ES2219780T3 - Procedimiento para la eliminacion de microorganismos en las aguas de lastre de los buques. - Google Patents

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.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

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.

Condiciones básicas y vocabulario

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.

Descripción de la técnica anterior

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.

Sumario de la invención

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.

Breve descripción de los dibujos

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.

Descripción de las realizaciones preferidas

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.

Materiales y procedimientos Plan de trabajo para el estudio de AMRL/ODU

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.

Recolección y filtración de agua del río Elizabeth

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.

Microcosmos y conteos de las placas

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.

Resultados

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)

TABLA 1

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Discusión

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.

TABLA 2

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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.

TABLA 3

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\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%.

Conclusiones de los estudios

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.