Disinfezione ad ultrasuoni dell'acqua di zavorramento

Il sistema di trattamento ad ultrasuoni ha dimostrato di essere efficace nell'uccisione di batteri, plancton e organismi più grandi.
La disinfezione ad ultrasuoni dell'acqua di zavorra è un trattamento meccanico/fisico, che evita il dosaggio di sostanze chimiche attive forti e costose nell'acqua di zavorramento. Ciò garantisce un'ottima accettabilità ambientale unita ad un'elevata efficacia biologica per quanto riguarda la distruzione e l'inattivazione di organismi vegetali e animali e microrganismi nell'acqua di zavorra.

Sfondo

“Se una nave naviga senza carico o parzialmente carico a terra, avrà bisogno di zavorra per mantenere la sua stabilità e sicurezza. L'acqua è spesso utilizzata come zavorra, ma, quando viene raccolta in origine, una serie di organismi possono penetrare nell'acqua, normalmente membri della comunità del plancton che potrebbero essere estranei alla destinazione (alloctoni), e potrebbero causare un inquinamento biogologico indesiderato. Per evitare questo possibile inquinamento, dobbiamo utilizzare un sistema efficace per sterilizzare l'acqua di zavorramento.” [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Le specie acquatiche invasive sono una delle quattro maggiori minacce per gli oceani del mondo e possono causare impatti ambientali, economici e sulla salute pubblica estremamente gravi. Per evitare l'introduzione di molluschi parassiti (cozze zebrate, vongole asiatiche e altri), possono essere applicati vari trattamenti di sterilizzazione dell'acqua di zavorramento (detta anche disinfezione o neutralizzazione). Un trattamento comune è la pulizia chimica dell'acqua di zavorra. Le sostanze chimiche utilizzate sono dannose per l'ambiente e costose. Con l'aumento delle norme di legge per la gestione dell'acqua di zavorra, trattamenti alternativi dell'acqua di zavorramento – ad esempio mediante disinfezione ad ultrasuoni – sono integrati a bordo delle navi marittime.

Sterilizzazione ad ultrasuoni dell'acqua di zavorramento

Il trattamento dell'acqua di zavorra ad ultrasuoni è un metodo meccanico/fisico, che evita l'uso di sostanze chimiche dannose e costose. Le forze cavitazionali uccidono piccoli organismi acquatici e microrganismi. Diversi studi hanno già dimostrato che gli ultrasuoni raggiungono un alto livello di efficacia biologica su Zebra mussel veliger, nematodi, batteri e virus.

Gli ultrasuoni di potenza sono un mezzo non chimico per la neutralizzazione dell'acqua di zavorra. (Clicca per ingrandire!)

Cluster ad ultrasuoni con potenza di processo di 120kW

Disinfezione ad ultrasuoni da cavitazione

Le onde ultrasoniche ad alta potenza generano cavitazione bolle nei liquidi, che provocano intense forze di taglio ed elevate sollecitazioni. Quando le intense onde ultrasoniche vengono accoppiate ai liquidi, le onde sonore che si propagano nel liquido si traducono in cicli alternati di alta e bassa pressione, con frequenze che variano a seconda della frequenza. Durante il ciclo a bassa pressione (fase di rarefazione), onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle o vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume al quale non possono più assorbire energia, collassano violentemente durante un ciclo ad alta pressione (fase di compressione). Questo fenomeno è chiamato cavitazione. Durante l'implosione si raggiungono localmente temperature (ca. 5.000K) e pressioni (ca. 2.000atm) molto elevate. L'implosione della bolla di cavitazione produce anche getti di liquido fino a 280m/s di velocità.
Questa generazione e collasso della bolla altamente energetica si traduce in forze di taglio idrodinamiche e oscillazioni ultrasoniche, che rompono e distruggono le pareti cellulari degli organismi. – uccidendoli di fatto.
Per quanto riguarda la sua accettabilità ambientale, non vi sono preoccupazioni ambientali note o previste associate alla tecnologia assistita da ultrasuoni.

Efficacia biologica degli ultrasuoni

Diversi studi hanno dimostrato che gli ultrasuoni possono colpire efficacemente virus e batteri. Studi di disinfezione con dispositivi ad ultrasuoni per sterilizzare flussi di volume di 100 gpm (galloni al minuto), equivalenti a 23 m3/h, hanno mostrato una riduzione di circa 7 log per la Virus della polio (< 5μm) e una riduzione di 6-7 log per i batteri Cryptosporidium parvum. Con Nematode Ovuli d'elminto, Ascari (8-10μm) e molluschi veligers zebra mussel veligers (70μm), è stata raggiunta una mortalità del 100%. Lo stesso tasso di mortalità con cozze zebrate è stato dimostrato in sistemi a flusso da 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Tassi di inattivazione del 100% sono stati raggiunti in organismi più grandi e una riduzione di 6-7 log di batteri e virus. Con un'esposizione di 20 secondi in un sistema sperimentale a flusso continuo, 93-98.6% di inattivazione di Criptosporidio ocyst e una riduzione di 4 log a 10 sec. esposizione in un reattore batch di laboratorio è stato raggiunto. I tassi di inattivazione sono stati segnalati anche per Cryptosporidium parvum (7 log), vitale uova di elminto (4.2 log), Virus della polio (8 log), Salmonella sp. (9 log) e Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Il numero di log rappresenta il numero di 9 nella riduzione percentuale. Ad esempio, una riduzione di 2 log significa che il 99% degli organismi originariamente presenti nell'acqua sono stati inattivati. Una riduzione di 3 log significa che il 99,9% è stato disattivato, ecc.
La capacità dei sistemi ad ultrasuoni dipende anche dalla potenza erogata. I dispositivi a ultrasuoni ad alta potenza/alta intensità richiedono meno tempo di esposizione per la mortalità, consentendo così di trattare portate più elevate. Questi sistemi ad ultrasuoni possono essere utilizzati per lo zavorramento e il deballasting.
(cp. Sassi et al. 2005, p. 49)

Vantaggi della neutralizzazione dell'acqua di zavorra ad ultrasuoni

  • non chimica
  • Rispettoso dell'ambiente
  • efficace ed efficiente
  • effetti sinergici
  • Bassa manutenzione
  • Funzionamento semplice e sicuro
  • robusto e affidabile
  • scalabile a qualsiasi dimensione

Apparecchiature ad ultrasuoni

Hielscher è specializzata nella progettazione e produzione di apparecchiature ad ultrasuoni ad alta potenza di grado industriale per l'installazione in ambienti esigenti. Polvere & lo sporco, l'elevata umidità e gli ambienti difficili non danneggiano gli ultrasuoni industriali (serie UIP). Questi dispositivi per impieghi gravosi sono costruiti per il funzionamento permanente (24h/ 7d). Gli armadi sono preconfigurati e sono facili da installare e mettere in funzione. Il sistema a ultrasuoni deve essere collegato solo al tubo di alimentazione dal serbatoio dell'acqua di zavorra (alimentazione dei fluidi) e dall'alimentazione elettrica.
Diverse dimensioni di dispositivi ad ultrasuoni con potenza di ultrasuoni di 500W, 1kW, 1.5kW, 2kW, 4kW, 10kW e 16kWche possono essere installati come unità singola o come cluster, consentono la configurazione e la capacità di elaborazione ideale.
Parlaci del tuo volume di elaborazione! Saremo lieti di consigliarvi un sistema a ultrasuoni adatto alle vostre esigenze di processo.

Sinergie con altri trattamenti dell'acqua di zavorra

Studi di tecnologie di trattamento combinato hanno dimostrato che gli ultrasuoni lavorano in sinergia con altri metodi di disinfezione dell'acqua di zavorra, come l'ozono, la clorazione, la luce UV, la temperatura o pressioni elevate. Grazie alla facilità di installazione e al ridotto ingombro, l'apparecchio a ultrasuoni è ideale per l'aggiornamento e il miglioramento di sistemi di neutralizzazione dell'acqua di zavorra già esistenti.
Parlaci del tuo ambiente di elaborazione! Saremo lieti di consigliarvi un sistema a ultrasuoni adatto per il vostro sistema di bordo.

Ultrasound is a non-chemical method for ballast water sterilization. (pic.: "Ballast water en" di Thorsten Hartmann - Inquinamento delle acque da acqua di zavorra)

L'acqua di zavorra deve essere disinfettata per evitare l'introduzione di specie invasive.

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Le potenti forze ultrasoniche sono una tecnica di estrazione ben nota e affidabile (Click to enlarge!).

Ultrasuoni cavitazione in liquido

Questo video mostra la cavitazione ultrasonica / acustica in acqua - generata dall'Hielscher UIP1000. La cavitazione ad ultrasuoni è utilizzata per molte applicazioni con liquidi.

Cavitazione ad ultrasuoni in liquidi utilizzando l'UIP1000

Benefici degli ultrasuoni

  • non chimica
  • Rispettoso dell'ambiente
  • efficace ed efficiente
  • effetti sinergici
  • Bassa manutenzione
  • Funzionamento semplice e sicuro
  • robusto e affidabile
  • scalabile a qualsiasi dimensione
Gli ultrasuoni ad alta potenza sono una tecnologia collaudata per la disinfezione e la sterilizzazione dell'acqua (clicca per ingrandire!).

3 x 4kW potenza ad ultrasuoni per applicazioni pesanti

Letteratura/riferimenti

  • Mingorance Rodríguez, María del Carmen (2012): Acqua di zavorra e sterilizzazione dell'acqua di mare. Dentro: Dr. Xiao-Ying Yu (a cura di): Smaltimento dei rifiuti urbani e industriali. InTechOpen 2012. 163-176.
  • Sassi, Jukka; Viitasalo, Satu; Rytkönen, Jorma; Leppäkoski, Erkki (2005): Sperimenta le tecnologie della luce ultravioletta, degli ultrasuoni e dell'ozono per il trattamento dell'acqua di zavorra a bordo. VTT Research Notes 2313. ESPOOO 2005.
  • Viitasalo, Satu; Sassi, Jukka; Rytkönen, Jorma; Leppäkoski, Erkki (2005): Ozono, luce ultravioletta, ultrasuoni e perossido di idrogeno come trattamento dell'acqua di zavorra - Esperimenti con mesozooplancton in acqua salmastra a bassa salinità. Rivista di Ingegneria Ambientale Marina 8/2005. 35-55.

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Particolarità / Cose da sapere

Gli omogeneizzatori di tessuto ad ultrasuoni sono spesso indicati come sonda sonicator/ sonificatore, lyser sonico, ecografo, ultrasuoni, macinatore ad ultrasuoni, sono-ruptore, sonificatore, dismembratore sonico, distruttore cellulare, dispersore ad ultrasuoni o dissolutore. I diversi termini derivano dalle varie applicazioni che possono essere soddisfatte dalla sonicazione.