Désinfection des eaux de ballast par ultrasons

Le système de traitement par ultrasons a démontré son efficacité pour tuer les bactéries, le plancton et les organismes de plus grande taille.
La désinfection des eaux de ballast par ultrasons est un traitement mécanique/physique qui évite l’ajout de substances chimiques actives puissantes et coûteuses dans les eaux de ballast. Elle garantit ainsi une acceptabilité environnementale idéale, associée à une grande efficacité biologique pour la destruction et l’inactivation des organismes végétaux et animaux et des microorganismes présents dans les eaux de ballast.

Contexte

« Lorsqu’un navire navigue sans cargaison ou avec un chargement partiel, il a besoin de ballast pour maintenir sa stabilité et sa sécurité. L’eau est souvent utilisée comme ballast, mais, lorsqu’elle est prélevée au point de départ, divers organismes peuvent être entraînés dans l’eau. Il s’agit généralement de membres de la communauté planctonique qui peuvent être étrangers au lieu de destination (allochtones) et provoquer une pollution biologique indésirable. Pour éviter cette pollution éventuelle, nous devons utiliser un système efficace pour stériliser les eaux de ballast. » [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Les espèces aquatiques envahissantes constituent l’une des quatre plus grandes menaces pour les océans du monde et peuvent avoir des conséquences extrêmement graves sur l’environnement, l’économie et la santé publique. Pour éviter l’introduction de mollusques nuisibles (moules zébrées, palourde asiatique et autres), différents traitements de stérilisation des eaux de ballast (également appelés désinfection ou neutralisation) peuvent être appliqués. Un traitement courant est le nettoyage chimique des eaux de ballast. Les produits chimiques utilisés sont nocifs pour l’environnement et coûteux. Avec le renforcement de la réglementation relative à la gestion des eaux de ballast, des traitements alternatifs – par exemple la désinfection par ultrasons – sont intégrés à bord des navires.

Stérilisation des eaux de ballast par ultrasons

Le traitement des eaux de ballast par ultrasons est une méthode mécanique/physique qui évite l’utilisation de produits chimiques nocifs et coûteux. Les forces de cavitation tuent les petits organismes aquatiques et les microorganismes. Plusieurs études ont déjà démontré que les ultrasons présentent une grande efficacité biologique contre les larves véligères de moules zébrées, les nématodes, les bactéries et les virus.

Ensemble d’unités ultrasonores avec une puissance de traitement de 120kW

Désinfection par cavitation ultrasonore

Les ondes ultrasonores de forte puissance génèrent des bulles de cavitation dans les liquides, qui produisent des forces de cisaillement intenses et des contraintes élevées. Lorsque des ondes ultrasonores intenses sont couplées aux liquides, les ondes sonores qui se propagent dans les milieux liquides produisent une alternance de cycles de haute et de basse pression, à une cadence qui dépend de la fréquence. Pendant le cycle de basse pression (phase de raréfaction), les ondes ultrasonores de haute intensité créent de petites bulles de vide ou cavités dans le liquide. Lorsque les bulles atteignent un volume auquel elles ne peuvent plus absorber d’énergie, elles s’effondrent violemment pendant un cycle de haute pression (phase de compression). Ce phénomène est appelé cavitation. Pendant l’implosion, des températures très élevées (env. 5 000K) et des pressions très élevées (env. 2 000atm) sont atteintes localement. L’implosion de la bulle de cavitation produit également des jets de liquide dont la vitesse peut atteindre 280m/s.
Cette formation et cet effondrement de bulles, très énergétiques, produisent des forces de cisaillement hydrodynamique et des oscillations ultrasonores qui brisent et désorganisent les parois cellulaires des organismes – les tuant efficacement.
En ce qui concerne son acceptabilité environnementale, aucun problème environnemental connu ou prévisible n’est associé à cette technologie assistée par ultrasons.

Efficacité biologique des ultrasons

Plusieurs études ont démontré que les ultrasons peuvent agir efficacement sur les virus et les bactéries. Des études de désinfection utilisant des appareils à ultrasons pour stériliser des flux de 100 gpm (gallons par minute), soit 23 m3/h, ont montré une réduction d’environ 7 log pour le virus de la poliomyélite (< 5μm) et une réduction de 6-7 log pour la bactérie Cryptosporidium parvum. Avec le nématode Heliminth ova, Ascaris (8-10μm) et les mollusques larves véligères de moules zébrées (70μm), une mortalité de 100% a été obtenue. Le même taux de mortalité pour la moule zébrée a été démontré dans des systèmes à circulation présentant un débit de 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Des taux d’inactivation de 100% ont été obtenus pour les organismes de plus grande taille, ainsi qu’une réduction de 6-7 log pour les bactéries et les virus. Avec une exposition de 20 sec dans un système expérimental à circulation continue, une inactivation de 93-98,6% de Cryptosporidium ocyst a été obtenue, ainsi qu’une réduction de 4 log après une exposition de 10 sec. dans un réacteur discontinu de laboratoire. Des taux d’inactivation ont également été rapportés pour Cryptosporidium parvum (7 log), les œufs d’helminthes viables (4,2 log), le virus de la poliomyélite (8 log), Salmonella sp. (9 log) et Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
La valeur en log représente le nombre de chiffres 9 dans le pourcentage de réduction. Par exemple, une réduction de 2 log signifie que 99% des organismes initialement présents dans l’eau ont été inactivés. Une réduction de 3 log signifie que 99,9% ont été inactivés, etc.
La capacité des systèmes à ultrasons dépend également de la puissance délivrée. Les appareils à ultrasons de forte puissance/haute intensité nécessitent un temps d’exposition plus court pour provoquer la mortalité, ce qui permet de traiter des débits plus élevés. Ces systèmes à ultrasons peuvent être utilisés pour le ballastage et le déballastage.
(cf. Sassi et al. 2005, p. 49)

Avantages de la neutralisation des eaux de ballast par ultrasons

• sans produits chimiques
• respectueux de l’environnement
• efficace et efficient
• effets synergiques
• faible entretien
• fonctionnement sûr et simple
• robuste et fiable
• adaptable à toutes les échelles

Équipements à ultrasons

Hielscher est spécialisé dans la conception et la fabrication d’équipements à ultrasons de forte puissance de qualité industrielle, destinés à être installés dans des environnements exigeants. La poussière et la saleté, une forte humidité et les environnements difficiles n’endommagent pas les appareils à ultrasons industriels (série UIP). Ces appareils robustes sont conçus pour fonctionner en permanence (24h/ 7d). Les armoires sont préconfigurées et faciles à installer et à mettre en service. Il suffit de raccorder le système à ultrasons à la conduite d’alimentation provenant du réservoir d’eau de ballast (alimentation en fluide) et à l’alimentation électrique.
Des appareils à ultrasons de différentes tailles, avec des puissances ultrasonores de 500W, 1kW, 1,5kW, 2kW, 4kW, 10kW et 16kW, qui peuvent être installés individuellement ou en ensemble, permettent d’obtenir une configuration et une capacité de traitement idéales.
Parlez-nous de votre volume à traiter ! Nous serons heureux de vous recommander un système à ultrasons adapté aux exigences de votre procédé.

Synergies avec d’autres traitements des eaux de ballast

Des études sur les technologies de traitement combinées ont montré que les ultrasons produisent des effets fortement synergiques lorsqu’ils sont associés à d’autres méthodes de désinfection des eaux de ballast, telles que l’ozone, la chloration, la lumière UV, la température ou des pressions élevées. Grâce à leur installation facile et à leur faible encombrement, les équipements à ultrasons conviennent idéalement à la modernisation et à l’amélioration des systèmes existants de neutralisation des eaux de ballast.
Parlez-nous de votre environnement de traitement ! Nous serons heureux de vous recommander un système à ultrasons adapté à la modernisation de votre système embarqué.