P a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 1 

# Ev a l u a ti o n s o f a Ba l l a s t Wa te r Tr e a tm e n t to S t o p I n v a s i v e S p e c i e s a n d

Ta n k C o r r o s i o n

M ar i o N

. T am b u r r i

, ( V ) C h e s a p e a k e B i o l o g i c a l L a b o r a t o r y

, U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d C e n t e r f o r E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e



### G r e gor y M

. R u i z

, ( V ) S m i t h s o n i a n E n v i r o n m e n t a l R e s e a r c h C e n t e r



### A B S T R A C T

I n v a s i v e s p e c i e s a r e o n e o f t h e m o s t d e s t r u c t i v e e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s f a c i n g t h e w o r l d t o d a y

. T h e y c a n a l t e r

h a b i t a t s

, c a u s e l o c a l e x t i n c t i o n o f n a t i v e s p e c i e s

, a n d h a v e e n o r m o u s e c o n o m i c i m p a c t s

. B e c a u s e b a l l a s t w a t e r i s t h e

p r i m a r y s o u r c e o f a q u a t i c i n v a s i o n s

, t h e I n t e r n a t i o n a l M a r i t i m e O r g a n i z a t i o n h a s r e c e n t l y p a s s e d r e g u l a t i o n s t h a t w i l l

r e q u i r e o c e a n

- g o i n g v e s s e l s t o t r e a t w a t e r p r i o r t o d i s c h a r g e

. I t h a s p r o v e n c h a l l e n g i n g

, h o w e v e r

, t o f i n d a n

e n v i r o n m e n t a l l y f r i e n d l y t r e a t m e n t t h a t i s e f f e c t i v e a t r e d u c i n g t h e p o t e n t i a l f o r i n v a s i o n s a n d y e t a l s o a c c e p t a b l e t o

t h e s h i p p i n g i n d u s t r y i n t e r m s o f s a f e t y

, t i m e a n d c o s t

. O u r w o r k h a s f o c u s e d o n e v a l u a t i o n s o f d e o x y g e n a t i o n i n

g e n e r a l

, a n d V e n t u r i O x y g e n S t r i p p i n g i n p a r t i c u l a r

, b e c a u s e o f i t s a b i l i t y t o k i l l b a l l a s t w a t e r o r g a n i s m s a n d t o

r e d u c e b a l l a s t t a n k c o r r o s i o n

. R e s u l t s t o d a t e s u g g e s t t h a t t h i s a p p r o a c h h a s t h e p o t e n t i a l t o b e a n e f f e c t i v e b a l l a s t

w a t e r t r e a t m e n t o p t i o n

.



### K E Y W O R D S : B a l l a s t W a t e r T r e a t m e n t ; I n v a s i v e S p e c i e s ;

D e o x y g e n a t i o n ; C o r r o s i o n

.



### I N T R O D U C T I O N

S t a t e m e n t o f P r o b l e m a n d P r o s p e c t u s

– I n v a s i o n s b y

n o n

- n a t i v e a q u a t i c s p e c i e s a r e i n c r e a s i n g l y c o m m o n w o r l d w i d e

i n c o a s t a l h a b i t a t s ( R u i z e t a l

. 2 0 0 2 a

, b ) a n d i t i s w i d e l y a c c e p t e d

t h a t b a l l a s t w a t e r i s t h e m o s t i m p o r t a n t v e c t o r r e s p o n s i b l e f o r

t r a n s p o r t i n g a n d i n t r o d u c i n g n o n

- n a t i v e s p e c i e s t o n e w

b i o g e o g r a p h i c r e g i o n s ( C a r l t o n a n d G e l l e r 1 9 9 3 ; C o h e n a n d

C a r l t o n 1 9 9 8 )

. I t h a s p r o v e n c h a l l e n g i n g

, h o w e v e r

, t o f i n d a n

e n v i r o n m e n t a l l y f r i e n d l y b a l l a s t w a t e r t r e a t m e n t t h a t i s e f f e c t i v e

a t r e d u c i n g t h e p o t e n t i a l f o r i n t r o d u c t i o n s a n d y e t a l s o

a c c e p t a b l e t o t h e s h i p p i n g i n d u s t r y i n t e r m s o f s a f e t y

, t i m e

, c o s t

,

a n d s p a c e r e q u i r e m e n t s

. F o r i n s t a n c e

, t h e o f f s h o r e e x c h a n g e o f

b a l l a s t w a t e r i s c u r r e n t l y m a n d a t e d b y U

. S

. C o a s t G u a r d ( a n d

o t

h e r j u r i s d i c t i o n s ) t o r e d u c e i n t r o d u c t i o n s

, s i n c e c o a s t a l

o r g a n i s m s a r e u n l i k e l y t o i n v a d e o p e n o c e a n a r e a s

, a n d v i c e

v e r s a

. H o w e v e r

, t h e p r o c e s s c a n b e t i m e

- c o n s u m i n g ( t h u s

c o s t l y )

, c a n n o t b e p e r f o r m e d i n r o u g h s e a c o n d i t i o n s

, i s n o t

a p p r o p r i a t e f o r s o m e s h i p p i n g r o u t e s t h a t d o n o t t r a v e l f a r

e n o u g h o f f s h o r e

, a n d h a s l i m i t e d e f f e c t i v e n e s s i n s o m e

e n v i r o n m e n t s a n d f o r c e r t a i n v e s s e l d e s i g n s ( e

. g

. , C o o p e r e t a l

. 2 0 0 2 ; R u i z e t a l

. i n p r e p

. )

. B e c a u s e o f t h e s e r e a s o n s

, e x c h a n g e

i s c o n s i d e r e d a n i n t e r i m s o l u t i o n t h a t w i l l l i k e l y b e p h a s e d o u t

o v e r t h e n e x t s e v e r a l y e a r s a s r e g u l a t i o n s r e q u i r i n g t r e a t m e n t a r e

i m p l e m e n t e d

. I n t h e p a s t

, t h e d e v e l o p m e n t o r i d e n t i f i c a t i o n o f f e a s i b l e a n d

e f

f e c t i v e b a l l a s t w a t e r t r e a t m e n t s h a d b e e n h i n d e r e d i n p a r t b y

t h e l a c k o f a c c e p t e d s t a n d a r d s

. H o w e v e r

, t h e I n t e r n a t i o n a l

M a r i t i m e O r g a n i z a t i o n ( I M O ) h a s r e c e n t l y ( F e b r u a r y 1 3

, 2 0 0 4 )

a d o p t e d t h e C o n v e n t i o n f o r t h e C o n t r o l a n d M a n a g e m e n t o f

S h i p s ' B a l l a s t W a t e r t h a t i n c l u d e s b a l l a s t w a t e r s t a n d a r d s

. T h e U

. S

. C o a s t G u a r d a n d l e g i s l a t i v e e f f o r t s h a v e a l s o m a d e s t r i d e s

t o w a r d s r e g u l a t i o n s t h a t w i l l p r o v i d e s t a n d a r d s f o r t e c h n o l o g y

p e r f o r m a n c e t o b e m e a s u r e d a g a i n s t

. H o w e v e r

, f o r a n y b a l l a s t

w a t e r m a n a g e m e n t s t r a t e g y t o b e s u c c e s s f u l

, t h e s h i p p i n g

i n d u s t r y m u s t b e a b l e t o c o m p l y ( e

. g

. , n o n

- c o n f l i c t i n g w i t h o t h e r

r e g u l a t i o n s s u c h a s t h o s e d e s i g n e d f o r c r e w

, v e s s e l

, a n d

e n v i r o n m e n t a l s a f e t y ) a n d c o m p l i a n c e m u s t b e m e a s u r a b l e

. W i t h t h e r e c e n t p r o g r e s s o f p r o m i s i n g t r e a t m e n t s

, t h e s h i p p i n g

i n d u s t r y d o e s a p p e a r p r e p a r e d t o a d o p t t e c h n o l o g i e s t h a t a r e s a f e

a n d e f f e c t i v e

. O u r w o r k i n d i c a t e s t h a t d e o x y g e n a t i o n m i g h t b e s u c h a

t r e a t m e n t

, w i t h a n a d d e d b e n e f i t o f r e d u c t i o n s i n b a l l a s t t a n k

c o r r o s i o n r a t e s ( T a m b u r r i e t a l

. 2 0 0 2 ; T a m b u r r i e t a l

. 2 0 0 3 )

. W e

h a v e t a k e n a p h a s e d a p p r o a c h i n t h e e v a l u a t i o n o f

d e o x y g e n a t i o n a s a t r e a t m e n t t o p r e v e n t t h e t r a n s p o r t o n n o n

n a t i v e s p e c i e s i n b a l l a s t w a t e r a n d a r e n o w a t t h e s t a g e o f f i e l d

t e s t i n g o f a p r o t o t y p e s y s t e m d u r i n g n o r m a l v e s s e l o p e r a t i o n s

. T h e f o l l o w i n g i s a s u m m a r y o f o u r w o r k t o d a t e a n d o u r

p r e s e n t a t i o n w i l l f o c u s i n p a r t i c u l a r o n r e s u l t s o f o u r o n g o i n g

e v a l u a t i o n s o n b o a r d t h e a c t i v e o c e a n g o i n g v e s s e l s

.



### P H A S E I : P R O O F

- O F

- C O N C E P T S T U D I E S

T h e v a s t m a j o r i t y o f t h e w o r l d ’ s s h i p s a r e c o n s t r u c t e d o f

c a r b o n s t e e l

, w h i c h c o r r o d e s r a p i d l y w h e n e x p o s e d t o o x y g e n

a n d w a t e r

. T h e c o s t t o p r e v e n t

, m a i n t a i n

, a n d r e p a i r c o r r o s i o n

o n i n d i v i d u a l v e s s e l s t y p i c a l l y r u n s i n t o t h e m i l l i o n s o f d o l l a r s

a n d f o r t h e e n t i r e U

. S

. m a r i n e s h i p p i n g i n d u s t r y i t i s e s t i m a t e a t

$ 2

. 7 b i l l i o n a n n u a l l y ( K o c h e t a l

. , 2 0 0 1 )

. B a l l a s t t a n k c o r r o s i o n

i n p a r t i c u l a r i s c o n s i d e r e d t o b e t h e m o s t i m p o r t a n t f a c t o r

l e a d i n g t o a g e r e l a t e d s t r u c t u r a l d e g r a d a t i o n o f s h i p s ( P a i k e t a l

. 2 0 0 3 )

. I n a s t u d y c o m p l e t e d i n 1 9 9 8

, S u m i t o m o H e a v y I n d u s t r i e s

f o u n d t h a t d e o x y g e n a t i n g b a l l a s t w a t e r s ( p u r g i n g w i t h n i t r o g e nP a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 2 g a s t o d r o p o x y g e n l e v e l s t o a p p r o x i m a t e l y 0

. 2 m g / l ) d e c r e a s e s

t h e r a t e o f u n i f o r m c o r r o s i o n b y 9 0 % a n d r e p r e s e n t s a

s i g n i f i c a n t s a v i n g s f o r s h i p o w n e r s w h e n c o m p a r e d t o o t h e r

c o r r o s i o n p r e v e n t i o n a p p r o a c h e s c u r r e n t l y a v a i l a b l e

( a p p r o x i m a t e l y $ 8 0

, 0 0 0 / y e a r / v e s s e l s a v e d w h e n c o m p a r e d t o

t h e s t a n d a r d p a i n t i n g a n d m a i n t e n a n c e ; M a t s u d a e t a l

. 1 9 9 9 )

. T h e s e r e s u l t s a r e s u p p o r t e d b y t h e a n e c d o t a l o b s e r v a t i o n s o f t h e

H e l l e s p o n t G r o u p

, w h o s t a t e t h a t c o r r o s i o n i n b a l l a s t t a n k s o n

t h e i r t a n k e r s h a s b e e n “ c o m p l e t e l y a r r e s t e d ” a f t e r t h e a d d i t i o n o f

l o w

- s u l f u r i n e r t g a s s e s

, w h i c h p r o d u c e s h y p o x i c c o n d i t i o n s

. C o n t i n u o u s h y p o x i a h a s a l s o b e e n s u g g e s t e d a s a w a y t o r e d u c e

m i c r o b i a l i n d u c e d c o r r o s i o n i n o t h e r m a r i n e a p p l i c a t i o n s

, s u c h

a s p i p e s y s t e m s ( L u t e y 2 0 0 1 ; P o p e a n d P o p e 2 0 0 1 )

. T o t e s t w h e t h e r d e o x y g e n a t i o n m a y a l s o l i m i t i n v a s i o n

, w e

c a r r i e d o u t l a b o r a t o r y o x y g e n t o l e r a n c e e x p e r i m e n t s o n t h e

l a r v a e o f t h r e e w i d e l y i n t r o d u c e d a q u a t i c n u i s a n c e s p e c i e s

( A u s t r a l i a n t u b e w o r m F i c o p o m a t u s e n i g m a t i c u s

, E u r o p e a n

z e b r a m u s s e l D r e i s s e n a p o l y m o r p h a

, a n d E u r o p e a n g r e e n c r a b

C

a r c i n u s m e a n a s ) u s i n g o x y g e n l e v e l s c o m p a r a b l e t o t h o s e i n

t h e S u m i t o m o s h i p b o a r d c o r r o s i o n s t u d y ( < 0

. 8 m g / l )

. S i g n i f i c a n t l e v e l s o f m o r t a l i t y w e r e f o u n d i n n i t r o g e n t r e a t e d

w a t e r a f t e r o n l y t w o o r t h r e e d a y s ( T a m b u r r i e t a l

. 2 0 0 2 )

. T w o

s e p a r a t e l i t e r a t u r e r e v i e w s o f o x y g e n t o l e r a n c e f o r v a r i o u s

a q u a t i c s p e c i e s f u r t h e r s u p p o r t t h e c o n c l u s i o n t h a t f e w

o r g a n i s m s w i l l b e a b l e t o w i t h s t a n d e x t e n d e d p e r i o d s o f

e x p o s u r e t o d e o x y g e n a t e d b a l l a s t w a t e r

. F o r e x a m p l e

, b y f a r t h e

m o s t a b u n d a n t a n i m a l s f o u n d i n b a l l a s t w a t e r a r e c o p e p o d

c r u s t a c e a n s ( C a r l t o n a n d G e l l e r 1 9 9 3 ; S m i t h e t a l

. 1 9 9 9 ) a n d

s h a l l o w w a t e r a n d e s t u a r i n e s p e c i e s t h a t a r e u n a b l e t o w i t h s t a n d

2 4 h o u r s o f e x p o s u r e t o h y p o x i a ( e

. g

. , R o m a n e t a l

. , 1 9 9 3 ; L u t z

e t a l

. 1 9 9 4 ; S t a l d e r a n d M a r c u s 1 9 9 7 )

. S m a l l p l a n t a n d a l g a l p a r t s ( f r a g m e n t s

, s p o r e s

, a n d s e e d s ) a s

w e l l a s s i n g l e

- c e l l e d p h y t o p l a n k t o n

, p r o t o c t i s t s

, f u n g i

, a n d

b a c t e r i a a r e a l s o o f t e n t r a n s p o r t e d i n b a l l a s t w a t e r ( e

. g

. , H a l l e g r a e f f a n d B o l c h 1 9 9 1 ; C a r l t o n a n d G e l l e r 1 9 9 3

, W o n h a m

e t a l

. , 2 0 0 0 )

. T h e s e m i c r o s c o p i c c o m p o n e n t s o f b a l l a s t w a t e r

h a v e n o t b e e n t h o r o u g h l y c h a r a c t e r i z e d

. H o w e v e r

, i t a p p e a r s

f r o m o u r r e v i e w s t h a t t h e i r t o l e r a n c e s f o r l o w o x y g e n

e n v i r o n m e n t s w i l l v a r y g r e a t l y

. T h e r e a r e e x a m p l e s o f s p e c i e s

t h a t a r e v e r y s e n s i t i v e t o h y p o x i c c o n d i t i o n s ( e

. g

. , f i l a m e n t o u s

f u n g i

, P a d g e t t e t a l

. 1 9 8 9 ; z o o s p o r e s o f t h e s e a w e e d U n d a r i a

p i n n a t i f

i d a

, M o u n t f o r t e t a l

. 1 9 9 9 )

, a s w e l l a s c o u n t e r

- e x a m p l e s

o f s p e c i e s t h a t c a n w i t h s t a n d l o w o x y g e n l e v e l s ( e

. g

. , r e s i s t a n t

c y s t s o f s o m e d i n o f l a g e l l a t e s

, H a l l e g r a e f f 1 9 9 8 )

. M a r i n e

b a c t e r i a

, i n p a r t i c u l a r

, w i l l h a v e d r a m a t i c a l l y d i f f e r e n t r e s p o n s e s

t o t h e c o n d i t i o n s c r e a t e d b y s i m p l y s p a r g i n g w i t h n i t r o g e n

. W h i l e m o s t o b l i g a t e a e r o b i c s t r a i n s w i l l b e u n a b l e t o g r o w o v e r

e x t e n d e d p e r i o d s o f h y p o x i a

, s o m e f a c u l t a t i v e a n d o b l i g a t e

a n a e r o b i c b a c t e r i a m a y a c t u a l l y t h r i v e u n d e r t h e c o n d i t i o n s

f o u n d i n n i t r o g e n t r e a t e d b a l l a s t w a t e r

. O u r p r e v i o u s w o r k

t h e r e f o r e c o n c l u d e d t h a t b a l l a s t w a t e r d e o x y g e n a t i o n a l o n e

( s p a r g i n g w i t h n i t r o g e n g a s m a i n t a i n i n g h y p o x i a a s d o n e b y

S u m i t o m o ) w o u l d l i k e l y b e h i g h l y e f f e c t i v e a t r e d u c i n g

i n t r o d u c t i o n s o f a q u a t i c a n i m a l s ( l a r v a e

, j u v e n i l e s

, a n d a d u l t s

s t a g e s ) b u t m a y h a v e m i x e d s u c c e s s a t e l i m i n a t i n g i n t r o d u c t i o n s

b y m e m b e r s o f o t h e r t a x a

. 

### P H A S E I I : M E S O C O S M E X P E R I M E N T S

B a s e d o n i n i t i a l r e s u l t s

, w e c o n d u c t e d f u r t h e r e v a l u a t i o n s o f

d e o x y g e n a t i o n

, f o c u s i n g o n a s p e c i a l l y d e s i g n e d b a l l a s t w a t e r

t r e a t m e n t s y s t e m c a l l e d V e n t u r i O x y g e n S t r i p p i n g ( V O S )

, t o

p r e v e n t t h e t r a n s p o r t o f a q u a t i c s p e c i e s a s w e l l a s b a l l a s t t a n k

c o r r o s i o n

. V O S w a s d e v e l o p e d a n d p a t e n t e d b y N E I T r e a t m e n t

S y s t e m s

, L L C

, a U

. S

. - b a s e d e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r f i r m

. I n

F e b r u a r y 2 0 0 3

, w e b e g a n o u r N O A A

, F i s h a n d W i l d l i f e S e r v i c e

a n d M A R A D s u p p o r t e d p r o j e c t a s o u r s e c o n d p h a s e w i t h t h r e e

s p e c i f i c g o a l s :

1 ) E v a l u a t e t h e a b i l i t i e s a n d p o t e n t i a l o f V O S a s a b a l l a s t

w a t e r d e o x y g e n a t i o n m e t h o d

, 2 ) E x a m i n e t h e i m p a c t o f t h i s o x y g e n s t r i p p i n g t e c h n i q u e

o n t h e i m m e d i a t e a n d l o n g

- t e r m s u r v i v a l o f n a t u r a l

C h e s a p e a k e B a y p l a n k t o n i c o r g a n i s m s

, a n d

3 ) Q u a n t i f y c o r r o s i o n r a t e s a n d e s t a b l i s h t h e c o r r o s i o n

m e c h a n i s m u n d e r V O S d e o x y g e n a t e d c o n d i t i o n s ( w i t h

p a r t i c u l a r e m p h a s i s o n m i c r o b i o l o g i c a l l y i n f l u e n c e d

c o r r o s i o n )

.

O p t i m i z i n g d e o x y g e n a t i o n

– A k e y t o t h e s u c c e s s o f

d e o x y g e n a t i o n a s a b a l l a s t w a t e r t r e a t m e n t i s t o e f f i c i e n t l y

m a i n t a i n l e v e l s o f o x y g e n i n t a n k s t h a t b o t h k i l l s t h e m a j o r i t y o f

a q u a t i c o r g a n i s m s w h i l e a l s o r e d u c i n g c o r r o s i o n r a t e s ; b e t w e e n

0

. 2 a n d 1

. 0 m g / l

. S e v e r a l d e o x y g e n a t i o n m e t h o d s h a v e b e e n

p r o p o s e d o r t e s t e d

, i n c l u d i n g n i t r o g e n s p a r g i n g ( d e s c r i b e d

a b o v e )

, v a c u u m s

, h o r i z o n t a l l y p l a c e d d i f f u s e r p l a t e s

, a n d

b i o l o g i c a l p r o c e s s e s

. T h e s e o x y g e n r e m o v a l t e c h n i q u e s v a r y i n

d e g r e e o f e f f e c t i v e n e s s ( i n c l u d i n g t i m e r e q u i r e d u n t i l h y p o x i c

b a l l a s t w a t e r i s p r o d u c e d )

, a s s o c i a t e d c o s t s

, a n d l o g i s t i c

c o n s t r a i n t s

. H o w e v e r

, a b r o a d s u r v e y o f o p t i o n s c o n c l u d e d t h a t

V O S i s c u r r e n t l y t h e m o s t e f f i c i e n t a n d f e a s i b l e w a y t o r e m o v e

o x y g e n f r o m b a l l a s t w a t e r o n b o a r d v e s s e l s

. T h e r e f o r e

, b e g i n n i n g i n 2 0 0 3

, o u r r e s e a r c h i n t o d e o x y g e n a t i o n t o p r e v e n t

a q u a t i c i n v a s i o n s a n d b a l l a s t t a n k s c o r r o s i o n h a s f o c u s e d o n

V O S

. V O S i s a r a p i d ( < 1 0 s e c o n d s )

, i n

- l i n e

, s i n g l e

- p a s s s y s t e m

t h a t m i x e s i n e r t g a s d i r e c t l y i n t o b a l l a s t w a t e r a s i t i s d r a w n i n t o

t h e v e s s e l ( F i g u r e 1 )

. T h e i n e r t g a s i s p r o d u c e d b y c o m b u s t i n g

l o w

- s u l f u r m a r i n e d i e s e l ( g e n e r a t i n g m o s t l y n i t r o g e n w i t h s m a l l

a m o u n t s o f c a r b o n d i o x i d e a n d o n l y t r a c e l e v e l s o f o x y g e n ) i n a

d e v i c e s i m i l a r t o t h e i n e r t g a s g e n e r a t o r s c o m m o n l y u s e d o n

t a n k e r s

. T h e g a s i s m i x e d w i t h t h e b a l l a s t w a t e r u s i n g a v e n t u r i

i n

j e c t o r m a n i f o l d t h a t i s i n s t a l l e d i n

- l i n e

, j u s t d o w n

- s t r e a m o f

t h e b a l l a s t p u m p

. T h e v e n t u r i i n j e c t o r s c r e a t e a m i c r o

- f i n e

b u b b l e e m u l s i o n w h e r e d i s s o l v e d o x y g e n q u i c k l y d i f f u s e s o u t o f

t h e w a t e r i n t o t h e g a s

. B e c a u s e a d d i n g c a r b o n d i o x i d e i n

s o l u t i o n f o r m s b o t h c a r b o n i c a n d c a r b o x y l i c a c i d

, t h e p H o f

t r e a t e d w a t e r i s a l s o r e d u c e d t o b e t w e e n 5

. 5 a n d 6

. T h i s s y s t e m

i s d e s i g n e d s o t h a t t h e s a m e i n e r t g a s i s a l s o u s e d t o b l a n k e t a l l

h e a d s p a c e s a n d t h e e n t i r e b a l l a s t t a n k w h e n e m p t y t o m a i n t a i n

p e r m a n e n t h y p o x i a

. C o n t i n u o u s l y m a i n t a i n i n g a d e o x y g e n a t e d

e n v i r o n m e n t i n b a l l a s t t a n k s a p p e a r s t o b e a c r i t i c a l f a c t o r f o r

c o r r o s i o n p r e v e n t i o n ( P o p e a n d P o p e 2 0 0 1 ; L e e e t a l

. 2 0 0 5 )

.P a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 3 F i g u r e 1

. B a s i c s c h e m a t i c o f t h e V O S s y s t e m o n b o a r d a v e s s e l

.

S u r v i v o r s h i p o f n a t u r a l p l a n k t o n i c o r g a n i s m s

– T h e

m o r t a l i t y r a t e s o f p l a n k t o n i c o r g a n i s m s p r o d u c e d b y V O S a r e

h i g h e r t h a n p r e d i c t e d f o r o u r l a b o r a t o r y s c a l e n i t r o g e n s p a r g i n g

e x p e r i m e n t s a n d p u b l i s h e d l i t e r a t u r e o n t h e o x y g e n t o l e r a n c e s o f

a q u a t i c o r g a n i s m s ( T a m b u r r i e t a l

. 2 0 0 3 )

. A l t h o u g h i t i s c l e a r

t h a t t h e h y p o x i c c o n d i t i o n s a l o n e a r e t o x i c t o t h e m a j o r i t y o f

p l a n k t o n i c o r g a n i s m s

, i t w a s t h e c o m b i n a t i o n o f r e d u c e d o x y g e n

l e v e l s ( b e t w e e n 0

. 2 a n d 1

. 0 m g / l )

, C O

2 s a t u r a t i o n w i t h l o w e r e d

p H ( b e t w e e n 5

. 5 a n d 6

. 0 )

, a n d m e c h a n i c a l d i s r u p t i o n a s

o r g a n i s m s p a s s t h r o u g h t h e v e n t u r i i n j e c t o r t h a t i s r e s p o n s i b l e

f o r t h e r a p i d r e m o v a l o f p o t e n t i a l i n v a d e r s

. T h e r e f o r e

, V O S i s

n o t s i m p l y a d e o x y g e n a t i o n t r e a t m e n t b u t a s i n g l e u n i t o r

m e t h o d t h a t p r o d u c e s a c o m b i n a t i o n t r e a t m e n t

. I n d o c k s i d e

, m e s o c o s m e x p e r i m e n t s a t t h e C h e s a p e a k e

B i o l o g i c a l L a b o r a t o r y ( C B L ) i n S o l o m o n s

, M D

, t h e d i s s o l v e d

o x y g e n l e v e l s a n d p H i n t h e u n t r e a t e d o r c o n t r o l 9 4

- l i t e r t a n k s

w e r e b e t w e e n 8

. 1 8

– 1 1

. 0 1 m g / l a n d 7

. 6 1

– 8

. 2 0 r e s p e c t i v e l y

. T h e d i s s o l v e d o x y g e n l e v e l s a n d p H i n s i m i l a r V O S t r e a t e d

t a n k s d r o p p e d t o 0

. 2 6

– 0

. 8 7 m g / l a n d 5

. 4 6

– 5

. 6 2 r e s p e c t i v e l y

. T h e s e c h a n g e s t o t h e p h y s i c a l e n v i r o n m e n t i n t h e t r e a t e d t a n k s

l e d t o a g r e a t e r t h a n 9 9 % m o r t a l i t y o f n a t u r a l z o o p l a n k t o n

( c o p e p o d s

, b a r n a c l e l a r v a e

, p o l y c h a e t e l a r v a e

, c l a d o c e r a n s

,

r o t i f e r s

, c r u s t a c e a n n a u p l i i

, b i v a l v e l a r v a e

, a n d n e m a t o d e s ) i n

l e s s t h a n 4 8 h o u r s w h i l e t h e m a j o r i t y o f z o o p l a n k t o n s u r v i v e d i n

t h e c o n t r o l c y l i n d e r s ( > 5 0 % s u r v i v a l e v e n a f t e r 9 6 h o u r s

h o l d i n g t i m e )

. I n o t h e r w o r d s

, a f t e r 4 8 h o u r s o f e x p o s u r e t o t h e

V O S s y s t e m

, t h e r e w e r e o n l y o n a v e r a g e 6 ( ± 9 S D ) l i v i n g

i n d i v i d u a l o r g a n i s m s g r e a t e r t h a n 5 0 μ m i n s i z e p e r c u b i c m e t e r

a n d z e r o a f t e r 7 2 h o u r s

. F u r t h e r m o r e

, n o i n t a c t i n d i v i d u a l s

s c o r e d a s d e a d a f t e r 4 8 h o u r s r e c o v e r e d a f t e r b e i n g p l a c e d b a c k

i n a e r a t e d w a t e r f o r 2 4 h o u r s

. T h e r e f o r e z o o p l a n k t o n a r e n o t

s i m p l y n a r c o t i z e d b u t a r e b e i n g k i l l e d

. I n a d d i t i o n t o h y p o x i a a n d l o w e r e d p H

, m a n y o f t h e l a r g e r

z o o p l a n k t o n ( m o s t l y c o p e p o d s ) a l s o a p p e a r t o b e k i l l e d

i n s t a n t a n e o u s l y b y b e i n g d a m a g e d ( F i g u r e 2 ) a s t h e y p a s s e d

t h r o u g h t h e v e n t u r i i n j e c t o r

, w h i c h c r e a t e s l a r g e a m o u n t s o f

c a v i t a t i o n a n d t u r b u l e n c e

.

F i g u r e 2

. C o p e p o d t o r n i n h a l f b y p a s s i n g

t h r o u g h t h e V O S s y s t e m

. O u r m e s o c o s m e x p e r i m e n t s a l s o d e m o n s t r a t e t h a t V O S w i l l

s i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e a b u n d a n c e o f p h y t o p l a n k t o n ( m i x t u r e s

o f n a t u r a l l y o c c u r r i n g d i a t o m s a n d d i n o f l a g e l l a t e s ; T a m b u r r i e t

a l

. 2 0 0 3 )

. B e c a u s e t h e d o c k s i d e

, m e s o c o s m e x p e r i m e n t s w e r e

c o n d u c t e d i n t h e d a r k t o m i m i c b a l l a s t t a n k l i g h t c o n d i t i o n s

, o u r

i n i t i a l m e a s u r e m e n t s o f c h l o r o p h y l l i n s a m p l e s t a k e n f r o m

t r e a t e d a n d c o n t r o l t a n k s a r e d i f f i c u l t t o i n t e r p r e t

. I t i s c o m m o n

f o r a l g a e t o r e s o r b p h o t o p i g m e n t s w h e n s t r e s s e d b y l o w l i g h t o r

o t

h e r h a r s h e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s ( e

. g

. , D e v e n t e r a n d

H e c k m a n 1 9 9 6 )

. A l t h o u g h g r e a t e r d e c r e a s e s w e r e f o u n d i n

t r e a t e d w a t e r

, o u r r e s u l t s s h o w a d r a m a t i c a n d r a p i d d e c l i n e i n

t o t a l a c t i v e c h l o r o p h y l l f o r b o t h t r e a t e d a n d c o n t r o l t a n k s

t h r o u g h t i m e

. A n o t h e r e s t i m a t e o f i m p a c t s o f V O S o n

p h y t o p l a n k t o n i s t h e n u m b e r o f a l g a l c e l l s p e r u n i t v o l u m e

t h r o u g h t i m e

. T h e m a i n l i m i t a t i o n o f d i r e c t c e l l c o u n t s i s t h a t

t h e y d o n o t d i s t i n g u i s h b e t w e e n l i v e ( o r v i a b l e ) a n d d e a d c e l l s

s o w i l l t y p i c a l l y o v e r e s t i m a t e a b u n d a n c e s

. T h r o u g h d i r e c t

c o u n t s

, w e f o u n d t h a t w h i l e t h e a b u n d a n c e o f p h y t o p l a n k t o n d i d

n o t c h a n g e s i g n i f i c a n t l y i n t h e c o n t r o l t a n k s o v e r f o u r d a y s

, i t

d r o p p e d b e t w e e n 7 0

- 8 0 % o f i n i t i a l c o n c e n t r a t i o n s i n t h e

t r e a t e d t a n k s

. D e p e n d i n g o n w h a t t i m e o f y e a r t h e p a r t i c u l a r

t r i a l w a s c o n d u c t e d

, t h e n u m b e r s o f c e l l s p e r m l d e c r e a s e d t o

o n l y a f e w h u n d r e d a f t e r 9 6 h o u r s

. W h i l e h y p o x i a i s l i k e l y t h e

m a i n f a c t o r c a u s i n g t h e m o r t a l i t y o f z o o p l a n k t o n

, C O

2 s a t u r a t i o n

a n d p H r e d u c t i o n ( 5

. 5

- 6

. 0 ) a p p e a r s t o b e r e s p o n s i b l e f o r t h e

r e m o v a l o f a l g a e ( i n a d d i t i o n t o t h e o b v i o u s a b s e n c e o f l i g h t )

. T h i s i s n o t s u r p r i s i n g g i v e n t h e r e c e n t r e v i e w o f 2 1 p u b l i c a t i o n s

o n t h e r e s p o n s e o f n e a r l y 4 0 d i f f e r e n t s p e c i e s o f d i a t o m s a n d

d i n o f l a g e l l a t e s t h a t c o n c l u d e d a s m a l l p H r e d u c t i o n t o 6

. 5

s e v e r e l y a f f e c t e d p h y t o p l a n k t o n g r o w t h ( H i n g a 2 0 0 2 )

. R e s u l t s f r o m o u r d o c k s i d e

, m e s o c o s m e x p e r i m e n t s a l s o

d e m o n s t r a t e t h a t t h e r e i s n o s i g n i f i c a n t c h a n g e i n n u m b e r s o f

t o t a l b a c t e r i a c e l l s t h r o u g h t i m e o r b e t w e e n c o n t r o l a n d

t r e a t m e n t ( T a m b u r r i e t a l

. 2 0 0 3 )

. A l t h o u g h t r e a t e d b a l l a s t w a t e r

c o n t a i n s e l e v a t e d l e v e l s o f o r g a n i c m a t e r i a l ( i

. e

. , d e a d p l a n k t o n )

,

t h e V O S s y s t e m p r o d u c e s a “ d e a d

- e n d ” c o n d i t i o n o f c o n t i n u o u s

h y p o x i a

. T h i s d i s s o l v e d o x y g e n c o n c e n t r a t i o n i n h i b i t s t h e

g r o w t h o f a e r o b i c m i c r o b e s b u t i s s t i l l t o x i c t o o b l i g a t e

a n a e r o b i c m i c r o b e s s u c h a s s u l f u r r e d u c i n g b a c t e r i a

. I n f a c t

, V O S a p p e a r s t o k i l l s e v e r a l p a t h o g e n s t h a t a r e o f p a r t i c u l a r

c o n c e r n i n b a l l a s t w a t e r

. A l t h o u g h b a c t e r i a s u c h a s E s c h e r i c h i a

c o l i a n d V i b r i o c h o l e r a a r e f a c u l t a t i v e a n a e r o b e s a n d a d a p t e d t o

a c i d i c c o n d i t i o n s f o u n d i n d i g e s t i v e s y s t e m s

, t h e y a r e e x t r e m e l y

s u s c e p t i b l e t o r a p i d d r o p s i n p H w i t h 1 0 0 % m o r t a l i t y a f t e r o n l y

3 0 m i n u t e s o f e x p o s u r e t o a 2 u n i t p H d e c r e a s e ( M e r r e l l a n d

C a m i l l i 1 9 9 9 )

. T h i s c o u l d e x p l a i n t h e r e c e n t r e s u l t o f H u s a i n e t

a l

. ( 2 0 0 3 ) w h i c h r e p o r t e d a g r e a t e r t h a n 9 9 % m o r t a l i t y o f V

.

c h o l e r a a f t e r a 2 4 h e x p o s u r e t o h y p o x i a a n d a p H o f 5

. 5

. F u r t h e r m o r e

, a m i x t u r e o f l o w d i s s o l v e d o x y g e n ( b e t w e e n 0

. 1

a n d 1

. 0 m g / l ) a n d a p H o f 5 h a s a l s o b e e n d e m o n s t r a t e d t o

e f

f e c t i v e l y r e d u c e t h e l e v e l s o f E n t e r o c o c c i f o r m 7

. 8 x 1 0 6 p e r

1 0 0 m l t o l e s s t h a n 5 0 0 p e r 1 0 0 m l a f t e r e x t e n d e d e x p o s u r e i n

b a t c h s c a l e e x p e r i m e n t ( A w u a h e t a l

. 2 0 0 2 )

. W e h a v e a l s o

t e s t e d f o r t h i s e f f e c t d i r e c t l y a s a r e s p o n s e o f V O S ( s e e b e l o w )

.P a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 4 C o r r o s i o n r a t e s a n d m e c h a n i s m

– R e s u l t s f r o m o u r

c o r r o s i o n e x p e r i m e n t s w i t h t h e N a v a l R e s e a r c h L a b o r a t o r y h a v e

c o n f i r m e d t h e f i n d i n g s o f S u m i t o m o H e a v y I n d u s t r i e s ( M a t s u d a

e t a l

. 1 9 9 9 )

. W h e n t h e V O S s y s t e m i s o p e r a t e d c o r r e c t l y

, i n s t a n t a n e o u s c o r r o s i o n r a t e s a r e r e d u c e d b y 5 0 % t o 8 0 % ( u s i n g

I R c o m p e n s a t e d L i n e a r P o l a r i z a t i o n R e s i s t a n c e a n a l y s i s ) w h e n

c o m p a r e d t o t h e c o r r o s i o n o f s t e e l u n d e r n o r m a l b a l l a s t i n g

c o n d i t i o n s ( L e e e t a l

. 2 0 0 5 )

. A d d i t i o n a l e v a l u a t i o n s o f c o r r o s i o n r a t e s u n d e r c o n t r o l a n d

V O S t r e a t m e n t c o n d i t i o n s a r e a l s o c u r r e n t l y u n d e r w a y b y B M T

F l e e t T e c h n o l o g y L t d

. T h i s w o r k i s b e i n g c a r r i e d o u t u s i n g

s i m i l a r m e t h o d s e m p l o y e d t o i n v e s t i g a t e d e t e r i o r a t i o n o f v e s s e l

s t

r u c t u r a l i n t e g r i t y d u e t o c h e m i c a l t r e a t m e n t o f b a l l a s t w a t e r

( c o m m i s s i o n e d b y t h e S h i p S t r u c t u r e C o m m i t t e e )

. W h i l e t h i s

a n a l y s i s o f c o r r o s i o n i s s t i l l o n g o i n g

, i n i t i a l r e s u l t s f u r t h e r

s u p p o r t t h e c o n c l u s i o n t h a t V O S w i l l d r a m a t i c a l l y r e d u c e

c o r r o s i o n r a t e s ( F i g u r e 3 )

.

F i g u r e 3

. T h e t o p r o w i s s t e e l p l a t e s f r o m a t e s t t a n k u n d e r t y p i c a l

o x y g e n a t e d s e a w a t e r c o n d i t i o n s a f t e r 3 0 d a y s

. T h e b o t t o m r o w i s s t e e l

p l a t e s f r o m a t e s t t a n k w i t h V O S t r e a t m e n t w a t e r a f t e r 3 0 d a y s

.

T h e r e d u c t i o n i n c o r r o s i o n a s a r e s u l t o f t h e t h i s

d e o x y g e n a t i o n s y s t e m h a s t h e p o t e n t i a l t o d e c r e a s e b a l l a s t t a n k

m a i n t e n a n c e

. I t i s p o s s i b l e t h a t t h e a m o u n t o f m a t e r i a l r e p a i r

a n d r e p l a c e m e n t r e q u i r e d d u r i n g v e s s e l s e r v i c i n g

, a n d t h e

f r e q u e n c y o f v e s s e l s e r v i c i n g

, c a n b e r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y

. F u r t h e r m o r e

, w i t h r e d u c e d w a s t a g e r a t e o f b a l l a s t t a n k s t e e l

,

s h i p s m a y r e m a i n m o r e s t r u c t u r a l l y s o u n d a t a d v a n c e d a g e s

( P a i k e t a l

. 2 0 0 3 )

.



### P H A S E I I I : P I L O T

- S C A L E E V A L U A T I O N S

W e e x t e n d e d o u r w o r k w i t h f u n d i n g f r o m t h e G r e a t L a k e s

F i s h e r y C o m m i s s i o n ( t h r o u g h t h e F i s h a n d W i l d l i f e S e r v i c e ) t o

a d d a n a d d i t i o n a l k e y s t e p i n t h e p r o c e s s o f e v a l u a t i n g t h i s

b a l l a s t w a t e r t r e a t m e n t s y s t e m

. A p i l o t

- s c a l e V O S s y s t e m w a s

b u i l t b y N E I a t C B L ( F i g u r e 4 )

, w h e r e l o c a l w a t e r s a r e v e r y

p r o d u c t i v e ( h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f p l a n k t o n ) a n d r a n g e

s e a s o n a l l y f r o m t e m p e r a t u r e s o f 6

– 2 8 o C a n d s a l i n i t i e s o f 8

– 1 8

p p t

. T h e s y s t e m c o n s i s t s o f a 1

, 5 0 0 g p m ( 3 5 0 m 3 / h r ) b a l l a s t

w a t e r p u m p w i t h 8

- i n c h d i a m e t e r P V C p i p i n g

, v a l v e s

, a n d

v e n t u r i i n j e c t o r ; a f u l l

- s c a l e i n e r t g a s g e n e r a t o r ; a n d a s e r i e s o f

r e p l i c a t e m e s o c o s m s e n c l o s e d i n a s m a l l w o r k s p a c e

. T h i s i s t h e e q u i v a l e n t t r e a t m e n t s y s t e m f o r a l a r g e

- s i z e d c r u i s e s h i p

, b u t

a p p r o x i m a t e l y o n e

- t e n t h s c a l e f o r a V L C C t a n k e r

.

F i g u r e 4

. P i l o t

- S c a l e V O S s y s t e m a t t h e C h e s a p e a k e B i o l o g i c a l

L a

b o r a t o r y

, S o l o m o n s

, M D

.

M e c h a n i c a l a n d e n g i n e e r i n g e v a l u a t i o n s h a v e d e m o n s t r a t e d

t h a t t h e V O S s y s t e m w i l l p r o d u c e t h e d e s i r e d c o n d i t i o n s t h a t

w i l l c a u s e t h e m o r t a l i t y o f p l a n k t o n i c o r g a n i s m s a n d t h a t w i l l

r e d u c e c o r r o s i o n r a t e s

. L o n g

- t e r m ( 1 2 h o u r ) r e l i a b i l i t y t e s t s

h a v e y e t t o r e s u l t i n a n y d r i f t i n o p e r a t i o n a l p e r f o r m a n c e o r

m e c h a n i c a l p r o b l e m s

. R e s u l t s f r o m p i l o t

- s c a l e b i o l o g i c a l e x p e r i m e n t s d e m o n s t r a t e

t h a t t h e V O S s y s t e m a l o n e c a n m e e t I M O s t a n d a r d s f o r a l l t h r e e

c a t e g o r i e s ( z o o p l a n k t o n

, p h y t o p l a n k t o n a n d b a c t e r i a ) o n

v o y a g e s o f m o r e t h a n f o u r d a y s

. F i g u r e s 5

, 6

, a n d 7 s h o w s o m e

o f o u r r e s u l t s o f b i o l o g i c a l e f f i c a c y o f V O S a t t h e p i l o t

- s c a l e

.

F i g u r e 5

. N u m b e r o f l i v e o r g a n i s m s > 5 0 μ m p e r c u b i c m e t e r o f w a t e r

a f

t e r r e p l i c a t e t r i a l ( n = 3 ) o f 2

, 3

, 4

, 5 a n d 7 d a y s h o l d i n g t i m e s a f t e r

t r e a t m e n t w i t h V O S a t t h e p i l o t

- s c a l e

.P a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 5 F i g u r e 6

. R e s u l t s f r o m e x t r a c t i v e c h l o r o p h y l l a n a l y s e s o f n a t u r a l b a y

w a t e r j u s t p r i o r t o s t a r t i n g t h e e x p e r i m e n t ( I n i t i a l

, n = 1 )

, u n t r e a t e d

w a t e r ( C o n t r o l

, n = 3 )

, a n d V O S t r e a t e d w a t e r ( T r e a t e d

, n = 3 )

. C o n t r o l

a n d t r e a t e d w a t e r w e r e h e l d i n d a r k e n e d m e s o c o s m s f o r 1 2 0 h o u r s a n d

a c t i v e c h l o r o p h y l l q u a n t i f i e d i m m e d i a t e l y a f t e r h o l d i n g t i m e a n d a f t e r

a l l o w e d t o “ r e g r o w ” u n d e r l i g h t a n d a e r a t e d c o n d i t i o n s f o r 2 4 h o u r

. C h l o r o p h y l l i n r e g r o w t h w a t e r w a s l e s s t h a n w a t e r p r i o r t o r e g r o w t h

a n d b e l o w m e t h o d d e t e c t i o n l i m i t s ( * ) i n d i c a t i n g e s s e n t i a l l y n o v i a b l e

p h y t o p l a n k t o n a f t e r 5 d a y s

. C e l l c o u n t s f r o m f i x e d s a m p l e s a r e s t i l l

u n d e r w a y b u t < 4 o r g a n i s m s b e t w e e n 1 0 a n d 5 0 μ m i n s i z e p e r m l i n

V O S t r e a t e d w a t e r w e r e f o u n d a f t e r 7

- d a y t r i a l s ( I M O S t a n d a r d i s

1 0 / m l )

.

F i g u r e 7 A & 7 B

. A b u n d a n c e s o f E

. c o l i ( A ) a n d E n t r o c o c c i ( B ) i n

s e e d i n g e x p e r i m e n t s w i t h c o n t r o l ( n = 3 ) a n d V O S t r e a t e d ( n = 3 ) w a t e r

a f

t e r e i t h e r 1 h o u r o r 1 d a y h o l d i n g p e r i o d s w i t h o u t l i g h t

. I n s e p a r a t e

e x p e r i m e n t s

, s i n g l e s t r a i n s o f b a c t e r i a w e r e c u l t u r e d a n d a d d e d t o 5 0 L

o f n a t u r a l b a y w a t e r a t a p p r o x i m a t e l y 8 0 0 c f u / 1 0 0 m l

. T h e s e e d e d

w a t e r w a s p u m p e d i n t o r e p l i c a t e 1 L f l a s k s

, w i t h c o n t r o l f l a s k s o p e n t o

a i r a n d t r e a t e d f l a s k s e a l e d t o m a i n t a i n h y p o x i c / l o w p H c o n d i t i o n s

. O n e 1 0 0 m l s u b s a m p l e f r o m e a c h f l a s k w a s a n a l y z e d f o r c o n c e n t r a t i o n s

o f c u l t u r a b l e E

. c o l i o r E n t e r o c o c c i u s i n g a c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e

c h r o m o g e n i c s u b s t r a t e m e t h o d ( I D E X X L a b o r a t o r i e s

, I n c

. ; N o b l e e t a l

. 2 0 0 3 )

.

W e w e r e a l s o a b l e t o t a k e a d v a n t a g e o f t h e p i l o t

- s c a l e

t e s t i n g t o e x a m i n e i f d i s c h a r g i n g t r e a t e d w a t e r a l t e r s t h e

e n v i r o n m e n t

. P e r i o d i c m e a s u r e m e n t s o f t h e t e m p e r a t u r e

,

s a l i n i t y

, d i s s o l v e d o x y g e n

, a n d p H o f a m b i e n t w a t e r ( u p c u r r e n t

> 2 0 m e t e r s f r o m d i s c h a r g e ) a n d a t v a r y i n g d i s t a n c e s f r o m t h e

d i s c h a r g e p i p e d u r i n g a l l p i l o t

- s c a l e e v a l u a t i o n s d e m o n s t r a t e d

t h a t t h e r e i s a l m o s t n o m e a s u r a b l e c h a n g e t o r e c e i v i n g w a t e r

. D i f f e r e n c e s i n t h e p h y s i c a l c o n d i t i o n s c o u l d o n l y b e d e t e c t e d

w h e n m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n w i t h i n 1 m e t e r o f t h e d i s c h a r g e

p i p e b u t t h e s l i g h t r e d u c t i o n s i n d i s s o l v e d o x y g e n a n d p H w e r e

s t i l l w e l l a b o v e h a r m f u l l e v e l s f o r a q u a t i c o r g a n i s m s a n d w e l l

a b o v e r e g u l a t i o n l i m i t s ( T a b l e 1 )

. T h e s e r e s u l t s h o l d e v e n a f t e r

1 2 h o u r s o f c o n t i n u o u s t r e a t e d w a t e r r e l e a s e a t 3 5 0 m 3 / h r

.

T a

b l e 1

. R a n g e i n v a l u e s f o r d i s s o l v e d o x y g e n ( D O ) a n d p H m e a s u r e d

i n a m b i e n t w a t e r a n d r e c e i v i n g w a t e r ( < 1 m e t e r o f V O S t r e a t e d w a t e r

r e l e a s e p o i n t )

. T h e t r e a t e d w a t e r w a s d i s c h a r g e d a t 3 5 0 m 3 / h r a n d f o r

a s l o n g a s 1 2 h o u r s

.

P a r a m e t e r s A m b i e n t R e c e i v i n g

D O ( m g / l ) 8

. 7

– 1 1

. 3 6

. 9

– 9

. 7

p H 7

. 6

– 7

. 8 6

. 7

- 7

. 0



### P H A S E I V : S H I P B O A R D E V A L U A T I O N S

T h e f o l l o w i n g i s a s h o r t s u m m a r y o f a p a r t i a l a n d c o m p l e x

d a t a s e t

. N o t a l l d a t a h a s b e e n i n c l u d e d a n d a d d i t i o n a l t e s t

v o y a g e s

, a n a l y s e s

, a n d s t a t i s t i c a l e v a l u a t i o n s a r e o n g o i n g

.

E n g i n e e r i n g E f f i c a c y

– N E I h a s f u r n i s h e d a n d i n s t a l l e d a

p r o t o t y p e V O S s y s t e m f o r t h e 4 0

, 0 0 0 D W T b u l k c a r r i e r M / V

P a t C a n t r e l l

, o p e r a t e d b y T E C O O c e a n S h i p p i n g i n U

. S

. w a t e r s

o f t h e G u l f o f M e x i c o a n d F l o r i d a ’ s A t l a n t i c c o a s t ( F i g u r e 8 )

. T h i s p a r t i c u l a r V O S s y s t e m o p e r a t e s a t 1

, 0 0 0 c u b i c m e t e r s p e r

h o u r a n d h a s p r o d u c e d t h e i n t e n d e d b a l l a s t w a t e r c o n d i t i o n s

( d i s s o l v e d o x y g e n < 1

. 0 m g / l

, p H a p p r o x i m a t e l y 6 ) o n t h r e e

c o n s e c u t i v e t e s t v o y a g e s

, f r o m J a n u a r y t h r o u g h M a y 2 0 0 5

. F o l l o w i n g a f i n e

- t u n i n g p r o c e s s o f t h e p r o t o t y p e t o o p e r a t e

o p t i m a l l y o n b o a r d t h e P a t C a n t r e l l

, a l l m e c h a n i c a l e v a l u a t i o n s

( e

. g

. , m o n i t o r i n g b a l l a s t i n g r a t e s a n d b a l l a s t w a t e r p r e s s u r e w i t h

a n d w i t h o u t t r e a t m e n t ) t o d a t e h a v e s h o w n t h a t i t d o e s n o t

i m p a c t n o r m a l v e s s e l o p e r a t i o n s

.

Wa t e r Q u a l i t y A n a l y s i s

– I n a d d i t i o n t o m o n i t o r i n g t h e

s p e c i f i c p h y s i c a l p a r a m e t e r s o f c o n t r o l a n d t r e a t e d b a l l a s t w a t e r

t h a t a r e a l t e r e d b y V O S ( d i s s o l v e d o x y g e n a n d p H )

, w e h a v e

a l s o c o n s i d e r e d o t h e r p o t e n t i a l i m p a c t s t o t r e a t e d b a l l a s t w a t e r

a n d a l t e r a t i o n s t o h a r b o r w a t e r w h e r e i t i s r e l e a s e d

. F o r

e x a m p l e

, a n a l y s i s o f t o t a l p e t r o l e u m h y d r o c a r b o n s w e r e

m e a s u r e d a n d f o u n d t o b e b e l o w d e t e c t i o n l i m i t s i n b o t h c o n t r o l

a n d t r e a t e d b a l l a s t w a t e r ( P h a s e S e p a r a t i o n S c i e n c e

, I n c

. , N o

. 0 5 0 6 0 3 1 6 )

.P a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 6 F i g u r e 8

. S h i p b o a r d e v a l u a t i o n s a r e u n d e r w a y o n t h e T E C O O c e a n

S h i p p i n g b u l k c a r r i e r M / V P a t C a n t r e l l ( t o p )

. T w i n 1 2

- i n c h s t a i n l e s s

s t e e l v e n t u r i i n j e c t o r s a s p a r t o f t h e V O S s y s t e m ( b o t t o m l e f t )

. B i o l o g i c a l s a m p l i n g t o d e t e r m i n e s y s t e m e f f i c a c y ( b o t t o m r i g h t )

.

T o d a t e

, o n l y o n e s e t o f m e a s u r e m e n t s h a s b e e n t a k e n t o

q u a n t i f y i m p a c t s o f V O S t r e a t e d w a t e r o n r e c e i v i n g h a r b o r

w a t e r f o r t h i s f u l l

- s c a l e s h i p b o a r d s t u d y b e c a u s e o f v e s s e l

l o g i s t i c c o n s t r a i n t s

. M e a s u r e m e n t s o f d i s s o l v e d o x y g e n

, p H

,

t e m p e r a t u r e a n d s a l i n i t y w e r e t a k e n 1 0 m i n u t e s p r i o r t o

( a m b i e n t w a t e r ) a n d 1 5 m i n u t e s a f t e r t h e P a t C a n t r e l l b e g a n

d i s c h a r g i n g V O S t r e a t e d w a t e r a t a p p r o x i m a t e l y 1

, 0 0 0 m 3 / h r

. T a b l e 2 b e l o w p r e s e n t s d i s s o l v e d o x y g e n a s m g / l a n d p H v a l u e s

.

T a

b l e 2

. T h e w a t e r i n b a l l a s t t a n k s p r i o r t o r e l e a s e h a d d i s s o l v e d

o x y g e n l e v e l s b e l o w 1

. 0 m g / l a n d p H v a l u e s o f a p p r o x i m a t e l y 6

. b L o w e s t v a l u e s r e c o r d e d i n V O S r e c e i v i n g w a t e r < 1 m e t e r f r o m t h e

s e a c h e s t a s t h e i n s t r u m e n t w a s l o w e r e d a n d r a i s e d v e r t i c a l l y i n t h e

w a t e r c o l u m n

.

c L o w e s t v a l u e s r e c o r d e d i n V O S r e c e i v i n g w a t e r 3 m e t e r s p o r t a n d

s t a

r b o a r d o f t h e s e a c h e s t a s t h e i n s t r u m e n t w a s l o w e r e d a n d r a i s e d

v e r t i c a l l y i n t h e w a t e r c o l u m n

.

D a t e A m b i e n t

Wa t e r R e c e i v i n g

Wa t e r < l m b R e c e i v i n g

Wa t e r 3 m c

D O

m g / l p H D O

m g / l p H D O

m g / l p H

5 / 1 2 / 2 0 0 5 6

. 4 7

. 6 5

. 5 7

. 2 6

. 3 7

. 6

B i o l o g i c a l E f f i c a c y

– T h r e e b i o l o g i c a l t e s t v o y a g e s h a v e

b e e n c o m p l e t e d w i t h t w o m o r e p l a n n e d

. I n a l l c a s e s

, p r i o r t o

d e p a r t u r e

, s h i p s i d e m e a s u r e m e n t s a r e m a d e a n d s a m p l e s

c o l l e c t e d t o c h a r a c t e r i z e t h e w a t e r b e i n g b r o u g h t o n b o a r d t h e v e s s e l ( T 0 ) f r o m t h e S t

. J o h n ’ s R i v e r ( J a c k s o n v i l l e

, F L )

. I n

a d d i t i o n t o s t a n d a r d m e a s u r e s o f t e m p e r a t u r e

, s a l i n i t y

, d i s s o l v e d

o x y g e n a n d p H

, w e h a v e a l s o b e e n c o l l e c t i n g s a m p l e s f o r i n

v i v o c h l o r o p h y l l

, t o t a l s u s p e n d e d s o l i d s ( T S S )

, p a r t i c u l a t e

o r g a n i c c a r b o n ( P O C ) a n d t h e p r e s e n c e o f V i b r i o c h o l e r a e

. T h e b i o l o g i c a l e v a l u a t i o n s a r e d e s i g n e d t o e x a m i n e t h e

c o n c e n t r a t i o n s o f o r g a n i s m s b e f o r e ( T 1 ; i m m e d i a t e l y a f t e r

b a l l a s t i n g )

, d u r i n g ( T 2 ; m i d

- v o y a g e / a p p r o x

. 2 d a y s ) a n d a f t e r a

t e s t v o y a g e ( T 3 ; p r i o r t o d i s c h a r g e / a p p r o x

. 4 t o 5 d a y s ) i n p a i r e d

c o n t r o l a n d t r e a t e d b a l l a s t t a n k s ( t w o e a c h

, f o u r t a n k s t o t a l )

. T h i s a l l o w s b o t h e s t i m a t e s o f p e r c e n t r e d u c t i o n i n o r g a n i s m

c o n c e n t r a t i o n d u e t o V O S t r e a t m e n t b y c o m p a r i s o n w i t h t h e

c o n t r o l t a n k a n d t o d e t e r m i n e t h e a m o u n t o f t i m e r e q u i r e d b y

V O S t o m e e t I M O s t a n d a r d s

. O r g a n i s m s h a v e b e e n d i v i d e d i n t o t h e s i z e f r a c t i o n a t i o n s

a n d b a c t e r i a l t y p e s d e s c r i b e d i n I M O s t a n d a r d s

. Z o o p l a n k t o n

a r e e x a m p l e d i n > 5 0 m i c r o n s s a m p l e s t h a t a r e c o l l e c t e d a t e a c h

t i m e p e r i o d u s i n g a s p e c i a l l y d e s i g n e d a n d c a l i b r a t e d

s u b m e r s i b l e p u m p / n e t s y s t e m

. T w o r e p l i c a t e 0

. 5 c u b i c m e t e r

s a m p l e s a r e t a k e n n e a r t h e s u r f a c e o f t h e b a l l a s t t a n k s a n d t w o

r e p l i c a t e 0

. 5 c u b i c m e t e r s a m p l e s a r e t a k e n 1 m e t e r a b o v e t h e

b o t t o m o f t h e b a l l a s t t a n k s

. F o r a l l t e s t v o y a g e s

, T 3 s a m p l e s

( t a

k e n j u s t b e f o r e t h e v e s s e l a r r i v e s i n p o r t ) a r e a n a l y z e d f o r l i v e

a n d d e a d z o o p l a n k t o n u n d e r a d i s s e c t i n g m i c r o s c o p e p r i o r t o

f i x a t i o n

. I n s o m e c a s e

, w e a l s o h a v e d i r e c t c o u n t s o f l i v e / d e a d

f o r T 2 s a m p l e s

. W h i l e t o t a l a b u n d a n c e a n d t a x o n o m i c

c l a s s i f i c a t i o n f o r m a n y s a m p l e s i s s t i l l b e i n g d e t e r m i n e d

, t h e

l i v e / d e a d d a t a f r o m t h e T 3 s a m p l e s h a v e s h o w n r e d u c t i o n s i n

z o o p l a n k t o n a f t e r 4 t o 5 d a y s

. I n i t i a l c o n c e n t r a t i o n s o f

z o o p l a n k t o n a t T 1 i n b a l l a s t t a n k s h a v e b e e n r e m a r k a b l y h i g h

( i n s o m e c a s e s o v e r 5 0 0

, 0 0 0 p e r c u b i c m e t e r ) b u t a s e x p e c t e d

,

a b u n d a n c e s d r o p t h r o u g h t i m e i n b o t h c o n t r o l a n d t r e a t e d t a n k s

. H o w e v e r

, w h i l e s e v e r a l t h o u s a n d a r e s t i l l l i v i n g i n t h e c o n t r o l

t a n k s a f t e r 4 d a y s

, f e w i f a n y l i v i n g o r g a n i s m > 5 0 m i c r o n s c a n

b e f o u n d i n V O S t r e a t e d t a n k s

. T a b l e 3 s h o w s e x a m p l e s f r o m

t w o t e s t v o y a g e s f o r t h e n u m b e r s o f l i v e z o o p l a n k t o n ( m o s t l y

c o p e p o d s

, b a r n a c l e n a u p l i i a n d c y p r i d s

, t r o c o p h o r e s

, t u r b e l l a r i a

,

r o t i f e r s

, p l a t y h e l m i n t h e s

, a n d p o l y c h a e t e s ) i n r e p l i c a t e c o n t r o l

a n d t r e a t e d t a n k s a f t e r v o y a g e s j u s t o v e r f o u r d a y s

.

T a

b l e 3

. T h e m e a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f l i v e o r g a n i s m s p e r m 3 o f

b a l l a s t w a t e r > μ m 5 0 m i c r o n s i n s i z e i n C o n t r o l a n d V O S t r e a t e d

b a l l a s t t a n k s a f t e r a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 h o u r s

.

* D e s i g n a t e s a c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e f u r t h e r a n a l y s i s i s u n d e r w a y

.

D a t e R o u t e C o n t r o l

( m e a n ± S D ) V O S

( m e a n ± S D )

5 / 1 2 / 2 0 0 5 J a c k s o n v i l l e

, F L

t o

P o r t A r t h u r

, T X > 2 0

, 0 0 0 * 0 ± 0

5 / 2 5 / 2 0 0 5 J a c k s o n v i l l e

, F L

t o

H o u s t o n

, T X 1 1

, 6 5 0 ± 4

, 4 5 4 1 0 ± 9

P r o t i s t s b e t w e e n 1 0 a n d 5 0 m i c r o n i n s i z e a r e q u a n t i f i e d i n

a s i m i l a r w a y u s i n g w h o l e w a t e r s a m p l e s

. T w o r e p l i c a t e 2

- l

K i m m e r e r b o t t l e s a m p l e s a r e t a k e n i n e a c h t e s t t a n k n e a r t h e

s u r f a c e a n d t w o r e p l i c a t e s a m p l e s a r e t a k e n 1 m e t e r a b o v e t h eP a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 7 b o t t o m

, a t e a c h t i m e p o i n t d e s c r i b e d a b o v e

. S u b

- s a m p l e s a r e

f i x e d w i t h s t a n d a r d L u g o l ’ s s o l u t i o n a n d p l a c e d i n 2 5 0 m l a m b e r

b o t t l e s f o r d i r e c t c e l l c o u n t s u n d e r a m i c r o s c o p e ( a n a l y s i s f r o m

t h e f i r s t t h r e e t e s t v o y a g e s i s s t i l l u n d e r w a y )

. B e c a u s e t h e s e

d i r e c t c e l l c o u n t s c a n n o t d i s t i n g u i s h b e t w e e n l i v e a n d d e a d c e l l s

,

w e h a v e a l s o b e e n m e a s u r i n g i n v i v o f l u o r e s c e n c e f o r

c h l o r o p h y l l f r o m t h e w a t e r s a m p l e s c o l l e c t e d f r o m e a c h t a n k a t

e a c h t i m e p o i n t

, a n d a r e c o n d u c t i n g r e g r o w t h e x p e r i m e n t s

. F i n a l s a m p l e s f r o m e a c h t e s t t a n k ( T 3 ) a r e m e a s u r e d f o r i n v i v o

c h l o r o p h y l l a n d t h e n p l a c e d i n f l a s k s ( c o v e r e d b u t o p e n t o a i r )

,

w i t h a l g a l n u t r i e n t s

, a n d u n d e r g r o w

- l i g h t s

. S u b s e q u e n t i n v i v o

c h l o r o p h y l l m e a s u r e m e n t s a r e t a k e n f r o m e a c h s a m p l e a f t e r 1 2

, 2 4 a n d 3 6 h o u r s

. T o d a t e

, w e h a v e f o u n d i n c r e a s i n g c h l o r o p h y l l

c o n c e n t r a t i o n s i n s a m p l e s t a k e n f r o m c o n t r o l s b u t n o t V O S

t r e a t e d t a n k s

. W h i l e a d e c r e a s e i n c h l o r o p h y l l c o n c e n t r a t i o n i n

r e g r o w t h e x p e r i m e n t s i s n o t d e f i n i t i v e p r o o f o f n o v i a b l e

p h y t o p l a n k t o n

, a n i n c r e a s e i n c h l o r o p h y l l l e v e l s t h r o u g h t i m e

d o e s s u g g e s t t h a t a t l e a s t s o m e v i a b l e o r g a n i s m s w e r e p r e s e n t i n

t h e o r i g i n a l T 3 s a m p l e s

. C o m p l e t e a n a l y s i s o f d a t a i s s t i l l

u n d e r w a y

. I n a d d i t i o n t o q u a n t i f y i n g t h e s p e c i f i c b a c t e r i a d e s c r i b e d i n

t h e I M O s t a n d a r d s

, w e a r e a l s o d e t e r m i n i n g t o t a l b a c t e r i a

c o n c e n t r a t i o n s

. S u b

- s a m p l e s a r e t a k e n f r o m t h e K i m m e r e r

b o t t l e s d e s c r i b e d a b o v e

, f i x e d a n d c o u n t e d b y f l o w c y t o m e t r y

( a n a l y s i s i s s t i l l u n d e r w a y )

. A d d i t i o n a l s u b

- s a m p l e s a t T 3 a r e

a l s o a n a l y z e d f o r c o n c e n t r a t i o n s o f E

. c o l i a n d E n t e r o c o c c i

u s i n g t h e c h r o m o g e n i c s u b s t r a t e

, q u a n t i

- t r a y m o s t p r o b a b l e

n u m b e r a n a l y s i s d e s c r i b e d a b o v e

. E n t e r o c o c c i h a v e y e t t o b e

d e t e c t e d a t a n y s i g n i f i c a n t l e v e l i n t e s t t a n k s a f t e r t h e v e s s e l

a r r i v e d i n p o r t

. E

. c o l i h a s b e e n d e t e c t e d b u t o n o n l y o n e t e s t

v o y a g e t o d a t e

. C o n c e n t r a t i o n s i n c o n t r o l a n d t r e a t e d t a n k s f o r

E

. c o l i w e r e b o t h b e l o w 1 0 0 c f u w i t h f e w e r i n t r e a t e d t h a n

c o n t r o l ( a l t h o u g h n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t )

. F i n a l l y

, a s

m e n t i o n e d a b o v e

, V

. c h o l e r a e i s a l s o b e i n g m e a s u r e d u s i n g

D F A a n a l y s i s ( N e w H o r i z o n D i a g n o s t i c s )

. D u r i n g o n e t e s t

v o y a g e ( 5 / 2 5 / 2 0 0 5 )

, a n a v e r a g e o f 2 5 c e l l s / m l o f t h e s e r o t y p e 0 1

w e r e f o u n d s h i p s i d e p r i o r t o d e p a r t u r e

. H o w e v e r

, n o n e w a s

f o u n d i n V O S t r e a t e d t a n k s a n d o n l y o n e c e l l ( t o t a l

, n o t p e r m l )

w a s f o u n d i n c o n t r o l t a n k s a t T 3

. W e n o w a l s o h a v e f u n d i n g i n p l a c e f r o m t h e N O A A B a l l a s t

W a t e r T e c h n o l o g y D e m o n s t r a t i o n P r o g r a m t o e x t e n d t h e s c o p e

o f p e r f o r m a n c e t e s t i n g t o i n c l u d e a d i f f e r e n t o c e a n b a s i n ( w i t h

d i f f e r e n t b i o t a ) a n d v e s s e l t y p e t h a n i s c u r r e n t l y b e i n g e v a l u a t e d

a n d t o c o n d u c t l o n g

- t e r m m o n i t o r i n g o f V O S e f f i c a c y f o r a n

e n t i r e v e s s e l ’ s b a l l a s t w a t e r u n d e r r o u t i n e

, c o n t i n u o u s o p e r a t i o n s

a s p a r t o f U

. S

. C o a s t G u a r d ’ s S h i p b o a r d T e c h n o l o g y E v a l u a t i o n

P r o g r a m ( S T E P )

. T h i s f i n a l d e m o n s t r a t i o n w i l l i n v o l v e a

c o m p l e t e l y a u t o m a t e d t r e a t m e n t s y s t e m a n d a v e s s e l o p e r a t i n g

i n t h e P a c i f i c a n d i s c r i t i c a l t o d e t e r m i n e t h e a b i l i t y o f V O S t o

c o n t i n u o u s l y m e e t r e g u l a t i o n s u n d e r n o r m a l v e s s e l o p e r a t i o n s

.



### S U M M A R Y A N D C O N C L U S I O N S

M u l t i p l e U S a n d i n t e r n a t i o n a l o r g a n i z a t i o n s a n d a g e n c i e s

r a t e t h e i n v a s i v e s p e c i e s i s s u e a s o n e o f t h e t h r e e m o s t

d e s t r u c t i v e e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s f a c i n g t h e w o r l d t o d a y ( e

. g

. , U n i t e d N a t i o n

, U

. S

. D e p a r t m e n t o f S t a t e

, a n d U n i o n o f

C o n c e r n e d S c i e n t i s t s ) a n d o c e a n g o i n g v e s s e l b a l l a s t w a t e r i s

r e c o g n i z e d a s t h e p r i m a r y s o u r c e o f a q u a t i c s p e c i e s i n v a s i o n s

( N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l 1 9 9 6 )

. T h e n e w l y a d o p t e d I M O

B a l l a s t W a t e r C o n v e n t i o n w i l l e v e n t u a l l y r e q u i r e o v e r 5 0

, 0 0 0

i n t e r n a t i o n a l l y t r a d i n g v e s s e l s t o t r e a t b a l l a s t w a t e r p r i o r t o

d i s c h a r g e

. A l t h o u g h a d d i t i o n a l r e a l

- w o r l d t e s t i n g i s s t i l l r e q u i r e d

, o u r

r e s u l t s t o d a t e s u g g e s t t h a t V e n t u r i O x y g e n S t r i p p i n g h a s t h e

p o t e n t i a l t o b e a n e f f e c t i v e

, s a f e a n d p r a c t i c a l b a l l a s t w a t e r

t r e a t m e n t o p t i o n

. T h e h y p o x i a

, l o w p H

, a n d m e c h a n i c a l

d i s r u p t i o n p r o d u c e d b y t h i s s y s t e m a p p e a r s t o b e l e t h a l t o

o r g a n i s m s f o u n d i n b a l l a s t w a t e r

, r e d u c i n g a b u n d a n c e s t o I M O

d i s c h a r g e s t a n d a r d s a f t e r 4 t o 5 d a y s o f t a n k h o l d i n g t i m e

. T h e

V O S s y s t e m m a y a l s o d i r e c t l y b e n e f i t s t h e s h i p p i n g i n d u s t r y

. T h e r e s u l t s o f o u r w o r k

, a n d o f o t h e r s

, h a v e d e m o n s t r a t e d t h a t

t h i s s y s t e m c a n r e d u c e c o r r o s i o n r a t e s o f b a l l a s t t a n k s b e t w e e n

5 0 % a n d 9 0 %

. T h i s r e d u c t i o n i n c o r r o s i o n h a s t h e p o t e n t i a l t o

r e d u c e m a i n t e n a n c e c o s t f o r s h i p o w n e r s a n d w i t h r e d u c e d

w a s t a g e r a t e o f b a l l a s t t a n k s t e e l

, s h i p s m a y a l s o r e m a i n m o r e

s t

r u c t u r a l l y s o u n d a t a d v a n c e a g e s

. T h i s b a l l a s t w a t e r t r e a t m e n t

s y s t e m m a y t h e r e f o r e r e p r e s e n t a r a r e e x a m p l e o f a t e c h n o l o g y

t h a t s i m u l t a n e o u s l y h a s b e n e f i t s f o r t h e e n v i r o n m e n t a n d

i n d u s t r y

.



### A C K N O W L E D G E M E N T S

W e w o u l d l i k e t o t h a n k t h e N O A A B a l l a s t W a t e r

T e c h n o l o g y D e m o n s t r a t i o n P r o g r a m a n d t h e G r e a t L a k e s

F i s h e r i e s C o m m i s s i o n f o r s u p p o r t i n g m u c h o f t h i s w o r k

. P e t e r

M c N u l t y a n d K e v i n M c P h e r s o n o f N E I T r e a t m e n t S y s t e m s L L C

h a v e d e s i g n e d

, b u i l t a n d b e e n a c r i t i c a l p a r t o f V O S s y s t e m

t e s t i n g

. W e a l s o t h a n k G e o r g e S m i t h a n d T i m M u l l a d y o f

S m i t h s o n i a n E n v i r o n m e n t a l R e s e a r c h C e n t e r f o r t h e i r h a r d w o r k

o n t h e s h i p b o a r d b i o l o g i c a l e v a l u a t i o n s

.



### R E F E R E N C E S

A w u a h

, E

. , L u b b e r d i n g

, H

. J

. , A s a n t l e

, K

. , a n d G i j z e n

, H

. J

. , 2 0 0 2

. T h e e f f e c t s o f p H o n e n t e r o c o c c i r e m o v a l i n P i s t a

- , d u c k w e e d

- a n d a l g a l

- b a s e d s t a b i l i z a t i o n p o n d s f o r d o m e s t i c

w a t e r t r e a t m e n t

. W a t e r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y

, 4 5

, 6 7

- 7 4

. C a r l t o n

, J

. T

. , a n d G e l l e r

, J

. B

. , 1 9 9 3

. E c o l o g i c a l r o u l e t t e : T h e

g l o b a l t r a n s p o r t o f n o n i n d i g e n o u s m a r i n e o r g a n i s m s

. S c i e n c e

, 2 6 1

, 7 8

- 8 2

. C o h e n

, A

. N

. , a n d C a r l t o n

, J

. T

. , 1 9 9 8

. A c c e l e r a t i n g i n v a s i o n

r a t e i n a h i g h l y i n v a d e d e s t u a r y

. S c i e n c e

, 2 7 9

, 5 5 5

- 5 5 8

.

C o o p e r

, W

. J

. , D i n n e l

, P

. A

. , G e n s e m e r

, R

. W

. , H e r w i g

, R

. P

. , K o p p

, J

. A

. , R u i z

, G

. M

. , S o n n e v i l

, G

. , S t u b b l e f i e l d

, W

. A

. ,

a n d V a n d e r W e n d e

, E

. , 2 0 0 2

. O z o n e

, S e a w a t e r a n d

A q u a t i c N o n i n d i g e n o u s S p e c i e s : t e s t i n g a f u l l

- s c a l e o z o n e

b a l l a s t w a t e r t r e a t m e n t s y s t e m o n a n A m e r i c a n O i l T a n k e r

.P a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 8 1 1 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n A q u a t i c I n v a s i v e S p e c i e s

, A l e x a n d r i a

, V A

. C u t l e r

, S

. J

. , C u l t e r

, H

. G

. , G l i n s k i

, J

. , W r i g h t

, D

. , D a w s o n

, R

.

a n d L a u r e n

, D

. , 2 0 0 3

, S e a K l e e n : a p o t e n t i a l p r o d u c t f o r

c o n t r o l l i n g a q u a t i c p e s t s i n s h i p s ’ b a l l a s t w a t e r

. P r o c e e d i n g s 2 n d I n t e r n a t i o n a l B a l l a s t W a t e r T r e a t m e n t R & D

S y m p o s i u m

, I M O L o n d o n

, G l o B a l l a s t M o n o g r a p h S e r i e s

N o

. 1 5

, 1 6 4

- 1 8 0

. D e v e n t e r

, B

. a n d H e c k m a n

, C

. W

. , 1 9 9 6

. E f f e c t s o f p r o l o n g e d

d a r k n e s s o n t h e r e l a t i v e p i g m e n t c o n t e n t o f c u l t u r e d

d i a t o m s a n d g r e e n a l g a e

. A q u a t i c S c e i n c e : 5 8

, 2 4 1

- 2 5 2

. K o c h

, G

. H

. , M

. P

. H

. B r o n g e r s

, N

. G

. T h o m p s o n

. , Y

. P

. V i r m a n i

,

a n d J

. H

. P a y e r

. , 2 0 0 1

. C o r r o s i o n C o s t s a n d P r e v e n t i o n

S t

r a t e g i e s i n t h e U n i t e d S t a t e s

. R e p o r t b y C C T e c h n o l o g i e s

L a b o r a t o r i e s

, I n c

. t o F e d e r a l H i g h w a y A d m i n i s t r a t i o n

( F H W A )

, O f f i c e o f I n f r a s t r u c t u r e R e s e a r c h a n d

D e v e l o p m e n t

, R e p o r t F H W A

- R D

- 0 1

- 1 5 6

H a l l e g r a e f f

, G

. M

. , 1 9 9 8

. T r a n s p o r t o f t o x i c d i n o f l a g e l l a t e s v i a

s h i p s ' b a l l a s t w a t e r : B i o e c o n o m i c r i s k a s s e s s m e n t a n d

e f

f i c a c y o f p o s s i b l e b a l l a s t w a t e r m a n a g e m e n t s t r a t e g i e s

. M a r i n e E c o l o g y P r o g r e s s S e r i e s

, 1 6 8

, 2 9 7

- 3 0 9

. H a l l e g r a e f f

, G

. M

. , a n d B o l c h

, C

. J

. , 1 9 9 1

. T r a n s p o r t o f t o x i c

d i n o f l a g e l l a t e c y s t s v i a s h i p s ' b a l l a s t w a t e r

. M a r i n e

P o l l u t i o n B u l l e t i n

, 2 2

, 2 7

- 3 0

. H i n g a

, K

. R

. 2 0 0 2

. E f f e c t s o f p H o n c o a s t a l m a r i n e

p h y t o p l a n k t o n

. M a r i n e E c o l o g y P r o g r e s s S e r i e s

, 2 3 8

, 2 8 1

-

3 0 0

. H o b a c k

, W

. W

. , a n d B a r n h a r t

, M

. C

. , 1 9 9 6

. L e t h a l l i m i t s a n d

s u b l e t h a l e f f e c t s o f h y p o x i a o n t h e a m p h i p o d G a m m a r u s

p s e u d o l i m n a e u s

. J o u r n a l o f t h e N o r t h A m e r i c a n

B e n t h o l o g i c a l S o c i e t y

, 1 5

, 1 1 7

- 1 2 6

. H u s a i n

, M

. , F e l b e c k

, H

. , A p p l e

, R

. , A l t s h u l l e r

, D

. , a n d

Q u i r m b a c h

, F

. 2 0 0 3

. B a l l a s t W a t e r T r e a t m e n t b y D e

o x y g e n a t i o n w i t h E l e v a t e d C O 2 f o r a S h i p b o a r d

I n s t a l l a t i o n

, P r o c e e d i n g s 2 n d I n t e r n a t i o n a l B a l l a s t W a t e r

T r e a t m e n t R & D S y m p o s i u m

, I M O L o n d o n

. G l o B a l l a s t

M o n o g r a p h S e r i e s N o

. 8

. L e e

, J

. S

. , R

. I

. R a y

, E

. J

. L e m i e u x

, A

. V

. F a l s t e r a n d B

. J

. L i t t l e

. 2 0 0 5

. A n E v a l u a t i o n o f S e a W a t e r D e o x y g e n a t i o n f o r

C o r r o s i o n C o n t r o l i n B a l l a s t T a n k s

. N A C E P r e s s

, i n p r e s s

. L u t e y

, W

. L

. 2 0 0 1

. T r e a t m e n t f o r t h e M i t i g a t i o n o f M I C

, I n A

P r a c t i c a l M a n u a l o n M i c r o b i o l o g i c a l l y I n f l u e n c e d

C o r r o s i o n

, V o l

. 2

, N A C E P r e s s

. L u t z

, R

. V

. , M a r c u s

, N

. H

. , a n d C h a n t o n

, J

. P

. , 1 9 9 4

. H a t c h i n g

a n d v i a b i l i t y o f c o p e p o d e g g s a t t w o s t a g e s o f

e m b r y o l o g i c a l d e v e l o p m e n t : a n o x i c / h y p o x i c e f f e c t

. M a r i n e

B i o l o g y

, 1 1 9

, 1 9 9

- 2 0 4

. M a t s u d a

, M

. , K o b a y a s h i

, S

. , M i y u k i

, H

. , a n d Y o s h i d a

, S

. , 1 9 9 9

. A n a n t i c o r r o s i o n m e t h o d f o r b a l l a s t t a n k s u s i n g n i t r o g e n

g a s

. S h i p a n d O c e a n F o u n d a t i o n T e c h n i c a l R e p o r t

. M e r r e l l

, D

. S

. a n d C a m i l l i

, A

. , 1 9 9 9

. T h e c a d A g e n e o f V i b r i o

c h o l e r a e i s i n d u c e d d u r i n g i n f e c t i o n a n d p l a y s a r o l e i n a c i d

t o l e r a n c e

. M o l e c u l a r M i c r o b i o l o g y

. 3 4

, 8 3 6

- 4 9

. M o u n t f o r t

, D

. O

. , H a y

, C

. , D o d g s h u n

, T

. , B u c h a n a n

, S

. , a n d

G i b b s

, W

. , 1 9 9 9

. O x y g e n d e p r i v a t i o n a s a t r e a t m e n t f o r

s h i p s ' b a l l a s t w a t e r : l a b o r a t o r y s t u d i e s a n d e v a l u a t i o n

. J o u r n a l o f M a r i n e E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g

, 5 ( 3 )

. M u u s z e

, B

. , M a r c o n

, J

. , V a n D e n T h i l l a r t

, G

. , a n d A l m e i d a

- V a l

, V

. , 1 9 9 8

. H y p o x i a t o l e r a n c e o f A m a z o n f i s h : r e s p i r o m e t r y

a n d e n e r g y m e t a b o l i s m o f t h e c i c h l i d A s t r o n o t u s o c e l l a t u s

. C o m p a r a t i v e B i o c h e m i s t r y a n d P h y s i o l o g y A

, 1 2 0

, 1 5 1

- 1 5 6

N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l

, 1 9 9 6

. S t e m m i n g t h e t i d e :

c o n t r o l l i n g i n t r o d u c t i o n s o f n o n i n d i g e n o u s s p e c i e s b y s h i p ' s

b a l l a s t w a t e r

. N a t i o n a l A c a d e m y P r e s s

, W a s h i n g t o n

, D

. C

. N o b l e

, R

. T

. , W e i s b e r g

, S

. B

. , L e e c a s t e r M

. K

. , M c G e e

, C

. , R i t t e r

, K

. , V a i n i k

, P

. , W a l k e r

, K

. 2 0 0 3

. C o m p a r i s o n o f

b e a c h b a c t e r i a l w a t e r q u a l i t y i n d i c a t o r m e a s u r e m e n t

m e t h o d s

. E n v i r o n m e n t a l M o n i t o r i n g a n d A s s e s s m e n t

. 8 1 :

3 0 1

- 3 1 2

. P a d g e t t

, D

. E

. , C e l i o

, D

. A

. , H e a r t h

, J

. H

. , a n d H a c k n e y

, C

. T

. , 1 9 8 9

. G r o w t h o f f i l a m e n t o u s f u n g i i n a s u r f a c e

- s e a l e d

w o o d y s u b s t r a t u m b u r i e d i n s a l t

- m a r s h s e d i m e n t s

. E s t u a r i e s

, 1 2

, 1 4 2

- 1 4 4

. P a i k

, J

. K

. , A

. K

. T h a y a m b a l l i

, Y

. I

. P a r k

, a n d J

. S

. H w a n g

. 2 0 0 3

. A t i m e

- d e p e n d e n t c o r r o s i o n w a s t a g e m o d e l f o r s e a w a t e r

b a l l a s t t a n k s t r u c t u r e s o f s h i p s

. C o r r o s i o n S c i e n c e 4 6

, 4 7 1

-

4 8 6

. P o p e

, D

. H

. a n d P o p e

, R

. M

. , 2 0 0 1

. M i c r o b i o l o g i c a l l y

I n f l u e n c e d C o r r o s i o n i n F i r e P r o t e c t i o n S p r i n k l e r S y s t e m s ;

B y ; A P r a c t i c a l M a n u a l o n M i c r o b i o l o g i c a l l y I n f l u e n c e d

C o r r o s i o n

, V o l

. 2

, N A C E P r e s s

. R o m a n

, M

. R

. , G a u z e n s

, A

. L

. , R h i n e h a r t

, W

. K

. , a n d W h i t e

, J

. R

. , 1 9 9 3

. E f f e c t s o f l o w o x y g e n w a t e r s o n C h e s a p e a k e B a y

z o o p l a n k t o n

. L i m n o l o g y a n d O c e a n o g r a p h y

, 3 8

, 1 6 0 3

-

1 6 1 4

. R u i z

, G

. M

. , R a w l i n g s

, T

. K

. , D o b b s

, F

. C

. , D r a k e

, L

. A

. , M u l l a d y

, T

. , H u q

, A

. a n d C o l w e l l

, R

. R

. , 2 0 0 0 a

. W o r l d w i d e t r a n s f e r o f m i c r o o r g a n i s m s b y s h i p s

. N a t u r e

4 0 8 : 4 9

- 5 0

. R u i z

, G

. M

. , F o f o n o f f

, P

. , C a r l t o n

, J

. T

. , W o n h a m

, M

. J

. , a n d

H i n e s

, A

. H

. , 2 0 0 0 b

. I n v a s i o n s o f C o a s t a l M a r i n e

C o m m u n i t i e s i n N o r t h A m e r i c a : A p p a r e n t P a t t e r n s

, P r o c e s s e s

, a n d B i a s e s

. A n n

. R e v

. E c o l

. S y s t

. 3 1 : 4 8 1

- 5 3 1

. S m i t h

, L

. D

. , W o n h a m

, M

. J

. , M c C a n n

, L

. D

. , R u i z

, G

. M

. , H i n e s

, A

. H

. , a n d C a r l t o n

, J

. T

. , 1 9 9 9

. I n v a s i o n p r e s s u r e t o

a b a l l a s t

- f l o o d e d e s t u a r y a n d a n a s s e s s m e n t o f i n o c u l a n t

s u r v i v a l

. B i o l o g i c a l I n v a s i o n s

, 1

, 6 7

- 8 7

. S t a l d e r

, L

. C

. , a n d M a r c u s

, N

. H

. , 1 9 9 7

. Z o o p l a n k t o n r e s p o n s e s

t o h y p o x i a : b e h a v i o r a l p a t t e r n s a n d s u r v i v a l o f t h r e e s p e c i e s

o f c a l a n o i d c o p e p o d s

. M a r i n e B i o l o g y

, 1 2 7

, 5 9 9

- 6 0 7

. T a l l q v i s t

, M

. , S a n d b e r g

- K i l p i

, E

. , a n d B o n s d o r f f

, E

. , 1 9 9 9

. J u v e n i l e f l o u n d e r

, P l a t i c h t h y s f l e s u s ( L

. )

, u n d e r h y p o x i a :

e f

f e c t s o n t o l e r a n c e

, v e n t i l a t i o n r a t e a n d p r e d a t i o n

e f

f i c i e n c y

. J o u r n a l o f E x p e r i m e n t a l M a r i n e B i o l o g y a n d

E c o l o g y

, 2 4 2

, 7 5

- 9 3

. T a m b u r r i

, M

. N

. , W a s s o n

, K

. , a n d M a t s u d a

, M

. , 2 0 0 2

. B a l l a s t

w a t e r d e o x y g e n a t i o n c a n p r e v e n t a q u a t i c i n t r o d u c t i o n s

w h i l e r e d u c i n g s h i p c o r r o s i o n

. B i o l o g i c a l C o n s e r v a t i o n

, 1 0 3

, 3 3 1

- 3 4 1

. T a m b u r r i

, M

. N

. , L i t t l e

, B

. J

. , R u i z

, G

. M

. , L e e

, J

. S

. , a n d

M c N u l t y

, P

. D

. , 2 0 0 3

, E v a l u a t i o n s o f V e n t u r i O x y g e n

S t

r i p p i n g a s a b a l l a s t w a t e r t r e a t m e n t t o p r e v e n t a q u a t i c

i n v a s i o n s a n d s h i p c o r r o s i o n

. P r o c e e d i n g s 2 n d I n t e r n a t i o n a lP a p e r N o

. 2 0 0 5

- D 0 9 T a m b u r r i 9 B a l l a s t W a t e r T r e a t m e n t R & D S y m p o s i u m

, I M O L o n d o n

, G l o B a l l a s t M o n o g r a p h S e r i e s N o

. 1 5 : 3 4

- 4 7

.

v a n d e n T h i l l a r t

, G

. , G e o r g e

, R

. Y

. , a n d S t r o m b e r g

, J

. O

. , 1 9 9 9

. H y p o x i a s e n s i t i v i t y a n d r e s p i r a t i o n o f t h e e u p h a u s i i d

c r u s t a c e a n M e g a n y c t i p h a n e s n o r v e g i c a f r o m G u l l m a r n

F

j o r d

, S w e d e n

. S a r s i a

, 8 4

, 1 0 5

- 1 0 9

. V a r g o

, S

. L

. , a n d S a s t r y

, A

. N

. , 1 9 7 7

. A c u t e t e m p e r a t u r e a n d

l o w d i s s o l v e d o x y g e n t o l e r a n c e s o f b r a c h y u r a n c r a b

( C

a n c e r i r r o r a t u s ) l a r v a e

. M a r i n e B i o l o g y

, 4 0

, 1 6 5

- 1 7 1

. V i s t i s e n

, B

. , a n d V i s m a n n

, B

. , 1 9 9 7

. T o l e r a n c e t o l o w o x y g e n

a n d s u l f i d e i n A m p h i u r a f i l i

f

o r m i s a n d O p h i u r a a l b i d a

( E c h i n o d e r m a t a : O p h i u r o i d e a )

. M a r i n e B i o l o g y

, 1 2 8

, 2 4 1

-

2 4 6

. W i d d o w s

, J

. , N e w e l l

, R

. I

. E

. , a n d M a n n

, R

. , 1 9 8 9

. E f f e c t s o f

h y p o x i a a n d a n o x i a o n s u r v i v a l

, e n e r g y m e t a b o l i s m

, a n d

f e e d i n g o f o y s t e r l a r v a e ( C r a s s o s t r e a v i r g i n i c a

, G m e l i n )

. B i o l o g i c a l B u l l e t i n

, 1 7 7

, 1 5 4

- 1 6 6

. W o n h a m

, M

. J

. , C a r l t o n

, J

. T

. , R u i z

, G

. M

. , a n d S m i t h

, L

. D

. , 2 0 0 0

. F i s h a n d s h i p s : R e l a t i n g d i s p e r s a l f r e q u e n c y t o

s u c c e s s i n b i o l o g i c a l i n v a s i o n s

. M a r i n e B i o l o g y

, 1 3 6

, 1 1 1 1

-

1 1 2 1

.