تطهير مياه الصابورة بالموجات فوق الصوتية

أثبت نظام المعالجة بالموجات فوق الصوتية فعاليته في قتل البكتيريا والعوالق والكائنات الحية الأكبر حجمًا.
يُعد تطهير مياه الصابورة بالموجات فوق الصوتية معالجة ميكانيكية/ فيزيائية تتجنب إضافة أي مواد كيميائية فعالة قوية ومكلفة إلى مياه الصابورة. ويضمن ذلك توافقًا بيئيًا مثاليًا مقترنًا بفعالية بيولوجية عالية في تدمير الكائنات النباتية والحيوانية والكائنات الحية الدقيقة الموجودة في مياه الصابورة وتعطيلها.

خلفية

“إذا أبحرت سفينة دون حمولة أو بحمولة جزئية، فإنها تحتاج إلى صابورة للحفاظ على اتزانها وسلامتها. وغالبًا ما يُستخدم الماء بوصفه صابورة، ولكن عند جمعه في موقع الانطلاق، قد تنتقل إليه مجموعة من الكائنات الحية، عادةً من مجتمع العوالق، التي قد تكون غريبة عن موقع الوصول (وافدة من خارج البيئة المحلية)، وقد تتسبب في تلوث بيولوجي غير مرغوب فيه. ولتجنب هذا التلوث المحتمل، يجب أن نستخدم نظامًا فعالًا لتعقيم مياه الصابورة.” [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
تُعد الأنواع المائية الغازية أحد أكبر أربعة تهديدات لمحيطات العالم، ويمكن أن تتسبب في آثار بالغة الشدة على البيئة والاقتصاد والصحة العامة. ولتجنب إدخال الرخويات الضارة (بلح البحر المخطط والمحار الآسيوي وغيرها)، يمكن تطبيق معالجات مختلفة لتعقيم مياه الصابورة (ويُشار إليه أيضًا بالتطهير أو التحييد). ومن المعالجات الشائعة التنظيف الكيميائي لمياه الصابورة. والمواد الكيميائية المستخدمة ضارة بالبيئة ومكلفة. ومع تزايد اللوائح القانونية لإدارة مياه الصابورة، يجري دمج معالجات بديلة لمياه الصابورة – مثل التطهير بالموجات فوق الصوتية – على متن السفن البحرية.

تعقيم مياه الصابورة بالموجات فوق الصوتية

تُعد معالجة مياه الصابورة بالموجات فوق الصوتية طريقة ميكانيكية/ فيزيائية تتجنب استخدام المواد الكيميائية الضارة والمكلفة. وتقتل قوى التجويف الكائنات المائية الصغيرة والكائنات الحية الدقيقة. وقد أثبتت عدة دراسات بالفعل أن الموجات فوق الصوتية تحقق مستوى مرتفعًا من الفعالية البيولوجية ضد يرقات الفليجر لبلح البحر المخطط والديدان الخيطية والبكتيريا والفيروسات.

مجموعة وحدات بالموجات فوق الصوتية بقدرة معالجة تبلغ 120kW

التطهير بالموجات فوق الصوتية بواسطة التجويف

تُولِّد الموجات فوق الصوتية عالية القدرة فقاعات التجويف في السوائل، مما ينتج عنه قوى قص شديدة وإجهاد مرتفع. وعند اقتران الموجات فوق الصوتية الشديدة بالسوائل، تُحدث الموجات الصوتية التي تنتشر في الأوساط السائلة دورات متناوبة من الضغط المرتفع والضغط المنخفض، بمعدلات تعتمد على التردد. وخلال دورة الضغط المنخفض (مرحلة التخلخل)، تُنشئ الموجات فوق الصوتية عالية الشدة فقاعات فراغية صغيرة أو فجوات في السائل. وعندما تبلغ الفقاعات حجمًا لا تستطيع عنده امتصاص المزيد من الطاقة، تنهار بعنف خلال دورة الضغط المرتفع (مرحلة الانضغاط). وتُسمى هذه الظاهرة التجويف. وأثناء الانهيار الداخلي، تُبلَغ موضعيًا درجات حرارة مرتفعة جدًا (نحو 5,000K) وضغوط مرتفعة جدًا (نحو 2,000atm). ويؤدي الانهيار الداخلي لفقاعة التجويف أيضًا إلى نشوء نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280m/s.
ويؤدي هذا التوليد والانهيار للفقاعات، المصحوبان بطاقة عالية جدًا، إلى قوى قص هيدروديناميكية وتذبذبات فوق صوتية تكسر جدران خلايا الكائنات الحية وتفككها – مما يقتلها بفعالية.
ومن حيث التوافق البيئي، لا توجد مخاوف بيئية معروفة أو متوقعة مرتبطة بالتقنية المدعومة بالموجات فوق الصوتية.

الفعالية البيولوجية للموجات فوق الصوتية

أثبتت عدة دراسات أن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تؤثر بفعالية في الفيروسات والبكتيريا. وقد أظهرت دراسات التطهير باستخدام أجهزة الموجات فوق الصوتية لتعقيم تدفقات حجمية تبلغ 100 gpm (غالون في الدقيقة)، أي ما يعادل 23 m3/h، انخفاضًا بنحو 7 log في فيروس شلل الأطفال (< 5μm) وانخفاضًا بمقدار 6-7 log في بكتيريا Cryptosporidium parvum. وبالنسبة إلى الديدان الخيطية Heliminth ova, Ascaris (8-10μm) ويرقات الرخويات الفليجر لبلح البحر المخطط (70μm)، تحقق معدل موت بلغ 100%. وقد أُثبت معدل الموت نفسه لدى بلح البحر المخطط في أنظمة تدفق بمعدل 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
وقد تحققت معدلات تعطيل بلغت 100% في الكائنات الحية الأكبر حجمًا، وانخفاض بمقدار 6-7 log في البكتيريا والفيروسات. ومع التعرض لمدة 20 sec في نظام تجريبي ذي تدفق مستمر، تحقق تعطيل بنسبة 93-98.6% لـ Cryptosporidium ocyst وانخفاض بمقدار 4 log عند التعرض لمدة 10 sec. في مفاعل دفعي مختبري. كما أُبلغ عن معدلات تعطيل لـ Cryptosporidium parvum (7 log)، و بيوض الديدان الطفيلية القابلة للحياة (4.2 log)، و فيروس شلل الأطفال (8 log)، و Salmonella sp. (9 log) و Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
يمثل العدد اللوغاريتمي عدد مرات ظهور الرقم 9 في النسبة المئوية للانخفاض. فعلى سبيل المثال، يعني انخفاض بمقدار 2 log أن 99% من الكائنات الحية الموجودة أصلًا في الماء قد عُطلت. ويعني انخفاض بمقدار 3 log أن 99.9% منها قد عُطلت، وهكذا.
وتعتمد سعة أنظمة الموجات فوق الصوتية أيضًا على القدرة المقدَّمة. وتتطلب أجهزة الموجات فوق الصوتية عالية القدرة/ عالية الشدة زمن تعرض أقصر لحدوث الموت، مما يتيح معالجة معدلات تدفق أعلى. ويمكن استخدام هذه الأنظمة في تعبئة مياه الصابورة وتفريغها.
(قارن Sassi et al. 2005, p. 49)

فوائد تحييد مياه الصابورة بالموجات فوق الصوتية

• دون مواد كيميائية
• صديقة للبيئة
• فعالة وكفؤة
• تأثيرات تآزرية
• متطلبات صيانة منخفضة
• تشغيل آمن وسهل
• متينة وموثوقة
• قابلة للتوسيع إلى أي حجم

معدات الموجات فوق الصوتية

تتخصص Hielscher في تصميم وتصنيع معدات موجات فوق صوتية عالية القدرة من الفئة الصناعية لتركيبها في البيئات ذات المتطلبات الصعبة. ولا يتسبب الغبار والأوساخ والرطوبة العالية والبيئات القاسية في إتلاف أجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية (سلسلة UIP). وقد صُممت هذه الأجهزة المخصصة للخدمة الشاقة للعمل المتواصل (24h/ 7d). وتأتي الخزائن مجهزة مسبقًا، ويسهل تركيبها وبدء تشغيلها. ولا يتطلب نظام الموجات فوق الصوتية سوى توصيله بأنبوب التغذية القادم من خزان مياه الصابورة (إمداد الوسط) وبمصدر الطاقة الكهربائية.
وتتيح الأحجام المختلفة لأجهزة الموجات فوق الصوتية، بقدرات فوق صوتية تبلغ 500W, 1kW, 1.5kW, 2kW, 4kW, 10kW و 16kW، والتي يمكن تركيبها كوحدة منفردة أو كمجموعة وحدات، تحقيق التهيئة المثالية وسعة المعالجة المثالية.
تحدثوا إلينا بشأن حجم المعالجة لديكم! يسعدنا أن نوصيكم بنظام موجات فوق صوتية مناسب لمتطلبات عمليتكم.

التآزر مع معالجات مياه الصابورة الأخرى

أظهرت دراسات تقنيات المعالجة المدمجة أن الموجات فوق الصوتية تعمل بتآزر كبير عند دمجها مع طرق أخرى لتطهير مياه الصابورة، مثل الأوزون والكلورة والأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحرارة أو الضغوط المرتفعة. ونظرًا إلى سهولة التركيب وقلة المساحة المطلوبة، تُعد معدات الموجات فوق الصوتية مناسبة بصورة مثالية لتحديث أنظمة تحييد مياه الصابورة القائمة وتحسينها.
تحدثوا إلينا بشأن بيئة المعالجة لديكم! يسعدنا أن نوصيكم بنظام موجات فوق صوتية مناسب لتحديث نظامكم الموجود على متن السفينة.