Procesele oceanului de coastă

Acest articol face parte din subiectul de cercetare

Cercetări marine interdisciplinare: noi instrumente și interfețe societale Vizualizați toate cele 8 articole

Editat de
Daniel Rittschof

Universitatea Duke, Statele Unite

Revizuite de
Justin I. McDonald

Departamentul Industrii Primare și Dezvoltare Regională din Australia de Vest (DPIRD), Australia

Eric Holm

Naval Surface Warfare Center Carderock Division, Statele Unite

Sonia Gorgula

Departamentul Agriculturii și Resurselor de Apă (Australia), Australia

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

frontiere

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Revizuiri de politici și practici ARTICOL

  • 1 Programul pentru specii invazive marine, California State Lands Commission, Sacramento, CA, Statele Unite
  • 2 Direcția Știința Biosecurității și Evaluarea Riscurilor, Ministerul Industriilor Primare, Wellington, Noua Zeelandă

Introducere

Biofoulingul este acumularea de organisme acvatice pe suprafețe imersate. Biofoulingul asupra navelor maritime este o povară continuă pentru proprietari și operatori (revizuită de Woods Hole Oceanographic Institute [WHOI], 1952), provocând impacturi asupra vitezei, manevrabilității, operabilității și durabilității. De exemplu, biofouling-ul pe corpul navei poate avea ca rezultat o viteză redusă la un anumit nivel de putere datorită rezistenței la frecare hidrodinamică crescută (Schultz, 2007; Buhaug și colab., 2009; Schultz și colab., 2011). Adică, este necesară o rată mai mare de utilizare a combustibilului pentru a produce puterea crescută necesară pentru a atinge o viteză dată. Un astfel de impact are implicații de anvergură, întrucât consumul crescut de combustibil influențează și emisiile de gaze cu efect de seră induse de transport (Organizația Maritimă Internațională [OMI], 2011).

Biofoulingul de nave este, de asemenea, o cale importantă pentru transportul uman de specii marine non-indigene (NIS). De exemplu, calea de biofouling este un mijloc potențial de transfer pentru mai mult de 80% din Noua Zeelandă și 60% din INS marine și estuare din California (Kospartov și colab., 2008; Ruiz și colab., 2011). Mai mult, o mare parte din INS marine în Hawaii, America de Nord, Port Phillip Bay (Australia) și Japonia au fost introduse probabil prin această cale (Eldredge și Carlton, 2002; Fofonoff și colab., 2003; Hewitt și colab., 2004 Otani, 2006).

Deși nu toate NIS au impacturi asociate, un subgrup de NIS are o gamă largă de impacturi asupra mediului marin și a oamenilor care se bazează pe acesta (a se vedea Ruiz și colab., 1997; Molnar și colab., 2008; Sorte și colab., 2010 ). Impacturile specifice generate de transferurile NIS marine asociate cu bioincrustarea navelor sunt de o îngrijorare globală crescândă, având în vedere că mediul marin este o parte esențială a multor valori economice, de mediu și socio-culturale ale lumii (Organizația Maritimă Internațională [IMO]), 2017; Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură [FAO], 2018; Carlton și colab., 2019). De exemplu, Hayward (1997) și Hayward și colab. (1999) au atribuit modificărilor majore de mediu din portul Waitemata, Auckland, Noua Zeelandă, bivalvelor ne-indigeni Magallana gigas și Arcuatula senhousia. Bivalva Mytilus galloprovincialis a provocat impacturi ecologice în Africa de Sud, inclusiv deplasarea speciilor și creșterea biomasei intertidale (Robinson și colab., 2005; Hanekom, 2008). Mai mult, biofoulingul NIS asupra crustaceelor ​​cultivate are efecte dăunătoare asupra creșterii și stării, precum și asupra aspectului, comercializării și costurilor de producție (Fitridge și colab., 2014; Forrest și colab., 2014; Davidson și colab., 2017).

tabelul 1. Acronime care descriu diferitele metode de curățare sau tratare în apă (VICT).

Există două abordări ale VICT:

Proactivă curățarea în apă (PIC) sau tratamentul (PIT), care în scopul acestei revizuiri include îngrijirea corpului (de exemplu, Tribou și Swain, 2015), este utilizat pentru a preveni sau reduce atașarea și creșterea microfoulingului (de exemplu, nămol) pe vas și pentru a îndepărta etapele nou atașate (adică microscopice) ale organismelor macrofouling. Beneficiul economic al eliminării stratului de nămol de către PIC a făcut obiectul multor studii (de exemplu, Schultz și colab., 2011) și, în timp ce amploarea beneficiului economic necesită o claritate suplimentară, PIC se aliniază la eforturile Organizației Maritime Internaționale (OMI) ) reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră prin optimizarea eficienței combustibilului navelor (Organizația Maritimă Internațională [OMI], 2011). PIT a fost, de asemenea, dezvoltat folosind căldura ca mecanism de acțiune (Inglis și colab., 2012). Un sistem proactiv de curățare și captare în apă (PICC) include captarea și tratarea efluenților. PIC (și PICC), folosind instrumente de curățare precum perii moi, jeturi de apă sau sisteme fără contact, este o componentă cheie a întreținerii continue a suprafețelor scufundate ale navei, deoarece previne acumularea de macrofouling și astfel minimizează riscul de biosecuritate (Departamentul pentru Ministerul Mediului [DOE] și Ministerul Industriilor Primare din Noua Zeelandă [MPI], 2015; Georgiades și colab., 2018).

Cantități accidentale de macrofouling se pot stabili pe suprafețele scufundate ale navei chiar și în cele mai bune practici de management (Georgiades și Kluza, 2017). Curățarea reactivă în apă (RIC) sau tratamentul (RIT) se utilizează pentru a îndepărta sau trata biofoulingul (de exemplu, macrofouling) de la astfel de vase și cele pentru care managementul preventiv a fost ineficient, cele care au fost întreținute inadecvat sau din zonele în care antivegetative acoperirile au fost slab aplicate sau s-au deteriorat. Macrofoulingul este mai dificil de îndepărtat decât un strat de nămol și poate conține o gamă diversă de organisme care sunt reproductiv maturi (Davidson și colab., 2013; Morrisey și colab., 2013; Departamentul Mediului [DOE] și Ministerul Primăriei din Noua Zeelandă Industries [MPI], 2015). RIC sau RIT nu sunt abordări de rutină adecvate pentru gestionarea bioincrustării vaselor din mai multe motive discutate în acest manuscris, inclusiv daune care duc la epuizarea prematură a acoperirii antifouling sau eșec. Cu toate acestea, RIC și RIT rămân instrumente de răspuns importante pentru a reduce probabilitatea de stabilire a speciilor din vasele macrofouled.

Indiferent de abordare (adică proactivă sau reactivă), sunt identificate două tipuri de riscuri de mediu care pot necesita gestionare (Figura 1):

figura 1. Identificarea riscurilor de biosecuritate [B] și contaminare chimică [C] asociate cu funcționarea sistemelor reactive de curățare și captare în apă (RICC) [Adaptat de la Morrisey și Woods (2015) și Alliance for Coastal Technologies Maritime Environmental Resource Center [ACT/MERC ] (2019)].

(1) Eliberarea și acumularea de mediu a contaminanților chimici asociați cu sistemele de acoperire antivegetative; și

(2) Eliberarea NIS marine (ca adulți, larve sau propagule viabile) în medii noi (Organizația Maritimă Internațională [IMO], 2011; Morrisey și colab., 2013).

Pentru a oferi autorităților de reglementare, industriilor legate de nave și operatorilor de sisteme o bază științifică pentru aplicarea adecvată a VICT, este necesară o înțelegere a riscurilor asociate cu aplicarea acesteia. Această înțelegere necesită o bază solidă de evidență din care să se informeze luarea deciziilor (Morrisey și colab., 2013, 2015).

Această revizuire oferă un rezumat al cunoștințelor actuale cu privire la riscurile de mediu și beneficiile tehnologiilor VICT aplicate pe suprafețele exterioare ale navei comerciale (de exemplu, PIC, RIC). De asemenea, sunt abordate barierele tehnice legate de acceptarea reglementară și utilizarea responsabilă a acestor instrumente pentru a gestiona riscul de biosecuritate și contaminare chimică pe baza experiențelor din Noua Zeelandă și California. Tratamentele în apă (de exemplu, PIT, RIT) nu sunt incluse în acest manuscris, deoarece eficacitatea acestor metode a fost revizuită recent de Growcott și colab. (2017) și Cahill și colab. (2019a).

Abordări privind curățarea sau tratarea în apă a vaselor (VICT)

Abordările actuale de curățare și tratament (Tabelul 2) includ sisteme care pot fi utilizate pentru a întreprinde o varietate de sarcini de întreținere în apă. Curățarea sau tratamentul proactiv în apă (de exemplu, PIC, PIT) descrie sisteme pentru a preveni formarea stratului de nămol, pentru a-l îndepărta de pe corp și pentru a îndepărta etapele microscopice ale istoriei de viață a organismelor macrofouling. RIC descrie un sistem utilizat pentru îndepărtarea macrofoulingului de pe corp, fără captare și tratare a efluenților. Un sistem reactiv de curățare și captare în apă (RICC) include captarea și tratarea efluenților. Tratamentul reactiv în apă (RIT) descrie tratamentul macrofoulingului. S-ar putea să existe unele vase care sunt predominant murdate de microfouling, dar care au pete limitate de macrofouling, în special în și în jurul zonelor de nișă (Georgiades și Kluza, 2017). În aceste cazuri, utilizarea unui sistem RICC poate fi necesară pentru a proteja mediul receptor.

masa 2. Rezumatul abordărilor privind curățarea sau tratarea în apă a vaselor (VICT) a navelor comerciale (McClay și colab., 2015; Morrisey și Woods, 2015).

Care sunt riscurile asociate curățării în apă a vaselor (VICT)?

Contaminarea chimică

Gestionarea biofouling-ului pe corpuri și alte suprafețe de vase imersate se realizează de obicei prin aplicarea sistemelor antivegetative, inclusiv acoperiri antivegetative, pentru a preveni sau minimiza acumularea de organisme (Lewis, 2016; Georgiades și colab., 2018). Sistemele de acoperire antivegetative sunt clasificate în general ca biocide sau non-biocide.

Sistemele de acoperire non-biocide au proprietăți fizice de a afecta atașarea (de exemplu, acoperiri cu eliberare de murdărie pe bază de silicon) sau permit curățarea regulată sau abrazivă cu efect minim pe suprafață (de exemplu, sistemele de acoperire dură care sunt rezistente mecanic la deteriorare).

Sistemele de acoperire biocidă împiedică atașarea și creșterea organismelor de bioincrustare prin eliberarea de biocide, cum ar fi compușii de cupru și zinc. Cuprul este cel mai frecvent utilizat biocid, cu toate acestea, co-biocidele sunt adesea încorporate în sistemele de acoperire pentru a asigura eficacitatea pe o serie de specii (Dafforn și colab., 2011). Cele trei tipuri principale de sisteme de acoperire biocidă utilizate în mod obișnuit pe vase comerciale sunt copolimerul auto-lustruit, ablativul și matricea insolubilă (Lewis, 2016). Aplicarea sistemelor VICT la vase cu acoperiri antivegetative biocide poate avea ca rezultat o eliberare inacceptabilă de contaminanți chimici conținuți în sau pe acoperiri (de exemplu, biocide din stratul de vopsea și acoperire, inclusiv dispersia fulgilor de vopsea) și acumularea lor în mediul marin, adică, coloană de apă, sedimente, biota).

Curățare proactivă în apă (PIC)

Condus corespunzător, PIC care este în concordanță cu cele mai multe recomandări ale producătorului de sisteme antivegetative poate duce la descărcări care îndeplinesc standardele sau cerințele locale (Morrisey și colab., 2013; Departamentul Mediului [DOE] și Ministerul Industriilor Primare din Noua Zeelandă [MPI], 2015 ). Intuitiv, PIC va avea ca rezultat o eliberare de contaminanți mai mică decât RIC, deoarece tehnicile mai puțin abrazive sunt de așteptat să reducă la minimum eliberarea de biocide (Morrisey și colab., 2013; Earley și colab., 2014; Departamentul Mediului [DOE] și Ministerul Industriilor Primare din Noua Zeelandă [MPI], 2015). Cu toate acestea, ar trebui să fie luată în considerare și eliberarea cumulativă de biocide pe parcursul unui regim PIC frecvent. Prin urmare, este probabil ca agențiile pentru calitatea apei să solicite date privind descărcările chimice asociate ambelor tipuri de sisteme. Sistemele PICC sunt concepute pentru a reduce la minimum eliberarea de biocide prin captare și tratare a efluenților. Cu toate acestea, datele generate independent privind descărcările chimice asociate cu sistemele PIC și PICC sunt rare.

Morrisey și colab. (2013) au evaluat riscurile potențiale de contaminare chimică ale PIC prin compararea concentrațiilor prevăzute de cupru eliberate cu liniile directoare privind calitatea apei într-o serie de scenarii. Valorile ghidului privind calitatea apei utilizate au fost de 4,8 μg Cu/L pentru risc acut (Codul regulamentelor federale [CFR], 1983; Thursdayby și Hansen, 1995) și 3,1 μg Cu/L pentru riscul cronic (Codul reglementărilor federale [CFR] ], 1983; Consiliul pentru conservarea mediului din Australia și Noua Zeelandă [ANZECC], 2000). Concentrațiile de cupru din mediu au fost prezise folosind modelul antifoulant marin pentru a prezice concentrațiile de mediu (MAMPEC) modelul v 3.0 (Deltares, 2011). Deși utilizează cele mai bune informații disponibile pe baza unei analize extinse, Morrisey și colab. (2013) au recunoscut că informațiile detaliate pentru multe aspecte legate de riscurile PIC erau limitate și că incertitudinea considerabilă era asociată cu informațiile disponibile.

Folosind modelul, Morrisey și colab. (2013) au prezis că, în majoritatea scenariilor, PIC al navelor comerciale nu ar depăși liniile directoare privind calitatea apei (adică activitatea a fost un risc scăzut) în Portul Auckland, Noua Zeelandă. Această predicție s-a bazat pe zona de amestecare și spălare în acest port și aplicarea estimării conservatoare a eliberării superioare a cuprului (adică, cel mai rău caz realist). Un port cu spălare redusă, Lyttleton, Noua Zeelandă, avea o probabilitate mai mare de depășire a orientărilor din această activitate (Gadd și colab., 2011; Morrisey și colab., 2013).

Lewis (2013) descrie evaluarea unui sistem aplicat proactiv unei nave cu microfouling și un strat biocid care a fost la 13 luni de viață. Încercările de sistem au inclus utilizarea discurilor cu lamă fără contact sau a periilor moi din nailon atașate la capul de curățare. În mod surprinzător, concentrațiile de cupru dizolvate și particulate în efluent din lamele fără contact au fost mult mai mici decât cele generate de perii. În timp ce concentrațiile de cupru din probele de apă prelevate din efluentul sistemului depășeau cu mult standardele de calitate a apei, nu au fost înregistrate concentrații crescute de cupru în coloana de apă din apropierea vasului de testare în timpul sau după procesul de curățare (Lewis, 2013).

Cantitatea totală de cupru eliberată în mediu în timpul studiului Lewis (2013) (estimată pentru un vas de 45 m la 87,5 g) comparată favorabil cu eliberarea zilnică pasivă calculată de cupru din sistemele de acoperire antivegetative de la mici (50 m; 40 g ) și vase mari (200 m; 1.000 g). Acest calcul s-a bazat pe o rată estimată de eliberare a cuprului de 10 μg/cm2/zi (Lewis, 2013; Morrisey și colab., 2013). Operațiunile normale ale vaselor pot duce, de asemenea, la intrarea biocidului în mediu prin eliberarea din vopsea pentru a preveni atașarea și creșterea biofoulingului, sloughing stratului de nămol care conține cupru acumulat (Morrisey și colab., 2013) și deteriorarea mecanică a sistemelor de acoperire antivegetative lanțuri de ancorare, remorchere și aripi (Anderson, 2004).

Curățarea reactivă în apă (RIC)

Metodele reactive de curățare în apă, inclusiv sistemele de perii abrazive și jeturile de apă de înaltă presiune, pot abrazi acoperirile antivegetative biocide, rezultând eliberarea de contaminanți în mediul marin înconjurător (Valkirs și colab., 2003; Inglis și colab., 2012; Morrisey și colab. ., 2013; Earley și colab., 2014). Sistemele RICC sunt dezvoltate pentru a atenua riscurile asociate cu eliberarea de contaminanți prin captarea, filtrarea și/sau tratarea resturilor îndepărtate și a efluenților reziduali (California Water Boards, 2013; Morrisey și Woods, 2015). Cu toate acestea, utilizarea sistemelor RIC și RICC poate avea ca rezultat zone de murdărire la fața locului din cauza epuizării localizate a biocidului.

O serie de factori influențează natura descărcărilor asociate cu RIC și RICC. Acestea includ tipul (tipurile) și vechimea sistemelor de acoperire antivegetative curățate, zonele scufundate curățate, cantitatea și tipul de bioincrustare prezentă, metoda de curățare în apă și mediul hidrodinamic, Gadd și colab., 2011; Inglis și colab., 2012; Morrisey și colab., 2013; Centrul de resurse pentru mediu maritim Alliance for Coastal Technologies [ACT/MERC], 2019).

Datele obținute independent și disponibile publicului privind eliberarea contaminanților asociați cu RIC și RICC pe nave reale sunt rare. Concentrațiile medii totale de cupru din probele prelevate din panoul de evacuare de pe platforma de curățare și întreținere submersibilă (SCAMP) în timpul curățării a trei nave ale US Navy au variat între 1,57 și 2,62 mg/L. Intervalul mediu al fracției de cupru dizolvat a fost de 66 până la 146 μg/L. Masa de cupru eliberată a fost estimată la 4,8 g/m2 de suprafață curățată (Agenția pentru Protecția Mediului din Statele Unite [EPA], 1999). Mai recent, Bohlander (2009) a afirmat că US Navy Advanced Hull Cleaning System (AHCS) a reușit să reducă conținutul de solide al fluxului de efluenți la Cuvinte cheie: biofouling, curățarea în apă, cupru, Noua Zeelandă, California

Citare: Scianni C și Georgiades E (2019) Curățarea sau tratarea în apă a vaselor: identificarea riscurilor de mediu și a necesităților științifice pentru luarea deciziilor bazate pe dovezi. Față. Mar. Știință. 6: 467. doi: 10.3389/fmars.2019.00467

Primit: 14 decembrie 2018; Acceptat: 11 iulie 2019;
Publicat: 26 iulie 2019.

Daniel Rittschof, Universitatea Duke, Statele Unite

Eric Holm, Naval Surface Warfare Center Carderock Division, Statele Unite
Justin I. McDonald, Departamentul Industrii Primare și Dezvoltare Regională din Australia de Vest (DPIRD), Australia
Sonia Gorgula, Departamentul Agriculturii și Resurselor de Apă, Australia