Системи за пречистване на баластни води – видове и технологии
Като цяло технологиите за пречистване на баластни води се разделят на две групи: физическо отстраняване и дезинфекциране.
Физическото отстраняване премахва организмите по време на приемане или изхвърляне на баластните води. Дезинфекцирането убива организмите или ги прави неспособни да се възпроизвеждат. Системите за пречистване на баластни води (СПБВ) използват различни комбинации от технологии.
Правило B-3 на Международната конвенция за контрол и управление на корабните баластни води и седименти (Баластната конвенция) определя кога корабите, за които се прилага конвенцията, трябва да започнат да извършват управление на баластните води в съответствие със стандартите посочени в правило D-2
Общ принцип на работа на системите за пречистване на баластни води
Физическото третиране се извършва при преминаване на водата през филтрираща система, която в общия случай основно отстранява организмите и твърдите примеси по-големи от 50 микрона. Към момента използваните в СПБВ филтри са способни да отделят организми с диаметър от 10 до 200 микрона. След това се извършва дезинфекция на организмите по-малки от 50 микрона. Дезинфекцията убива организмите или ги прави неспособни да се възпроизвеждат. Прилагат се различни технологии за дезинфекция, като химическо третиране, (напр. чрез използване на хлор), облъчване с ултравиолетова светлина (UV) и други. Обработените баластни води постъпват в баластните танкове. В някои случаи баластните води се нуждаят от повторна обработка или неутрализиране на остатъчни химически вещества преди да бъдат изхвърлени зад борд. Производителите на СПБВ използват технологиите за пречистване на баластни води в различни комбинации или поотделно. Основните от тях са показани в долната таблица.
СПБВ използващи електролиза (електрохлориране)
СПБВ с електролиза на целия поток
Когато електролизата на целия поток е съчетана с филтриране, филтърът отстранява организмите и твърдите примеси с размер по-голям от 50 микрона. Останалите организми се унищожават чрез хипохлорит генериран чрез електролиза в електролизна камера. При системите с електролиза на целия поток електролизната камера е свързана към главния тръбопровод след баластната помпа и целият поток баластни води минава през нея.
СПБВ с електролиза на част от потока
СПБВ с електролиза на част от потока отстраняват организмите и твърдите примеси с размер по-голям от 50 микрона чрез филтър. Малка част (1 – 2 процента) от общия поток след филтрирането преминава през електролизна камера, където се генерира хипохлорит с висока концентрация. Организмите се унищожават, чрез инжектиране на генерирания хипохлорит с висока концентрация в баластния тръбопровод. В сравнение със системите използващи електролиза на целия поток, високата концентрация на хипохлорит при тези системи се постига чрез преминаване на голям ток през сравнително малък обем солена вода. Те са по-малки по размери и могат да бъдат инсталирани в по-тесни пространства.
При електрохлориращите СПБВ натриевият хипохлорит, получен чрез електролизата, убива морските организми като унищожава клетъчните им ядра и мембрани.
Химичният състав на активните вещества, може да се различава според производителя на системата. Част от генерирания хипохлорит постъпва в баластните танкове за да се предотврати повторно развитие на неувредените организми в танковете. Поради това преди да бъдат изхвърлени зад борд, баластните води трябва да бъдат третирани по подходящ начин (например с натриев тиосулфат) за да се неутрализира остатъчния хипохлорит, в случай че надвишава допустимите норми за изхвърляне в морето.
Електрохлориращите СПБВ са атрактивни и предлагат рентабилни решения, особено когато голямата обща баластна вместимост, ограниченото пространство на борда на кораба и лимитирана електрическа мощност стесняват кръга от възможности за друг избор, но те имат и недостатъци.
СПБВ на принципа на електролизата са пример за използване на активни вещества. При тях е важно да се следи и поддържа концентрацията на активно вещество. Това се осъществява чрез сензор за общ остатъчен окислител (Total Residual Oxidant (TRO)). Принципът на работа на TRO сензора е, че минимална част от морската вода се инжектира в епруветка. При смесване с разтвор на DPD (N,N-диетил-р-фенилендиамин) и буферен разтвор морската вода променя цвета си. Сензорът определя концентрацията на остатъчен окислител като отчита промяна в цвета на морската вода. Важно е да се знае, че разтворът на DPD и буферният разтвор имат срок на годност.
TRO сензорът се нуждае от внимателна поддръжка за да не се нарушава нормалната му работа поради натрупване на отлагания (солни кристали и органични вещества) в епруветката. За да се решат проблемите с поддръжката има разработени амперометрични TRO сензори.
При електролизата на морската вода се отделя водород. В зависимост от използваната технология, водородът може да бъде отведен и естествено вентилиран през отдушните тръби на баластните танкове или да бъде отделен от електролизния модул, смесен с въздух посредством вентилатори и отведен към външността на кораба. В случай на пропуски на водород от системата може да се образува взривоопасна среда. Поради това в МО се монтират датчици за запалими газове, които трябва да сигнализират и спрат работата на системата при надвишаване на допустимите норми.
Солеността и температурата на третираните баластни води играят важна роля за ефективността на електрохлориращите системи. При по-ниски стойности на солеността и температурата на водата е необходимо по-високо напрежение и ампераж на постоянния ток, което води до повишена консумация на електроенергия. За производството на хипохлорит чрез електролиза е необходимо солеността на морската вода да не пада под определена стойност. Това ограничение е посочено в сертификата за типово одобряване на системата, заедно с граничните стойности необходими за нейната нормална работа и други ограничения, ако има такива. Тези ограничения трябва да бъдат взети под внимание при експлоатацията на кораба.
За да решат проблема с ограниченията на този тип системи да работят в сладка или слабо солена вода, производителите често използват някой от танковете (например ахтерпик) за да съхраняват солена вода. При баластни операции в сладки води, приеманият баласт се смесва със солената вода от ахтерпика за да се постигане необходимата за нормалната работа на системата соленост. Дебаластирането на ахтерпика може да създаде затруднения свързани с диферента на кораба при товароразтоварните операции. В някои случаи може да се използват отделни танкове за концентриран солен разтвор.
СПБВ използващи инжектиране на хлорен диоксид (ClO2)
Хлорният диоксид (ClO2) се генерира от съхранявани на борда химикали и се инжектира във водата по време на баластните операции. Генерирането на хлорен диоксид се счита за един от най-ефективните методи на химическо третиране за елиминиране на микроорганизмите.
Предимството на това активно вещество е, че за разлика от хлора, който реагирайки с органичните съединения, генерира нежелани вторични дезинфекциращи продукти (ВДП), хлорният диоксид реагира само с живи клетки и не произвежда ВДП. Тази технология не изисква вторична обработка с неутрализиращи агенти по време на операциите по дебаластиране. Решението за инжектиране на страничен (отделен от общия) поток на баластни води също осигурява допълнителна гъвкавост при инсталиране.
Тъй като не се изисква повторно третиране или неутрализиране при дебаластиране, тази система е подходяща за кораби за насипни товари с високи бордови танкове, които се дебаластират по гравитационен път на самотек. СПБВ с инжектиране на хлорен диоксид са атрактивни за кораби с ограничена електрическа мощност, но имат и недостатъци.
Високите температури на околната среда, могат да предизвикат ускорено разграждане на съхраняваните химикали. Трябва да се осигурят подходящи помещения с достатъчен капацитет за тяхното съхраняване. Изискват се допълнителна подготовка на екипажа за боравене с химикалите и допълнителни лични предпазни средства (ЛПС).
Проблем може да се окаже и снабдяването на кораба с химикали според района на плаване и правилата на пристанищните терминали.
СПБВ използващи филтриране + UV лъчение
При системите използващи филтриране + UV лъчение филтърът отделя организмите и седиментите с размер по-голям от 50 микрона. Останалите организми се стерилизират чрез облъчване с ултравиолетова светлина. Тези системи използват UV лампи с ниско (LPUV) или средно налягане (MPUV) на газа в тях, за разрушаване на клетъчните мембрани или увреждане на ДНК, убивайки организмите или правейки ги неспособни да се възпроизвеждат.
След филтриране водата преминава през UV камери и постъпва в баластните танкове. За предотвратяване на евентуален повторен растеж на микроорганизмите, баластните води се третират повторно при дебаластиране, като се байпасира филтриращата система. Трябва да се отбележи, че биологичната ефикасност на СПБВ използващи UV технологията е гарантирана само, когато те се експлоатират стриктно според инструкциите на производителя. Ефективността на UV третирането зависи от UV проводимостта на третираната вода, която зависи от нейната прозрачност, съдържание на нитрати и други вещества. Високото съдържание на тиня, седименти и органични вещества в баластните води могат да намалят ефикасността на тези системи за пречистване на баластни води.
С цел да бъдат защитени, UV лампите са поставени в кварцови тръби. За да се осигури ефективна работа на UV системите, кварцовите тръби трябва да бъдат периодично почиствани. Необходимостта от периодично почистване, използване на химикали и евентуална смяна на лампи / кварцови тръби, може да доведат до по-високи разходи за поддръжка.
Допълнително предизвикателство е третирането на баластните води при просмукване на танковете. Причината е, че водата захранваща ежектора трябва да бъде филтрирана, тъй като преминава през UV камерата заедно с просмукваните баластни води. Различните производители предлагат различни решения. Едно от тях е, в някой от танковете да се съхраняват третирани баластни води, които да се използват за захранване на ежектора. В този случай отпада необходимостта водата захранваща ежектора да преминава през филтрираща система. Друго решение е, за захранване на ежектора да се използва морска вода от заобикалящата среда. В този случай тя трябва да бъде филтрирана. Има модел на СПБВ, при който ежекторът е заменен с помпа.
Наличието на въздух постъпващ към UV камерата по време на просмукването може да създаде допълнителни проблеми. UV лампите отделят топлина, която нормално се отвежда от водния поток. Преминаващият през камерата въздух може да наруши охлаждането и да доведе до локални прегрявания и пукнатини по кварцовите тръби последвано от постъпване на вода и изгаряне на UV лампите.
Важно е да се знае, че излагането на светлина от UV лампа на СПБВ може да представлява сериозен риск за здравето на човека.
В сравнение с другите системи за пречистване на баластни води, тези системи консумират сравнително голямо количество електроенергия. В последно време обаче, консумацията на електроенергия е редуцирана до нива близки до тези на останалите СПБВ, чрез внедряване на допълнителни електрически / електронни модули и вече има UV системи с по-ниска консумация. Някои UV СПБВ имат два режима на работа – IMO режим и USCG режим. Корабите с такива системи, опериращи във водите на САЩ, трябва да ги експлоатират съгласно изискванията и условията при които са одобрени. Ограниченията за работа на системите са посочени в сертификатите за одобряване издавани от бреговата охрана на САЩ.
СПБВ използващи озониране
Предимство на СПБВ използващи озониране е че нямат филтрираща система. Но за да генерират озон, те се нуждаят от въздушен компресор, въздушен ресивер, генератор на кислород, ресивер за кислород, озонов генератор, озонов диструктор за премахване на излишния озон, охладител, озонов инжектор.
Озонът е ефективен дезинфектант за морската вода. В сладка вода обаче той бързо се разгражда и генерирането на оксиданти необходими за унищожаване на организмите намалява. Третирането на морска вода с озон поражда химични реакции, подобни на хлорирането, които водят до образуването на ефективни биоциди, като хипобромна киселина. За ефективно третиране на сладка вода се налага да се осигури необходимата соленост чрез допълнителен източник.
Въпреки че е високоефективен, озонът генерира вторични дезинфекциращи продукти (ВДП) подобни на тези при електрохлориращите системи. Наличието на общ остатъчен окислител (TRO) над допустимите норми изисква неутрализиране на изхвърляните баластни води. Това налага използването на TRO сензори за контрол на общия остатъчен окислител и количеството неутрализиращ агент. Подобно на системите използващи хлор и електрохлориране, това утежнява поддръжката, а неутрализиращият химикал увеличава оперативните разходи. За озоновия генератор и разпределителните тръбопроводи трябва да има предвидени допълнителни мерки за сигурност, като детектори за изтичане на озон, сензори за ниска и висока концентрация на кислород.
Използването на озон може да доведе до ускорена корозията на баластните танкове. Следва да се предвидят и подходящи материали за тръбопроводите, което може да увеличи капиталовите вложения при монтиране на такава СПБВ на съществуващ кораб. Преди да се пристъпи към инсталиране на такава система, трябва да се оцени нейното икономическо и експлоатационно въздействие на база на специфичните характеристики на кораба.
СПБВ използващи филтриране + фотокатализа
Предимството на тази технология е, че при нея не се използват химикали. Първо организмите и седиментите по-големи от 50 микрона се отделят от филтър. Останалите организми се стерилизират посредством радикали генерирани чрез облъчване със светлина на титаниев диоксид. Радикалите представляват атоми, молекули или йони със свободни (несдвоени) валентни електрони. Титаниевият диоксид се използва широко в козметичната, хранителновкусовата и фармацевтичната промишленост. Фотокатализата на титаниев диоксид произвежда кислород или хидроксилен радикал (OH радикал), когато титаниев диоксид се облъчи със светлина с определена дължина на вълната. Този химикал е по-голям окислител от хлора, натриевия хипохлорит, водородния пероксид и озона, които основно се използват за стерилизиране и дезинфекция. При дебаластирането се налага повторно третиране на баластните води.
СПБВ използващи инертен газ (деоксигениране)
При тези системи кислородът разтворен в баластните води се отстранява и заменя с инертен газ (въглероден диоксид или азот). Премахването на кислорода не само убива аеробните организми в баластната вода, но може да има и положителен ефект за предотвратяване на корозия – при условие че съдържанието на кислород се поддържа в необходимите норми. За да се предотврати развитието на морски организми в баластните води, достъпът на кислород до баластните танкове трябва да бъде ограничен и кислородът в баластните танкове трябва да бъде елиминиран. Технологиите за деоксигениране могат да изискват баластните води да останат в баластните танкове за продължителен период от време (напр. 96 часа или повече), за да може броят на живите организми да отговарят на определените стандарти (IMO D-2 или USCG). Деоксигенирането често се комбинира с кавитация или ултразвукова технология.
Тези системи за пречистване на баластни води предлагат редица предимства, особено при продължителни преходи. Те позволяват баластиране и дебаластиране по гравитационен път на самотек, тъй като самото третиране се извършва в баластните танкове. Не се изисква третиране или неутрализиране при дебаластирането, но може да се наложи аериране (смесване с въздух) на изхвърляните зад борд баластни води. Редуцира се корозията и се удължава животът на покритието в баластните танкове. Елиминират се проблемите свързани със съхранението на химикали на борда на кораба. Тъй като ефикасността на СПБВ използващи инертен газ / деоксигениране не зависи от солеността на баластните води, температурата, мътността или примесите на твърди вещества, тя може да бъде надеждна система за пречистване. Технологията за деоксигениране обаче изисква допълнителен разход на гориво. Обикновено се използват дестилатни горива поради опасност от замърсяване на третираните баластни води с примеси при използване на остатъчни горива. При необходимост от влизане в баластните танкове трябва стриктно да се съблюдават процедурите за влизане в затворени пространства, като преди това се осигури адекватна вентилация и безопасна среда.
СПБВ използващи филтриране + кавитация + азот
При тези системи за пречистване на баластни води приеманите баластни води преминават през филтър, където се отделят организмите и примесите по-големи от 50 микрона. Останалите организми се увреждат физически от кавитационно оборудване и се стерилизират чрез добавяне на азот, и хидроксилни йони, получени чрез електролиза.
СПБВ използващи филтриране + магнитно сепариране
При тези системи за пречистване на баластни води към приемания баласт се добавя магнитен прах, който се абсорбира от морските организми. След това те заедно с магнитния прах се отделят посредством магнит. При тази система не се налага неутрализиране или повторно третиране на баластните води, тъй като не се използват химикали и не се променят качествата на баластните води.
Инж. Филип Карагьозов
