Desinfektion av barlastvatten med ultraljud

Ultraljudsbehandlingssystemet har visat sig vara effektivt för att döda bakterier, plankton och större organismer.
Desinfektion av barlastvatten med ultraljud är en mekanisk/fysikalisk behandling som gör att man undviker att dosera starka och dyra aktiva kemikalier i barlastvattnet. Detta säkerställer idealisk miljömässig acceptabilitet i kombination med hög biologisk effektivitet när det gäller att förstöra och inaktivera växt- och djurorganismer samt mikroorganismer i barlastvatten.

Bakgrund

”Om ett fartyg seglar utan last eller med endast delvis full last behöver det barlast för att bibehålla sin stabilitet och säkerhet. Vatten används ofta som barlast, men när det tas in på ursprungsorten kan en rad organismer följa med i vattnet, vanligtvis medlemmar av planktonsamhället som kan vara främmande på destinationsorten (alloktona), och de kan orsaka oönskad biologisk 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 få extremt allvarliga konsekvenser för miljön, ekonomin och folkhälsan. För att undvika introduktion av skadliga blötdjur (vandrarmusslor, asiatisk korgmussla med flera) kan olika behandlingar för sterilisering av barlastvatten (även kallad desinfektion eller neutralisering) användas. En vanlig behandling är kemisk rening av barlastvatten. De kemikalier som används är miljöskadliga och dyra. I takt med att lagkraven för hantering av barlastvatten ökar integreras alternativa behandlingar av barlastvatten – exempelvis desinfektion med ultraljud – ombord på havsgående fartyg.

Sterilisering av barlastvatten med ultraljud

Behandling av barlastvatten med ultraljud är en mekanisk/fysikalisk metod som gör att man undviker användning av skadliga och dyra kemikalier. Kavitationskrafterna dödar små vattenlevande organismer och mikroorganismer. Flera studier har redan visat att ultraljud uppnår hög biologisk effektivitet mot vandrarmusslans veligerlarver, nematoder, bakterier och virus.

Ultraljudskluster med 120kW processeffekt

Ultraljudsdesinfektion genom kavitation

Ultraljudsvågor med hög effekt genererar kavitation i form av bubblor i vätskor, vilket ger upphov till intensiva skjuvkrafter och höga mekaniska påkänningar. När intensiva ultraljudsvågor kopplas in i vätskor ger ljudvågorna som fortplantas i vätskemediet upphov till omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler, med en takt som beror på frekvensen. Under lågtryckscykeln (förtunningsfasen) 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 (kompressionsfasen). Detta fenomen kallas kavitation. Under implosionen uppnås lokalt mycket höga temperaturer (cirka 5 000K) och tryck (cirka 2 000atm). Kavitationsbubblans implosion ger också upphov till vätskestrålar med hastigheter på upp till 280m/s.
Denna mycket energirika bildning och kollaps av bubblor ger upphov till hydrodynamiska skjuvkrafter och ultraljudssvängningar som bryter sönder och sliter upp organismernas cellväggar – och därigenom effektivt dödar dem.
Vad gäller miljömässig acceptabilitet finns det inga kända eller förväntade miljöproblem förknippade med den ultraljudsassisterade tekniken.

Ultraljudets biologiska effektivitet

Flera studier har visat att ultraljud kan påverka virus och bakterier effektivt. Desinfektionsstudier med ultraljudsutrustning för sterilisering av volymflöden på 100 gpm (gallon per minut), motsvarande 23 m3/h, har visat en reduktion på cirka 7 log för poliovirus (< 5μm) och en reduktion på 6–7 log för bakterien Cryptosporidium parvum. Med nematoderna Heliminth ova, Ascaris (8–10μm) och blötdjur i form av vandrarmusslans veligerlarver (70μm) uppnåddes 100% dödlighet. Samma dödlighet för vandrarmussla har påvisats i flödessystem med 600 gpm (Buchholz et al., 1998).
Inaktiveringsgrader på 100% har uppnåtts för större organismer och en reduktion på 6–7 log för bakterier och virus. Vid 20 sec exponering i ett experimentellt system med kontinuerligt flöde har 93–98,6% inaktivering av Cryptosporidium-oocystor uppnåtts, liksom en reduktion på 4 log vid 10 sec. exponering i en satsreaktor i laboratorieskala. Inaktiveringsgrader har också rapporterats för Cryptosporidium parvum (7 log), livsdugliga helmintägg (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella sp. (9 log) och Echerichia coli (9 log) (Oemcke, 1999; Buchholz et al., 1998).
Logtalet anger antalet nior i den procentuella reduktionen. Exempelvis innebär en reduktion på 2 log att 99% av de organismer som ursprungligen fanns i vattnet har inaktiverats. En reduktion på 3 log innebär att 99,9% har inaktiverats, och så vidare.
Ultraljudssystemens kapacitet beror också på den tillförda effekten. Ultraljudsutrustning med hög effekt/hög intensitet kräver kortare exponeringstid för att dödlighet ska uppstå, vilket gör det möjligt att behandla högre flöden. Sådana ultraljudssystem kan användas vid intag och utsläpp av barlastvatten.
(jfr Sassi et al. 2005, s. 49)

Fördelar med neutralisering av barlastvatten med ultraljud

• kemikaliefri
• miljövänlig
• verkningsfull och effektiv
• synergieffekter
• lågt underhållsbehov
• säker och enkel drift
• robust och tillförlitlig
• skalbar till valfri storlek

Ultraljudsutrustning

Hielscher är specialiserat på konstruktion och tillverkning av ultraljudsutrustning med hög effekt av industrikvalitet för installation i krävande miljöer. Damm och smuts, hög luftfuktighet och tuffa miljöer skadar inte de industriella ultraljudsapparaterna (UIP-serien). Dessa apparater för krävande användning är byggda för kontinuerlig drift (24h/ 7d). Skåpen levereras förkonfigurerade och är enkla att installera och driftsätta. Ultraljudssystemet behöver endast anslutas till tilloppsledningen från barlastvattentanken (medietillförsel) och strömförsörjningen.
Ultraljudsapparater i olika storlekar med ultraljudseffekter på 500W, 1kW, 1,5kW, 2kW, 4kW, 10kW och 16kW, som kan installeras som enskilda enheter eller som kluster, möjliggör en idealisk konfiguration och bearbetningskapacitet.
Prata med oss om din bearbetningsvolym! Vi rekommenderar gärna ett lämpligt ultraljudssystem för dina processkrav.

Synergier med andra behandlingar av barlastvatten

Studier av kombinerade behandlingstekniker har visat att ultraljud ger mycket starka synergieffekter i kombination med andra metoder för desinfektion av barlastvatten, såsom ozon, klorering, UV-ljus, temperatur eller förhöjda tryck. Tack vare den enkla installationen och det lilla utrymmesbehovet är ultraljudsutrustningen idealisk för uppgradering och förbättring av redan befintliga system för neutralisering av barlastvatten.
Prata med oss om din processmiljö! Vi rekommenderar gärna ett lämpligt ultraljudssystem för eftermontering i ditt befintliga system ombord.