Határok a tengertudományban

Az óceán parti folyamata

Ez a cikk a kutatási téma része

Multidiszciplináris tengerkutatás: új eszközök és társadalmi felületek Mind a 8 cikk megtekintése

Szerkesztette
Daniel Rittschof

Duke Egyetem, Egyesült Államok

Felülvizsgálta
Justin I. McDonald

Nyugat-Ausztrália Elsődleges Ipari és Regionális Fejlesztési Tanszéke (DPIRD), Ausztrália

Eric Holm

Naval Surface Warfare Center Carderock Division, Egyesült Államok

Sonia Gorgula

Mezőgazdasági és Vízügyi Minisztérium (Ausztrália), Ausztrália

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

alatti

  • Cikk letöltése
    • PDF letöltése
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Kiegészítő
      Anyag
  • Exportálás
    • EndNote
    • Referencia menedzser
    • Egyszerű TEXT fájl
    • BibTex
OSZD MEG

Irányelvek és gyakorlatok áttekintése CIKK

  • 1 Tengeri invazív fajok programja, Kaliforniai Állami Földbizottság, Sacramento, Kalifornia, Egyesült Államok
  • 2 Biológiai biztonságtudományi és kockázatértékelési igazgatóság, Elsődleges Ipari Minisztérium, Wellington, Új-Zéland

Bevezetés

A biológiai szennyeződés a vízi élőlények felhalmozódása a merített felületeken. A tengeri hajók biológiai szennyeződése folyamatosan megterheli a tulajdonosokat és az üzemeltetőket (a Woods Hole Oceanográfiai Intézet [WHOI] áttekintette, 1952), és hatással van a sebességre, a manőverezhetőségre, a működőképességre és a tartósságra. Például a hajótesten történő biológiai szennyeződés csökkentett sebességet eredményezhet egy adott teljesítményszint mellett a megnövekedett hidrodinamikai súrlódási ellenállás következtében (Schultz, 2007; Buhaug et al., 2009; Schultz et al., 2011). Vagyis nagyobb arányú üzemanyag-felhasználásra van szükség az adott sebesség eléréséhez szükséges nagyobb teljesítmény előállításához. Ennek a hatásnak messzemenő következményei vannak, mivel a megnövekedett üzemanyag-fogyasztás a hajózás okozta üvegházhatásúgáz-kibocsátást is befolyásolja (Nemzetközi Tengerészeti Szervezet [IMO], 2011).

A hajók biológiai szennyeződése szintén fontos út a tengeri nem őshonos fajok (NIS) ember által közvetített szállításában. Például a biológiai szennyeződés útja az új-zélandi NIS több mint 80% -ának, valamint a kaliforniai tengeri és torkolati NIS több mint 80% -ának (Kospartov et al., 2008; Ruiz et al., 2011) több mint 80% -ának a transzferje. Ezenfelül valószínűleg a tengeri NIS nagy részét Hawaiiban, Észak-Amerikában, Port Phillip Bay-ben (Ausztrália) és Japánban is valószínűleg ezen az úton vezették be (Eldredge és Carlton, 2002; Fofonoff et al., 2003; Hewitt et al., 2004 Otani, 2006).

Noha nem minden NIS-nek van kapcsolódó hatása, a NIS egy részének sokféle hatása van a tengeri környezetre és az arra támaszkodó emberekre (lásd Ruiz et al., 1997; Molnar et al., 2008; Sorte et al., 2010 ). A hajók biológiai szennyeződésével összefüggő tengeri NIS-transzferek által okozott specifikus hatások növekvő globális aggodalomra adnak okot, tekintettel arra, hogy a tengeri környezet a világ gazdasági, környezeti és szociokulturális értékeinek nagy részét meghatározza (Nemzetközi Tengerészeti Szervezet [IMO], 2017; ENSZ Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezete [FAO], 2018; Carlton et al., 2019). Például Hayward (1997) és Hayward et al. (1999) az új-zélandi Auckland-i Waitemata kikötőben jelentős környezeti változásokat tulajdonított a nem őshonos kéthéjaknak Magallana gigas és Arcuatula senhousia. A kéthéjas Mytilus galloprovincialis ökológiai hatásokat okozott Dél-Afrikában, beleértve a fajok elmozdulását és az árapály-biomassza növekedését (Robinson et al., 2005; Hanekom, 2008). Ezenkívül a tenyésztett kagylók NIS biológiai szennyezése káros hatással van a növekedésre és állapotra, valamint a megjelenésre, a piacképességre és a termelési költségekre (Fitridge et al., 2014; Forrest et al., 2014; Davidson et al., 2017).

Asztal 1. A vízben történő tisztítás vagy kezelés különböző módszereit leíró rövidítések (VICT).

A VICT-nek két megközelítése van:

Proaktív a vízen belüli tisztítás (PIC) vagy kezelés (PIT), amely e felülvizsgálat szempontjából magában foglalja a hajótest ápolását (pl. Tribou és Swain, 2015), a mikrotisztulás (azaz iszap) tapadásának és növekedésének megakadályozására vagy csökkentésére szolgál. az edényen, és eltávolítsák a makroszennyeződő organizmusok újonnan csatolt (azaz mikroszkópos) szakaszait. A nyálkahártya PIC általi eltávolításának gazdasági haszna számos tanulmány tárgyát képezte (pl. Schultz és mtsai, 2011), és bár a gazdasági haszon nagysága további egyértelműséget igényel, a PIC összhangban áll a Nemzetközi Tengerészeti Szervezet (IMO) erőfeszítéseivel ) az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésére a hajók üzemanyag-hatékonyságának optimalizálása révén (Nemzetközi Tengerészeti Szervezet [IMO], 2011). A PIT-t a hő hatásmechanizmusaként is kifejlesztették (Inglis et al., 2012). A proaktív vízbeni tisztító és befogó (PICC) rendszer magában foglalja a befogást és a szennyvíz kezelését. A PIC (és a PICC) olyan tisztító eszközöket használva, mint puha kefék, vízsugarak vagy érintésmentes rendszerek, kulcsfontosságú eleme a hajó víz alatti felületek folyamatos karbantartásának, mivel megakadályozza a makroszennyeződés felhalmozódását és ezáltal minimalizálja a biológiai biztonsági kockázatot (Department of Környezetvédelmi [DOE] és Új-Zélandi Elsődleges Ipari Minisztérium [MPI], 2015; Georgiades et al., 2018).

A véletlenszerű mennyiségű makroszennyeződés a legjobb irányítási gyakorlatok mellett is létrejöhet a hajó víz alatti felszínén (Georgiades és Kluza, 2017). A reaktív vízben történő tisztítást (RIC) vagy a kezelést (RIT) használják a biológiai szennyeződések (azaz makroszennyeződés) eltávolítására vagy kezelésére az ilyen edényekből és olyan edényekből, amelyeknél a megelőző kezelés hatástalan volt, olyanokról, amelyeket nem megfelelően karbantartottak, vagy olyan területekről, ahol a szennyeződésmentesítés a bevonatokat rosszul alkalmazták vagy megsérültek. A makroszennyeződést nehezebben lehet eltávolítani, mint egy nyálkás réteget, és sokféle olyan szervezetet tartalmazhat, amelyek reproduktív érésűek (Davidson et al., 2013; Morrisey et al., 2013; Környezetvédelmi Minisztérium [DOE] és Új-Zéland Elsődleges Minisztérium) Industries [MPI], 2015). A RIC vagy a RIT nem megfelelő rutinszerű megközelítés az edény biológiai szennyeződés-kezelésében a kéziratban tárgyalt több okból is, ideértve a korai lerakódásgátló bevonat kimerüléséhez vagy meghibásodásához vezető károsodásokat is. A RIC és a RIT azonban továbbra is fontos válaszintézkedések a fajok makroszálas hajók általi megtelepedésének valószínűségének csökkentésére.

A megközelítéstől függetlenül (azaz proaktív vagy reaktív) a környezeti kockázat két típusát különböztetik meg, amelyek kezelést igényelhetnek (1. ábra):

1.ábra. A biológiai biztonsági [B] és a kémiai szennyeződés [C] kockázatok azonosítása a reaktív víz alatti tisztító és befogó (RICC) rendszerek üzemeltetésével kapcsolatban ] (2019)].

(1) a lerakódásgátló bevonórendszerekhez kapcsolódó vegyi szennyeződések felszabadulása és környezeti felhalmozódása; és

(2) A tengeri NIS (felnőttként, lárvaként vagy életképes szaporulatként) új környezetbe történő kibocsátása (Nemzetközi Tengerészeti Szervezet [IMO], 2011; Morrisey és mtsai, 2013).

Ahhoz, hogy a szabályozók, a hajókkal kapcsolatos iparágak és a rendszerüzemeltetők tudományos alapot kapjanak a VICT megfelelő alkalmazásához, meg kell érteni az alkalmazásával járó kockázatokat. Ehhez a megértéshez szilárd bizonyítékalapra van szükség, amelyből a döntéshozatal tájékoztatható (Morrisey et al., 2013, 2015).

Ez az áttekintés összefoglalja a kereskedelmi hajók (például PIC, RIC) külső hajótestének felületén alkalmazott VICT-technológiák környezeti kockázataival és előnyeivel kapcsolatos jelenlegi ismereteket. Szintén foglalkoznak az ezen eszközök szabályozási elfogadásával és felelősségteljes használatával kapcsolatos technikai akadályokkal az új-zélandi és kaliforniai tapasztalatok alapján a biológiai biztonság és a kémiai szennyeződés kockázatának kezelése érdekében. A víz alatti kezeléseket (pl. PIT, RIT) ez a kézirat nem tartalmazza, mivel ezeknek a módszereknek a hatékonyságát nemrégiben Growcott és mtsai. (2017) és Cahill és mtsai. (2019a).

A hajók víz alatti tisztításának vagy kezelésének (VICT) megközelítései

A jelenlegi tisztítási és kezelési megközelítések (2. táblázat) olyan rendszereket tartalmaznak, amelyek felhasználhatók a vízen belüli különféle karbantartási feladatok elvégzésére. A vízben történő proaktív tisztítás vagy kezelés (azaz PIC, PIT) olyan rendszereket ír le, amelyek megakadályozzák az iszapréteg képződését, eltávolítják azt a hajótestből és eltávolítják a makroszennyeződő szervezetek mikroszkopikus élettörténeti szakaszait. A RIC egy olyan rendszert ír le, amelyet a makroszennyeződés eltávolítására használnak a hajótestről befogás és szennyvízkezelés nélkül. A reaktív vízben történő tisztító és befogó (RICC) rendszer magában foglalja a befogást és a szennyvíz kezelését. A reaktív vízben történő kezelés (RIT) a makroszennyeződés kezelését írja le. Lehet, hogy vannak olyan edények, amelyekben túlnyomórészt mikroszennyeződések vannak, de korlátozott a makroszennyeződés foltja, különösen a fülkékben és azok környékén (Georgiades és Kluza, 2017). Ezekben az esetekben szükség lehet egy RICC rendszer használatára a fogadó környezet védelme érdekében.

2. táblázat. A kereskedelmi hajók edényeknek a vízben történő tisztításával vagy kezelésével (VICT) kapcsolatos megközelítések összefoglalása (McClay et al., 2015; Morrisey és Woods, 2015).

Milyen kockázatokkal jár az edény víz alatti tisztítása (VICT)?

Kémiai szennyeződés

A hajótesteken és az egyéb elmerült edényfelületeken a biológiai szennyeződés kezelése jellemzően antifouling rendszerek alkalmazásával valósul meg, ideértve a korróziógátló bevonatokat is, hogy megakadályozzák vagy minimalizálják az organizmusok felhalmozódását (Lewis, 2016; Georgiades et al., 2018). A lerakódásgátló bevonórendszereket nagyjából biocid vagy nem biocid kategóriába sorolják.

A nem biocid bevonatrendszerek fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek rontják a tapadást (pl. Szilikon alapú szennyeződést gátló bevonatok), vagy lehetővé teszik a rendszeres vagy koptató tisztítást, minimális hatással a felületre (pl. Kemény bevonórendszerek, amelyek mechanikusan ellenállnak a sérüléseknek).

A biocid bevonó rendszerek biocidek, például réz- és cinkvegyületek felszabadulásával megakadályozzák a biológiai szennyeződések megkötését és növekedését. A réz a leggyakrabban használt biocid, azonban a ko-biocideket gyakran beépítik a bevonórendszerekbe, hogy biztosítsák a fajok hatékonyságát (Dafforn et al., 2011). A kereskedelmi hajókon rutinszerűen alkalmazott biocid bevonórendszerek három fő típusa az önfényező kopolimer, ablatív és oldhatatlan mátrix (Lewis, 2016). A VICT rendszerek alkalmazása biocid szennyeződésgátló bevonattal ellátott edényekre elfogadhatatlan kémiai szennyező anyagok felszabadulását eredményezheti a bevonatokban vagy azokon (pl. Biocidek iszaprétegből és bevonatból, ideértve a festékpelyhek szétszóródását is), és felhalmozódhatnak a tengeri környezetben, azaz, vízoszlop, üledékek, bióta).

Proaktív víz alatti tisztítás (PIC)

Megfelelően lebonyolítva a PIC, amely összhangban van a legtöbb antifouling rendszer gyártójának ajánlásaival, a helyi előírásoknak vagy követelményeknek megfelelő kibocsátást eredményezhet (Morrisey et al., 2013; Környezetvédelmi Minisztérium [DOE] és Új-Zéland Elsődleges Ipari Minisztérium [MPI], 2015) ). Intuitív módon a PIC valószínűleg alacsonyabb szennyezőanyag-kibocsátást eredményez, mint a RIC, mert a kevésbé koptató technikák várhatóan minimalizálják a biocidok felszabadulását (Morrisey és mtsai, 2013; Earley és mtsai, 2014; Környezetvédelmi Minisztérium [DOE] és Új-Zéland Elsődleges Ipari Minisztérium [MPI], 2015). Szükség lehet azonban a biocidok kumulatív kibocsátásának a gyakori PIC-rendszerben történő figyelembe vételére is. Ezért a vízminőségi ügynökségek valószínűleg megkövetelik a mindkét rendszertípushoz kapcsolódó kémiai kibocsátásokra vonatkozó adatokat. A PICC-rendszereket úgy tervezték meg, hogy a befogás és az elfolyó szennyvíztisztítás révén tovább minimalizálják a biocidok felszabadulását. A PIC és a PICC rendszerekhez kapcsolódó kémiai kibocsátásokról azonban függetlenül generált adatok kevések.

Morrisey és mtsai. (2013) értékelte a PIC lehetséges kémiai szennyeződés kockázatát azáltal, hogy összehasonlította a kibocsátott előre jelzett rézkoncentrációkat a vízminőségi irányelvekkel és számos forgatókönyv szerint. Az alkalmazott vízminőségi irányértékek 4,8 μg Cu/L voltak az akut kockázat esetében (Federal Federal Code [CFR], 1983; csütörtök és Hansen, 1995) és 3,1 μg Cu/L a krónikus kockázat esetében (Federal Federal Code [CFR] ], 1983; Ausztrál és Új-Zéland Környezetvédelmi Tanács [ANZECC], 2000). A környezeti rézkoncentrációkat a Marine Antifoulant Model to Predict Environmental Concentrations (MAMPEC) v 3.0 modell segítségével jósoltuk (Deltares, 2011). Bár széles körű áttekintés alapján a rendelkezésre álló legjobb információkat használja, Morrisey és mtsai. (2013) elismerte, hogy a PIC kockázataival kapcsolatos sok szempontra vonatkozó részletes információk korlátozottak voltak, és hogy a rendelkezésre álló információkhoz jelentős bizonytalanság társult.

A modell segítségével Morrisey és mtsai. (2013) azt jósolta, hogy a legtöbb forgatókönyv szerint a kereskedelmi hajók PIC-je nem fogja meghaladni a vízminőségi irányelveket (vagyis az aktivitás alacsony kockázatú volt) az új-zélandi Auckland kikötőjében. Ez az előrejelzés a keverési zónán és a porton belüli öblítésen, valamint a konzervatív felső réz felszabadulási becslés alkalmazásán alapult (vagyis reális legrosszabb eset). Egy alacsonyan kiöblített port, az új-zélandi Lyttleton esetében nagyobb volt a valószínűsége annak, hogy az irányelv túllépi ezt a tevékenységet (Gadd et al., 2011; Morrisey et al., 2013).

Lewis (2013) leírja egy olyan rendszer értékelését, amelyet proaktív módon alkalmaztak egy edényre mikroszennyeződéssel és biocid bevonattal, amelynek élettartama 13 hónap volt. A rendszerpróba érintés nélküli pengés korongokat vagy puha nejlonkeféket használt a tisztítófejhez. Nem meglepő, hogy az érintés nélküli pengék szennyvízében az oldott és részecskés rézkoncentrációk jóval alacsonyabbak voltak, mint a keféknél. Míg a rendszer szennyvízéből vett vízminták rézkoncentrációi messze meghaladták a vízminőségi előírásokat, a tisztítópróba alatt vagy azt követően a vizsgálati edény közelében lévő vízoszlopban nem regisztráltak megemelkedett rézkoncentrációt (Lewis, 2013).

A Lewis (2013) próba során a környezetbe kibocsátott réz teljes mennyisége (egy 45 m-es edény 87,5 g-ra becsülhető) kedvezően hasonlítható a kicsi (50 m; 40 g ) és nagy edények (200 m; 1000 g). Ez a számítás becsült réz felszabadulási sebességen 10 μg/cm 2/nap volt (Lewis, 2013; Morrisey et al., 2013). Az edény normál művelete azt is eredményezheti, hogy biocid kerül a környezetbe a festékből történő felszabadulás révén, megakadályozva a biológiai szennyeződések tapadását és növekedését, a felhalmozódott réztartalmú iszapréteg lerakódását és a lerakódásgátló bevonórendszerek mechanikai károsodását. horgonyláncok, vontatók és sárvédők (Anderson, 2004).

Reaktív víz alatti tisztítás (RIC)

A reaktív víz alatti tisztítási módszerek, beleértve a súroló kefe-rendszereket és a nagynyomású vízsugarakat, koptathatják a biocid szennyeződésgátló bevonatokat, ami szennyezőanyag-kibocsátást eredményezhet a környező tengeri környezetben (Valkirs et al., 2003; Inglis et al., 2012; Morrisey et al. ., 2013; Earley és mtsai, 2014). RICC rendszereket fejlesztenek ki a szennyezőanyag-kibocsátással járó kockázatok csökkentésére az eltávolított törmelék és szennyvíz befogásával, szűrésével és/vagy kezelésével (California Water Boards, 2013; Morrisey és Woods, 2015). A RIC és RICC rendszerek használata azonban foltosodási területeket eredményezhet a lokalizált biocid kimerülés miatt.

Számos tényező befolyásolja a RIC-hez és a RICC-hez kapcsolódó kibocsátások jellegét. Ide tartozik a megtisztított lerakódásgátló bevonat rendszerek típusa (i) és kora, a megmártott területek megtisztítása, a jelenlévő biológiai szennyeződés mennyisége és típusa, a vízen belüli tisztítás módszere és a hidrodinamikai környezet, Gadd et al., 2011; Inglis et al., 2012; Morrisey et al., 2013; Alliance for Coastal Technologies Maritime Environmental Resource Center [ACT/MERC], 2019).

A RIC-hez és a RICC-hez kapcsolódó szennyező anyagok tényleges hajókon történő kibocsátására vonatkozó, független eredetű és nyilvánosan hozzáférhető adatok kevések. Az Egyesült Államok haditengerészetének három hajójának tisztítása során a merülő tisztító és karbantartó platformról (SCAMP) az ürítőgázból vett minták átlagos összes rézkoncentrációja 1,57 és 2,62 mg/l között mozgott. Az oldott rézfrakció átlagos tartománya 66–146 μg/l volt. A felszabadult réz tömegét 4,8 g/m2 tisztított felületre becsülték (United States Environmental Protection Agency [EPA], 1999). Nemrégiben Bohlander (2009) kijelentette, hogy az amerikai haditengerészet fejlett hajótest-tisztító rendszere (AHCS) képes volt a szennyvíz szilárdanyag-tartalmát kulcsszavakra csökkenteni: biológiai szennyeződés, vízen belüli tisztítás, réz, Új-Zéland, Kalifornia

Idézet: Scianni C és Georgiades E (2019) A hajó víz alatti tisztítása vagy kezelése: A környezeti kockázatok és a bizonyítékokon alapuló döntéshozatal tudományos igényeinek azonosítása. Elülső. Márc. Sci. 6: 467. doi: 10.3389/fmars.2019.00467

Beérkezett: 2018. december 14 .; Elfogadva: 2019. július 11 .;
Publikálva: 2019. július 26.

Daniel Rittschof, Duke University, Egyesült Államok

Eric Holm, Naval Surface Warfare Center Carderock Division, Egyesült Államok
Justin I. McDonald, Nyugat-Ausztrália Elsődleges Ipari és Regionális Fejlesztési Tanszéke (DPIRD), Ausztrália
Sonia Gorgula, Mezőgazdasági és Vízügyi Minisztérium, Ausztrália