Ultrasone desinfectie van ballastwater

Het ultrasone behandelingssysteem heeft bewezen effectief te zijn bij het doden van bacteriën, plankton en grotere organismen.
De ultrasone desinfectie van ballastwater is een mechanische/fysische behandeling die voorkomt dat sterke en dure actieve chemicaliën aan het ballastwater worden gedoseerd. Dit zorgt voor een ideale milieuaanvaardbaarheid, gecombineerd met een hoge biologische effectiviteit bij de vernietiging en inactivering van plantaardige en dierlijke organismen en micro-organismen in ballastwater.

Achtergrond

“Als een schip zonder lading of gedeeltelijk beladen vaart, heeft het ballast nodig om zijn stabiliteit en veiligheid te behouden. Water wordt vaak als ballast gebruikt, maar bij het innemen ervan op de plaats van vertrek kunnen allerlei organismen in het water terechtkomen, doorgaans leden van de planktongemeenschap die op de bestemming uitheems (allochtoon) kunnen zijn en ongewenste biologische vervuiling kunnen veroorzaken. Om deze mogelijke vervuiling te voorkomen, moeten we een effectief systeem gebruiken om het ballastwater te steriliseren.” [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Invasieve aquatische soorten vormen een van de vier grootste bedreigingen voor de oceanen wereldwijd en kunnen uiterst ernstige gevolgen hebben voor het milieu, de economie en de volksgezondheid. Om de introductie van schadelijke weekdieren (driehoeksmosselen, de Aziatische korfmossel en andere) te voorkomen, kunnen verschillende behandelingen voor de sterilisatie van ballastwater (ook wel desinfectie of neutralisatie genoemd) worden toegepast. Een veelgebruikte behandeling is de chemische reiniging van ballastwater. De gebruikte chemicaliën zijn schadelijk voor het milieu en duur. Door de toenemende wettelijke voorschriften voor ballastwaterbeheer worden alternatieve ballastwaterbehandelingen – bijvoorbeeld ultrasone desinfectie – aan boord van zeeschepen geïntegreerd.

Ultrasone sterilisatie van ballastwater

De ultrasone behandeling van ballastwater is een mechanische/fysische methode die het gebruik van schadelijke en dure chemicaliën vermijdt. De cavitatiekrachten doden kleine aquatische organismen en micro-organismen. Verschillende studies hebben al aangetoond dat ultrasoon geluid een hoge biologische effectiviteit bereikt bij veligerlarven van driehoeksmosselen, nematoden, bacteriën en virussen.

Ultrasoon cluster met 120kW procesvermogen

Ultrasone desinfectie door cavitatie

Ultrasone golven met een hoog vermogen veroorzaken cavitatie in de vorm van bellen in vloeistoffen, die intense afschuifkrachten en hoge mechanische spanningen veroorzaken. Wanneer intense ultrasone golven in vloeistoffen worden gekoppeld, veroorzaken de geluidsgolven die zich door de vloeibare media voortplanten afwisselende hogedruk- en lagedrukcycli, waarvan het tempo afhangt van de frequentie. Tijdens de lagedrukcyclus (expansiefase) creëren ultrasone golven met een hoge intensiteit kleine vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen absorberen, storten ze tijdens een hogedrukcyclus (compressiefase) heftig in. Dit verschijnsel wordt aangeduid als cavitatie. Tijdens de implosie worden plaatselijk zeer hoge temperaturen (ca. 5.000K) en drukken (ca. 2.000atm) bereikt. De implosie van de cavitatiebel veroorzaakt ook vloeistofstralen met snelheden tot 280m/s.
Deze zeer energierijke vorming en instorting van bellen veroorzaakt hydrodynamische afschuifkrachten en ultrasone oscillaties die de celwanden van organismen breken en ontwrichten – waardoor de organismen effectief worden gedood.
Wat de milieuaanvaardbaarheid betreft, zijn er geen bekende of verwachte milieuproblemen verbonden aan de technologie die door ultrasoon geluid wordt ondersteund.

Biologische effectiviteit van ultrasoon geluid

Verschillende studies hebben aangetoond dat ultrasoon geluid virussen en bacteriën effectief kan beïnvloeden. Desinfectiestudies met ultrasone apparaten voor het steriliseren van volumestromen van 100 gpm (gallons per minuut), overeenkomend met 23 m3/h, hebben een reductie van ongeveer 7 log aangetoond voor het poliovirus (< 5μm) en een reductie van 6–7 log voor de bacteriën Cryptosporidium parvum. Bij de nematoden Heliminth ova, Ascaris (8–10μm) en de weekdieren veligerlarven van driehoeksmosselen (70μm) werd een sterfte van 100% bereikt. Hetzelfde sterftepercentage bij driehoeksmosselen is aangetoond in doorstroomsystemen met een debiet van 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Bij grotere organismen zijn inactiveringspercentages van 100% bereikt en bij bacteriën en virussen een reductie van 6–7 log. Bij een blootstelling van 20 sec in een experimenteel continu doorstroomsysteem is een inactivering van 93–98,6% bereikt voor Cryptosporidium ocyst en is een reductie van 4 log bereikt bij een blootstelling van 10 sec. in een laboratoriumbatchreactor. Er zijn ook inactiveringspercentages gerapporteerd voor Cryptosporidium parvum (7 log), levensvatbare wormeieren (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella sp. (9 log) en Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Het loggetal geeft het aantal 9’s in het reductiepercentage weer. Een reductie van 2 log betekent bijvoorbeeld dat 99% van de organismen die oorspronkelijk in het water aanwezig waren, is geïnactiveerd. Een reductie van 3 log betekent dat 99,9% is geïnactiveerd, enz.
De capaciteit van de ultrasone systemen hangt ook af van het geleverde vermogen. Ultrasone apparaten met een hoog vermogen/hoge intensiteit hebben minder blootstellingstijd nodig om sterfte te veroorzaken, waardoor hogere debieten kunnen worden behandeld. Dergelijke ultrasone systemen kunnen worden gebruikt voor het innemen en lozen van ballastwater.
(vgl. Sassi et al. 2005, p. 49)

Voordelen van ultrasone neutralisatie van ballastwater

• niet-chemisch
• milieuvriendelijk
• effectief en efficiënt
• synergetische effecten
• weinig onderhoud
• veilige en eenvoudige bediening
• robuust en betrouwbaar
• schaalbaar naar elke omvang

Ultrasone apparatuur

Hielscher is gespecialiseerd in het ontwerpen en produceren van ultrasone apparatuur van industriële kwaliteit met een hoog vermogen voor installatie in veeleisende omgevingen. Stof en vuil, hoge luchtvochtigheid en zware omgevingsomstandigheden beschadigen de industriële sonicatoren (UIP series) niet. Deze apparaten voor zware toepassingen zijn gebouwd voor continu bedrijf (24h/ 7d). De kasten worden vooraf geconfigureerd geleverd en zijn eenvoudig te installeren en in bedrijf te stellen. Het ultrasone systeem hoeft alleen te worden aangesloten op de toevoerleiding vanuit de ballastwatertank (mediatoevoer) en op de stroomvoorziening.
Ultrasone apparaten van verschillende afmetingen met een ultrasoon vermogen van 500W, 1kW, 1,5kW, 2kW, 4kW, 10kW en 16kW, die als afzonderlijke eenheid of als cluster kunnen worden geïnstalleerd, maken de ideale configuratie en verwerkingscapaciteit mogelijk.
Bespreek uw verwerkingsvolume met ons! Wij adviseren u graag over een geschikt ultrasoon systeem voor uw procesvereisten.

Synergieën met andere ballastwaterbehandelingen

Studies naar gecombineerde behandelingstechnologieën hebben aangetoond dat ultrasoon geluid zeer synergetisch werkt in combinatie met andere methoden voor ballastwaterdesinfectie, zoals ozon, chlorering, UV-licht, temperatuur of verhoogde drukken. Dankzij de eenvoudige installatie en de geringe ruimtebehoefte is de ultrasone apparatuur bij uitstek geschikt voor het uitbreiden en verbeteren van reeds bestaande systemen voor ballastwaterneutralisatie.
Bespreek uw procesomgeving met ons! Wij adviseren u graag over een geschikt ultrasoon systeem om uw systeem aan boord achteraf uit te rusten.