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Die
Erfindung betrifft eine Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere
Ballastwasseraufbereitungsanlage, zur Entfernung von Sedimenten und/oder
Entfernung und/oder Abtötung
lebender Organismen, die zumindest eine Filtereinheit und zumindest
eine Desinfektionseinheit aufweist.
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Der
Transport von invasiven Organismen mit Ballastwasser stellt eine
der größten Bedrohungen der
Weltmeere dar. Zur Stabilisierung der Lage müssen Schiffe Ballastwasser
aufnehmen, wenn sie unbeladen oder nicht vollständig beladen sind. Schiffe transportieren
im Ballastwasser Sedimente und Organismen, wie z.B. Algen, und setzen
letztere beim Ablassen im Ankunftshafen/-gebiet frei. Je nach Fahrtroute
des Schiffes kommen diese natürlicherweise
in diesem Gebiet nicht vor, können
sich als invasive Organismen bei geeigneten Lebensbedingungen und
Mangel an natürlichen
Feinden durchsetzen und so zu erhebliche ökologischen, ökonomischen und
gesundheitlichen Schäden
führen.
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Die
heutige Praxis des Ballastwassermanagements ist der Ballastwasseraustausch
auf hoher See, wobei mittels Seewasser das Hafenwasser aus den Ballastwassertanks
verdrängt
wird. Hierzu wird heutzutage entweder die Durchpumpmethode verwendet
oder die Tanks erst geleert und anschließend mit Seewasser wiederbefüllt. Der
wissenschaftliche Hintergrund ist die Annahme, dass aufgrund der
unterschiedlichen Lebensbedingungen Organismen aus dem Hafenbereich
nicht auf offener See überleben
und umgekehrt. Dies ist jedoch bei einem weiten Toleranzbereich
der Organismen nicht immer gegeben und der Austausch kann aufgrund
der verwinkelten Ballastwassertankkonstruktion nie vollständig erfolgen.
Zu dem ist er sehr zeitintensiv, z. B. kann er bei einem großen Rohöltanker
mit 100 000 t Ballastwasser an Bord Tage dauern. Häufig wird
aus Gründen
der Sicherheit des Schiffes und der Crew, z. B. bei Schlechtwetterbedingungen,
ganz auf den Austausch auf hoher See verzichtet.
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Es
ist daher erforderlich, den bisher üblichen Ballastwasseraustausch
durch eine effiziente Ballastwasserbehandlung an Bord von Schiffen
zu ersetzen, um die weitere weltweite Verbreitung von invasiven
Organismen durch den Transport im Ballastwasser zu unterbinden.
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Neben
der hohen biologischen Wirksamkeit ist die Hauptforderung, dass
das Behandlungsverfahren in den Betrieb des Schiffes und des Ballastwassersystems
integrierbar ist. Wichtig ist hierbei, dass die Ballastwasserbehandlung
mit hohen Volumenströmen
im Bereich von 50-7000 m3/h unterbrechungsfrei
funktioniert. Weitere Anforderungen sind ein hoher Automatisierungsgrad,
geringer Wartungsbedarf, geeignete Werkstoffwahl, keine Verstärkung der
Korrosion durch das Desinfektionsverfahren sowie Berücksichtigung
der Einbausituation an Bord.
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Im
Vergleich zu jetzigen Ballastwassersystemen an Bord, bei denen es
sich um Rohrleitungssysteme zur Befüllung und Entleerung der Ballastwassertanks
handelt, muss bei der Installation von Behandlungssystemen beachtet
werden, dass ein Teil des gereinigten Wassers zum Abschlämmen der
Abscheider, z. B. zum Rückspülen des
Filter, verwendet wird. Um die Zeit der Ballastwasseraufnahme und damit
die Liegezeit des Schiffes nicht zu verlängern, ist es notwendig, Abscheider
zu wählen,
welche eine hohe Ballastwassernettoproduktion auch bei hohen Sedimentgehalten
im Ballastwasser aufweisen.
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Die
Ballastwasserbehandlungsanlage muss alle weltweit vorkommenden Wasserqualitäten bewältigen können. Die
biologische und chemisch-physikalische Wasserqualität ist starken
geographischen, klimatischen und saisonalen Schwankungen unterworfen.
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Ballastwasser
kann aus Fluss-, Brack- und Meerwasser bestehen und lässt dadurch
eine außerordentliche
Vielfalt an Organismen zu, die bei der Ballastwasserbehandlung entfernt
und/oder abgetötet
werden müssen.
Die relevanten Organismengruppen umfassen Fische, Weich- und Schalentiere,
Zooplankton, Phytoplankton, Cysten, Bakterien sowie Viren.
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Bei
den chemisch-physikalischen Wasserparametern sind insbesondere die
Partikelgrößenverteilung
und die suspendierte Sedimentkonzentration (Messparameter: Abfiltrierbare
Stoffe) entscheidend für
die Aufbereitung. Neben den genannten Einflussfaktoren hängen diese
zusätzlich
von den lokalen Gegebenheiten am Ort der Ballastwasseraufnahme ab,
wie Wind- und Tideneinfluss, benachbarte Schiffsbewegungen, Benutzung
des Antriebes und des Bugstrahlruders, welche zur Aufwirbelung von abgelagerten
Sedimenten und dadurch erhöhten Konzentrationen
führen.
Insbesondere in den tidenbeeinflussten Häfen treten sehr hohe Sedimentkonzentrationen
auf.
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Bekannt
sind Anlagen mit einem oder mehreren größeren mechanischen Abscheidern,
welche jedoch nicht der Einbausituation an Bord gerecht werden und
z.B. die übliche
Deckshöhe
von 2.5 m überschreiten.
Die Ablagerung von Sedimenten in den Ballastwassertanks verursacht
hohe Kosten durch den Verlust an Ladekapazität und Tankreinigung. Einige
Anlagen haben einen hohen Druckverlust oder benötigen einen hohen Förderdruck
der Ballastwasserpumpe. Die Förderhöhen heutiger
Ballastwasserpumpen liegen im Bereich von 1,5-4 bar und diese lassen
sich nur begrenzt erhöhen.
Die Verwendung von UV-Systemen zur Desinfektion von Ballastwassser
(
WO 02/074 692 ) ist
aufgrund der geringen Transmission des Wassers nicht geeignet.
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Die
Verwendung von Kavitation zur Desinfektion, z.B. erzeugt durch Veränderungen
des Strömungsprofils
(
WO 2005/108 301 )
oder durch Ultraschall (
WO
2005/076 771 ) in der Rohrleitung, benötigt einen sehr hohen Energieaufwand
und ist aufgrund der wirkenden Kräfte immer mit Materialschäden, z.B.
an den Rohrleitungen, verbunden.
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Andere
bekannte Desinfektionsverfahren wie die Anwendung von Ozon (
WO 2006/086 073 ) oder
Chlordioxid (
WO 02/44089 )
bedingen, dass diese Stoffe aufwendig an Bord erst produziert werden müssen. Im
Falle von Chlordioxid ist die Mischung von zwei gefährlichen
Chemikalien vor der Zudosierung notwendig. Bei Ozon besteht ebenso
eine Gesundheitsgefahr für
die Crew. Ozon gast aus dem Wasser aus und da die Ballastwassertanks
keine geschlossenen Behälter
sind, sondern abgehende Luftleitungen besitzen, kann das toxische
Ozongas in die Umgebungsatmosphäre
gelangen. Zudem ist noch nicht abschließend geklärt, ob Ozon eine verstärkte Korrosion
an den Materialien bewirkt, die im Ballastwasserrohrleitungs- und
Tanksystem eingesetzt werden. Aufgrund des pH-Wertes zwischen 7-8.5 im Meerwasser
kann es aufgrund der höheren
Bromid-Konzentration
bei der Ozonung zur Bildung des krebserregenden Bromats kommen.
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Bei
der Zudosierung von Bioziden als fertige handelsübliche Chemikalien (
EP 1 006 084 ,
EP 1 447 384 ) muss beachtet werden,
dass diese eine gewisse Einwirkzeit im Bereich von Stunden bis Tagen
benötigen
und auch nur für
eine gewisse Zeit eine Wirkung haben. Wenn die Wirkdauer in den
Ballastwassertanks kürzer
als die Fahrtdauer ist, muss gegebenenfalls das Biozid an Bord nachdosiert
werden. Ist die Wirkdauer jedoch nicht verstrichen und damit das
Biozid noch nicht verbraucht, so darf das Ballastwasser aus Umweltgründen noch
nicht abgeben werden. Hier kann es zu starken Einschränkungen
im Ballastwasserbetrieb kommen.
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Konventionelle
Chlorelektrolysen benötigen eine
Mindestleitfähigkeit
im Wasser zur Produktion von Desinfektionsmittel (z.B.
WO 2005 061 394 ). Da die meisten
Schiffe für
weltweite Fahrt ausgelegt sind, ist hier ein Anwendungsbereich im
Flusswasser (Süßwasser)
nicht möglich.
Bei geringen Leiffähigkeiten
im Flusswasser muss das Desinfektionsmittel zunächst aus einer Salzsole (
WO 03/ 023 089 ) oder durch
Salzzugabe (
US 2006/0113257 )
mittels Elektrolyse produziert werden. Diese Vorgehensweise hat
den Nachteil, dass Chemikalien an Bord angeliefert, gelagert und
vor der Dosierung manuell angesetzt werden müssen.
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Weiterhin
nachteilig ist, dass das bei der konventionellen Elektrolyse entstandene
Restchlor nicht direkt mit dem Ballastwasser in die Umwelt abgegeben
werden darf.
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Es
muss entweder eine Haltezeit vor Abgabe des Wassers an Bord eingehalten
werden, bis die Restkonzentration gegen Null gefallen ist (
WO 2006/003 723 ), oder
die Restchlorkonzentration muss durch Zugabe eines Reduktionsmittel,
z.B. Natriumsulfit (
US 2006/0113257 )
oder Natriumthiosulfat (
WO
2004/054 932 ), zerstört
werden. Dadurch wird die Anlieferungslogistik, Lagerung. Handhabung
und Dosierung einer weiteren Chemikalie an Bord erforderlich.
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Üblicherweise
erfolgt die Dosierung von Desinfektionsmittel in der Wasseraufbereitung
volumenstromproportional (
EP
1 447 384 ) oder aufgrund der online Messung der Konzentration
des Desinfektionsmittels im Ablauf und entsprechender Nachregelung
des Desinfektionsprozesses (
US
20060113257 ,
WO 2005061394 ).
Hierbei wird die direkte Wirkung der Behandlung wie die Abtötung von
lebenden Organismen nicht erfasst.
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Nachteilig
ist, dass die volumenstromproportionale Dosierung nur ein konstantes
Dosierverhältnis
erlaubt, berücksichtigt
jedoch nicht die Schwankungen in der Wasserqualität und damit
die dadurch verursachte unterschiedliche Zehrung an Desinfektionsmittel
im Wasser.
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Die üblichen
online Messverfahren zur Regelung von Desinfektionsprozessen beruhen
auf der Messung der Desinfektionsmittelkonzentration nach Abschluss
der Behandlung. Hierzu werden meist im Bypass zum Hauptstrom potentiostatische
Meßzellen
mit einem Sensor eingesetzt, wobei die Konzentration der Oxidationsmittel
Chlor (freies und/oder gesamt Chlor), Chlordioxid, Ozon, Brom aber
auch OH-Radikale online bestimmt und als Regelgröße für die Desinfektion verwendet
wird. Ein integriertes Filter vor dem Sensor soll Störungen verhindern,
verstopft jedoch leicht. Bei der Messung von feststoff- und algenhaltigem
Oberflächenwasser
kommt es zur Ansammlung von Partikeln und zum Biofouling in der Messzelle,
welche zu einem zusätzlichen
Verbrauch des Desinfektionsmittels führen und dadurch die Messung
verfälschen
können.
Zur Vermeidung ist eine hoher Wartungsaufwand erforderlich, der
allgemein aufgrund der geringen Anzahl der Crew-Mitglieder an Bord
nicht geleistet werden kann. Liegen mehrere Oxidationsmittel gleichzeitig
im Wasser vor, so ist keine Unterscheidung zwischen den Desinfektionsmitteln
möglich
und es wird eine Restkonzentration aller Oxidationsmittel erfasst.
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Die Überwachung
des Betriebes heutiger Ballastwassersysteme erfolgt über Volumenstrommessungen
und/oder Füllstandsmessungen
in den Ballastwassertanks und entsprechender Datenspeicherung. Der
Wechsel im Füllstand
wird bei einem bekannten Ballastwasserbehandlungsverfahren genutzt,
um nachzuweisen, dass die Ballastwassertanks geleert und über Pumpen
abgegeben wurde (
WO 2005/10830 ).
Dies ist jedoch kein Nachweis, dass das Ballastwasser auch behandelt
wurde.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere
Ballastwasseraufbereitungsanlage, zur Entfernung von Sedimenten
und/oder Entfernung und/oder Abtötung
lebender Organismen zu schaffen, die diese Nachteile überwindet
und eine zuverlässige
Wasseraufbereitung unter Einhaltung vorgegebener Grenzwerte bezüglich der
Anzahl von lebenden Organismen pro Volumeneinheit des Wassers gewährleistet,
die insbesondere den Anforderungen an eine Ballastwasseraufbereitungsanlage
in Schiffen gerecht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Wasseraufbereitungsanlage gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Besonders
vorteilhaft ist dabei, dass die Anlage eine Detektionseinheit aufweist,
mittels derer die Anzahl lebender Organismen vorgebbarer Größe pro Volumeneinheit
des Wassers ermittelbar ist, und dass die Anlage eine Steuereinheit
aufweist, mittels derer die Desinfektionseinheit in Abhängigkeit
der ermittelten Anzahl lebender Organismen steuerbar ist.
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Durch
eine Ermittlung der tatsächlichen
Anzahl lebender Organismen vorgebbarer Größe pro Volumeneinheit des Wassers
ist es somit möglich, die
Desinfektionseinheit exakt zu regeln, d.h. dass weder eine zu geringe
Desinfektion noch eine zu starke Desinfektion des Wassers erfolgt.
Die Anlage ist nicht auf die Aufbereitung von Ballastwasser beschränkt, sie
kann ebenfalls allgemein zur Aufbereitung von Brauchwasser sowohl
an Bord von Schiffen als auch an Land verwendet werden. Durch die
Ermittlung der Anzahl lebender Organismen pro Volumeneinheit des
Wassers, die dann die Basis der Regelung der Desinfektionseinheit
bildet, ist es möglich die
Anlage den verschärften
Umweltstandards anzupassen und vorgebbare Grenzwerte einzuhalten,
insbesondere zur Einhaltung des IMO Performance Standards D2, mit
dem international verbindliche Grenzwerte für die Einleitung von Ballastwasser
in die Umwelt vorgegeben werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bevorzugt
ist die Detektionseinheit der Desinfektionseinheit nachgeschaltet.
Hierdurch ist es möglich,
die Wasserqualität
des aus der Desinfektionseinheit austretenden Wassers unmittelbar
zu bestimmen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Detektionseinheit zur Detektion lebender
Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen ein Fluorometer aufweist,
mittels dessen die minimale Fluoreszenz und die maximale Fluoreszenz
bezogen auf eine Volumeneinheit des Wassers ermittelbar ist, und
die eine Auswerteeinheit aufweist, mittels derer eine Berechnung
der variablen Fluoreszenz sowie eine Berechnung der Anzahl lebender
Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen einer Referenzart durchführbar ist.
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Dabei
bezeichnet die minimale Fluoreszenz Fo die Fluoreszenz aus lebenden
und toten Zellen, die maximale Fluoreszenz Fm entspricht der Fluoreszenz,
bei der zumindest annähernd
alle primären Elektronenakzeptoren
reduziert sind, und die variable Fluoreszenz Fv entspricht der Differenz
zwischen der maximalen Fluoreszenz Fm und der minimalen Fluoreszenz
Fo, jeweils bezogen auf das in dem Messraum befindliche Wasser und/oder
Organismen, welches zu prüfen
ist.
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Zur
Ermittlung lebender Zellen bzw. Organismen im Wasser kann mittels
eines Fluorometers die Fluoreszenz erfasst werden. Dabei können zwei
Zustände
unterschieden werden, zum einen die minimale Fluoreszenz Fo (dunkler
Zustand) sowie die maximale Fluoreszenz Fm bei einem Eintrag von Licht,
insbesondere von Licht vorgegebener Wellenlänge. Es hat sich überraschend
gezeigt, dass die Differenz von maximaler Fluoreszenz Fm minus der minimalen
Fluoreszenz Fo, d. h. die variable Fluoreszenz Fv, ein Maß für die Anzahl
lebender Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen in dem Messraum
bzw. der Prüfmenge
des Wassers und/oder der Organismen ist, da die variable Fluoreszenz
Fv und die Anzahl lebender Zellen korrelieren.
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Durch
eine Messung von minimaler Fluoreszenz Fo (ohne Beleuchtung), eine
Messung der maximalen Fluoreszenz Fm (bei Beleuchtung) sowie die Berechnung
der variablen Fluoreszenz Fv durch Bildung der Differenz Fm minus
Fo, kann die Anzahl lebender Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen
einer Referenzart in dem Messraum bzw. der Prüfmenge des Wassers und/oder
der Organismen berechnet werden.
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Alternativ
oder kumulativ zu der Berechnung der variablen Fluoreszenz Fv durch
Bildung der Differenz von maximaler Fluoreszenz Fm minus minimaler
Fluoreszenz Fo ist es auch möglich,
den dynamischen Verlauf einer Fluoreszenzinduktionskurve in einem
Messraum zu erfassen, insbesondere durch eine teilweise oder vollständige Erfassung
des zeitlichen Verlaufs der Fluoreszenzinduktionskurve, und Gewinnung
der fehlenden Informationen durch Interpolation mittels eines mathematischen
Models.
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Die
Intensität
des fluoreszierenden Lichtes ist direkt proportional zur Anzahl
der Zellen einer Referenzart in dem Messraum respektive der Prüfmenge in/aus
dem Wasser, d. h. der Zusammenhang folgt einer Geraden, wobei die
Steigung der Proportionalitätsgeraden
wiederum ein Maß für die Größe der einzelnen
Zellen ist.
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Vorzugsweise
weist die Detektionseinheit zur Detektion lebender Phytoplanktonzellen
und/oder Mikroorganismen ein Fluorometer auf, wobei das Fluorometer
zumindest eine Lichtquelle und zumindest einen Detektor aufweist.
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Bevorzugt
weist die Detektionseinheit einen Prüfraum auf, der durch eine Küvette, insbesondere aus
Glas oder Kunststoff bestehend, gebildet ist.
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Bei
dem „Prüfraum" kann es sich um
ein Testvolumen handeln, welches mit dem zu untersuchenden Wasser
gefüllt
ist, d. h. eine Wasserprobe, es kann sich jedoch auch um einen Membranfilter handeln,
mittels dessen eine bestimmte Menge des zu untersuchenden Wassers
filtriert wurde und wobei die Messung der minimalen Fluoreszenz
Fo und der maximalen Fluoreszenz Fm direkt mit der Zellschicht auf
der Fläche
des Membranfilters ohne Wasser erfolgt.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Detektionseinheit zumindest eine pulsierende Lichtquelle
und/oder zumindest eine kontinuierliche Lichtquelle, insbesondere
LEDs, aufweist.
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Bevorzugt
weist die Detektionseinheit mehrere Lichtquellen auf, insbesondere
zumindest eine Lichtquelle pulsierenden Lichts, insbesondere blauen Lichts
mit einer Wellenlänge
von etwa 420 nm, und/oder zumindest eine Lichtquelle kontinuierlichen Lichts,
insbesondere roten Lichts mit einer Wellenlänge von 660 nm, und/oder eine
Lichtquelle mit einer Wellenlänge
von mehr als 700 nm.
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Vorzugsweise
ist eine Speichereinheit angeordnet, mittels derer die ermittelte
Anzahl lebender Organismen pro Volumeneinheit des Wassers flüchtig oder
dauerhaft speicherbar ist, insbesondere zu Dokumentationszwecken.
Hierdurch wird eine überprüfbare Dokumentation
ermöglicht.
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Die
Detektionseinheit kann mit der Steuereinheit und einer Speichereinheit
der Anlage verbunden sein. Dies ermöglicht dadurch den Nachweis
der erfolgreichen Behandlung. Dieser kann neben den Angaben wie
die Dauer und die Art des Ballastwasserbetriebes (Ballastwasseraufnahme
oder -abgabe) als Nachweis im sog. Ballast Water Record Book genutzt
werden.
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Vorzugsweise
weist die Anlage eine Schnittstelle zu einem Positionierungssystem
und/oder Navigationssystem auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsart
ist die Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere die Steuereinheit
der Wasseraufbereitungsanlage, mit einem Kontrollsystem des Schiffes
und/oder mit dem GPS (Global Positioning System) des Schiffes, z.B.
vom Navigationssystem, gekoppelt.
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Alternativ
können
die Daten auch per Satellitenfunk abgerufen, übertragen, extern gespeichert und
verarbeitet werden. In allen Fällen
ist es möglich nachzuweisen,
an welcher Position, mit welcher Behandlungseffizienz und in welcher
Menge Wasser bzw. Ballastwasser aufgenommen bzw. behandeltes Wasser
bzw. Ballastwasser in die Umwelt gegeben wurde. Dies erleichtert
mögliche
Kontrollen der gesetzlichen Auflagen z.B. bei Hafenstaatkontrollen.
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Vorzugsweise
weist die Filtereinheit mehrere in Reihe und/oder parallel angeordnete
Filter, insbesondere rückspülbare Filter,
auf. Hierdurch ist es möglich,
die Qualität
der Filterung zu erhöhen und/oder
große
Volumenströme
zu filtern.
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Vorzugsweise
weist die Filtereinheit zumindest zwei parallel geschaltete Feinfilter
mit einer nominellen Filterfeinheit von kleiner oder gleich 50 μm auf.
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Insbesondere
kann bei Anordnung mehrerer paralleler Filter die Filtereinheit
in der Weise betrieben werden, dass zumindest ein Filter der Filterung des
aufzubereitenden Wassers dient, während gleichzeitig ein paralleler
Filter im Rückspülbetrieb gereinigt
wird. Mit mehreren Filtern ist die Filtereinheit derart betreibbar,
dass jeder einzelne Filter nach einer Betriebszeit im Filterbetrieb
rückgespült wird, während gleichzeitig
in zumindest einem parallelen Filter weiterhin Wasser gefiltert
wird. Auf diese Weise kann eine regelmäßige Rückspülung eines jeden einzelnen
Filters erfolgen, wodurch eine gleich bleibende Qualität der Filterung
gewährleistet
werden kann und einem Verstopfen respektive Beschädigungen vorgebeugt
wird, indem die parallel geschalteten Filter jeweils nacheinander
einzeln rückgespült werden.
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Bevorzugt
weist die Filtereinheit zumindest ein Hydrozyklon auf, insbesondere
mehrere parallel geschaltete Hydrozyklone, insbesondere Hydrozyklon/e
mit einem Trennkorn von 30 μm
bis 60 μm.
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Bevorzugt
weist die Filtereinheit zumindest ein Grobfilter auf, insbesondere
ein Grobfilter mit einer nominellen Filterfeinheit von mehr als
50 μm.
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Durch
die mechanische Vorabtrennung ist die weitgehende Abtrennung von
Partikeln und Organismen zur Entlastung der nachfolgenden Desinfektion
und Verminderung des Desinfektionsmittelverbrauchs möglich. Zudem
müssen
einige Organismen, wie resistente Ruhestadien, zuvor mechanisch abgetrennt
werden, da diese durch Desinfektionmittel alleine nicht ausreichend
geschädigt
werden.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein Drucksensor angeordnet, mittels dessen der Druckabfall über der Filtereinheit
ermittelbar ist.
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Bevorzugt
erfolgt ein Rückspülen des
oder der Filter bei Überschreitung
eines vorgebbaren Grenzwertes für
einen Druckabfall über
der Filtereinheit und/oder nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne.
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Vorzugsweise
erfolgt ein Rückspülen des oder
der Filter mittels einer Rückspülpumpe,
insbesondere mit einem hohen Rückspülwasserdruck,
insbesondere mit einem Rückspülwasserdruck
von 4 bar bis 7 bar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Filtereinheit mehrere parallel geschaltete Filter auf,
wobei jeder einzelne Filter mittels eines steuerbaren Ventils zu-
oder abschaltbar ist.
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Vorzugsweise
ist die Filtereinheit über
zumindest ein steuerbares Ventil an eine Rohwasserleitung angeschlossen,
wobei die Rohwasserleitung bei geschlossenem Ventil einen Bypass
bildet.
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Bevorzugt
ist eine Förderpumpe
angeordnet, insbesondere ist vorteilhaft, wenn eine Förderpumpe der
Filtereinheit vorgeschaltet ist.
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Vorzugsweise
ist eine Rückspülpumpe angeordnet.
Eine derartige Rückspülpumpe dient
der Förderung
von Wasser im Rückspülbetrieb
der Ablage. Die Rückspülung und
damit die Reinigungswirkung insbesondere der Filter ist umso effektiver,
je höher der
Rückspülwasserdruck
ist.
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Vorzugsweise
weist die Anlage zumindest einen Tank, insbesondere einen Ballastwassertank, auf.
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Bevorzugt
erfolgt eine Rückspülung der
Anlage oder einzelner Komponenten der Anlage mit Trinkwasser und/oder
mit technischem Wasser und/oder mit mittels der Anlage aufbereitetem
Wasser.
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Vorzugsweise
ist ein Aufbewahrungstank zur Aufnahme rückgespülter Filterschlämme angeordnet.
Alternativ kann jedoch auch eine Einleitung rückgespülter Filterschlämme in die
Umwelt erfolgen, da im Falle eines Ballastens die Filterschlämme nur
jene Organismen aus der unmittelbaren Umgebung enthalten.
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Bevorzugt
weist die Anlage einen absperrbaren Bypass auf. Ein derartiger Bypass
gestattet einen Bypassnotbetrieb der Anlage, um bei dem Ausfall
einer oder mehrerer Komponenten, z.B. durch eine Verstopfung, die
eine manuelle Reinigung erfordert, die Sicherheit des Schiffes gewährleisten
zu können und
ein Ballasten des Schiffes jederzeit zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein Sensor zur Messung des Volumenstromes angeordnet,
insbesondere kann ein Sensor zur Messung des Volumenstromes in einer
Rohwasserleitung angeordnet sein.
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Vorzugsweise
ist ein Sensor zur Messung des Volumenstromes in einer Ablaufwasserleitung und/oder
in einer Rückspülwasserleitung
angeordnet
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Bevorzugt
erfolgt die Desinfektion ohne externe Zudosierung von Chemikalien.
Durch den Verzicht auf eine Zugabe von Chemikalien zur Desinfektion
des Wassers ist ein mit Gefahren verbundener Transport sowie die
Handhabung und Anwendung gefährlicher
Chemikalien in gasförmiger,
flüssiger oder
fester Form nicht erforderlich.
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Vorzugsweise
weist die Desinfektionseinheit zumindest eine Elektrolysezelle auf,
die in Abhängigkeit
der ermittelten Anzahl lebender Organismen, insbesondere lebender
Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen, steuerbar ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Desinfektionseinheit mehrere schaltbare parallele Stränge mit
jeweils zumindest einer Elektrolysezelle auf. Durch die Parallelschaltung
mehrerer Stränge können sehr
hohe Volumenströme
realisiert werden, die ein effektives und schnelles Ballasten und
Deballasten gestatten.
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Vorzugsweise
sind mittels der Desinfektionseinheit kurzlebige Oxidationsprodukte
erzeugbar, die eine direkte Einleitung des aufbereiteten Wassers
in die Umwelt gestatten.
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Bevorzugt
weist die Anlage eine Entgasungs- und/oder Entlüftungsvorrichtung auf, insbesondere
kann eine Entgasungs- und/oder Entlüftungsvorrichtung der Desinfektionseinheit
nachgeschaltet sein.
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Vorzugsweise
ist die Anlage in einem Rückspül- und/oder
Tankleerungsmodus betreibbar, bei dem eine Desinfektion, die in
Abhängigkeit
der mittels der Detektionseinheit ermittelten Anzahl lebender Organismen
vorgebbarer Größe pro Volumeneinheit
des Wassers steuerbar ist, mittels der Desinfektionseinheit und/oder
eine Filterung mittels der Filtereinheit erfolgt.
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Durch
eine Überwachung
der Wasserqualität und
eine Desinfektion des Wassers können
Einleitgrenzwerte eingehalten werden, da die Steuerung der Desinfektionseinheit,
die der Desinfektion des Wassers bei einem Rückspül- und/oder Tankleerungsmodus dient, in
Abhängigkeit
der mittels der Detektionseinheit ermittelten Anzahl lebender Organismen
vorgebbarer Größe pro Volumeneinheit
des Wassers erfolgt, da sich die bei der Befüllung des Tanks in dem Wasser
befindlichen restlichen Organismen während der Lagerzeit in dem
Tank vermehrt haben können.
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Vorzugsweise
ist die Anlage in einem Notbetriebsmodus betreibbar, bei dem ein
Befüllen
zumindest eines Ballastwassertanks über eine Bypassleitung unter
Umgehung der Filtereinheit und/oder der Desinfektionseinheit und/oder
der Detektionseinheit erfolgt. Hierdurch kann gewährleistet
werden, dass die Sicherheit des Schiffs auch bei Ausfall einzelner Komponenten
nicht gefährdet
ist, da ein Ballasten und Deballasten stets möglich ist.
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Bevorzugt
weist die Anlage einen modularen Aufbau auf, wobei insbesondere
die Filtereinheit und die Desinfektionseinheit jeweils ein Modul
bilden. Alternativ kann die Filtereinheit in mehrere Module wie Grobabscheider
und Feinfilter aufgeteilt sein.
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Durch
den modularen Aufbau ist eine bessere Integration der Ballastwasserbehandlungsanlage in
das Schiff und sein Ballastwassersystem möglich. Die zu behandelnden
Volumenströme
können
sowohl durch Parallelsetzung von mehreren Behandlungsanlagen und/oder
von einzelnen Behandlungsaggregaten bzw. Behandlungsmodulen (Grobabscheider,
Feinfilter, Elektrolysezellen) erreicht werden.
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Durch
das modulare Design kann die Anlage spezifisch an das jeweilige
Schiff angepasst werden, um das Platzangebot und die Rohrleitungsführung optimal
auszunutzen. Der Druckverlust der Anlage ist sehr gering und liegt
insbesondere unter 1.5 bar, so dass Ballastwasserpumpen mit den
heute verfügbaren
Förderhöhen verwendet
werden und auch weiterhin hochgelegene Ballastwassertanks befüllt werden können. Bei
allen Komponenten liegt die Aggregathöhe inklusive Wartungshöhe vorzugsweise
unterhalb der gängigen
Deckshöhe
von 2.5 m.
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Die
Wasseraufbereitung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage umfasst
folgende Behandlungsschritte:
- 1. Weitgehende
mechanische Abtrennung von Partikeln und Sedimenten und einer hohen
Anzahl an Organismen während
der Ballastwasseraufnahme;
- 2. Anschließende
Desinfektion zur weiteren Verminderung der lebenden Organismenzahlen
vor den Ballastwassertanks bei der Ballastwasseraufnahme;
- 3. Abschließende
Desinfektion während
der Ballastwasserabgabe zur Einhaltung vorgegebener Grenzwerte bzw.
eines vorgegebenen Ablassstandards, insbesondere zur Einhaltung
des IMO Performance Standards D2.
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Zunächst erfolgt
eine weitergehende mechanische Abtrennung mit Hilfe von Grobabscheidern, insbesondere
mit zumindest zwei parallel geschalteten Hydrozyklonen und/oder
mit mindestens einem Grobfilter; und/oder zumindest zwei Feinfiltern
statt. Durch die weitergehende mechanische Abtrennung mit nomineller
Filterfeinheit von ≤ 50 μm bei der
Ballastwasseraufnahme wird ein Großteil der Organismen aber auch
Sedimente und Schwebstoffe entfernt. Hierzu wird bevorzugt ein Scheibenfiltersystem verwendet.
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Durch
die mechanische Vorabscheidung wird die Desinfektionsstufe entlastet,
welche entsprechend kleiner ausgelegt werden kann. Die Desinfektion
erfolgt ohne Zugabe von Chemikalien, um die Anzahl der lebenden
Organismen weiter zu reduzieren, bevor sie in die Ballastwassertanks
gelangen. Da die restlichen Organismen sich während der Überfahrt dort vermehren und
wachsen können,
wird die Desinfektion erneut beim Abpumpen des Ballastwassers verwendet,
da die geforderten Ablassgrenzwerte einzuhalten sind, denn die internationale
IMO Ballastwasser Konvention fordert den Standard direkt am Ablass
des Schiffes.
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Der
Rückspülbetrieb
der Filter wird eingeleitet, wenn ein vorgegebener Druckverlust
zwischen Zu- und Ablaufseite erreicht wird, der durch eine Druckdifferenzmessung
erfasst wird. In diesem Falle wird über die Steuereinrichtung die
Rückspülung des ersten
Filtergehäuses
eingeleitet und anschließend nacheinander
die weiteren Filtergehäuse
rückgespült. Alternative
erfolgt die Rückspülung, wenn
die vorgegebene Druckdifferenz in einem vorgegebenen Zeitintervall
nicht auftritt nach Ablauf dieses Zeitintervalls.
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Die
elektrolytische Desinfektion ist direkt in der Ballastwasserrohrleitung
installiert und nimmt im Durchmesser nur wenig mehr Platz ein als
die Flansche, mit denen sie an die Rohrleitung verbunden ist. Eine
Logistik, Handhabung und Zudosierung von Chemikalien an Bord ist
hier nicht notwendig und wird dadurch der knappen Zeit und geringen
Crewanzahl im Bordbetrieb gerecht. Durch die insitu-Produktion in
der Rohrleitung kommt die Crew mit dem Oxidationsmittel nicht in
Kontakt und es besteht keine Sicherheitsgefahr.
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Im
Gegensatz zur konventionellen Elektrolyse kann die hier verwendete
Elektrolyse weniger abhängig
von der Leitfähigkeit
des Wassers betrieben werden, insbesondere bei Süßwasser, insbesondere bei Süßwasser
mit einer elektrischen Leitfähigkeit von
50 mS/m.
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Direkt
in der Elektrolysezelle entsteht ein Gemisch aus verschiedenen Desinfektion- und Oxidationsmitteln,
insbesondere OH- und Sauerstoffradikale und freies Chlor. Dies ist
vorteilhaft, da wegen der starken Diversität und unterschiedlichen Empfindlichkeiten
der marinen Organismen kein Desinfektionsmittel alleine in der Lage
ist, alle Organismenarten abzutöten.
Eine bestimmte Einwirkzeit während
der Desinfektion muss nicht eingehalten werden. Die Bildung von
Wasserstoff und Desinfektionsnebenprodukten ist geringer als bei
konventionellen Elektrolysesystemen. Der entstehende Wasserstoff
wird über einen
Dauerbe- und entlüfter
oder über
eine aktive Ent-/Begasung entfernt. Die Konzentration von gebildeten
Desinfektionsnebenprodukten liegt unter den Werten der WHO Guidelines
for Drinking Water Quality.
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Die
Elektrolysezelle wird so betrieben, dass die produzierten Oxidationsmittel
nach 5-30 min nicht mehr
nachweisbar sind und die Restkonzentration dem natürlichen
Blindwert im Wasser entspricht. Dadurch ist eine Gefahr für die Umwelt
gemindert und das Ballastwasser kann bei der Abgabe eine zweites Mal
desinfiziert werden und direkt in die Umwelt eingeleitet werden.
Des weiteren kann sie flexibel bei verschiedenen Methoden zum Deballasten
betrieben werden, z.B. wenn zusätzlich
Injektoren zum Entleeren der Tanks eingesetzt werden.
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Die
direkte zeitnahe Effizienzregelung der Desinfektion durch die Steuerung
in Abhängigkeit
der Detektion von lebenden Organismen, wie z.B. Algen, im Wasser
verhindert, dass höhere
Oxidationsmittelkonzentrationen im Ablauf vorliegen als notwendig sind,
senkt dadurch den Stromverbrauch und vermeidet weitere Schäden wie
Korrosion in den nachfolgenden Ballastwasserrohrleitungs- und -tanksystem sowie
unnötig
hohe Oxidationsmittelkonzentrationen bei der Abgabe in die Umwelt.
Eine externe Zugabe von Reduktionsmittel zur Zerstörung der
Restkonzentration an Oxidationsmittel vor der Abgabe ist somit nicht
notwendig. Durch diese Regelung und den schnellen Zerfall der gebildeten
Oxidationsmittel kann diese Wasseraufbereitungsanlage in offenen Systemen
mit direkter Einleitung in die Umwelt angewendet werden. Daher kann
die Anlage auch zur Aufbereitung anderer mariner Wässer, z.B.
bei Anwendungen in der Offshore-Industrie, Kühlwasser oder Aquakultur eingesetzt
werden.
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Die
zeitnahe Überwachung
und entsprechende Regelung der Desinfektion über die lebende Anzahl von
Organismen ist insbesondere bei der Abgabe von Ballastwasser in
küstennahen
Bereichen vorteilhaft, wo verschiedene Nutzungen wie Badeaktivitäten, Aquakultur
etc. stattfinden. Wird das Desinfektionsergebnis nicht erzielt,
so besteht die Gefahr, dass krankheitsverursachende Organismen,
z.B. Vibrio chlorea oder toxische Dinoflagellaten, in die genutzten
Gewässer
gelangen. Wird jedoch zuviel Desinfektionsmittel bei der Behandlung
verwendet, so besteht die Gefahr der Bildung von ggf. toxischen Desinfektionsnebenprodukten
und deren direkte Einleitung.
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Die
Volumenströme
werden über
induktive Durchflussmesser und/oder Druckmesser erfasst. Im Falle
der Verwendung von parallelen Hydrozyklonen als Grobabscheider vor
den Feinfiltern dient der Durchflussmesser nach einer üblicherweise
nicht drehzahlgeregelten Ballastwasserpumpe zum Betrieb der Hydrozyklone
im optimalen Anströmbereich. Eine
Zu- und Abschaltung einzelner Hydrozyklone kann über Klappen entsprechend der
Volumenstromschwankung erfolgen, da die Entfernungseffizienz eines
Hydrozyklons stark vom durchgesetzten Volumenstrom abhängt.
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Kann
der Strom der Elektrolysezelle nicht weiter hoch geregelt werden,
wird der Volumenstrom, welcher mit dem Durchflussmesser nach der
Detektionseinheit erfasst wird, eingedrosselt und dadurch die Effizienz
der Desinfektion weiter erhöht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage
ist schematisch in 1 dargestellt und wird nachfolgend
erläutert.
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Die
Wasseraufbereitungsanlage gemäß 1 ist
in ein Ballastwassersystem eines Schiffes eingebunden und weist
eine Rohwasserzuflussleitung 1 auf, die mit Seekästen in
Verbindung steht. Zur Förderung
des Seewassers ist eine Förderpumpe
A angeordnet. Zur Bestimmung des Volumenstromes ist stromab der
Pumpe A ein Sensor 10 angeordnet.
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Das
aufzubereitende Wasser wird über
eine Vorlaufleitung 15 zur Filtereinheit B geleitet, die
im dargestellten Ausführungsbeispiel
drei parallel geschaltete Filter 11, 12, 13 aufweist.
Mittels eines Drucksensors 14 wird der Druckabfall über der
Filtereinheit B ermittelt. Übersteigt
der Druckabfall über den
Filtern 11, 12, 13 einen festgelegten
Grenzwert, so werden die Filter 11, 12, 13 einzeln
nacheinander zurückgespült, während die
jeweils beiden anderen Filter weiter im Filterbetrieb arbeiten.
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Das
vorgefilterte Wasser wird über
eine Sammelleitung 16 weitergefördert zur Desinfektionseinheit
C, die eine Elektrolysezelle aufweist. Der Elektrolysezelle C ist
eine Detektionseinheit D nachgeschaltet, mittels derer die Anzahl
lebender Organismen pro Liter Wasser ermittelt wird und die über ein
Auswerte- und Steuereinheit verfügt,
wobei die Steuerung der Desinfektionseinheit, d.h. der Elektrolysezelle
C, über
die Datenleitung 17 in Abhängigkeit der Anzahl lebender
Organismen pro Liter Wasser erfolgt.
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Zwischen
Elektrolysezelle C und Detektionseinheit D ist ein Entlüfter 18 angeordnet,
um das geförderte
Wasser zu entgasen, insbesondere den in der Elektrolysezelle C gebildeten
Wasserstoff aus dem Wasser zu entfernen.
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Die
Detektionseinheit D wird im Nebenstrom zur Ablaufleitung betrieben,
da die Messung nur ein geringes Wasservolumen benötigt. Da
das Messsignal spezifisch nur von der Anzahl der lebenden Zellen abhängig ist,
stören
hohe Sedimentkonzentrationen diese Messung nicht.
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Das
aufbereitete, d.h. gefilterte und desinfizierte Wasser wird einem
Ballastwassertank über den
Anschluss 2 zugeführt.
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In
der Rückspülleitung 19,
die über
den Anschluss 4 an einen nicht dargestellten Wassertank angeschlossen
ist, ist eine Rückspülpumpe E
angeordnet. Die Rückspülpumpe E
dient der Förderung von
Wasser bei der Rückspülung der
Filter 11, 12, 13, sofern eine Rückspülung aufgrund
eines festgestellten zu großen
Druckabfalls über
der Filtereinheit B ausgelöst
wird, sowie der Reinigung der Filter 11, 12, 13 bei
Abschluss des Ballastens.
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Steht
kein Frischwasser zur Rückspülung während der
Wasseraufbereitung zur Verfügung,
so wird bei Auslösung
der Rückspülung über die
Rohrleitung 21 ein Teil des aufbereiteten Wassers zur Rückspülung verwendet
und durch die Rückspülpumpe E
gefördert.
Zur Überwachung
des Volumenstromes und zur Erfassung der Gesamtmenge aufbereiteten
Wassers bei Betrieb der Anlage ohne oder mit zeitweiser Rückspülung oder
aufgrund sehr hoher Sedimentbelastung quasi ständiger Abzweigung von Wasser über die
Rohrleitung 21 wird der Volumenstrom mittels eines Sensors 22 vor
der Einleitung des Wassers in den Ballastwassertank erfasst.
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Bevorzugt
werden die Filter 11, 12, 13 mit Wasser
aus dem Ablauf der Desinfektion D rückgespült. Dafür wird ggf. die Ablaufleitung
eingedrosselt und das Wasser direkt über die Rohrleitung 21 von der
Rückspülpumpe E
angesaugt. Dies hat den Vorteil, dass das Ablaufwasser noch eine
desinfizierende Wirkung hat, wodurch die Filter 11, 12, 13 bei
jeder Rückspülung nicht
nur mechanisch sondern auch chemisch gereinigt und Biofouling verhindert
wird.
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Für den Fall,
dass die Ablaufwassermenge zur Rückspülung nicht
ausreicht, wie z.B. zur Rückspülung der
letzten Filtereinheit direkt vor dem Betriebsstillstand, wird extern
Wasser über
den Anschluss 4 ohne Desinfektion oder über den Anschluss 5 aus
dem Ballastwassertank mit Desinfektion durch Förderung des Wassers mittels
der Pumpe A über
den Bypass 20 zur Desinfektionseinheit C verwendet.
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Die
Förderpumpe
A dient ebenfalls der Förderung
des Wassers bei einem Deballasten, wobei vor der Abgabe von Wasser
an die Umwelt eine erneute Desinfektion mittels der Desinfektionseinheit
C erfolgt, um jene Zellen aus dem Wasser zu entfernen, die sich
durch Vermehrung der restlichen Zellen in dem Ballastwasser während der
Lagerzeit gebildet haben, auf den einzuhaltenden Grenzwert zu reduzieren.
Hierzu ist eine Rohrleitung 21 angeordnet, die so geschaltet
ist, dass eine Rückspülung mit
Ablaufdesinfektion erfolgen kann. Hierzu verfügt die Anlage über einen
Anschluss 5 an den Ballastwassertank, über den Wasser aus dem Tank
entnommen und über
die Aufbereitungsanlage geleitet werden kann, d. h. insbesondere
unter Umgehung der Filtereinheit B über den Bypass 20 durch
die Desinfektionseinheit C mit erneuter Desinfektion und anschließender Überprüfung mittels
der Detektionseinheit D.
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Über den
Anschluss 3 werden die zurückgespülten Filterschlämme, die
bei der Ballastwasseraufnahme anfallen, außerbords gegeben oder einem nicht
dargestellten Aufbewahrungstank zugeführt.
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Mittels
der Anlage erfolgt somit eine Behandlung von Ballastwasser durch
Filtration und Desinfektion. Bei der Ballastwasser-Aufnahme wird
zunächst das
aus den Seekästen über den
Anschluss 1 aufgenommene Seewasser filtriert, und im Anschluss
desinfiziert und anschließend
in die Ballastwassertanks über
den Anschluss 2 gepumpt. Muss dass Schiff das aufgenommene
Ballastwasser wieder abgeben, wird beim Deballasten eine zusätzliche
Desinfektion des Wassers vorgenommen, um den vorgegebenen Ablassstandards
zu genügen.
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Die
Wasseraufbereitungsanlage gemäß 1 gestattet
verschiedene Betriebsmodi, die nachfolgend detailliert erläutert werden.
Die Funktionsbeschreibung der Aufbereitungsanlage gliedert sich
wie folgt:
- 1. Ballastwasseraufnahme
- 2. Rückspülen der
Filter während
der Ballastwasseraufnahme (interne Reinigung der Filter)
- 3. Filterreinigung nach der Ballastwasseraufnahme
- 4. Deballasten
- 5. Bypass-Notbetrieb
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1. Fall: Ballastwasseraufnahme
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Die
Aufbereitungsschritte der Anlage bestehen aus einer Filtration mit
Filtern 11, 12, 13 in Form von Scheibenfiltern
in der Filtereinheit B und einer Desinfektion C, welche auf dem
Elektrolyseprinzip basiert.
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Die
Filtereinheit B ist gebildet aus drei parallel geschalteten Filtern 11, 12, 13 in
Form von Scheibenfiltern. Ein Scheibenfilter bildet die Filterfläche mittels
aufeinander gepressten Kunstoffscheiben aus. Diese weisen Rillen
in Ober- und Unterseite auf. Die Rillen kreuzen sich, wenn die Scheiben
aufeinander liegen, und bilden so eine offenporige Oberfläche an der
Außenseite
des Scheibenpakets und Stopppunkte im Inneren aus. Die Tiefe und
Anordnung der Rillen bestimmt hierbei die nominelle Filterfeinheit und
-fläche.
Bei diesem Filter kommt sowohl der Oberflächen- als auch der Tiefenfiltrationseffekt
zum tragen, damit ist die reale Filterfeinheit und auch die Filterfläche gegebenenfalls
anders als die nominelle.
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Die
Desinfektionseinheit C ist in die Rohrleitung integriert und hat
einen etwas größeren Umfang als
die Rohrleitung selber. Sie erzeugt mittels des Elektrolyseprinzips
oxidative Stoffe aus Oberflächenwasser.
Dazu sind quer zur Fließrichtung
vier Elektrodenpaare angeordnet, welche als Gitter ausgebildet sind.
An diesen Gittern findet an dem durchströmenden Wasser die Elektrolyse
statt. Die Gitter selber sind mit einer Beschichtung ausgerüstet, welche
Korrosion verhindert, gleichzeitig aber die elektrische Leitfähigkeit
gewährleistet.
Die Elektrolyse findet im Niedervoltbereich statt. Eine übermäßige Gasbildung von
Wasserstoff und Sauerstoff kann somit vermieden werden.
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Um
das Ergebnis der Desinfektion zu überwachen wird eine Detektionseinheit
D verwendet. Die Detektionseinheit D bestimmt photometrisch die
Anzahl der noch lebenden Organismen einer Referenzart einer bestimmten
Größe im Ablauf
der Desinfektion. Der Intensität
der Desinfektion in der Desinfektionseinheit C wird über die
Detektionseinheit D geregelt, welche aus der Anzahl der noch lebenden
Organismen im Ablauf der Desinfektion ein Signal herausgibt. Dieses
führt in
der Steuerung der Desinfektion dazu, dass der Strom erhöht oder
erniedrigt wird und somit direkt über die Wirkung der oxidierenden
Stoffe, welche in der Elektrolysezelle gebildet werden, auf die
lebenden Organismen die Leistung der Desinfektion regelt.
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Es
werden die ein- und ausgehenden Volumenströme mittels Sensoren 10, 22 sowie
die Drücke über den
Filterelementen 11, 12, 13 mittels eines Drucksensors 14 erfasst.
Weiter wird die ermittelte Anzahl lebender Zellen pro Volumeneinheit
des Wassers mittels der Detektionseinheit D erfasst. Alle erfassten
Daten werden dokumentiert, d.h. gespeichert.
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Es
wird durch eine übergeordnete Überwachungs-
und Steuerungseinheit eine Kontrolle der Freigaben der einzelnen
Apparate, Anlagenteile und Module durchgeführt. Sollten z.B. Positionsrückmeldungen
oder Messgeräte
im Vorwege falsche Werte aufweisen, werden die jeweiligen Alarme
generiert, die eine Freigabe verweigern.
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Wenn
alle erforderlichen Freigaben vorhanden sind, beginnt die Ballastwasseraufnahme.
Dazu wird die Ballastwasser-Pumpe A eingeschaltet. Das Ballastwasser
wird durch die Filter 11, 12, 13 gepumpt,
fließt
anschließend
durch die Desinfektion C und von dort in die Ballastwasser-Tanks über den
Anschluss 2 und/oder kann durch Umschalten der Klappen
zur Rückspülung über die
Rohrleitung 21 direkt zur Rückspülung genutzt werden, die während der Ballastwasseraufnahme
erforderlich ist, wenn eine hohe Sedimentbelastung gegeben ist.
Die Rückspülung wird
beim Erreichen eines vorgegebenen Differenzdruckes oder eines vorgegebenen
Zeitintervalls eingeleitet. Eine weitere Beschreibung der Rückspülung erfolgt
im Fall 2.
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2 Fall: Rückspülen während der Ballastwasseraufnahme
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Die
Filter 11, 12, 13 sind parallel geschaltet. Das
hat den Vorteil, dass ein Filter weiter angeströmt werden kann während ein
anderer abgereinigt wird. Für
die Abreinigung wird der Ablauf der Desinfektion und somit das Filtrat
der noch angeströmten
Filter 11, 12, 13 verwendet. Für die Abreinigung
muss die Rückspülpumpe E
aktiviert werden. Durch Umschalten der Klappen wird das erforderliche
Wasser bereitgestellt und entweder über den Anschluss 4 einem Frischwassertank
entnommen oder über
die Rohrleitung 21 von dem aufbereiteten Wasser abgezweigt. Die
Rückspülpumpe E
fördert
rückwärts über die
Filtratseite mit erhöhtem
Druck von 6 bar durch ein Filtergehäuse und reinigt diese so ab.
Der Schlamm wird über
den Anschluss 3 rohwasserseitig durch eine Schlammleitung
außenbords
abgeführt
oder in einem Sammeltank zwischengelagert.
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Die
Dauer einer Reinigung ist vorgebbar, beispielsweise 10 sec pro einzelnem
Filter 11, 12, 13. Ist ein Filtergehäuse abgereinigt,
die Klappen wieder in die Filtrationsstellung zurückgestellt,
so kann das nächste
Filtergehäuse
abgereinigt werden. Dies geht nach einer festen Reihenfolge, da
der die Rückspülung auslösende Differenzdruck
nur über
die gesamte Reihenschaltung bestimmt wird.
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Bei
der Rückspülung wird
die durch eine Federspannung aufgebrachte Kraft auf die Scheiben durch
den Druck der Rückspülpumpe gelöst. Die Scheiben
sind auf einem Filtereinbausatz montiert. Dieser Filtereinbausatz
besitzt umlaufend tangential angeordnete Sprühdüsen, durch welche das Rückspülwasser
gepresst wird. Dadurch kommt es zu einer Rotation der Scheiben,
welches die Abreinigung positiv unterstützt. Wird die Klappe der Rückspülung wieder
verschlossen, so senkt sich der Filtereinsatz und die Federkraft
presst die nun abgereinigten Scheiben wieder aufeinander.
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3 Fall: Filterreinigung nach der Ballastwasseraufnahme
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Nachdem
die geforderte Menge Ballastwasser aufgenommen wurde und bevor die
Anlage ausgeschaltet wird, werden die Filtergehäuse zum Schutz vor Verkeimung
und als Vorbereitung auf weitere Ballastvorgänge gereinigt. Dazu wird weiterhin Rohwasser
filtriert. Der Vorgang unterscheidet sich zu Rückspülung darin, dass die Filtergehäuse nach der
Reinigung nicht mehr zur Filtration genutzt werden und dass die
Desinfektionsleistung zu diesem Zweck auf das Maximum gesetzt ist.
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Das
Rohwasser wird nun filtriert, passiert die Desinfektion C und wird
direkt der Rückspülpumpe E über die
Rohrleitung 21 zugeführt.
Ein Zulauf in die Ballastwassertanks ist nicht mehr vorgesehen.
Wie bei der normalen Rückspülung wird
das Wasser außenbords
verworfen. Die Reinigung der beiden letzten Filtergehäuse kann
nicht mehr ausschließlich
mit Rohwasser durchgeführt
werden, da kein Filtratbehälter
zur Verfügung
steht. Um dennoch eine Abreinigung zu erzielen wird die Klappe vor
der Ballastwasser-Pumpe A umgeschaltet. Dann wird mittels der Ballastwasser-Pumpe
A aus einem nahe gelegenen Ballastwasser-Tank bereits gefiltertes
und desinfiziertes Ballastwasser entnommen oder an Bord verfügbares technisches
Wasser oder Trinkwasser über den
Anschluss 4 ohne Desinfektion oder über den Anschluss 5 aus
dem Ballastwassertank erneut über die
Desinfektion geleitet und zum Rückspülen verwendet.
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4 Fall: Deballasten
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Um
Ballastwasser abgeben zu können,
wird das Wasser aus den Ballastwassertanks über den Anschluss 5 gepumpt.
Die Filter 11, 12, 13 werden über den
installierten Bypass 20 umgangen oder die Rohwasserleitung
der durch Schließung
der steuerbaren Ventile abgesperrten Filter 11, 12, 13 selbst
als Bypass verwendet. Das Ballastwasser wird nun direkt durch die
Desinfektion C geführt
und nach außenbords
geleitet.
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Die
Desinfektion wird anforderungsgerecht mit dem Signal der Detektionseinheit
D eingeregelt, um den Ablassstandard einzuhalten. Für den Fall, dass
die Detektionseinheit D ein Nichteinhalten des vorgegebenen Standards
anzeigen sollte und der Strom nicht weiter erhöht werden kann, wird mittels einer
Drosselung des abzugebenden Volumenstroms die Dosis der Desinfektion über Erhöhung der
Verweildauer zusätzlich
erhöht
werden.
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Bei
denjenigen Ballastwasserpumpen, die einen hohen Volumenstrom fördern müssen, werden zur
Restentleerung der Ballasttanks so genannte Injektoren verwendet.
Sie schützen
die Ballastwasserpumpe vor Kavitation bei der Restentleerung der
Ballasttanks. Mit der Ballastwasserpumpe wird filtriertes und desinfiziertes
Seewasser durch den Injektor geführt.
Dieser Treibstrom, der durch eine Lavaldüse geleitet wird, erzeugt einen
Unterdruck mit dem die Ballasttanks restentleert werden können. Sowohl
der Treibstrom als auch das Ballastwasser aus der Restentleerung
werden noch einmal der Desinfektion zugeführt, bevor beide Ströme über Bord
geleitet werden.
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5 Fall: Bypass-Notbetrieb
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Falls
eine Fehlfunktion eines oder mehrerer Filter 11, 12, 13,
der Desinfektion C oder der Rückspüleinrichtung
vorkommen sollte, so können
diese im Falle einer aus Sicherheitsgründen notwendigen Ballastwasseraufnahme,
umgangen werden. Dazu führt
ein Bypass 20 um die gesamten Apparate bzw. Module.