Painolastiveden ultraäänidesinfiointi

Ultraäänikäsittelyjärjestelmän on osoitettu tappavan tehokkaasti bakteereja, planktonia ja suurempia eliöitä.
Painolastiveden ultraäänidesinfiointi on mekaaninen/fysikaalinen käsittely, jonka ansiosta painolastiveteen ei tarvitse annostella voimakkaita ja kalliita aktiivisia kemikaaleja. Tämä varmistaa ihanteellisen ympäristöhyväksyttävyyden yhdistettynä suureen biologiseen tehokkuuteen painolastivedessä olevien kasvi- ja eläineliöiden sekä mikro-organismien tuhoamisessa ja inaktivoinnissa.

Taustaa

”Jos alus purjehtii ilman lastia tai osittain lastattuna, se tarvitsee painolastia vakauden ja turvallisuuden säilyttämiseksi. Painolastina käytetään usein vettä, mutta kun sitä otetaan lähtöpaikassa, veteen voi kulkeutua monenlaisia eliöitä, tavallisesti planktonyhteisön jäseniä, jotka voivat olla määränpäässä vieraita (alloktonisia) ja saattavat aiheuttaa ei-toivottua biologista saastumista. Tämän mahdollisen saastumisen välttämiseksi meidän on käytettävä tehokasta järjestelmää painolastiveden sterilointiin.” [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Vedessä elävät vieraslajit ovat yksi maailman valtamerten neljästä suurimmasta uhasta, ja ne voivat aiheuttaa erittäin vakavia ympäristöön, talouteen ja kansanterveyteen kohdistuvia vaikutuksia. Haitallisten nilviäisten (vaeltajasimpukoiden, aasiansimpukoiden ja muiden) leviämisen estämiseksi voidaan käyttää erilaisia painolastiveden sterilointikäsittelyjä (joita kutsutaan myös desinfioinniksi tai neutraloinniksi). Yleinen käsittelymenetelmä on painolastiveden kemiallinen puhdistus. Käytetyt kemikaalit ovat ympäristölle haitallisia ja kalliita. Painolastiveden hallintaa koskevan lainsäädännön lisääntyessä merialuksiin integroidaan vaihtoehtoisia painolastiveden käsittelymenetelmiä – esimerkiksi ultraäänidesinfiointi.

Painolastiveden ultraäänisterilointi

Painolastiveden ultraäänikäsittely on mekaaninen/fysikaalinen menetelmä, jolla vältetään haitallisten ja kalliiden kemikaalien käyttö. Kavitaatiovoimat tappavat pieniä vesieliöitä ja mikro-organismeja. Useat tutkimukset ovat jo osoittaneet, että ultraäänellä saavutetaan suuri biologinen tehokkuus vaeltajasimpukan veliger-toukkiin, sukkulamatoihin, bakteereihin ja viruksiin.

Ultraäänilaiteryhmä 120 kW:n prosessiteholla

Ultraäänidesinfiointi kavitaation avulla

Suuritehoiset ultraääniaallot synnyttävät nesteisiin kuplia kavitaation vaikutuksesta. Näistä kuplista aiheutuu voimakkaita leikkausvoimia ja suurta rasitusta. Kun voimakasta ultraääntä kytketään nesteisiin, nestemäisissä väliaineissa etenevät ääniaallot synnyttävät vuorottelevia korkea- ja matalapainejaksoja, joiden toistumisnopeus riippuu taajuudesta. Matalapainejakson (harvenemisvaiheen) aikana korkean intensiteetin ultraääniaallot muodostavat nesteeseen pieniä tyhjiökuplia tai onteloita. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne romahtavat rajusti korkeapainejakson (puristumisvaiheen) aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi. Sisäänpäin romahtamisen aikana saavutetaan paikallisesti erittäin korkeita lämpötiloja (noin 5 000 K) ja paineita (noin 2 000 atm). Kavitaatiokuplan romahtaminen synnyttää myös nestesuihkuja, joiden nopeus on jopa 280 m/s.
Tämä erittäin energinen kuplien muodostuminen ja romahtaminen aiheuttaa hydrodynaamisia leikkausvoimia ja ultraäänivärähtelyjä, jotka rikkovat ja hajottavat eliöiden soluseiniä – tappaen ne tehokkaasti.
Ympäristöhyväksyttävyyden osalta ultraääniavusteiseen teknologiaan ei liity tunnettuja tai ennakoituja ympäristöhaittoja.

Ultraäänen biologinen tehokkuus

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että ultraääni voi vaikuttaa tehokkaasti viruksiin ja bakteereihin. Desinfiointitutkimuksissa, joissa ultraäänilaitteilla steriloitiin 100 gpm:n (gallonaa minuutissa) tilavuusvirtoja, mikä vastaa 23 m3/h, on havaittu noin 7 log:n vähenemä viruksella poliovirus (< 5 μm) ja 6–7 log:n vähenemä bakteerilla Cryptosporidium parvum. Sukkulamadoilla Heliminth ova, Ascaris (8–10 μm) ja nilviäisiin kuuluvilla vaeltajasimpukan veliger-toukilla (70 μm) saavutettiin 100 %:n kuolleisuus. Sama kuolleisuusaste lajilla vaeltajasimpukka on osoitettu virtausjärjestelmissä, joiden tilavuusvirta on 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Suuremmilla eliöillä on saavutettu 100 %:n inaktivaatioasteita ja bakteereilla sekä viruksilla 6–7 log:n vähenemä. Kokeellisessa jatkuvatoimisessa virtausjärjestelmässä 20 sekunnin altistuksella on saavutettu 93–98,6 %:n inaktivaatio kohteelle Cryptosporidium ocyst ja laboratoriomittakaavan panosreaktorissa 4 log:n vähenemä 10 sekunnin altistuksella. Inaktivaatioasteita on raportoitu myös seuraaville: Cryptosporidium parvum (7 log), elinkykyiset loismatojen munat (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella sp. (9 log) ja Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Log-luku ilmaisee numeron 9 esiintymien määrän prosentuaalisessa vähenemässä. Esimerkiksi 2 log:n vähenemä tarkoittaa, että 99 % vedessä alun perin olleista eliöistä on inaktivoitu. 3 log:n vähenemä tarkoittaa, että 99,9 % on inaktivoitu, ja niin edelleen.
Ultraäänijärjestelmien kapasiteetti riippuu myös syötetystä tehosta. Suuritehoiset / korkean intensiteetin ultraäänilaitteet vaativat lyhyemmän altistusajan kuolleisuuden saavuttamiseksi, mikä mahdollistaa suurempien tilavuusvirtojen käsittelyn. Tällaisia ultraäänijärjestelmiä voidaan käyttää painolastiveden ottoon ja poistoon.
(vrt. Sassi et al. 2005, s. 49)

Painolastiveden ultraäänineutraloinnin edut

• kemikaaliton
• ympäristöystävällinen
• vaikuttava ja tehokas
• synergiavaikutukset
• vähäinen huoltotarve
• turvallinen ja helppo käyttö
• kestävä ja luotettava
• skaalattavissa mihin tahansa kokoon

Ultraäänilaitteisto

Hielscher on erikoistunut teollisuustason suuritehoisten ultraäänilaitteiden suunnitteluun ja valmistukseen vaativiin ympäristöihin asennettaviksi. Pöly ja lika, suuri ilmankosteus ja ankarat ympäristöolosuhteet eivät vahingoita teollisia ultraäänilaitteita (sarja UIP). Nämä vaativaan käyttöön tarkoitetut laitteet on rakennettu jatkuvaan käyttöön (24 h / 7 vrk). Laitekaapit toimitetaan valmiiksi konfiguroituina, ja ne on helppo asentaa ja ottaa käyttöön. Ultraäänijärjestelmä tarvitsee vain liittää painolastivesisäiliöstä tulevaan syöttöputkeen (väliaineen syöttö) ja virtalähteeseen.
Erikokoiset ultraäänilaitteet, joiden ultraäänitehot ovat 500 W, 1 kW, 1,5 kW, 2 kW, 4 kW, 10 kW ja 16 kW ja jotka voidaan asentaa yksittäisinä laitteina tai laiteryhminä, mahdollistavat ihanteellisen kokoonpanon ja käsittelykapasiteetin.
Kerro meille käsiteltävästä tilavuudesta! Suosittelemme mielellämme prosessisi vaatimuksiin sopivaa ultraäänijärjestelmää.

Synergiat muiden painolastiveden käsittelymenetelmien kanssa

Yhdistettyjä käsittelyteknologioita koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että ultraäänellä on erittäin voimakkaita synergiavaikutuksia yhdessä muiden painolastiveden desinfiointimenetelmien, kuten otsonin, kloorauksen, UV-valon, lämpötilan tai korotettujen paineiden, kanssa. Helpon asennuksen ja vähäisen tilantarpeen ansiosta ultraäänilaitteisto soveltuu ihanteellisesti olemassa olevien painolastiveden neutralointijärjestelmien päivittämiseen ja parantamiseen.
Kerro meille käsittely-ympäristöstäsi! Suosittelemme mielellämme sopivaa ultraäänijärjestelmää jälkiasennettavaksi aluksesi järjestelmään.