Desinfektion av ballastvatten med ultraljud

Ultraljudsbehandlingssystemet har visat sig vara effektivt vid avdödning av bakterier, plankton och större organismer.
Ultraljudsdesinfektion av barlastvatten är en mekanisk/fysikalisk behandling som undviker dosering av starka och dyra aktiva kemikalier i barlastvattnet. Detta säkerställer en idealisk miljöacceptans i kombination med hög biologisk effektivitet när det gäller destruktion och inaktivering av växt- och djurorganismer och mikroorganismer i barlastvatten.

Bakgrund

“Om ett fartyg seglar utan last eller delvis lastat behöver det ballast för att behålla sin stabilitet och säkerhet. Vatten används ofta som barlast, men när det samlas in i ursprungsform kan en rad organismer färdas ut i vattnet, vanligtvis medlemmar av planktonsamhället som kan vara främmande på destinationen (allokton), och de kan orsaka oönskad biogologisk förorening. För att undvika denna möjliga förorening måste vi använda ett effektivt system för att sterilisera barlastvattnet.” [Mingorance Rodríguez: 2012, 163]
Invasiva vattenlevande arter är ett av de fyra största hoten mot världshaven och kan orsaka extremt allvarliga miljömässiga, ekonomiska och folkhälsomässiga konsekvenser. För att undvika introduktion av skadedjursblötdjur (zebramusslor, den asiatiska musslan och andra) kan olika behandlingar av barlastvattensterilisering (även kallad desinfektion eller neutralisering) tillämpas. En vanlig behandling är kemisk rengöring av barlastvatten. Kemikalierna som används är miljöskadliga och dyra. I takt med att allt fler rättsliga bestämmelser för hantering av barlastvatten ökar, kan alternativa barlastvattenreningar – t.ex. genom ultraljudsdesinfektion – är integrerade ombord på fartyg.

Ultraljudssterilisering av barlastvatten

Ultraljudsbehandlingen av ballastvatten är en mekanisk/fysikalisk metod som undviker användning av skadliga och dyra kemikalier. De kavitationella krafterna dödar små vattenlevande organismer och mikroorganismer. Flera studier har redan visat att ultraljud uppnår en hög biologisk effektivitet på zebramussla, nematoder, bakterier och virus.

Ultraljud kluster med 120 kW processeffekt

Ultraljudsdesinfektion genom kavitation

Ultraljudsvågor med hög effekt genererar Kavitation bubblor i vätskor, vilket resulterar i intensiva skjuvkrafter och hög stress. När intensiva ultraljudsvågor kopplas till vätskor, resulterar ljudvågorna som sprider sig in i det flytande mediet i omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler, med hastigheter beroende på frekvensen. Under lågtryckscykeln (fasen av sällsynthet) skapar högintensiva ultraljudsvågor små vakuumbubblor eller hålrum i vätskan. När bubblorna når en volym där de inte längre kan absorbera energi, kollapsar de våldsamt under en högtryckscykel (kompressionsfas). Detta fenomen kallas Kavitation. Under implosionen uppnås mycket höga temperaturer (ca 5 000 K) och tryck (ca 2 000 atm) lokalt. Implosionen av kavitationsbubblan resulterar också i vätskestrålar med en hastighet på upp till 280 m/s.
Denna mycket energetiska bubbelbildning och kollaps resulterar i hydrodynamiska skjuvkrafter och ultraljudssvängningar, vilket bryter och stör cellväggarna hos organismer – effektivt döda dem.
När det gäller dess miljömässiga acceptans finns det inga kända eller förväntade miljöproblem förknippade med den ultraljudsassisterade tekniken.

Biologisk effektivitet av ultraljud

Flera studier har visat att ultraljud kan påverka virus och bakterier effektivt. Desinfektionsstudier med ultraljudsutrustning för att sterilisera volymströmmar på 100 gpm (gallon per minut), motsvarande 23 m3/h, har visat en minskning med cirka 7 log för poliovirus (< 5μm) och en 6-7 log reduktion för bakterierna Cryptosporidium parvum. Med nematod Helimint ägg, Ascaris Ascaris (8-10 μm) och blötdjur Zebramussla veligers (70 μm) uppnåddes 100 % mortalitet. Samma dödlighet med zebramussla har påvisats i flödessystem på 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Inaktiveringshastigheter på 100 % har uppnåtts i större organismer och en 6-7 logaritmisk minskning av bakterier och virus. Med 20 sekunders exponering i ett experimentellt kontinuerligt flödessystem, 93-98,6% inaktivering av Cryptosporidium ocyst och en 4 logaritmisk reduktion vid 10 sekunders exponering i en laboratoriesatsreaktor har uppnåtts. Inaktiveringsfrekvenser har också rapporterats för Cryptosporidium parvum (7 log), livskraftig helmint ägg (4.2 logg), poliovirus (8 logg), Salmonella sp. (9 logg) och Echerichia coli (9 logg) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Loggnumret representerar antalet 9:or i den procentuella minskningen. Till exempel innebär en 2 logaritmisk reduktion att 99 % av de organismer som ursprungligen fanns i vattnet har inaktiverats. En minskning med 3 loggar innebär att 99,9% har inaktiverats osv.
Kapaciteten hos ultraljudssystemen är också beroende av den effekt som levereras. Ultraljudsenheter med hög effekt/hög intensitet kräver mindre exponeringstid för att dödlighet ska inträffa, vilket gör att högre flödeshastigheter kan behandlas. Sådana ultraljudssystem kan användas för ballast och barlastering.
(jfr Sassi et al. 2005, s. 49)

Fördelar med ultraljudsneutralisering av ballastvatten

• icke-kemiska
• miljövänlig
• ändamålsenlig och effektiv
• Synergistiska effekter
• Lågt underhåll
• Säker och enkel användning
• Robust och pålitlig
• Skalbar till alla storlekar

Ultraljudsutrustning

Hielscher är specialiserat på design och tillverkning av ultraljudsutrustning med hög effekt av industriell kvalitet för installation i krävande miljöer. Damm & smuts, hög luftfuktighet och tuffa miljöer skadar inte de industriella ultraljudsapparaterna (UIP-serien). Dessa tunga enheter är byggda för permanent drift (24h/7d). Skåpen är förkonfigurerade och är enkla att installera och ta idrift. Ultraljudssystemet får endast anslutas till matarröret från barlastvattentanken (medieförsörjningen) och strömförsörjningen.
Olika storlekar av ultraljudsenheter med ultraljudseffekt på 500W, 1kW, 1,5 kW, 2kW, 4kW, 10kW och 16kW, som kan installeras som en enda enhet eller som ett kluster, möjliggör den perfekta konfigurations- och bearbetningskapaciteten.
Prata med oss om din bearbetningsvolym! Vi rekommenderar gärna ett lämpligt ultraljudssystem för dina processkrav.

Synergier med andra barlastvattenbehandlingar

Studier av kombinerade behandlingstekniker har visat att ultraljud fungerar mycket synergistiskt i kombination med andra barlastvattendesinfektionsmetoder, såsom ozon, klorering, UV-ljus, temperatur eller förhöjda tryck. På grund av den enkla installationen och de låga utrymmeskraven är ultraljudsutrustningen idealisk för en uppgradering och förbättring av redan befintliga barlastvattenneutraliseringssystem.
Prata med oss om din bearbetningsmiljö! Vi rekommenderar gärna ett lämpligt ultraljudssystem för att eftermontera ditt inbyggda system.