Efectos a largo plazo de la descarga de las aguas residuales procedentes de los sistemas de limpieza de los gases de escape de ciclo abierto sobre el nivel de acidez de las aguas del Puerto de Barcelona : análisis de la situación actual, evolución y propuestas para combatir los efectos perjudiciales causados por la descarga de las aguas de lavado

Abstract

(English) This thesis is focused on analysing the impact produced by washwater discharges from exhaust gas cleaning systems fitted on ships on the pH level of Barcelona port waters. These systems are being used on board the ships in order to be in compliance with Regulation 14 “Sulphur oxides and particulate matter” of Annex VI “Regulations for the prevention of air pollution from s hips ” of MARPOL Convention. Firs t of all, it has been carried out a deep analys is of the regulatory framework where exhaust gas cleaning systems are settled. Then, the hybrid, closed-loop and open-loop exhaust gas cleaning systems operation and its composition have been carefully studied, with a particular focus on the open-loop systems due to these systems are discharging continuously the residual washwater generated during the scrubbing process of exhaust gases from ship. In addition, it is set out in detail the methodology followed on this thesis for analysing the effect caused by exhaust gas cleaning systems washwater discharges over the Barcelona port water acidity level. During the research development a Barcelona port area was selected for being the main scenario to study the pH level of its water, analysing its evolution during the sampling and investigation period and considering its progress until beginnings of 2026. The Barcelona port area selected to carry out sampling and the subsequent pH analysis was the south basin of the Port. This Barcelona port area was s elected due to in this area there are s everal s hip’s calls in regular s ervices carrying vehicles (car carriers) which are berthing on these quays (30A, 30B, 30C) and using the open-loop exhaust gas cleaning systems during their manoeuvring in port and in some cases, during the complete call in port. To determine the acidity level of south basin water several laboratories were approached and the Institute of Environmental Assessment and Water Research (IDAEA) laboratory belonging to the Spanish National Research Council (CSIC) was finally selected. Additionally, to the 72 south basin water samples analysed by the IDAEA laboratory, the Author analysed through a specialized equipment which was obtained during the research development, the acidity level of all these samples so that each result obtained and reported by the IDAEA laboratory could be compared. Additionally, this specific equipment let to the Author analyse fifty more samples which were also taken, and the results obtained have complemented to the research and to the results obtained by IDAEA laboratory. At the same time other south basin water parameters which are related to the acidity level, were analysed through this equipment and with a refractometer as well such the redox potential (ORP), density and salinity. From all results obtained it have been carried out its analysis and the evolution study at short term. In Chapter III all results obtained from all the above parameters mentioned including the acidity level and its trend at short term are shown. Furthermore, during this research development an aspect which is not currently covered by the regulations that control these systems and which it results essential was observed. Then, the current situation regarding the EGCS is evaluated and a proposal of innovation for these systems for reducing the acidity level of washwater discharges from exhaust gas cleaning systems on board the ships is described as well as its implementation onboard.

(Català) Aques ta tes is s ’ha centrat en analitzar l’impacte que tenen les descàrregues d'aigües residuals procedents dels sistemes de depuració dels gas os d’es capament s obre el nivell d’acides a (pH) de les aig ües del port de Barcelona. Aquests sistemes estan sent utilitzats a bord dels vaixells per a donar compliment a la Regla 14 “ Òxids de sofre i matèria particulada” de l’Annex VI “Regles per a prevenir la contaminació atmosfèrica causada per els vaixells ” del Conveni MARPOL. En primer lloc, s’ha analitzat en profunditat el marc normatiu on es troben regulats aquests sistemes . Així mateix, s ’ha estudiat amb deteniment la composició i operativa dels sistemes de depuració dels gasos d’escapament de cicle obert, cicle tancat i híbrid, focalitzant la investigació sobre els de primer tipus, per la principal característica que els defineix, la descàrrega continuada d’aigües residuals generades durant el procés de depuració dels gas os d’es capament del vaixell. A continuació s ’exposa amb deteniment la metodologia seguida en aquesta tesis per a dur a terme l’anàlisi del efecte causat per les descàrregues de les aigües residuals d’aquests sistemes sobre el nivell d’acidesa de les aigües del port de Barcelona. Durant el desenvolupament de la investigació es va seleccionar un àrea del port de Barcelona per a estudiar el nivell d’acidesa de les seves aigües, analitzant la seva evolució fins a l’any 2026. L’àrea seleccionada del port de Barcelona per a dur a terme la presa de mostres d’aigua i el posterior anàlisis de pH va ser la dàrsena sud del Port. Es va seleccionar aquesta àrea del port perquè existeixen diverses escales de vaixells en línia regular que transporten carga rodada (carcarriers) que atraquen als molls que composen aquesta dàrsena (30A, 30B, 30C) i que durant les maniobres d’entrada i sortida inclús en determinats casos , durant tota l’escala del vaixell fan servir els sistemes de depuraci ó dels gasos d’escapament de cicle obert. Per a dur a terme l’anàlis i del nivell d’acides a de les aigües de la dàrsena es va contactar amb diversos laboratoris, seleccionant finalment al laboratori del Institut de Diagnosi Ambiental i Estudis del Aigua (IDAEA) pertanyent al Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC). Addicionalment a les 72 mos tres d’aigua de la dàrsena sud que han es tat analitzades per el laboratori del IDAEA, l’Autor va analitzar mitjançant un equip específic obtingut durant el desenvolupament de la investigació, el nivell d’acidesa de totes aquestes mostres de forma que es va poder contrastar cadascun del resultat obtinguts per el laboratori. Així mateix, aquest equip va permetre al Autor analitzar el nivell d’acidesa de mig centenar de mostres més que van ser preses i que han complementat l’anàlisi i la investigació realitzada així com als resultats obtinguts per el laboratori del IDAEA. Al mateix temps es van analitzar altres paràmetres de l’aigua de la dàrsena sud del port de Barcelona que es tan relacionats amb el nivell d’acides a de les seves aigües com el potencial redox (ORP), la densitat i la salinitat. De tots els resultats obtinguts s ’ha realitzat el corresponent anàlis i i l’estudi de la seva evolució a curt termini. En el Capítol III es mostren els resultat obtinguts per al pH i resta de paràmetres analitzats de les aigües de la dàrsena sud i la seva tendència a curt termini. Així mateix, durant el desenvolupament de la investigació es va detectar un aspecte que actualment no es troba cobert per la normativa que regula aquests sistemes i que resulta fonamental per a la protecció del medi ambient. A continuació, es procedeix a avaluar la situació actual i es descriu la proposta d’innovaci ó (sistema) per a reduir els nivells d’acidesa de les des càrregues de les aigües de depuració del gas os d’escapament dels vaixells i la seva implementació a bord d’aquests .

(Español) Esta tesis se ha centrado en analizar el impacto que tienen las descargas de las aguas residules procedentes de los sistemas de limpieza de los gases de escape sobre el nivel de acidez (pH) de las aguas del puerto de Barcelona. Estos sistemas están siendo empleados a bordo de los buques para dar cumplimiento a la Regla 14 " Óxidos de azufre y materia particulada" del Anexo VI "Reglas para prevenir la contaminaci ón atmosférica ocasionada por los buques" del Convenio MARPOL. En primer lugar, se ha analizado en profundidad el marco normativo donde se encuentran regulados estos sistemas. Asimismo, se ha estudiado con detenimiento la composición y operativa de los sistemas de limpieza de los gases de escape de ciclo abierto, ciclo cerrado e híbrido, focalizando la investigación a los del primer tipo, por la principal característica que los define, la descarga continuada de las aguas residuales generadas durante el proceso de depuración de los gases de escape del buque. A continuación, se expone con detalle la metodología seguida en esta tesis para analizar el efecto causado por las descargas de las aguas de residuales de estos sistemas sobre el nivel de acidez de las aguas del puerto de Barcelona. Durante el desarrollo de esta investigación se seleccionó un área del puerto de Barcelona para estudiar el nivel de acidez de sus aguas, analizando su evolución durante el período de muestreo e investigación, con vista de su evolución hasta el año 2026. El área seleccionada del puerto de Barcelona para llevar a cabo la toma de muestras de agua y el posterior análisis de pH fue la dársena sur del Puerto. Se seleccionó esta área del puerto de Barcelona porque existen varias escalas de buques en línea regular y que transportan carga rodada (car carriers) que atracan en los muelles que componen esta dársena (30A, 30B y 30C) y que durante las maniobras de entrada y salida e incluso en algunos casos, durante todas sus escalas hacen uso de los sistemas de limpieza de los gases de escape de ciclo abierto. Para llevar a cabo el análisis del nivel de acidez de las aguas de la dársena sur se contactó con diversos laboratorios, seleccionando finalmente al laboratorio de Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA) perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Adicionalmente a las 72 muestras de agua de la dársena sur que han sido analizadas por el laboratorio del IDAEA, el Autor analizó mediante un equipo específico obtenido durante el desarrollo de la investigación, el nivel de acidez de todas estas muestras, de modo que se pudo confrontar cada uno de los resultados obtenidos por el laboratorio. Asimismo, este equipo permitió al Autor analizar el nivel de acidez de medio centenar más de muestras que fueron tomadas y que han complementado el análisis y la investigación realizada y a los resultados obtenidos por el laboratorio del IDAEA. Al mismo tiempo se han analizado otros parámetros del agua de la dársena sur del puerto de Barcelona que están relacionados con el nivel de acidez de sus aguas como el potencial redox (ORP), la densidad y la salinidad. De todos los resultados obtenidos se ha realizado el correspondiente análisis y el estudio de su evolución a corto plazo. En el Capítulo III se muestran los resultados obtenidos de analizar el pH y restos de parámetros del agua de la dàrsena sur que han sido analizados y su tendencia a corto plazo. Asimismo, durante el desarrollo de esta investigación se detectó un aspecto que no se encuentra actualmente cubierto por la normativa que regula a estos sistemas y que resulta fundamental para la protección del medio ambiente. A continuación, se procede a evaluar la situación actual y se describe la propuesta de innovación (sistema) para reducir los niveles de acidez de las descargas de las aguas de limpieza de los gases de escape de los buques y su implementación a bordo de éstos.