la mayor parte del (DO) del agua de lastre
y la recirculación continua del agua de lastre a través del
procedimiento de agitación/vacío debería reducir el DO
asintóticamente a cerca de cero. Los gases de combustión/chimenea,
sin embargo, se combinarán con el DO para formar dióxido de carbono
y de esta manera reducirán de manera incluso más rápida el DO. Los
tiempos de reducción más rápidos del DO llevarán a que los tiempos
de asfixia necesarios sean más cortos y la utilización de gases
reductores (de combustión) podría resultar esencial para alcanzar
un nivel aceptablemente bajo de especies no autóctonas cuando los
trayectos del lastre son cortos.
Todavía otro objetivo es eliminar los
microorganismos anaeróbicos mediante la hiperoxigenación del agua
de lastre antes de su desoxigenación.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un
procedimiento para tratar el agua marina de tal manera que se
eliminen los microorganismos contenidos en ella, a la vez que
simultáneamente se bombea hacia el interior de una bodega o tanque
de un buque como agua de lastre y/o mediante su recirculación desde
la bodega o tanque hacia el tanque o tanques de tratamiento y
después de vuelta a la bodega. El volumen del agua tratada en el
ciclo se trata durante un periodo lo suficientemente corto para
dejar un tiempo de asfixia durante el resto del viaje del buque
suficiente para producir un nivel aceptablemente reducido de
microorganismos para cuando el buque llegue a su próximo puerto de
carga, donde el agua de lastre se bombea de vuelta al mar. Cada
lote de agua tratada debe ser lo suficientemente pequeño para
preservar la estabilidad del buque y para no causar un estrés
significativo en la estructura del mismo. La recirculación continua
durante el tiempo de asfixia hará que el tratamiento sea incluso más
efectivo.
El procedimiento de la presente invención para
tratar el agua de lastre con el fin de eliminar los microorganismos
contenidos en ella es especialmente adecuado para su utilización en
buques oceánicos, en los que hay suficientes días para llevar a
cabo el tratamiento.
La figura 1 es una vista diagramática en planta
de un buque al que podría aplicarse la presente invención.
La figura 2 es una vista lateral del buque
ilustrado en la figura 1.
La figura 3 es un diagrama esquemático de bloques
de una realización del aparato y del procedimiento.
La figura 4 es un diagrama esquemático de un
agitador alternativo para su utilización en la realización de la
figura 3.
La figura 5 es un diagrama esquemático de un
aireador adecuado para su utilización en la presente invención.
La figura 5A es un diagrama esquemático de una
cámara de vacío para la desoxigenación que es adecuada para su
utilización en la presente invención.
La figura 6 es un diagrama esquemático que
ilustra una localización preferida de los tanques de tratamiento
sobre la cubierta de un buque; y
la figura 7 es similar a la figura 3 e ilustra
una realización diferente del procedimiento y del aparato para
tratar agua de lastre.
En las figuras 1 y 2 se ilustra un diagrama de un
buque real, el S/S Coastal Golden, una embarcación típica en muchos
aspectos, en la que podría utilizarse la presente invención para
tratar el agua de lastre almacenada en sus bodegas. La bodega de
carga más pequeña es de aproximadamente 10.760 m^{3} y su bodega
de carga más grande tiene aproximadamente 19.256 m^{3}. Todas sus
bodegas de carga son suficientemente grandes para desestabilizar el
buque si se desarrollase oleaje en su interior, excepto cuando
éstas se encuentran casi vacías o casi llenas. Tal embarcación es
capaz de transportar aceite y carga seca. Las bodegas de carga
están numeradas de 1 a 9, de proa a popa. Esta embarcación también
es típica en que necesitaría transportar agua de lastre en una o
más de sus bodegas con el fin de realizar con seguridad viajes en
mar abierto sin carga.
La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra
realizaciones de el procedimiento y del aparato. Se bombea agua de
lastre que contiene por lo menos microorganismos aeróbicos mediante
una bomba 22 desde una bodega 20 a través de un sistema de
filtración 24 (para retirar macroorganismos, que se bombean a un
tanque de almacenamiento 25 hasta su destino final) hasta un tanque
de mezcla 26 en el que se mezcla aire a presiones más elevadas que
la atmosférica con un flujo de agua mediante una bomba compresora
de aire 28 que proporciona aire desde una entrada de aire 30 a
través de un inyector de aire 32. Desde el tanque de mezcla 26, el
flujo de agua de lastre oxigenada se bombea después hacia una
cámara de vacío 34, donde se somete a agitación durante un periodo
adecuado mediante un agitador interno 36. La cámara de vacío 34
presenta espacio suficiente por encima del nivel del agua en el
interior de la misma para que el oxígeno disuelto (DO) liberado
desde el agua se libere hacia este espacio, del que se retira
fácilmente mediante una bomba de vacío 38 para después descargarlo
hacia la atmósfera 40. La bomba de vacío mantiene un vacío sobre el
agua dentro de la cámara ("vacío" se utiliza en el presente
documento para significar una presión menor que la presión
atmosférica pero mayor que la presión cero). El agitador 36 puede
sustituirse por un sistema de tipo presas 42 (figura 4) en el que
se dispone una serie de placas verticales de manera tal que formen
una línea de placas en orden de altura decreciente desde flujo de
entrada 27 hasta flujo de salida 45 de la cámara 34; tal sistema
genera una serie de cascadas que agitan el agua de manera
suficiente para liberar el oxígeno disuelto hacia el vacío que se
mantiene dentro de la cámara. Resulta aceptable cualquier sistema
de agitación capaz de liberar DO para su retirada por la bomba de
vacío.
Tras la eliminación del DO del agua de lastre
mediante el procedimiento de agitación/vacío, potenciado según se
desee mediante la inyección de gases de combustión reductores
(2CO+O_{2}=2CO_{2}), el agua de lastre se bombea hacia el
interior de la bodega del buque o hacia un tanque donde se desee
almacenarla y que se ha conseguido que sea "hermético a la
intemperie" o hermético al aire (y/o que se mantiene inerte
frente al oxígeno mediante la inyección, en cualquier espacio en el
que podría introducirse O_{2}, de gases de combustión o de otros
gases inertes). La falta de suficiente DO en el agua de lastre
eliminará entonces cualquier microorganismo aeróbico residente
durante un periodo de tiempo que dependerá de la resistencia de
cada microorganismo en relación a la falta de DO suficiente para la
respiración. Un viaje trasatlántico típico del lastre dura 10 a 15
días. Los ensayos de laboratorio demostraron una tasa de mortalidad
de los microorganismos aeróbicos del 99% en un ensayo de
laboratorio diseñado para ser una aproximación de un viaje del
lastre de 10 días en el que se lleva a cabo el ciclo de tratamiento
de agitación/vacío durante 2 días, dejando de esta manera un
periodo de asfixia de 8 días. Los cálculos realizados determinaron
que se requería un periodo de tratamiento de aproximadamente dos
minutos para cada baño de agua de 37,9 m^{3}, con vistas a tratar
una bodega de 10.000 toneladas llena de agua de lastre en dos días.
De esta manera, para el ensayo se seleccionó un periodo de
tratamiento de dos minutos bajo condiciones de muy bajo vacío sin
recirculación durante el periodo de asfixia y sin adición de gases
reductores. El procedimiento puede ajustarse cambiando las
presiones y tiempos de tratamiento y utilizando gases de lavado
para adaptarse a los diversos microorganismos que pueden encontrarse
en todo el mundo así como el tiempo de asfixia disponible que
permita el viaje del lastre que se pretende realizar.
De esta manera, la presente invención consigue el
objetivo ecológico de esterilizar sustancialmente el agua de lastre
sin necesidad de eliminar agua de lastre en ningún momento en
cantidad suficiente para inestabilizar el buque. Los ensayos
demuestran que el agua de lastre en la cámara de vacío 34 debe
agitarse durante aproximadamente 2 minutos, de manera que sólo
0,033% aproximadamente del volumen de una bodega típica estaría
circulando a través del ciclo cerrado que se ilustra en la figura
3.
Si se desea, el agua desoxigenada de la cámara de
vacío 34 se alimenta a otro tanque de mezcla 43, donde los gases de
escape de combustión (que contienen monóxido de carbono),
constituidos por los gases de chimenea del motor principal del
buque 44, se bombean mediante otra bomba 46 hacia el tanque de
mezcla 43, del que se bombea agua mediante una bomba 48 y se
recirculan de vuelta en un ciclo cerrado hasta la bodega de lastre
20 para completar el ciclo de tratamiento. El ciclo puede repetirse
tantas veces como sea necesario para eliminar de la bodega de
lastre 20 el suficiente oxígeno disuelto para eliminar la cantidad
deseada (hasta el 99%) de los microorganismos aeróbicos presentes
en el agua de lastre.
El aire inyectado (oxígeno) en el tanque de
mezcla 26 eliminará los microorganismos anaeróbicos por
hiperoxigenación o los debilitará provocando un nivel de
reproducción más reducido, y la eliminación del oxígeno disuelto en
la cámara 34 eliminará los microorganismos aeróbicos (mientras que
los anaeróbicos permanecerán en un estado debilitado). Si se desea,
el tanque de mezcla 26 puede desconectarse del sistema mediante
acoples adecuados 50, de manera que sólo se trataría los aeróbicos,
en la mayoría de casos los microorganismos anaeróbicos no son
especialmente preocupantes. La figura 5 ilustra una forma preferente
de mezcla, tanque de oxigenación 26 y la figura 5A ilustra una
forma preferente de cámara de vacío de desoxigenación 34.
La figura 6 ilustra la aplicación de la presente
invención a la bodega o bodegas y brazola o brazolas de escotilla
de un buque real, y la figura 7 es similar a la figura 3 y es un
diagrama esquemático que ilustra la manera en la que la presente
invención puede tratar el agua de lastre de entrada que procede del
agua exterior en la que se encuentra flotando el buque o del agua de
lastre extraída de la bodega del buque; las válvulas V1 y V2 se
abren y cierran selectivamente para conseguir los dos modos de
operación.
El primer estudio del procedimiento de la
presente invención se llevó a cabo haciendo que un colaborador
cogiese dos muestras de agua del río Elizabeth y las enviase
inmediatamente al laboratorio Solutions Lab. (ahora extinto). El
laboratorio Solutions Lab. llevó a cabo un procedimiento que
simulaba de cerca el procedimiento de tratamiento de la presente
invención en un ensayo tal como se ha descrito anteriormente. Los
resultados de dicho ensayo fueron muy positivos. Sin embargo,
debido a que el muestreo y actividades del laboratorio Solutions
Lab. se encontraban directamente bajo el control del presente
solicitante (y debido a que el laboratorio Solutions Lab. era un
laboratorio local que realizaba un trabajo profesional excelente
pero con poco prestigio), el procedimiento se sometió al escrutinio
del Applied Marine Research Laboratory del Old Dominion University
(AMRL/ODU) con el fin de establecer la autenticidad del estudio de
Solutions Lab. Los procedimientos y resultados de las actividades
de Solutions Lab. se discuten durante la descripción siguiente de
las pruebas AMRL/ODU debido a que la coincidencia entre las dos
pruebas fue sustancial y los procedimientos variaron sólo
ligeramente.
AMRL/ODU llevó a cabo un estudio con el fin de
determinar la efectividad del procedimiento de la presente
invención para reducir el conteo de bacterias en el agua de lastre.
En el procedimiento de AMRL/ODU, se utilizó una muestra de agua
ambiente recogida del río Elizabeth en Virginia como medio de ensayo
de sustitución para el estudio. Los parámetros del procedimiento se
evaluaron bajo condiciones de laboratorio, agitando y exponiendo a
tres niveles crecientes de vacío durante dos minutos en cada
nivel.
Se expusieron microcosmos a escala de laboratorio
que contenían agua natural de río a los tres tratamientos y después
se dejaron reposar durante periodos de asfixia de O_{2} de 0, 2 y
8 días antes de la inoculación de las placas bacterianas. Los
niveles de tratamiento se mantuvieron en condiciones constantes
durante el periodo de exposición. Se sacrificaron muestras por
duplicado del agua natural de río en el día 0, día 2 y día 8 y se
utilizaron para inocular placas de cultivo bacteriano. El periodo
de incubación de 5 días se determinó como el tiempo requerido para
la aparición de densidades de unidades formadoras de colonia
bacteriana (CFU) suficientes para el registro de conteos realistas
y representativos a través de un amplio abanico de posibles
respuestas.
La efectividad de los tratamientos se expresó
como las diferencias entre las condiciones iniciales en el Día 0 y
las condiciones a los 2 y 8 días de exposición a los tres
tratamientos. Los resultados de este estudio también se han
comparado al estudio inicial del mismo procedimiento y que realizado
por el presente solicitante. Debido al número limitado de placas
(por duplicado) para cada tratamiento y control, no pudo
determinarse un nivel de significancia estadística entre
tratamientos y controles o condiciones iniciales.
Dicho estudio de AMRL/ODU intentó determinar la
efectividad de sólo la parte del procedimiento de la presente
invención que se consideraba que requería en grado suficiente la
prueba experimental dentro de la totalidad que se contempla en
última instancia en la descripción de todos los elementos de la
invención. El procedimiento está diseñado para reducir el nivel de
bacterias en grandes cantidades de agua marina a bajo precio,
utilizando equipos estándar con la configuración precisa para ser
efectivos. Tal agua contiene bacterias aeróbicas y anaeróbicas.
Bajo condiciones en las que hay oxígeno, las bacterias aeróbicas
constituirán un tipo extremadamente dominante. Sin embargo, podría
haber algunas bacterias anaeróbicas y podrían tener la capacidad de
adaptarse y prosperar durante el periodo de asfixia en el ambiente
creado, que contiene niveles de oxígeno bajos a muy bajos. De esta
manera, el procedimiento de la presente invención incluye una
disposición para minimizar tal florecimiento mediante la
eliminación o debilitamiento de tales organismos anaeróbicos. La
baja probabilidad de florecimiento de un organismo anaeróbico y la
dificultad inherente de medir poblaciones reducidas de organismos
anaeróbicos impidió realizar ningún análisis cuantitativo del
control de la población anaeróbica mediante inyección de aire
presurizado, la cual debería eliminarlos o debilitarlos.
El estudio de AMRL/ODU creó tres ambientes de
oxígeno disuelto reducido bajo determinadas condiciones durante dos
periodos de tiempo. Los resultados se consideraron inesperados (de
un modo positivo) y demostraron un mayor grado de efectividad en la
reducción de las bacterias aeróbicas del río Elizabeth de lo
esperado tanto por el director como por el director adjunto de
AMRL/ODU, los cuales son expertos en la materia.
El presente estudio se diseñó con el fin de
evaluar el estudio anterior de "prueba de principio" del
laboratorio Solutions Lab. y con el fin de determinar la
efectividad del nuevo procedimiento de tratamiento de agua de la
presente invención descrito en el presente documento. En el
presente estudio, se aplicó un enfoque más estricto a la estimación
de la eficacia del procedimiento. Debido a que la prueba de
AMRL/ODU se llevó a cabo sobre un procedimiento patentable no
protegido, los tres tratamientos se identifican en un informe como
tratamientos TA, TB y TC en grados de vacío crecientes, es decir,
2, 4 y 6 pulgadas de Hg, al igual que en la prueba anterior.
Se recogió una muestra del río Elizabeth
inmediatamente antes del inicio del estudio. Una parte de la
muestra se apartó como muestra de control no tratada sin filtrar
(CFU). El resto de la muestra se filtró utilizando un filtro de 8
micrómetros. Se recogió un segundo control de la muestra filtrada y
se apartó como control de filtrado (CF). El resto de la muestra
filtrada se dividió en 3 alícuotas para su utilización como
tratamientos TA, TB y TC, tal como se muestra en las tablas 1, 2 y
3.
Los tres tratamientos (agitación por balanceo y
después aplicación de vacíos de 2, 4 y 6 pulgadas (HG) durante dos
minutos) se aplicaron sobre las tres alícuotas. Los controles no se
agitaron ni se sometieron a un vacío. Todos los matraces se
sellaron y se mantuvieron bajo condiciones de laboratorio. Las
muestras del día 0 se retuvieron durante aproximadamente 1 hora
antes de utilizarse para inocular placas para los conteos de
unidades formadores de colonias (UFC) bacterianas.
Todos los tratamientos y controles se prepararon
por duplicado y en suficiente número para disponer de una serie de
sacrificio. Es decir, para cada tratamiento o control se prepararon
2 matraces para inoculaciones al inicio del estudio (día 0), 2
matraces para su inoculación al final de los dos días (día 2) y 2
matraces para su inoculación al final de los 8 días (día 8). Se
prepararon matraces por duplicado para cada uno de los tratamientos
y controles del día 0 y los resultados se utilizaron para evaluar
el efecto inmediato del tratamiento así como para establecer las
condiciones iniciales.
Para cada tratamiento y control por duplicado se
utilizó una dilución en serie de cada uno de 4 intervalos de
dilución para inocular las placas bacterianas. Los conteos de UFC
bacterianas se basó en la media total de las dos placas en el
intervalo de dilución que proporcionaba los contajes más
realistas.
El agua se recogió del muelle en NAUTICUS en el
centro de Norfolk, Virginia. Se recogió el 14 de enero de 1997 a
las 14:30 aproximadamente. Se hizo descender un cubo con una cuerda
hasta el agua para recoger la muestra. El cubo de recogida de
muestras se fregó con un cepillo grande para botellas y jabón
Liquinox® diluido. Se enjuagó cuidadosamente con agua de grifo y
después se enjuagó 9 veces con agua ultrapura nueva. Antes del
muestreo se enjuagó 3 veces con agua sin filtrar del río Elizabeth.
Esta agua se vertió en un bidón de 20 litros que se envolvió en
papel de aluminio para proteger la muestra de la luz solar
directa.
Los bidones se fregaron con un cepillo grande
para botellas y jabón Liquinox® diluido. Se enjuagaron con agua de
grifo, después se enjuagaron 2 veces con HCl 4N, después 9 veces
con agua ultrapura nueva. Antes de añadir el agua filtrado o no
filtrada del río Elizabeth se enjuagaron 3 veces con tanta agua del
río Elizabeth como pudiesen contener. Se recogieron aproximadamente
19 litros de agua marina, dejando aproximadamente un volumen de
espacio libre de 1 litro dentro de los bidones. Las muestras de
agua enteras se transportaron inmediatamente al Water Quality
Laboratory en NAUTICUS.
En el laboratorio, se apagaron las luces de
manera que sólo estuviesen encendidas las luces de emergencia
durante la filtración. Se utilizaron papeles de filtro Whitman® 40
de ocho micrómetros sin cenizas para filtrar el agua marina.
Las tijeras se fregaron con un cepillo y jabón
Liquinox® diluido. Se enjuagaron con agua de grifo, se enjuagaron 9
veces con agua ultrapura nueva y después 3 veces con el agua sin
filtrar del río Elizabeth.
El agua del río Elizabeth en el bidón de 20
litros se mezcló por inversión y después se vertieron
aproximadamente 3 litros en un bidón de 5 litros envuelto en papel
de aluminio. Se utilizó algo del agua en el bidón de 5 litros para
enjuagar el material de laboratorio que requería de enjuagado con
agua marina sin filtrar (tijeras, torres de filtración y las
probetas graduadas). Se vertieron submuestras del agua marina sin
filtrar del bidón de 20 litros en probetas graduadas para su
filtración. Las torres de filtración, probetas graduadas y matraces
se fregaron con un cepillo grande para botellas y jabón Liquinox®
diluido. Todas las piezas se enjuagaron cuidadosamente con agua de
grifo, después se enjuagaron 2 veces con HCl 4N y después 9 veces
con agua ultrapura nueva. Las torres de filtración y probetas
graduadas se enjuagaron 3 veces con el agua marina sin filtrar y
los matraces de filtración se enjuagaron 3 veces con el agua marina
filtrada.
El agua del río Elizabeth se filtró e introdujo
en matraces de filtración por vacío de vidrio de 2 litros bajo una
presión de vacío \leq 381 mm Hg. Se introdujeron aproximadamente
10 litros de agua marina filtrada en un bidón de 20 litros que se
envolvió en papel de aluminio. Se completó la filtración entre las
15:00 y 16:30 el 14 de enero de 1997. A continuación, las muestras
de agua del río Elizabeth se transportaron al Applied Marine
Research Laboratory del Water Quality Laboratory de NAUTICUS.
El laboratorio de toxicología acuática de AMRL
recibió las muestras de agua filtrada y sin filtrar del río
Elizabeth y las conservó a temperatura de laboratorio
(19-21ºC) protegiéndolas de la exposición directa a
la luz ambiental. Se prepararon cinco tratamientos: control sin
filtrar (CSF); control filtrado (CF); y tratamientos filtrados A
(TA), B (TB) y C (TC). Los matraces de Erlenmeyer de 260 ml con
tapones de algodón o de goma que se utilizaron como recipientes
microcosmos en el presente estudio se autoclavaron previamente al
inicio de las pruebas. Se llenaron los matraces con 200 ml de la
fracción apropiada de agua del río Elizabeth, filtrada o sin
filtrar. Los dos tratamientos de control se taparon con tapones de
algodón estéril y se conservaron en equilibrio con la presión del
aire ambiental. Los matraces de tratamiento se dotaron de tapones
de goma con un agujero por el que penetraba un tubo de vidrio
conectado a un tubo Tygon con una abrazadera.
Se aplicaron a los microcosmos (matraces de 250
ml) con agua del río Elizabeth los tres niveles de tratamiento (es
decir, dos minutos de agitación con niveles de vacío respectivo de
50,8, 101,6 y 152,4 mm de Hg) y se sellaron los matraces para
evitar la entrada de aire ambiental. Se registraron los tiempos de
inicio para cada réplica, definiéndose este tiempo como el necesario
para que la réplica alcanzase el nivel de tratamiento apropiado.
Todos los matraces de control y de tratamiento se mantuvieron en
una cámara oscura durante la duración completa de los intervalos de
tratamiento. Se le proporcionaron al bacteriólogo duplicados de las
muestras apropiadas de manera seriada: 1 hora, 2 días y 8 días
después del inicio de la exposición al tratamiento.
Los microcosmos se muestrearon antes de
transcurrir 1 hora de su llegada al laboratorio de bacteriología.
En éste, se preparó una serie decimal de dilución de 3 veces
utilizando una muestra de 1 ml para cada microcosmos y solución
estéril de NaCl (15 psu). Se extendieron sobre placas de petri que
contenían ágar marino 2216 (Difco) submuestras (100 \mul) de cada
tubo de dilución así como de los microcosmos mismos. Las placas se
incubaron a temperatura ambiente (19ºC) durante 5 días y después se
enumeraron las unidades formadoras de colonias (UFC) con ayuda de
una mesa de luz y una lupa.
Al inicio del experimento había aproximadamente
el mismo número de bacterias cultivables en todos los tratamientos
y controles (Tabla 1). Tras la aplicación del tratamiento descrito
y un periodo de asfixia de 48 horas el número de bacterias
cultivables se había reducido en aproximadamente 10 veces y había
mayor variabilidad dentro y entre los tratamientos que antes. En el
día 8 los controles y los tratamientos eran marcadamente
diferentes. La reducción en las bacterias cultivables continuó en
los tratamientos TA, TB y TC pero los conteos aumentaron en 2 a 3
órdenes de magnitud en los controles.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Los resultados del estudio previo del laboratorio
Solutions Lab. sugerían fuertemente que el tratamiento de
vacío/agitación era efectivo para reducir las poblaciones de CFU
bajo las condiciones del ensayo. Estos resultados se reproducen en
la Tabla 2 para su comparación con los resultados del estudio de
AMRL/ODU. Las diferencias entre los dos estudios incluyen: 1) el
estudio de AMRL/ODU utilizó duplicados para cada tratamiento para
cada día en una serie de sacrificio que reduce la probabilidad de
contaminación de los microcosmos; 2) el agua original en el estudio
del laboratorio Solutions Lab. parece que contenía una mayor
concentración de bacterias viables al inicio del estudio; 3) las
muestras para el estudio de AMRL/ODU se agitaron mediante un
movimiento manual de giro y después se sometieron a dos minutos del
vacío relevante, mientras que las muestras utilizadas en el estudio
del laboratorio Solutions Lab. se agitaron vigorosamente con un
movimiento de agitación manual durante todo el periodo de dos
minutos durante el que se aplicó el vacío relevante; 4) el estudio
de AMRL/ODU utilizó una serie de dilución de 3 veces para permitir
el registro de respuestas a lo largo de un intervalo más amplio de
CFU y 5) las muestras se recogieron en diferentes momentos.
Los datos del estudio del laboratorio Solutions
Lab. (Tabla 2) sugieren una efectividad creciente con niveles
crecientes de tratamiento. Cuando estos datos se expresan como
porcentaje de reducción respecto a las condiciones iniciales (Tabla
3), los patrones son evidentes.
| \begin{minipage}[t]{147mm} NOTA:*= Los resultados demostraron un rebote inesperado en la población bacteriana a 89 veces las CFU/ml iniciales para el control no filtrado y 18 veces la condición inicial para los controles filtrados.\end{minipage} |
La reducción de las CFU en todas las muestras
tratadas excedió la de todos los controles, tanto filtrados como sin
filtrar. Esto sugiere que la filtración es útil pero no definitiva.
Los tratamientos de vacío/agitación con un periodo de asfixia
apropiado, que es una característica esencial de la presente
invención, resultó en reducciones significativas en los conteos de
CFU. Las variaciones en estas reducciones fueron más significativas
al incrementarse los tiempos de asfixia elegidos para las pruebas
iniciales que con los niveles de vacío elegidos. La presente
invención no propone un límite para los niveles de vacío y unos
niveles más altos que los elegidos para dichas pruebas iniciales
podrían demostrar un efecto más significativo con un tiempos de
asfixia más cortos. Dichas pruebas no mostraron una correlación
positiva clara entre reducciones de CFU y mayores niveles de
vacío/agitación o tiempos de asfixia más largos, o ambos.
Al final del día 8, los tres tratamientos del
estudio de AMRL/ODU mostraban una reducción en las CFU de
aproximadamente el 98% respecto a las Condiciones iniciales. Los
resultados del estudio de AMRL se valoraron como "notables" en
el aspecto de que concuerdan estrechamente con los resultados del
tratamiento TC (2 minutos/6'' Hg) en el estudio previo de reducción
alcanzada. En el estudio de AMRL/ODU se mantuvieron constantes las
condiciones de tratamiento a lo largo del periodo de exposición
mientras que en el estudio previo no está claro si las condiciones
de tratamiento se mantuvieron constantes durante el mismo periodo.
Debe indicarse que si se comparan los conteos del día 8 con los
resultados de los controles filtrados y sin filtrar del día 8 el
tratamiento aparentemente sería efectivo en más de un 99%.
El procedimiento aplicado a tres niveles de
vacío/agitación en los estudios llevados a cabo demostró que la
técnica era efectiva para reducir las poblaciones de CFU naturales
en las muestras recogidas del río Elizabeth, Virginia. Los diversos
datos demostraron diversas sensibilidades a los niveles de
vacío/agitación y a los diversos periodos de asfixia. Ambos estudios
indicaron mayores reducciones de CFU correlacionadas con niveles
más elevados de vacío en la etapa de vacío/agitación y periodos de
asfixia más largos. Presumiblemente periodos de tiempo más largos en
la cámara de vacío y niveles más altos de vacío y/o de agitación
inherente en el tratamiento de vacío/agitación se correlacionarían
todos de manera positiva. Ambos estudios se llevaron a cabo sin
interferencia alguna del presente solicitante en la integridad
académica de AMRL/ODU ni interferencias con la integridad comercial
del laboratorio Solutions Lab. y/o de los individuos que llevaron a
cabo los ensayos.
El estudio de AMRL/ODU confirma los resultados
del estudio del laboratorio Solutions Lab., en el que el nivel más
elevado de efectividad fue de aproximadamente el 99% al nivel más
alto de vacío/agitación. Este nivel de efectividad es sorprendente
y resultó inesperado para los investigadores de AMRL/ODU (el
Director y Director Adjunto de AMRL).
El incremento aparente en las poblaciones
bacterianas en el estudio de AMRL entre el día 2 y el día 8 en los
controles filtrado y sin filtrar resultó inesperado para los
investigadores pero significativo para demostrar el grado de
efectividad de la presente invención. Si se realiza la comparación
entre las muestras tratadas en el día 8 con los controles en el día
8, la efectividad del procedimiento de la presente invención es
mayor del 99%. El incremento (incremento en la población de CFU)
observado en los controles filtrados y sin filtrar demuestra
claramente que el procedimiento de la presente invención presenta un
efecto de destrucción significativo sobre las poblaciones de CFU que
se encontraban en la muestra del río Elizabeth incluso cuando se da
un efecto de incremento a escala masiva en los controles. Se
desconoce si el efecto de incremento ocurriría en todos los casos
en los que se recoja agua ambiente o natural en cualquier ambiente
del mundo; sin embargo, el efecto de incremento en el agua del río
Elizabeth utilizada en el ensayo de AMRL/ODU sirve para demostrara
que la presente invención es suficientemente efectiva para conseguir
una tasa de mortalidad elevada de los microorganismos incluso
cuando se encuentran en un ambiente conducente a su rápida
reproducción.
Claims (22)
1. Procedimiento para tratar agua de lastre en un
espacio que define una bodega o tanque de lastre de un buque con el
fin de reducir una población inicial de microorganismos en el agua
de lastre que comprende microorganismos aeróbicos, comprendiendo
dicho procedimiento las etapas siguientes:
desoxigenar el agua de lastre que contiene los
microorganismos aeróbicos mediante agitación del agua de lastre bajo
un vacío durante un primer periodo de tiempo, en el que dicha etapa
de desoxigenación retira el oxígeno disuelto del agua de lastre;
y
a continuación de dicha etapa de desoxigenación,
sellar el espacio que contiene el agua de lastre tratada durante un
segundo periodo de tiempo hasta que el porcentaje eliminado de la
población inicial sea de por lo menos el 50%.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que dicho segundo periodo de tiempo es de aproximadamente dos
días.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de sellado del espacio hasta que el
porcentaje eliminado de la población inicial es de por lo menos el
90%.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que dicho segundo periodo dura aproximadamente ocho días y en el que
dicho porcentaje es de por lo menos el 97%.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el
que dicho porcentaje es superior al 99%.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el
que dicho primer periodo de tiempo es de aproximadamente dos
minutos.
7. Procedimiento según la reivindicación 5, que
comprende además, a continuación de la etapa de desoxigenación, la
etapa de introducción de un gas reductor en el agua de lastre con
el fin de incrementar adicionalmente dicho porcentaje de eliminación
de la población.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el
que dicho gas reductor consiste en gases de escape de
combustión.
9. Procedimiento según la reivindicación 3, en el
que dichos microorganismos también comprenden microorganismos
aeróbicos, comprendiendo dicho procedimiento la etapa, previamente
a dicha etapa de desoxigenación, de oxigenación del agua de lastre
que contiene los microorganismos anaeróbicos de manera que dichos
microorganismos anaeróbicos sean eliminados o debilitados hasta un
punto en el que su tasa de reproducción se vea sustancialmente
reducida incluso durante dicho segundo periodo cuando dichos
microorganismos anaeróbicos se encuentran en un hábitat
anaeróbico.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que cada una de dichas etapas de desoxigenación y oxigenación
presenta una duración del orden de segundos y minutos y en el que
dicho segundo periodo de tiempo presenta una duración del orden de
días.
11. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de medición de dicho porcentaje al final
de dicho segundo periodo de tiempo.
12. Procedimiento según la reivindicación 3, que
comprende además las etapas siguientes:
bombeo del agua de lastre fuera del espacio
previamente a dicha etapa de desoxigenación; y
retorno del agua de lastre al espacio después de
la etapa de desoxigenación.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que dicha etapa de retorno se lleva a cabo antes de dicha etapa
de sellado.
14. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que dicha etapa de retorno se lleva a cabo después de dicha
etapa de sellado.
15. Procedimiento según la reivindicación 3, que
comprende además las etapas siguientes:
bombear el agua de lastre fuera del espacio
previamente a dicha etapa de desoxigenación;
bombear el agua hacia un tanque de
tratamiento;
a continuación, someter el agua de lastre en
dicho tanque de tratamiento a dicha etapa de agitación y a dicho
vacío;
seguidamente, bombear el agua de lastre tratada
de vuelta a dicho espacio para dicho segundo periodo de tiempo; y a
continuación determinar dicho porcentaje de eliminación de la
población.
16. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el vacío por encima del agua de lastre agitada es de 50,8 a
152,4 mm de mercurio.
17. Procedimiento según la reivindicación 16, en
el que el vacío por encima del agua de lastre agitada es de 50,8 a
101,6 mm de mercurio.
18. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de sellado hace que el espacio sea por lo menos
hermético a la intemperie.
19. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además cubrir una superficie expuesta del agua de lastre
tratada con una barrera que sea sustancialmente hermética a la
entrada de oxígeno O_{2}.
20. Procedimiento según la reivindicación 19, en
el que dicha barrera es una manta de gas con un contenido en
oxígeno O_{2} del 10% o menos en volumen con el fin de prevenir
la reoxigenación del agua de lastre tratada.
21. Procedimiento según la reivindicación 20, en
el que dicho gas es gas de escape procedente de un motor de
combustión interna.
22. Procedimiento según la reivindicación 1 para
tratar agua de lastre a medida que se bombea desde el agua ambiente
del costado del buque hacia una bodega o tanque de lastre del
buque, comprendiendo además dicho procedimiento la etapa de bombeo
de agua con el fin de crear turbulencia del agua que produzca la
agitación del agua de lastre.
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