バラスト水の超音波消毒

超音波処理システムは、細菌、プランクトン、より大型の生物の死滅に有効であることが実証されています。
バラスト水の超音波消毒は機械的・物理的処理であり、強力で高価な活性化学薬品をバラスト水に一切添加せずに済みます。これにより、理想的な環境適合性と、バラスト水中の動植物および微生物の破壊・不活化に関する高い生物学的有効性を両立できます。

背景

「船舶が貨物を積まずに、または一部のみを積載して航行する場合、安定性と安全性を維持するためにバラストが必要になります。バラストには水がよく使われますが、出発地で取水する際にさまざまな生物が水中に入り込み、その水とともに移動する可能性があります。通常はプランクトン群集に属する生物であり、到着地では外来の生物（異地性生物）となる可能性があり、望ましくない生物学的汚染を引き起こすおそれがあります。このような汚染の可能性を避けるには、バラスト水を滅菌する有効なシステムを使用する必要があります。」 [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
侵入性水生生物は、世界の海洋に対する四大脅威の一つであり、環境、経済、公衆衛生に極めて深刻な影響を及ぼす可能性があります。有害な軟体動物（ゼブラガイ、タイワンシジミなど）の持ち込みを防ぐため、バラスト水の滅菌（消毒または無害化とも呼ばれます）にはさまざまな処理を適用できます。一般的な処理方法は、バラスト水の化学的浄化です。使用される化学薬品は環境に有害であり、高価です。バラスト水管理に関する法規制の強化に伴い、代替のバラスト水処理 – 例えば超音波消毒 – が船舶に導入されています。

バラスト水の超音波滅菌

バラスト水の超音波処理は、有害で高価な化学薬品を使用せずに済む機械的・物理的方法です。キャビテーションによる力が、小型の水生生物や微生物を死滅させます。超音波がゼブラガイのベリジャー幼生、線虫、細菌、ウイルスに対して高い生物学的有効性を発揮することは、すでに複数の研究で実証されています。

超音波クラスター （処理出力120kW）

キャビテーションによる超音波消毒

高出力の超音波は、液体中に キャビテーション 気泡を発生させ、強いせん断力と高い応力を生じさせます。強力な超音波が液体に結合されると、液体媒体中を伝播する音波によって、高圧と低圧のサイクルが交互に生じます。その繰り返し速度は周波数によって決まります。低圧サイクル（膨張相）では、高強度の超音波が液体中に小さな真空気泡や空洞を形成します。気泡が、それ以上エネルギーを吸収できない体積に達すると、高圧サイクル（圧縮相）で激しく崩壊します。この現象は キャビテーションと呼ばれます。崩壊時には、局所的に非常に高い温度（約5,000K）と圧力（約2,000atm）に達します。キャビテーション気泡の崩壊は、最大280m/sの速度の液体ジェットも生じさせます。
この高エネルギーの気泡生成と崩壊によって、流体力学的せん断力と超音波振動が生じ、生物の細胞壁を破壊・破砕し、効果的に死滅させます。
環境適合性については、この超音波を利用する技術に関連して、既知の環境上の懸念も、予想される環境上の懸念もありません。

超音波の生物学的有効性

超音波がウイルスや細菌に効果的に作用することは、複数の研究で実証されています。23 m3/hに相当する100 gpm（ガロン毎分）の流量を滅菌する超音波装置を用いた消毒研究では、約7 logの減少が確認された対象は ポリオウイルス （< 5μm）であり、6–7 logの減少が確認された対象は細菌の Cryptosporidium parvumでした。線虫の Heliminth ova, Ascaris （8–10μm）および軟体動物の ゼブラガイのベリジャー幼生 （70μm）では、100%の死滅率が達成されました。同じ死滅率は、 ゼブラガイ についても600 gpmの流水システムで実証されています（Buchholz et al., 1998）。
より大型の生物では100%の不活化率が、細菌およびウイルスでは6–7 logの減少が達成されています。実験用連続フローシステムにおける20 secの曝露で、93–98.6%の不活化が達成された対象は Cryptosporidium ocyst です。また、実験室用バッチ反応器における10 secの曝露で4 logの減少が達成されています。不活化率が報告されているその他の対象には、 Cryptosporidium parvum （7 log）、生存可能な 蠕虫卵 （4.2 log）、 ポリオウイルス （8 log）、 Salmonella sp. （9 log）および Echerichia coli （9 log）があります（Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998）。
logの数値は、減少率を百分率で表した際の9の個数を示します。例えば、2 logの減少は、水中に当初存在していた生物の99%が不活化されたことを意味します。3 logの減少は、99.9%が不活化されたことを意味し、以降も同様です。
超音波システムの処理能力は、供給される出力にも依存します。高出力・高強度の超音波装置では、生物の死滅に必要な曝露時間が短くなるため、より高い流量で処理できます。このような超音波システムは、バラスト水の注水および排水に使用できます。
（参照：Sassi et al. 2005, p. 49）

バラスト水の超音波無害化の利点

• 化学薬品を使用しない
• 環境に優しい
• 効果的かつ効率的
• 相乗効果
• メンテナンスの負担が少ない
• 安全で簡単な操作
• 堅牢で信頼性が高い
• あらゆる規模に拡張可能

超音波装置

Hielscherは、厳しい環境への設置に対応する産業用高出力超音波装置の設計・製造を専門としています。ほこりや汚れ、高湿度、過酷な環境でも、産業用超音波装置（UIPシリーズ）は損傷しません。これらの高耐久装置は、連続運転（24h/ 7d）用に設計されています。キャビネットはあらかじめ設定済みで、設置と立ち上げが容易です。超音波システムは、バラスト水タンクからの供給管（媒体供給）と電源に接続するだけで使用できます。
超音波出力が 500W, 1kW, 1.5kW, 2kW, 4kW, 10kW および 16kWの各種サイズの超音波装置は、単体でもクラスターとしても設置でき、理想的な構成と処理能力を実現できます。
処理量についてご相談ください！ お客様のプロセス要件に適した超音波システムを、喜んでご提案いたします。

他のバラスト水処理との相乗効果

処理技術を組み合わせた研究では、超音波はオゾン、塩素処理、紫外線、温度、加圧などの他のバラスト水消毒方法と併用すると、非常に高い相乗効果を発揮することが示されています。設置が容易で、必要なスペースが少ないため、超音波装置は既存のバラスト水無害化システムの機能向上と改善に最適です。
処理環境についてご相談ください！ お客様の船上システムに後付けするのに適した超音波システムを、喜んでご提案いたします。