Un sistema (10) para el tratamiento de agua de lastre de un barco,

incluyendo el sistema: una bomba de agua de lastre (14); unos medios inyectores venturi (16, 46) que tienen un orificio de entrada (48) adaptado para recibir agua, un orificio de inyector (50) adaptado para recibir gas de arrastre y un orificio de salida (54) adaptado para expulsar dicha agua; una fuente de gas de arrastre de oxígeno (18); y que es un depósito de agua de lastre que tiene una porción superior, incluyendo el sistema además una válvula de alivio de presión (34) colocada en la porción superior del depósito de agua de lastre (24) un receptáculo (24), donde, en el uso, el agua pasa a través de dichos medios inyectores (16, 46) contactando por ello dicho gas de arrastre recibido a través de dicho orificio de inyector (50), y dicha agua es expulsada por dicho orificio de salida (54) a dicho receptáculo

Aparato y método de tratamiento de agua de lastre de un barco.

Antecedentes de la invención

Un sistema y método de tratamiento de agua usando un inyector venturi facilita la extracción de oxígeno disuelto del agua reduciendo por ello la población de organismos acuáticos indeseables presentes en el agua, inhibiendo al mismo tiempo la corrosión. El sistema y método de tratamiento de agua tiene especial utilidad para uso en conexión con un barco permitiendo que el barco trate el agua de lastre que es transportada desde una zona portuaria a otra, limitando por ello los efectos medioambientalmente adversos, inhibiendo al mismo tiempo la corrosión. El sistema y método de tratamiento de agua pueden tener otros usos, tal como en producción de aceite.

Por ejemplo, antes de que un barco salga de un puerto vacío o parcialmente cargado, introduce agua en depósitos de lastre para mantener la estabilidad y regular la flotabilidad. Virtualmente en cada caso, este agua de lastre contendrá organismos vivos que quedan afectados por los niveles de oxígeno disuelto en el agua. Cuando el barco llega a su destino y se prepara para cargar su carga, descarga este agua de lastre, introduciendo así especies potencialmente invasivas en el medioambiente acuático del puerto de destino. Aproximadamente 40.000 barcos de carga principales llevan miles de millones de toneladas de agua de lastre alrededor del mundo anualmente y así se considera que son responsables de la introducción de cientos de especies invasoras marinas en entornos no nativos. El costo total de estas invasiones es indeterminado, pero varias estimaciones lo sitúan en miles de millones de dólares.

Para resolver este problema, muchos gobiernos nacionales y estatales en Estados Unidos han aprobado normas que controlan la gestión del agua de lastre de los barcos. La Organización Marítima Internacional ha propuesto borradores de directrices que recomiendan el tratamiento del agua de lastre. La Guardia Costera de Estados Unidos está desarrollando actualmente directrices para potenciales y futuros requisitos del tratamiento del agua de lastre para embarcaciones que comercian con puertos de Estados Unidos.

La mayor parte de los barcos de la flota mundial, incluyendo los barcos tanto navales como comerciales, están hechos de acero. El acero se corroe cuando queda expuesto a oxígeno y agua. Las estructuras de acero corroídas de un barco disminuyen la navegabilidad, y se han de tomar amplias medidas para evitarla y para repararla. Las estimaciones del costo de la protección contra la corrosión y su reparación en barcos ascienden anualmente a los miles de millones de dólares en todo el mundo.

Una zona de un barco donde la corrosión es un problema especial es en el agua de los depósitos de lastre. Por ejemplo, los petroleros más grandes pueden tener una capacidad de hasta 15.000.000 galones (57.000 toneladas) de agua de lastre. La exposición prolongada de la estructura del depósito de lastre al agua (a menudo agua salada) crea una condición que conduce a la corrosión rápida. Al tiempo de redactar este escrito, el costo de pintar los depósitos de lastre es típicamente de textdollar5,00 a textdollar10,00 por pie cuadrado mientras que otras estimaciones sugieren que el costo de reparar zonas corroídas asciende a aproximadamente textdollar500 por pie cuadrado.

Así, son deseables los sistemas que tratan el agua con el fin de eliminar organismos acuáticos, inhibiendo al mismo tiempo la corrosión de manera eficiente tanto en el tiempo como en el costo. Una forma de eliminar organismos acuáticos en el agua de lastre es mediante la desoxigenación del agua cuando el agua es tomada de las vías de agua circundantes. La concentración de un gas soluto en solución es directamente proporcional a la presión parcial del gas encima de la solución. (Este fenómeno físico es controlado por la ley de Henry, y la concentración disuelta puede ser calculada usando la constante de la ley de Henry para dicho soluto). Como tal, cuando se expone a un gas de arrastre (tal como nitrógeno u otra mezcla de gases de bajo contenido de oxígeno), el oxígeno se difunde fácilmente del agua, que contiene entre 6 a 10 partes por millón (0,001%) de oxígeno disuelto, en un esfuerzo por volver a la mezcla que hay en el aire, que es aproximadamente 79% de nitrógeno y 21% de oxígeno. Se ha documentado que el uso de gas nitrógeno para quitar el oxígeno disuelto presente en agua de lastre ofrece unos medios eficientes y económicamente deseables de tratar agua de lastre, inhibiendo al mismo tiempo los efectos de la corrosión. Véase MARIO N. TAMBURRI y colaboradores: Ballast water deoxygenation can prevent aquatic introductions while reducing ship corrosion. Biolog. Conserv. (2002) 103: 331-341. Las constantes de la ley de Henry para una variedad de gases de arrastre potenciales y sus mezclas muestran que se puede usar una variedad de gases para desoxigenar el agua.

A bordo de un barco, una forma eficiente de exponer el oxígeno disuelto en el agua a arrastre es crear burbujas microfinas de gas en el agua. Las burbujas microfinas de gas de arrastre creadas en el agua tienen la capacidad de transferir oxígeno disuelto del agua cuando las burbujas microfinas flotan desde la parte inferior a la superior de un depósito. Una forma comúnmente reconocida como eficiente, segura y fiable de crear burbujas microfinas es mediante el uso de un inyector venturi.

Los aparatos y métodos de tratamiento del agua, y más en concreto, de tratamiento del agua de lastre, son deseables para permitir a los barcos tratar el agua que es transportada desde una zona portuaria a otra. Tal tratamiento limita los peligrosos efectos medioambientales que pueden producirse cuando el agua es liberada más tarde en un entorno ecológicamente diferente de aquel en el que se tomó originalmente el agua.

El uso de aparatos y métodos de tratamiento del agua es conocido en la técnica anterior. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos número 6.171.508 de Browning describe un método y aparato para matar microorganismos en el agua de lastre de barcos. Sin embargo, la patente '508 de Browning no usa gas de arrastre para desoxigenar el agua de lastre y en consecuencia no describe la inhibición de las propiedades de corrosión, y tiene además inconvenientes de usar un mecanismo de vacío menos eficiente para quitar el oxígeno disuelto del agua de lastre.

La Patente de Estados Unidos número 6.125.778 de Rodden describe el tratamiento de agua de lastre que trata el agua de lastre usando ozono. Sin embargo, la patente '778 de Rodden no proporciona corrosión, y no usa los medios más eficientes de inyector venturi de tratar el agua de lastre.

Igualmente, la Patente de Estados Unidos número 5.192.451 de Gill describe un método para controlar mejillones zebra en depósitos de lastre de barcos que trata el agua de lastre con un polímero de dialquil dialil amonio cuaternario soluble en agua. Sin embargo, la patente '451 de Gill no permite el tratamiento de agua sin la aparición de una reacción química, y no permite inhibir las propiedades de corrosión.

Adicionalmente, las Patentes de Estados Unidos números 5.376.282 y 5.578.116 de Chang describen el uso de vacío y agitación para quitar oxígeno disuelto de agua con el fin de inhibir la supervivencia de mejillones zebra. Sin embargo, ni la patente '282 ni la patente '116 proporcionan un suministro de gas de arrastre más eficiente facilitado por inyector venturi para desoxigenar el agua de lastre y obtener las desventajas adicionales de no proporcionar los efectos de inhibición de la corrosión durante la extracción de oxígeno disuelto del agua.

La Patente de Estados Unidos número 6.126.842 de Decker describe un método de tratamiento de aguas residuales con ozono a baja concentración que inyecta una mezcla de gases de baja concentración de ozono gas en oxígeno a una corriente de aguas residuales mientras se mezcla para reducir los contaminantes del agua residual. Sin embargo, la patente '842 de Decker, aunque proporciona un sistema de tratamiento eficiente a base de ozono usando un inyector venturi, no describe el tratamiento de agua de lastre en un barco ni la patente '842 ofrece las ventajas aún mayores que se obtienen usando un gas de arrastre de oxígeno, tal como mayor eficiencia e inhibición de la corrosión.

La Patente de Estados Unidos número 6.274.052 de Hartwig describe la ozonación de agua de piscinas que usa...

1. Un sistema (10) para el tratamiento de agua de lastre de un barco, incluyendo el sistema:

una bomba de agua de lastre (14);

unos medios inyectores venturi (16, 46) que tienen un orificio de entrada (48) adaptado para recibir agua, un orificio de inyector (50) adaptado para recibir gas de arrastre y un orificio de salida (54) adaptado para expulsar dicha agua;

una fuente de gas de arrastre de oxígeno (18); y que es un depósito de agua de lastre que tiene una porción superior, incluyendo el sistema además una válvula de alivio de presión (34) colocada en la porción superior del depósito de agua de lastre (24)

un receptáculo (24),

donde, en el uso, el agua pasa a través de dichos medios inyectores (16, 46) contactando por ello dicho gas de arrastre recibido a través de dicho orificio de inyector (50), y dicha agua es expulsada por dicho orificio de salida (54) a dicho receptáculo.

2. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1 incluyendo además unos primeros medios de suministro de gas de arrastre, y unos segundos medios de suministro de gas de arrastre, donde dichos primeros medios de suministro de gas de arrastre conectan dicha fuente de gas de arrastre de oxígeno (18) a dicho depósito de agua de lastre (24) y dichos segundos medios de suministro de gas de arrastre conectan dicho depósito de agua de lastre (24) a dicho orificio de inyector (50) de dicho inyector venturi (16, 46).

3. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1 incluyendo además unos terceros medios de suministro de gas de arrastre donde dichos terceros medios de suministro de gas de arrastre conectan dicha fuente de gas de arrastre de oxígeno (18) a dicho orificio de inyector (50) de dicho inyector venturi (16, 46).

4. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1, incluyendo además unos medios de tubo de transferencia (38) donde dicho inyector venturi (16, 46) está conectado en serie a dichos medios de tubo de transferencia (38), donde dicho orificio de entrada (48) recibe dicha agua de lastre de dichos medios de tubo de transferencia (38) y dicho orificio de salida (54) expulsa dicha agua al depósito de agua de lastre (24) a través de dichos medios de tubo de transferencia (38).

5. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1, incluyendo además un ventilador impulsor (20) adaptado para regular dicho gas de arrastre de oxígeno recibido por dicho orificio de inyector (50).

6. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1, incluyendo además unos medios de bomba (14) adaptados para recibir agua de una fuente de agua externa.

7. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1, incluyendo además un regulador (22) adaptado para regular dicho gas de arrastre de oxígeno recibido por dicho orificio de inyector (50).

8. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1, incluyendo además unos medios sensores (28, 30) unidos dentro de dicho depósito de agua de lastre (24) donde dichos sensores son controlados por unos medios de panel de control (32).

9. Un sistema para tratamiento de agua de la reivindicación 1, incluyendo además unos medios de recirculación donde unos medios de tubo de recirculación (36) se extienden desde dicho depósito de agua de lastre (24), donde dicha agua de lastre es recibida por dicho orificio de entrada (48) en dicho inyector venturi (16, 46).

10. Un método para el tratamiento de agua de lastre de un barco usando el sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, incluyendo el método los pasos siguientes:

suministrar a dicho orificio de entrada (48) dicha agua a tratar;

suministrar gas de arrastre de oxígeno a dicho orificio de inyector (50), proporcionando por ello a dicha agua innumerables burbujas microfinas donde el oxígeno de dicha agua se difunde desde una fase acuosa a una fase gaseosa dentro de dichas burbujas microfinas;

expulsar dicha agua y dichas burbujas microfinas de dicho orificio de salida (54) a un receptáculo (24), donde dichas burbujas microfinas son liberadas de dicha agua, difundiendo por ello dicho oxígeno de dicha agua.

11. Un método para desoxigenar agua de la reivindicación 10, incluyendo además suministrar gas de arrastre de oxígeno a dicho depósito de agua de lastre (24).

12. Un método para desoxigenar agua de la reivindicación 10, incluyendo además recircular dicha agua de lastre a través de dicho inyector venturi (16, 46).

13. Un método para desoxigenar agua de la reivindicación 10, incluyendo además reoxigenar dicha agua de lastre antes de liberar dicha agua de lastre de dicho depósito de agua de lastre (24) a vías de agua circundantes.