Ultrazvuková dezinfekcia balastnej vody

Systém ultrazvukovej úpravy preukázal účinnosť pri usmrcovaní baktérií, planktónu a väčších organizmov.
Ultrazvuková dezinfekcia balastnej vody je mechanická/fyzikálna úprava, pri ktorej sa do balastnej vody nemusia dávkovať žiadne silné a drahé účinné chemikálie. Tým sa zabezpečuje ideálna environmentálna prijateľnosť v kombinácii s vysokou biologickou účinnosťou pri ničení a inaktivácii rastlinných a živočíšnych organizmov a mikroorganizmov v balastnej vode.

Východiská

„Ak sa plavidlo plaví bez nákladu alebo len čiastočne naložené, potrebuje balast na zachovanie stability a bezpečnosti. Ako balast sa často používa voda, ale pri jej naberaní v mieste pôvodu sa do nej môže dostať celý rad organizmov, zvyčajne členov planktónového spoločenstva, ktoré môžu byť v cieľovom mieste cudzie (alochtónne) a môžu spôsobiť nežiaduce biologické znečistenie. Aby sme predišli tomuto možnému znečisteniu, musíme používať účinný systém na sterilizáciu balastnej vody.“ [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Invázne vodné druhy patria medzi štyri najväčšie hrozby pre svetové oceány a môžu mať mimoriadne závažné dôsledky pre životné prostredie, hospodárstvo a verejné zdravie. Na zabránenie zavlečeniu škodlivých mäkkýšov (kopýtka prirasteného, korbikuly ázijskej a ďalších) možno použiť rôzne postupy sterilizácie balastnej vody (označovanej aj ako dezinfekcia alebo neutralizácia). Bežným postupom je chemické čistenie balastnej vody. Používané chemikálie sú škodlivé pre životné prostredie a drahé. S pribúdajúcimi právnymi predpismi pre nakladanie s balastnou vodou sa na paluby námorných plavidiel integrujú alternatívne postupy úpravy balastnej vody – napr. ultrazvuková dezinfekcia.

Ultrazvuková sterilizácia balastnej vody

Ultrazvuková úprava balastnej vody je mechanická/fyzikálna metóda, pri ktorej sa nepoužívajú škodlivé a drahé chemikálie. Kavitačné sily usmrcujú malé vodné organizmy a mikroorganizmy. Viaceré štúdie už preukázali, že ultrazvuk dosahuje vysokú biologickú účinnosť pri larvách typu veliger kopýtka prirasteného, hlístovcoch, baktériách a vírusoch.

Ultrazvuková zostava s procesným výkonom 120kW

Ultrazvuková dezinfekcia kavitáciou

Ultrazvukové vlny s vysokým výkonom vytvárajú kavitačné bubliny v kvapalinách, ktoré vyvolávajú intenzívne šmykové sily a vysoké mechanické napätie. Keď sa intenzívne ultrazvukové vlny prenášajú do kvapalín, zvukové vlny šíriace sa kvapalným prostredím spôsobujú striedanie cyklov vysokého a nízkeho tlaku s rýchlosťou závislou od frekvencie. Počas cyklu nízkeho tlaku (fázy zrieďovania) vytvárajú ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou v kvapaline malé vákuové bubliny alebo dutiny. Keď bubliny dosiahnu objem, pri ktorom už nedokážu absorbovať energiu, počas cyklu vysokého tlaku (fázy stláčania) prudko skolabujú. Tento jav sa označuje ako kavitácia. Počas implózie sa lokálne dosahujú veľmi vysoké teploty (približne 5 000K) a tlaky (približne 2 000atm). Implózia kavitačnej bubliny tiež vytvára prúdy kvapaliny s rýchlosťou až 280m/s.
Tento vysokoenergetický vznik a kolaps bublín vyvoláva hydrodynamické šmykové sily a ultrazvukové kmity, ktoré rozbíjajú a narúšajú bunkové steny organizmov – čím ich účinne usmrcujú.
Pokiaľ ide o environmentálnu prijateľnosť, s technológiou využívajúcou ultrazvuk nie sú spojené žiadne známe ani predpokladané environmentálne riziká.

Biologická účinnosť ultrazvuku

Viaceré štúdie preukázali, že ultrazvuk môže účinne pôsobiť na vírusy a baktérie. Štúdie dezinfekcie pomocou ultrazvukových zariadení na sterilizáciu objemových prietokov 100 gpm (galónov za minútu), čo zodpovedá 23 m3/h, preukázali približne 7 log redukciu pri víruse detskej obrny (< 5μm) a 6–7 log redukciu pri baktériách Cryptosporidium parvum. Pri hlístovcoch Heliminth ova, Ascaris (8–10μm) a mäkkýšoch larvách typu veliger kopýtka prirasteného (70μm) sa dosiahla 100% mortalita. Rovnaká miera mortality pri kopýtku prirastenom sa preukázala v prietokových systémoch s prietokom 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Pri väčších organizmoch sa dosiahla 100% miera inaktivácie a pri baktériách a vírusoch 6–7 log redukcia. Pri expozícii 20 sec v experimentálnom systéme s kontinuálnym prietokom sa dosiahla 93–98,6% inaktivácia oocýst rodu Cryptosporidium a pri expozícii 10 sec. v laboratórnom vsádzkovom reaktore sa dosiahla 4 log redukcia. Miery inaktivácie boli zaznamenané aj pri Cryptosporidium parvum (7 log), životaschopných vajíčkach helmintov (4,2 log), víruse detskej obrny (8 log), Salmonella sp. (9 log) a Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Hodnota log predstavuje počet deviatok v percentuálnom vyjadrení redukcie. Napríklad 2 log redukcia znamená, že bolo inaktivovaných 99% organizmov pôvodne prítomných vo vode. 3 log redukcia znamená, že bolo inaktivovaných 99,9% atď.
Kapacita ultrazvukových systémov závisí aj od dodávaného výkonu. Ultrazvukové zariadenia s vysokým výkonom/vysokou intenzitou vyžadujú na dosiahnutie mortality kratší čas expozície, čo umožňuje úpravu pri vyšších prietokoch. Takéto ultrazvukové systémy možno používať pri napúšťaní aj vypúšťaní balastnej vody.
(porov. Sassi et al. 2005, s. 49)

Výhody ultrazvukovej neutralizácie balastnej vody

• bez použitia chemikálií
• šetrnosť k životnému prostrediu
• účinnosť a efektívnosť
• synergické účinky
• nízke nároky na údržbu
• bezpečná a jednoduchá obsluha
• robustnosť a spoľahlivosť
• škálovateľnosť na ľubovoľnú veľkosť

Ultrazvukové zariadenia

Hielscher sa špecializuje na návrh a výrobu priemyselných ultrazvukových zariadení s vysokým výkonom určených na inštaláciu v náročných prostrediach. Prach a nečistoty, vysoká vlhkosť ani drsné podmienky nepoškodzujú priemyselné ultrazvukové zariadenia (séria UIP). Tieto zariadenia na náročnú prevádzku sú skonštruované na nepretržitú prevádzku (24h/ 7d). Skrine sa dodávajú vopred nakonfigurované a ich inštalácia a uvedenie do prevádzky sú jednoduché. Ultrazvukový systém stačí pripojiť k prívodnému potrubiu z nádrže na balastnú vodu (prívod média) a k elektrickému napájaniu.
Rôzne veľkosti ultrazvukových zariadení s ultrazvukovým výkonom 500W, 1kW, 1,5kW, 2kW, 4kW, 10kW a 16kW, ktoré možno inštalovať ako samostatnú jednotku alebo zostavu, umožňujú dosiahnuť ideálnu konfiguráciu a kapacitu spracovania.
Porozprávajte sa s nami o objeme, ktorý spracovávate! Radi vám odporučíme vhodný ultrazvukový systém zodpovedajúci požiadavkám vášho procesu.

Synergie s inými postupmi úpravy balastnej vody

Štúdie kombinovaných technológií úpravy preukázali, že ultrazvuk pôsobí veľmi synergicky v kombinácii s inými metódami dezinfekcie balastnej vody, ako sú ozón, chlórovanie, UV žiarenie, teplota alebo zvýšené tlaky. Vďaka jednoduchej inštalácii a nízkym nárokom na priestor sú ultrazvukové zariadenia ideálne vhodné na modernizáciu a zlepšenie už existujúcich systémov neutralizácie balastnej vody.
Porozprávajte sa s nami o prostredí vášho procesu! Radi vám odporučíme vhodný ultrazvukový systém na dodatočné vybavenie vášho palubného systému.