Ultradźwiękowa dezynfekcja wody balastowej

Wykazano skuteczność systemu obróbki ultradźwiękowej w zabijaniu bakterii, planktonu i większych organizmów.
Ultradźwiękowa dezynfekcja wody balastowej jest obróbką mechaniczną/ fizyczną, która pozwala uniknąć dozowania do wody balastowej jakichkolwiek silnie działających i kosztownych aktywnych substancji chemicznych. Zapewnia to idealną akceptowalność środowiskową w połączeniu z wysoką skutecznością biologiczną w niszczeniu i inaktywacji organizmów roślinnych i zwierzęcych oraz mikroorganizmów w wodzie balastowej.

Informacje ogólne

„Jeżeli statek płynie bez ładunku lub jest tylko częściowo załadowany, potrzebuje balastu, aby zachować stateczność i bezpieczeństwo. Jako balast często stosuje się wodę, ale podczas jej pobierania w miejscu pochodzenia do wody mogą przedostać się różne organizmy, zazwyczaj należące do zbiorowiska planktonu, które mogą być obce w miejscu docelowym (allochtoniczne) i mogą powodować niepożądane zanieczyszczenie biologiczne. Aby uniknąć tego możliwego zanieczyszczenia, musimy stosować skuteczny system sterylizacji wody balastowej.” [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Inwazyjne gatunki wodne stanowią jedno z czterech największych zagrożeń dla oceanów świata i mogą powodować niezwykle poważne skutki dla środowiska, gospodarki i zdrowia publicznego. Aby zapobiec wprowadzaniu szkodliwych mięczaków (racicznicy zmiennej, małża azjatyckiego i innych), można stosować różne metody sterylizacji wody balastowej (określanej również jako dezynfekcja lub neutralizacja). Powszechnie stosowaną metodą jest chemiczne oczyszczanie wody balastowej. Używane substancje chemiczne są szkodliwe dla środowiska i kosztowne. Wraz z rosnącą liczbą regulacji prawnych dotyczących zarządzania wodami balastowymi na statkach morskich instaluje się alternatywne systemy obróbki wody balastowej – np. wykorzystujące dezynfekcję ultradźwiękową.

Ultradźwiękowa sterylizacja wody balastowej

Ultradźwiękowa obróbka wody balastowej jest metodą mechaniczną/ fizyczną, która pozwala uniknąć stosowania szkodliwych i kosztownych substancji chemicznych. Siły kawitacyjne zabijają małe organizmy wodne i mikroorganizmy. W kilku badaniach udowodniono już, że ultradźwięki osiągają wysoką skuteczność biologiczną wobec larw weliger racicznicy zmiennej, nicieni, bakterii i wirusów.

Klaster ultradźwiękowy o mocy procesowej 120kW

Ultradźwiękowa dezynfekcja za pomocą kawitacji

Fale ultradźwiękowe o dużej mocy wytwarzają pęcherzyki kawitacyjne w cieczach, które powodują powstawanie intensywnych sił ścinających i dużych naprężeń. Gdy intensywne fale ultradźwiękowe są sprzęgane z cieczami, fale dźwiękowe rozchodzące się w ciekłym ośrodku powodują naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia, których częstość zależy od częstotliwości. Podczas cyklu niskiego ciśnienia (fazy rozrzedzenia) fale ultradźwiękowe o dużym natężeniu tworzą w cieczy małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie. Gdy pęcherzyki osiągną objętość, przy której nie mogą już pochłaniać energii, gwałtownie zapadają się podczas cyklu wysokiego ciśnienia (fazy sprężania). Zjawisko to nazywa się kawitacją. Podczas implozji lokalnie osiągane są bardzo wysokie temperatury (około 5 000K) i ciśnienia (około 2 000atm). Implozja pęcherzyka kawitacyjnego powoduje również powstawanie strug cieczy o prędkości do 280m/s.
To wysoce energetyczne tworzenie się i zapadanie pęcherzyków powoduje powstawanie hydrodynamicznych sił ścinających i oscylacji ultradźwiękowych, które łamią i rozrywają ściany komórkowe organizmów – skutecznie je zabijając.
Pod względem akceptowalności środowiskowej nie są znane ani przewidywane żadne problemy środowiskowe związane z technologią wspomaganą ultradźwiękami.

Skuteczność biologiczna ultradźwięków

W kilku badaniach udowodniono, że ultradźwięki mogą skutecznie oddziaływać na wirusy i bakterie. Badania dezynfekcji z użyciem urządzeń ultradźwiękowych do sterylizacji strumieni o natężeniu przepływu 100 gpm (galonów na minutę), co odpowiada 23 m3/h, wykazały redukcję o około 7 log w przypadku wirusa polio (< 5μm) oraz redukcję o 6–7 log w przypadku bakterii Cryptosporidium parvum. W przypadku nicieni Heliminth ova, Ascaris (8–10μm) oraz mięczaków w stadium larw weliger racicznicy zmiennej (70μm) osiągnięto 100% śmiertelności. Taki sam wskaźnik śmiertelności w przypadku racicznicy zmiennej wykazano w systemach przepływowych o natężeniu przepływu 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
W przypadku większych organizmów osiągnięto wskaźniki inaktywacji wynoszące 100%, a w przypadku bakterii i wirusów redukcję o 6–7 log. Przy ekspozycji trwającej 20 sec w eksperymentalnym systemie o przepływie ciągłym osiągnięto inaktywację 93–98,6% organizmów Cryptosporidium ocyst oraz redukcję o 4 log przy ekspozycji trwającej 10 sec. w laboratoryjnym reaktorze okresowym. Wskaźniki inaktywacji odnotowano również dla Cryptosporidium parvum (7 log), zdolnych do rozwoju jaj helmintów (4,2 log), wirusa polio (8 log), Salmonella sp. (9 log) i Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Liczba log oznacza liczbę cyfr 9 w procentowej redukcji. Na przykład redukcja o 2 log oznacza, że 99% organizmów pierwotnie obecnych w wodzie zostało inaktywowanych. Redukcja o 3 log oznacza, że inaktywowano 99,9% organizmów itd.
Wydajność systemów ultradźwiękowych zależy również od dostarczanej mocy. Urządzenia ultradźwiękowe o dużej mocy/ dużym natężeniu wymagają krótszego czasu ekspozycji do spowodowania śmierci organizmów, co umożliwia obróbkę przy wyższych natężeniach przepływu. Takie systemy ultradźwiękowe można stosować podczas pobierania i usuwania wody balastowej.
(por. Sassi et al. 2005, s. 49)

Zalety ultradźwiękowej neutralizacji wody balastowej

• bez użycia substancji chemicznych
• przyjazna dla środowiska
• skuteczna i wydajna
• efekty synergiczne
• niewielkie wymagania konserwacyjne
• bezpieczna i łatwa obsługa
• solidna i niezawodna
• możliwość skalowania do dowolnej wielkości

Urządzenia ultradźwiękowe

Hielscher specjalizuje się w projektowaniu i produkcji przemysłowych urządzeń ultradźwiękowych o dużej mocy do instalacji w wymagających środowiskach. Pył i brud, wysoka wilgotność oraz trudne warunki środowiskowe nie uszkadzają przemysłowych sonikatorów (seria UIP). Te urządzenia do pracy w trudnych warunkach są przeznaczone do ciągłej eksploatacji (24h/ 7d). Szafy są wstępnie skonfigurowane, a ich instalacja i uruchomienie są łatwe. System ultradźwiękowy wystarczy podłączyć do przewodu doprowadzającego wodę ze zbiornika wody balastowej (zasilanie medium) oraz do zasilania elektrycznego.
Urządzenia ultradźwiękowe różnej wielkości, o mocy ultradźwiękowej 500W, 1kW, 1,5kW, 2kW, 4kW, 10kW i 16kW, które można instalować jako pojedyncze jednostki lub w klastrach, umożliwiają uzyskanie idealnej konfiguracji i wydajności przetwarzania.
Porozmawiaj z nami o objętości, którą chcesz przetwarzać! Chętnie polecimy odpowiedni system ultradźwiękowy spełniający wymagania Twojego procesu.

Synergie z innymi metodami obróbki wody balastowej

Badania połączonych technologii obróbki wykazały, że ultradźwięki działają wysoce synergicznie w połączeniu z innymi metodami dezynfekcji wody balastowej, takimi jak ozon, chlorowanie, światło UV, temperatura lub podwyższone ciśnienie. Dzięki łatwej instalacji i niewielkiemu zapotrzebowaniu na miejsce urządzenia ultradźwiękowe idealnie nadają się do modernizacji i ulepszania już istniejących systemów neutralizacji wody balastowej.
Porozmawiaj z nami o warunkach prowadzenia Twojego procesu! Chętnie polecimy odpowiedni system ultradźwiękowy do modernizacji Twojego systemu pokładowego.