Desinfektion af ballastvand med ultralyd

Ultralydsbehandlingssystemet har vist sig at være effektivt til at dræbe bakterier, plankton og større organismer.
Desinfektion af ballastvand med ultralyd er en mekanisk/ fysisk behandling, som undgår dosering af stærke og dyre aktive kemikalier i ballastvandet. Dette sikrer en ideel miljømæssig acceptabilitet kombineret med høj biologisk effektivitet med hensyn til destruktion og inaktivering af plante- og dyreorganismer samt mikroorganismer i ballastvand.

Baggrund

“Hvis et fartøj sejler uden last eller med delvis last, har det brug for ballast for at opretholde sin stabilitet og sikkerhed. Vand bruges ofte som ballast, men når det optages på afgangsstedet, kan en række organismer komme med i vandet, normalt medlemmer af planktonsamfundet, som kan være fremmede på bestemmelsesstedet (alloktone), og de kan forårsage uønsket biologisk forurening. For at undgå denne mulige forurening skal vi bruge et effektivt system til at sterilisere ballastvandet.” [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Invasive akvatiske arter er en af de fire største trusler mod verdenshavene og kan have ekstremt alvorlige konsekvenser for miljøet, økonomien og folkesundheden. For at undgå indførsel af skadelige bløddyr (vandremuslinger, den asiatiske musling og andre) kan forskellige behandlinger til sterilisering af ballastvand (også kaldet desinfektion eller neutralisering) anvendes. En almindelig behandling er kemisk rensning af ballastvand. De anvendte kemikalier er miljøskadelige og dyre. Med stadig flere lovbestemmelser om håndtering af ballastvand integreres alternative ballastvandsbehandlinger – f.eks. desinfektion med ultralyd – om bord på skibe.

Sterilisering af ballastvand med ultralyd

Behandling af ballastvand med ultralyd er en mekanisk/ fysisk metode, som undgår brugen af skadelige og dyre kemikalier. Kavitationskræfterne dræber små akvatiske organismer og mikroorganismer. Flere undersøgelser har allerede påvist, at ultralyd opnår en høj biologisk effektivitet over for veligerlarver af vandremuslinger, nematoder, bakterier og vira.

Ultralydsklynge med 120kW proceseffekt

Desinfektion med ultralyd ved kavitation

Ultralydsbølger med høj effekt danner bobler ved kavitation i væsker, hvilket resulterer i intense forskydningskræfter og høje mekaniske belastninger. Når intense ultralydsbølger kobles ind i væsker, resulterer lydbølgerne, som udbreder sig i væskemedierne, i skiftende højtryks- og lavtrykscyklusser med en hyppighed, der afhænger af frekvensen. Under lavtrykscyklussen (fortyndingsfasen) skaber ultralydsbølger med høj intensitet små vakuumbobler eller hulrum i væsken. Når boblerne når et volumen, hvor de ikke længere kan absorbere energi, kollapser de voldsomt under en højtrykscyklus (kompressionsfasen). Dette fænomen kaldes kavitation. Under implosionen opnås meget høje temperaturer (ca. 5.000K) og tryk (ca. 2.000atm) lokalt. Implosionen af kavitationsboblen resulterer også i væskestråler med en hastighed på op til 280m/s.
Denne meget energirige bobledannelse og dette kollaps resulterer i hydrodynamiske forskydningskræfter og ultralydssvingninger, som bryder og ødelægger organismernes cellevægge – og dermed effektivt dræber dem.
Med hensyn til den miljømæssige acceptabilitet er der ingen kendte eller forventede miljømæssige betænkeligheder forbundet med den ultralydsassisterede teknologi.

Ultralydens biologiske effektivitet

Flere undersøgelser har påvist, at ultralyd kan påvirke vira og bakterier effektivt. Desinfektionsundersøgelser med ultralydsapparater til sterilisering af volumenstrømme på 100 gpm (galloner pr. minut), svarende til 23 m3/h, har vist en reduktion på omkring 7 log for poliovirus (< 5μm) og en reduktion på 6–7 log for bakterierne Cryptosporidium parvum. Med nematoderne Heliminth ova, Ascaris (8–10μm) og bløddyrene veligerlarver af vandremuslinger (70μm) blev der opnået 100% dødelighed. Den samme dødelighed for vandremuslinger er blevet påvist i gennemstrømningssystemer med 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Der er opnået inaktiveringsrater på 100% hos større organismer og en reduktion på 6–7 log hos bakterier og vira. Ved 20 sekunders eksponering i et eksperimentelt system med kontinuerlig gennemstrømning er der opnået 93–98,6% inaktivering af Cryptosporidium ocyst og en reduktion på 4 log ved 10 sekunders eksponering i en batchreaktor i laboratoriet. Der er også rapporteret inaktiveringsrater for Cryptosporidium parvum (7 log), levedygtige helminthæg (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella sp. (9 log) og Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Logtallet angiver antallet af 9-taller i den procentvise reduktion. For eksempel betyder en reduktion på 2 log, at 99% af de organismer, der oprindeligt var til stede i vandet, er blevet inaktiveret. En reduktion på 3 log betyder, at 99,9% er blevet inaktiveret, osv.
Ultralydssystemernes kapacitet afhænger også af den tilførte effekt. Ultralydsapparater med høj effekt/ høj intensitet kræver kortere eksponeringstid, før dødelighed indtræffer, og muliggør dermed behandling ved højere flowhastigheder. Sådanne ultralydssystemer kan bruges ved indtag og udledning af ballastvand.
(jf. Sassi et al. 2005, s. 49)

Fordele ved neutralisering af ballastvand med ultralyd

• uden kemikalier
• miljøvenlig
• effektiv og ressourceeffektiv
• synergistiske effekter
• lavt vedligeholdelsesbehov
• sikker og nem betjening
• robust og pålidelig
• skalerbar til enhver størrelse

Ultralydsudstyr

Hielscher er specialiseret i konstruktion og fremstilling af ultralydsudstyr med høj effekt i industriel kvalitet til installation i krævende miljøer. Støv og snavs, høj luftfugtighed og barske miljøer beskadiger ikke de industrielle ultralydsapparater (UIP series). Disse apparater til krævende anvendelser er bygget til permanent drift (24h/ 7d). Skabene leveres prækonfigurerede og er nemme at installere og sætte i drift. Ultralydssystemet skal kun tilsluttes tilførselsrøret fra ballastvandtanken (medieforsyning) og strømforsyningen.
Ultralydsapparater i forskellige størrelser med en ultralydseffekt på 500W, 1kW, 1,5kW, 2kW, 4kW, 10kW og 16kW, som kan installeres som en enkelt enhed eller som en klynge, muliggør den ideelle konfiguration og behandlingskapacitet.
Tal med os om dit behandlingsvolumen! Vi anbefaler dig gerne et passende ultralydssystem til dine proceskrav.

Synergier med andre ballastvandsbehandlinger

Undersøgelser af kombinerede behandlingsteknologier har vist, at ultralyd har en meget synergistisk virkning i kombination med andre metoder til desinfektion af ballastvand, såsom ozon, klorering, UV-lys, temperatur eller forhøjet tryk. Takket være den nemme installation og det lave pladsbehov er ultralydsudstyret ideelt egnet til opgradering og forbedring af allerede eksisterende systemer til neutralisering af ballastvand.
Tal med os om dit procesmiljø! Vi anbefaler dig gerne et passende ultralydssystem til eftermontering i dit system om bord.