EP2066590A1 - Ballastwasseraufbereitungsanlage mit filter-, desinfektions-, mess-, und regeleinheit - Google Patents

Ballastwasseraufbereitungsanlage mit filter-, desinfektions-, mess-, und regeleinheit

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Publication number
EP2066590A1
EP2066590A1 EP07786676A EP07786676A EP2066590A1 EP 2066590 A1 EP2066590 A1 EP 2066590A1 EP 07786676 A EP07786676 A EP 07786676A EP 07786676 A EP07786676 A EP 07786676A EP 2066590 A1 EP2066590 A1 EP 2066590A1
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EP
European Patent Office
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filter
water
unit
disinfection
installation according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07786676A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anja KORNMÜLLER
Helmut Werle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RWO GmbH
Original Assignee
RWO GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by RWO GmbH filed Critical RWO GmbH
Publication of EP2066590A1 publication Critical patent/EP2066590A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J4/00—Arrangements of installations for treating ballast water, waste water, sewage, sludge, or refuse, or for preventing environmental pollution not otherwise provided for
    • B63J4/004—Arrangements of installations for treating ballast water, waste water, sewage, sludge, or refuse, or for preventing environmental pollution not otherwise provided for for treating sludge, e.g. tank washing sludge
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    • C02F1/4674—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation with halogen or compound of halogens, e.g. chlorine, bromine
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/043—Treatment of partial or bypass streams

Definitions

  • the invention relates to a water treatment plant, in particular ballast water treatment plant, for the removal of sediments and / or removal and / or killing of living organisms, which has at least one filter unit and at least one disinfection unit.
  • ballast water Transporting invasive organisms with ballast water is one of the major threats to the oceans. To stabilize the situation, ships must receive ballast water when they are unloaded or not fully loaded. Ships transport sediments and organisms in ballast water, e.g. Algae, and release the latter when discharging in the port of arrival / area. Depending on the route of the ship, these naturally do not occur in this area, can prevail as invasive organisms in suitable living conditions and lack of natural enemies and thus lead to significant ecological, economic and health damage.
  • ballast water e.g. Algae
  • ballast water management is the ballast water exchange on the high seas, using seawater, the port water is displaced from the ballast water tanks.
  • the pumping method is used today or the tanks are first emptied and then refilled with seawater.
  • the scientific background is the assumption that Due to the different living conditions, organisms from the port area do not survive on the open sea and vice versa. However, this is not always the case with a wide tolerance range of the organisms and the exchange can never be complete due to the angular ballast water tank construction.
  • z For example, in a large crude oil tanker with 100,000 t of ballast water, it can take days to arrive on board. Often, for reasons of safety of the ship and crew, z. B. in bad weather conditions, completely waived the exchange on the high seas.
  • ballast water exchange it is therefore necessary to replace the usual ballast water exchange by efficient ballast water treatment on board ships to prevent the further worldwide spread of invasive organisms by transport in ballast water.
  • ballast water treatment with high volume flows in the range of 50 - 7000 m 3 / h works without interruption.
  • Further requirements include a high level of automation, low maintenance requirements, suitable choice of materials, no increase in corrosion due to the disinfection process and consideration of the installation situation on board.
  • ballast water systems which are piping systems for filling and emptying the ballast water tanks
  • some of the purified water is used to blow the separators, eg. B. is used for backwashing the filter.
  • separators which have a high ballast water netto production even at high sediment levels in ballast water.
  • the ballast water treatment plant must be able to cope with all the world's water qualities.
  • the biological and chemical-physical Water quality is subject to strong geographical, climatic and seasonal fluctuations.
  • Ballast water can consist of river water, brackish water and sea water and thus allows an extraordinary variety of organisms to be removed and / or killed during ballast water treatment.
  • the relevant groups of organisms include fish, shellfish, zooplankton, phytoplankton, cysts, bacteria and viruses.
  • the particle size distribution and the suspended sediment concentration are decisive for the treatment.
  • these additionally depend on the local conditions at the location of the ballast water intake, such as wind and tidal influence, adjacent ship movements, use of the drive and the bow thruster, which lead to the Aufwirbelung deposited sediments and thus increased concentrations.
  • the tide-influenced harbors very high sediment concentrations occur.
  • ballast water tanks are known with one or more larger mechanical separators, but which do not meet the installation situation on board and, for example. exceed the usual deck height of 2.5 m.
  • the deposition of sediment in the ballast water tanks causes high costs due to the loss of cargo capacity and tank cleaning.
  • Some systems have a high pressure loss or require a high discharge pressure of the ballast water pump.
  • the delivery heights of today's ballast water pumps are in the range of 1, 5 - 4 bar and these can only be limited increase.
  • the use of UV systems for the disinfection of ballast water (WO 02/074 692) is not suitable due to the low transmission of the water.
  • ballast water tanks When adding biocides as finished commercial chemicals (EP 1 006 084, EP 1 447 384), it must be noted that they require a certain exposure time in the range of hours to days and have an effect only for a certain time. If the duration of action in the ballast water tanks is shorter than the duration of the journey, it may be necessary to top up the biocide on board. However, if the duration of action has not elapsed and the biocide has not yet been used up, the ballast water must not yet be released for environmental reasons. This can lead to severe restrictions in ballast water operation.
  • the disadvantage is that the volume flow proportional dosage only allows a constant dosing ratio, but does not take into account the fluctuations in the water quality and thus the different consumption caused by disinfectant in the water.
  • the usual online measuring methods for controlling disinfection processes are based on the measurement of the disinfectant concentration after completion of the treatment.
  • potentiostatic measuring cells with a sensor are usually used in the bypass to the main flow, wherein the concentration of the oxidizing agent chlorine (free and / or total chlorine), chlorine dioxide, ozone, bromine but also OH radicals determined online and is used as a controlled variable for disinfection.
  • An integrated filter in front of the sensor is designed to prevent interference, but clogs easily.
  • the measurement of solids and algae-containing surface water leads to the accumulation of particles and to biofouling in the measuring cell, which leads to an additional consumption of the disinfectant and can thus falsify the measurement.
  • ballast water The monitoring of the operation of today's ballast water systems via volume flow measurements and / or level measurements in the ballast water tanks and corresponding data storage.
  • the change in level is used in a known ballast water treatment process to demonstrate that the ballast water tanks were emptied and discharged via pumps (WO 2005/10830). However, this is not proof that the ballast water has also been treated.
  • the object of the invention is to provide a water treatment plant, in particular ballast water treatment plant, for the removal of sediments and / or removal and / or killing of living organisms, which overcomes these disadvantages and reliable water treatment in compliance with predetermined limits with respect to the number of living organisms per unit volume of Ensures water that meets in particular the requirements of a ballast water treatment plant in ships.
  • the system has a detection unit, by means of which the number of living organisms of predeterminable size per unit volume of water can be determined, and that the system has a control unit, by means of which the disinfection unit is controllable in dependence of the determined number of living organisms.
  • the system is not limited to the treatment of ballast water, it can also be used generally for the treatment of service water both on board ships and on land.
  • determining the number of living organisms per Volume unit of water which then forms the basis of the control of the disinfection unit, it is possible to adapt the system to the stricter environmental standards and to comply with specified limits, in particular to comply with the IMO Performance Standard D2, with the internationally binding limits for the introduction of ballast water ' in the Environment can be specified.
  • the detection unit of the disinfection unit is connected downstream. This makes it possible to directly determine the water quality of the water leaving the disinfection unit.
  • the detection unit for the detection of living phytoplankton cells and / or microorganisms has a fluorometer, by means of which the minimum fluorescence and the maximum fluorescence relative to a volume unit of the water can be determined, and which has an evaluation unit, by means of which a calculation of the variable Fluorescence and a calculation of the number of living phytoplankton cells and / or microorganisms of a reference species is feasible.
  • the minimum fluorescence Fo denotes the fluorescence from living and dead cells
  • the maximum fluorescence Fm corresponds to the fluorescence in which at least approximately all primary electron acceptors are reduced
  • the variable fluorescence Fv corresponds to the difference between the maximum fluorescence Fm and the minimum fluorescence Fo , in each case based on the water and / or organisms present in the measuring room, which is to be examined.
  • the fluorescence can be detected by means of a fluorometer.
  • two states can be distinguished, on the one hand, the minimum fluorescence Fo (dark state) and the maximum fluorescence Fm with an input of light, in particular of light of predetermined wavelength.
  • the difference of maximum fluorescence Fm minus the minimum fluorescence Fo, ie the variable fluorescence Fv is a measure of the number of live phytoplankton cells and / or microorganisms in the measurement space or the test amount of the water and / or the organisms, since the variable fluorescence Fv and the number of living cells correlate.
  • variable fluorescence Fv by forming the difference of maximum fluorescence Fm minus minimum fluorescence Fo
  • the intensity of the fluorescent light is directly proportional to the number of cells of a reference species in the measuring space or the test amount in / out of the water, d. H. the relationship follows a straight line, with the slope of the proportionality line again being a measure of the size of the individual cells.
  • the detection unit for detecting living phytoplankton cells and / or microorganisms preferably has a fluorometer, wherein the fluorometer has at least one light source and at least one detector.
  • the detection unit preferably has a test space which is formed by a cuvette, in particular made of glass or plastic.
  • test room may be a test volume filled with the water to be tested, ie a water sample, but it may also be to a membrane filter, by means of which a certain amount of the water to be examined has been filtered and wherein the measurement of the minimum fluorescence Fo and the maximum fluorescence Fm takes place directly with the cell layer on the surface of the membrane filter without water.
  • the detection unit has at least one pulsating light source and / or at least one continuous light source, in particular LEDs.
  • the detection unit comprises a plurality of light sources, in particular at least one light source pulsating light, in particular blue light with a wavelength of about 420 nm, and / or at least one light source of continuous light, in particular red light with a wavelength of 660 nm, and / or a light source with a wavelength of more than 700 nm.
  • at least one light source pulsating light in particular blue light with a wavelength of about 420 nm
  • at least one light source of continuous light in particular red light with a wavelength of 660 nm, and / or a light source with a wavelength of more than 700 nm.
  • a storage unit is arranged, by means of which the determined number of living organisms per unit volume of water is volatile or permanently storable, in particular for documentation purposes. This allows for verifiable documentation.
  • the detection unit may be connected to the control unit and a storage unit of the system. This allows proof of successful treatment. In addition to information such as the duration and type of ballast water operation (ballast water absorption or release), this can be used as proof in the so-called Ballast Water Record Book.
  • the system has an interface to a positioning system and / or navigation system.
  • the water treatment plant in particular the control unit of the water treatment plant, is coupled to a control system of the ship and / or to the GPS (Global Positioning System) of the ship, eg from the navigation system.
  • GPS Global Positioning System
  • the data can also be retrieved via satellite, transmitted, stored externally and processed. In all cases it is possible to prove at which position, with which treatment efficiency and in what quantity water or ballast water was taken up or treated water or ballast water was released into the environment. This facilitates possible checks of legal requirements, eg in port state controls.
  • the filter unit preferably has a plurality of filters arranged in series and / or in parallel, in particular backwashable filters. This makes it possible to increase the quality of the filtering and / or to filter large volume flows.
  • the filter unit preferably has at least two parallel fine filters with a nominal filter fineness of less than or equal to 50 ⁇ m.
  • the filter unit can be operated in such a way that at least one filter serves to filter the water to be treated, while simultaneously cleaning a parallel filter in the backwashing operation.
  • the filter unit is operable so that each filter is backwashed after an operating time in the filter operation, while at the same time in at least one parallel filter water is still filtered. In this way, a regular backwashing of each filter can be done, whereby a constant quality of filtering can be ensured and clogging or damage is prevented by the filters connected in parallel are each backwash one after the other.
  • the filter unit preferably has at least one hydrocyclone, in particular a plurality of hydrocyclones connected in parallel, in particular hydrocyclone / s with a separating grain of 30 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the filter unit preferably has at least one coarse filter, in particular a coarse filter with a nominal filter fineness of more than 50 ⁇ m.
  • At least one pressure sensor is arranged, by means of which the pressure drop across the filter unit can be determined.
  • Preference is given to backwashing the filter or filters when a predefinable limit value for a pressure drop across the filter unit is exceeded and / or after a predefinable period of time has elapsed.
  • a backwashing of the filter or filters by means of a backwash in particular with a high backwash water pressure, in particular with a backwash water pressure of 4 bar to 7 bar.
  • the filter unit has a plurality of filters connected in parallel, wherein each individual filter can be connected or disconnected by means of a controllable valve.
  • the filter unit is connected via at least one controllable valve to a raw water line, wherein the raw water line forms a bypass with the valve closed.
  • a feed pump is arranged, in particular is advantageous if a feed pump of the filter unit is connected upstream.
  • a backwash pump is arranged.
  • a backwash pump serves to convey water in the backflushing operation of the tray.
  • the backwashing and thus the cleaning effect of the filter in particular is all the more effective, the higher the backwash water pressure is.
  • the system has at least one tank, in particular a ballast water tank.
  • a storage tank for receiving backwashed filter sludge is arranged.
  • an introduction of backwashed filter sludge into the environment can take place since, in the case of ballasting, the filter sludge only contains those organisms from the immediate environment.
  • the system has a lockable bypass.
  • a bypass allows a bypass emergency operation of the system to prevent the failure of one or more components, e.g. a blockage that requires manual cleaning to ensure the safety of the vessel and to allow the vessel to be ballasted at all times.
  • At least one sensor for measuring the volume flow is arranged; in particular, a sensor for measuring the volume flow can be arranged in a raw water line.
  • the disinfection takes place without external addition of chemicals. Eliminating the addition of chemicals to disinfect the water does not require hazardous transport or the handling and application of hazardous chemicals in gaseous, liquid or solid form.
  • the disinfection unit preferably has at least one electrolysis cell which can be controlled as a function of the determined number of living organisms, in particular living phytoplankton cells and / or microorganisms.
  • the disinfection unit has a plurality of switchable parallel strands each having at least one electrolysis cell. By connecting several strings in parallel, very high volume flows can be realized, which allow effective and fast ballasting and deballing.
  • short-lived oxidation products can be generated, which allow a direct introduction of the treated water into the environment.
  • the system has a degassing and / or venting device, in particular a degassing and / or venting device may be connected downstream of the disinfection unit.
  • the system is operable in a backwash and / or tank drainage mode, in which a disinfection, which is controllable as a function of the determined by the detection unit number of living organisms of predeterminable size per unit volume of water, by means of the disinfection unit and / or filtering by means of the filter unit he follows.
  • a disinfection which is controllable as a function of the determined by the detection unit number of living organisms of predeterminable size per unit volume of water, by means of the disinfection unit and / or filtering by means of the filter unit he follows.
  • the system can be operated in an emergency operating mode, in which at least one ballast water tank is filled via a bypass line, bypassing the filter unit and / or the disinfection unit and / or the detection unit.
  • an emergency operating mode in which at least one ballast water tank is filled via a bypass line, bypassing the filter unit and / or the disinfection unit and / or the detection unit.
  • the system has a modular construction, wherein in particular the filter unit and the disinfection unit each form a module.
  • the filter unit can be divided into several modules such as coarse separator and fine filter.
  • the modular design allows a better integration of the ballast water treatment plant into the ship and its ballast water system.
  • the volume flows to be treated can be achieved both by parallel setting of several treatment plants and / or by individual treatment units or treatment modules (coarse separators, fine filters, electrolysis cells).
  • the system can be adapted specifically to the particular ship in order to optimally utilize the space available and the pipeline routing.
  • the pressure loss of the system is very low and in particular below 1.5 bar, so that ballast water pumps can be used with the currently available delivery heights and continue filling high-level ballast water tanks can.
  • the aggregate height including maintenance height is preferably below the usual deck height of 2.5 m.
  • the water treatment using the water treatment plant according to the invention comprises the following treatment steps:
  • a further mechanical separation by means of coarse separators, in particular with at least two parallel connected hydrocyclones and / or with at least one coarse filter; and / or at least two Fine filtering instead. Due to the further mechanical separation with a nominal filter fineness of ⁇ 50 ⁇ m in ballast water absorption, a large part of the organisms but also sediments and suspended solids are removed.
  • a disc filter system is preferably used.
  • the backwashing operation of the filters is initiated when a predetermined pressure loss between inlet and outlet side is reached, which is detected by a pressure difference measurement.
  • the backwashing of the first filter housing is initiated via the control device and then successively backflushed the other filter housing.
  • the backwashing occurs when the predetermined pressure difference in a predetermined time interval does not occur after the expiration of this time interval.
  • the electrolytic disinfection is installed directly in the ballast water pipeline and occupies only a little more space in diameter than the flanges, with which it is connected to the pipeline.
  • a logistics, handling and metering of chemicals on board is not necessary here, and thus does justice to the scarce time and small number of crews on board. Due to the in-situ production in the pipeline, the crew does not come into contact with the oxidizing agent and there is no safety risk.
  • the electrolysis used here can be operated less dependent on the conductivity of the water, especially in fresh water, especially in fresh water with an electrical conductivity of 50 mS / m.
  • a mixture of different disinfecting and oxidizing agents in particular OH and oxygen radicals and free chlorine is formed.
  • This is advantageous because, due to the high diversity and sensitivity of marine organisms, no disinfectant alone is capable of killing all species of organisms. A certain exposure time during the disinfection does not have to be kept.
  • the formation of hydrogen and disinfection by-products is lower than with conventional electrolysis systems.
  • the resulting hydrogen is removed via a continuous and deaerator or via an active degassing / fumigation.
  • the concentration of generated disinfection by-products is below the values of the WHO Guidelines for Drinking Water Quality.
  • the electrolysis cell is operated so that the produced oxidants are no longer detectable after 5 to 30 minutes and the residual concentration corresponds to the natural blank value in the water.
  • a risk to the environment is reduced and the ballast water can be disinfected a second time in the delivery and be discharged directly into the environment.
  • it can be operated flexibly in various methods for deballing, for. B. if additional injectors are used to empty the tanks.
  • the direct, timely efficiency control of disinfection by the controller as a function of the detection of living organisms, such as algae, in the water prevents higher oxidant concentrations from occurring than necessary, thereby reducing power consumption and avoiding further damage such as corrosion in the downstream ballast water piping. and tank system as well as unnecessarily high oxidant concentrations in the discharge into the environment. An external addition of reducing agent to destroy the residual concentration of oxidizing agent before delivery is therefore not necessary.
  • this water treatment plant can be used in open systems with direct discharge into the environment. Therefore, the system can also for the treatment of other marine waters, eg. B. be used in applications in the offshore industry, cooling water or aquaculture.
  • the timely monitoring and appropriate control of the disinfection on the living number of organisms is particularly advantageous in the discharge of ballast water in coastal areas, where various uses such as bathing activities, aquaculture, etc. take place. If the disinfection result is not achieved, there is a risk that organisms causing the disease, for example Vibrio chlorea or toxic dinoflagellates, will enter the waters used. However, if too much disinfectant is used in the treatment, there is a risk of the formation of possibly toxic disinfection by-products and their direct introduction.
  • the volume flows are recorded by inductive flowmeters and / or pressure gauges.
  • the flow meter is used for operating the hydrocyclones in the optimal inflow region according to a ballast water pump, which is usually not speed-controlled.
  • a connection and disconnection of individual hydrocyclones can be done via flaps according to the volume flow fluctuation, since the removal efficiency of a hydrocyclone depends heavily on the volume flow rate.
  • the current of the electrolysis cell can not be regulated further high, the volume flow which is detected with the flow meter after the detection unit is throttled, thereby further increasing the efficiency of the disinfection.
  • the water treatment plant according to FIG. 1 is integrated into a ballast water system of a ship and has a raw water supply line 1 which is connected to sea boxes.
  • a feed pump A is arranged to promote the seawater.
  • a sensor 10 is arranged to determine the volume flow downstream of the pump A.
  • the water to be treated is passed via a feed line 15 to the filter unit B, which has three filters 11, 12, 13 connected in parallel in the illustrated embodiment.
  • the pressure drop across the filter unit B is determined. Exceeds the pressure drop across the filters 11, 12, 13 a fixed limit, the filters 11, 12, 13 are washed back one after the other, while the other two filters continue to work in the filter mode.
  • the prefiltered water is conveyed on via a collecting line 16 to the disinfection unit C, which has an electrolysis cell.
  • the electrolysis cell C is followed by a detection unit D, by means of which the number of living organisms per liter of water is determined and which has an evaluation and control unit, wherein the control of the disinfection unit, i. the electrolysis cell C, via the data line 17 depending on the number of living organisms per liter of water.
  • a vent 18 is arranged to degas the pumped water, in particular to remove the hydrogen formed in the electrolytic cell C from the water.
  • the detection unit D is operated in the secondary flow to the drain line, since the measurement requires only a small volume of water. Since the measurement signal depends specifically only on the number of living cells, high sediment concentrations do not disturb this measurement.
  • the processed, i. filtered and disinfected water is fed to a ballast water tank via port 2.
  • a backwash pump E is arranged in the backwash line 19, which is connected via the connection 4 to a water tank, not shown.
  • the backwash pump E is used to pump water during the backwashing of the filters 11, 12, 13, provided that a backwash due to a detected excessive pressure drop over the filter unit B is triggered, and the cleaning of the filter 11, 12, 13 at the conclusion of Ballastens. If no fresh water is available for backwashing during the water treatment, when the backwashing is triggered via the pipeline 21, part of the treated water is used for backwashing and conveyed through the backwash pump E.
  • the volume flow is detected by a sensor 22 before the introduction of water into the ballast water tank ,
  • the filters 11, 12, 13 are preferably backwashed with water from the course of the disinfection D.
  • the drain line throttled and sucked the water directly through the pipe 21 from the backwash pump E. This has the advantage that the drain water still has a disinfecting effect, whereby the filter 11, 12, 13 not only mechanically but also chemically cleaned and biofouling at each backwash.
  • the feed pump A also serves to convey the water in a deballast, wherein prior to the discharge of water to the environment a renewed disinfection by means of the disinfection unit C takes place to remove those cells from the water, which increases by proliferation of the remaining cells in the ballast water have formed during the storage period to reduce to the limit to be met.
  • a pipe 21 is arranged, which is connected so that a backwashing can be done with effluent disinfection.
  • the system has a connection 5 to the ballast water tank, can be removed via the water from the tank and passed through the processing plant, ie in particular bypassing the filter unit B on the Bypass 20 through the disinfection unit C with renewed disinfection and subsequent verification by means of the detection unit D.
  • ballast water By means of the plant thus a treatment of ballast water by filtration and disinfection.
  • the seawater taken from the sea boxes via port 1 is first filtered, then disinfected and then pumped into the ballast water tanks via port 2. If the ship has to release the collected ballast water again, an additional disinfection of the water is carried out during the deballing, in order to meet the given deflation standards.
  • the water treatment plant according to FIG. 1 permits different operating modes, which are explained in detail below.
  • the functional description of the treatment plant is structured as follows:
  • the treatment steps of the plant consist of a filtration with filters 11, 12, 13 in the form of disc filters in the filter unit B and a disinfection C, which is based on the electrolysis principle.
  • the filter unit B is formed from three parallel filters 11, 12, 13 in the form of disc filters.
  • a disc filter forms the filter surface by means of pressed plastic discs. These have grooves in the top and bottom. The grooves intersect when the disks are on top of each other, thus forming an open-pored surface on the outside of the disk pack and internal stopping points. The depth and arrangement of the grooves determines the nominal filter fineness and area. In this filter, both the surface and the depth filtration effect comes into play, so that the real filter fineness and also the filter surface may differ from the nominal one.
  • the disinfection unit C is integrated into the pipeline and has a slightly larger circumference than the pipeline itself. It generates oxidative substances from surface water by means of the electrolysis principle.
  • four electrode pairs are arranged transversely to the flow direction, which are formed as a grid. At these grids takes place at the water flowing through the electrolysis.
  • the grates themselves are equipped with a coating which prevents corrosion, but at the same time ensures electrical conductivity.
  • the electrolysis takes place in the low voltage range. Excessive gas formation of hydrogen and oxygen can thus be avoided.
  • a detection unit D determines photometrically the number of living organisms of a reference species of a certain size in the course of disinfection.
  • the intensity of the disinfection in the disinfection unit C is controlled by the detection unit D, which outputs a signal from the number of living organisms in the course of disinfection. In the control of the disinfection, this leads to the fact that the current is increased or decreased and thus regulates the performance of the disinfection directly on the effect of the oxidizing substances, which are formed in the electrolysis cell, on the living organisms.
  • the incoming and outgoing volume flows are detected by means of sensors 10, 22 and the pressures across the filter elements 11, 12, 13 by means of a pressure sensor 14. Further, the determined number of living cells per unit volume of the Detected by the detection unit D water. All collected data is documented, ie stored.
  • ballast water intake begins.
  • the ballast water pump A is turned on.
  • the ballast water is pumped through the filters 11, 12, 13, then flows through the disinfection C and from there into the ballast water tanks via port 2 and / or can be used by switching the flaps for backwashing via the pipe 21 directly to backwashing which is required during ballast water intake when there is high sediment loading.
  • the backwashing is initiated upon reaching a predetermined differential pressure or a predetermined time interval. A further description of the backwashing takes place in case 2.
  • the filters 11, 12, 13 are connected in parallel. This has the advantage that one filter can continue to be flown while another is being cleaned. For the cleaning, the process of disinfection and thus the filtrate of the still flowed filter 11, 12, 13 is used.
  • the backwash pump E For cleaning, the backwash pump E must be activated. By switching the flaps, the required water is provided and either taken from the connection 4 a fresh water tank or diverted via the pipe 21 of the treated water.
  • the backwash pump E conveys backwards over the filtrate side with an elevated pressure of 6 bar through a filter housing and cleans it off.
  • the sludge is discharged via port 3 on the raw water side through a sludge line onboard or stored in a collecting tank.
  • the duration of a cleaning is predetermined, for example, 10 sec per single filter 11, 12, 13. If a filter housing cleaned, the flaps put back into the filtration position, so the next filter housing can be cleaned. This is done according to a fixed order, since the differential pressure triggering the backwashing is determined only over the entire series connection.
  • the force applied by a spring tension on the discs is released by the pressure of the backwash pump.
  • the discs are mounted on a filter kit.
  • This filter kit has circumferentially tangentially arranged spray nozzles through which the remind Singer is pressed. This leads to a rotation of the discs, which positively supports the cleaning. If the flap of the backwash is closed again, so the filter insert lowers and the spring force presses the now cleaned discs back to each other.
  • the filter housings are cleaned to prevent bacterial contamination and in preparation for further ballast operations. For this purpose, raw water is still filtered.
  • the process differs from backwashing in that the filter housings are no longer used after filtration for filtration and that the disinfecting power is set to the maximum for this purpose.
  • the raw water is now filtered, passes through the disinfection C and is fed directly to the backwash pump E via the pipe 21.
  • An inflow into the ballast water tanks is no longer provided.
  • the water is discarded outboard.
  • the cleaning of the last two filter housings can no longer be carried out exclusively with raw water, since no filtrate container is available.
  • the flap is switched before the ballast water pump A. Then by means of the ballast water pump A from a nearby ballast water tank already Filtered and disinfected ballast water taken or available on board technical water or drinking water via the port 4 without disinfection or via the connection 5 from the ballast water tank again passed through the disinfection and used for backwashing.
  • ballast water In order to release ballast water, the water is pumped from the ballast water tanks via port 5.
  • the filters 11, 12, 13 are bypassed via the installed bypass 20 or the raw water line of the shut-off by closing the controllable valves filter 11, 12, 13 itself used as a bypass.
  • the ballast water is now led directly through the disinfection C and directed outboard.
  • the disinfection is adjusted according to requirements with the signal of the detection unit D in order to comply with the discharge standard.
  • the dose of disinfection by increasing the residence time is additionally increased by throttling the volume flow to be delivered.
  • ballast water pumps which must promote a high volume flow
  • injectors are used for emptying the ballast tanks. They protect the ballast water pump from cavitation during the emptying of the ballast tanks.
  • the ballast water pump delivers filtered and disinfected seawater through the injector.
  • This motive flow which is passed through a Laval nozzle, creates a negative pressure with which the ballast tanks can be emptied. Both the motive flow and the ballast water from the emptying are once again subjected to disinfection before both currents are led overboard. 5 Case: Bypass emergency operation
  • a bypass 20 leads to the entire apparatus or modules.

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Abstract

Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere Ballastwasseraufbereitungsanlage, zur Entfernung von Sedimenten und/oder Entfernung und/oder Abtötung lebender Organismen, die zumindest eine Filtereinheit (B) und zumindest eine Desinfektionseinheit (C) aufweist, wobei die Anlage eine Detektionseinheit (D) 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 (C) in Abhängigkeit der ermittelten Anzahl lebender Organismen steuerbar ist.

Description

Wasseraufbereitungsanlage
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Ballastwasserbehandlungsanlage muss alle weltweit vorkommenden Wasserqualitäten bewältigen können. Die biologische und chemisch-physikalische Wasserqualität ist starken geographischen, klimatischen und saisonalen Schwankungen unterworfen.
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.
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.
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.
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. 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.
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.
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 Leitfähigkeiten 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.
Weiterhin nachteilig ist, dass das bei der konventionellen Elektrolyse entstandene Restchlor nicht direkt mit dem Ballastwasser in die Umwelt abgegeben werden darf. 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.
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, WO2005061394). Hierbei wird die direkte Wirkung der Behandlung wie die Abtötung von lebenden Organismen nicht erfasst.
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.
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wasseraufbereitungsanlage gemäß Anspruch 1 gelöst.
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.
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.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bevorzugt ist die Detektionseinheit der Desinfektionseinheit nachgeschaltet. Hierdurch ist es möglich, die Wasserqualität des aus der Desinfektionseinheit austretenden Wassers unmittelbar zu bestimmen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bevorzugt weist die Detektionseinheit einen Prüfraum auf, der durch eine Küvette, insbesondere aus Glas oder Kunststoff bestehend, gebildet ist.
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.
Vorteilhaft ist es, wenn die Detektionseinheit zumindest eine pulsierende Lichtquelle und/oder zumindest eine kontinuierliche Lichtquelle, insbesondere LEDs, aufweist.
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.
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.
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 -abgäbe) als Nachweis im sog. Ballast Water Record Book genutzt werden.
Vorzugsweise weist die Anlage eine Schnittstelle zu einem Positionierungssystem und/oder Navigationssystem auf.
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. 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.
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.
Vorzugsweise weist die Filtereinheit zumindest zwei parallel geschaltete Feinfilter mit einer nominellen Filterfeinheit von kleiner oder gleich 50 μm auf.
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.
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.
Bevorzugt weist die Filtereinheit zumindest ein Grobfilter auf, insbesondere ein Grobfilter mit einer nominellen Filterfeinheit von mehr als 50 μm. 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.
Vorzugsweise ist zumindest ein Drucksensor angeordnet, mittels dessen der Druckabfall über der Filtereinheit ermittelbar ist.
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.
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.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Filtereinheit mehrere parallel geschaltete Filter auf, wobei jeder einzelne Filter mittels eines steuerbaren Ventils zu- oder abschaltbar ist.
Vorzugsweise ist die Filtereinheit über zumindest ein steuerbares Ventil an eine Rohwasserleitung angeschlossen, wobei die Rohwasserleitung bei geschlossenem Ventil einen Bypass bildet.
Bevorzugt ist eine Förderpumpe angeordnet, insbesondere ist vorteilhaft, wenn eine Förderpumpe der Filtereinheit vorgeschaltet ist.
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. Vorzugsweise weist die Anlage zumindest einen Tank, insbesondere einen Ballastwassertank, auf.
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.
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.
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.
Vorzugsweise ist zumindest ein Sensor zur Messung des Volumenstromes angeordnet, insbesondere kann ein Sensor zur Messung des Volumenstromes in einer Rohwasserleitung angeordnet sein.
Vorzugsweise ist ein Sensor zur Messung des Volumenstromes in einer Ablaufwasserleitung und/oder in einer Rückspülwasserleitung angeordnet
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.
Vorzugsweise weist die Desinfektionseinheit zumindest eine Elektrolysezelle auf, die in Abhängigkeit der ermittelten Anzahl lebender Organismen, insbesondere lebender Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen, steuerbar ist. 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.
Vorzugsweise sind mittels der Desinfektionseinheit kurzlebige Oxidationsprodukte erzeugbar, die eine direkte Einleitung des aufbereiteten Wassers in die Umwelt gestatten.
Bevorzugt weist die Anlage eine Entgasungs- und/oder Entlüftungsvorrichtung auf, insbesondere kann eine Entgasungs- und/oder Entlüftungsvorrichtung der Desinfektionseinheit nachgeschaltet sein.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. 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.
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.
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. 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.
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.
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.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage ist schematisch in Figur 1 dargestellt und wird nachfolgend erläutert.
Die Wasseraufbereitungsanlage gemäß Figur 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. 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.
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.
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.
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.
Das aufbereitete, d.h. gefilterte und desinfizierte Wasser wird einem Ballastwassertank über den Anschluss 2 zugeführt.
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. 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.
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.
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.
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.
Über den Anschluss 3 werden die zurückgespülten Filterschlämme, die bei der Ballastwasseraufnahme anfallen, außerbords gegeben oder einem nicht dargestellten Aufbewahrungstank zugeführt.
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.
Die Wasseraufbereitungsanlage gemäß Figur 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
1. Fall: Ballastwasseraufnahme
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
2 Fall: Rückspülen während der Ballastwasseraufnahme
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. 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.
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.
3 Fall: Filterreinigung nach der Ballastwasseraufnahme
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.
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.
4 Fall: Deballasten
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.
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.
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. 5 Fall: Bypass-Notbetrieb
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.

Claims

Ansprüche
1. Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere Ballastwasseraufbereitungsanlage, zur Entfernung von Sedimenten und/oder Entfernung und/oder Abtötung lebender Organismen, die zumindest eine Filtereinheit (B) und zumindest eine Desinfektionseinheit (C) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Detektionseinheit (D) 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 (C) in Abhängigkeit der ermittelten Anzahl lebender Organismen steuerbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (D) der Desinfektionseinheit (C) nachgeschaltet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (D) 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.
4. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (D) zur Detektion lebender Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen ein Fluorometer aufweist, wobei das Fluorometer zumindest eine Lichtquelle und zumindest einen Detektor aufweist.
5. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dad u rch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (D) einen Prüfraum aufweist, der durch eine Küvette, insbesondere aus Glas oder Kunststoff bestehend, gebildet ist.
6. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu rch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (D) zumindest eine pulsierende Lichtquelle und/oder zumindest eine kontinuierliche Lichtquelle, insbesondere LEDs, aufweist.
7. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dad urch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (D) mehrere Lichtquellen aufweist, 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.
8. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinheit angeordnet ist, mittels derer die ermittelte die Anzahl lebender Organismen pro Volumeneinheit des Wassers flüchtig oder dauerhaft speicherbar ist.
9. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Schnittstelle zu einem Positionierungssystem und/oder Navigationssystem aufweist.
10. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu rch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (B) mehrere in Reihe und/oder parallel angeordnete Filter (11 , 12, 13), insbesondere rückspülbare Filter (11 , 12, 13), aufweist.
11.Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (B) zumindest zwei parallel geschaltete Feinfilter mit einer nominellen Filterfeinheit von kleiner oder gleich 50 μm aufweist.
12. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (B) zumindest ein Hydrozyklon, insbesondere mehrere parallel geschaltete Hydrozyklone, insbesondere ein Hydrozyklon mit einem Trennkorn von 30 μm bis 60 μm, aufweist.
13. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (B) zumindest ein Grobfilter, insbesondere ein Grobfilter mit einer nominellen Filterfeinheit von mehr als 50 μm, aufweist.
14. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Drucksensor (14) angeordnet ist, mittels dessen der Druckabfall über der Filtereinheit (B) ermittelbar ist.
15. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückspülen des oder der Filter (11 , 12, 13) bei Überschreitung eines vorgebbaren Grenzwertes für einen Druckabfall über der Filtereinheit (B) und/oder nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne erfolgt.
16. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückspülen des oder der Filter (11 , 12, 13) mittels einer Rückspülpumpe (E) erfolgt, insbesondere mit einem hohen Rückspülwasserdruck, insbesondere mit einem Rückspülwasserdruck von 4 bar bis 7 bar.
17. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (B) mehrere parallel geschaltete Filter (11 , 12, 13) aufweist, wobei jeder einzelne Filter (11 , 12, 13) mittels eines steuerbaren Ventils zu- oder abschaltbar ist.
18. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (B) über zumindest ein steuerbares Ventil an eine Rohwasserleitung angeschlossen ist, wobei die Rohwasserleitung bei geschlossenem Ventil einen Bypass bildet.
19. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderpumpe (A) angeordnet ist, insbesondere dass eine Förderpumpe (A) der Filtereinheit (B) vorgeschaltet ist.
20. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückspülpumpe (E) angeordnet ist.
21. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Tank, insbesondere einen Ballastwassertank, aufweist.
22. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass eine Rückspülung der Anlage oder einzelner Komponenten der Anlage mit Trinkwasser und/oder mit technischem Wasser und/oder mit mittels der Anlage aufbereitetem Wasser erfolgt.
23. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Aufbewahrungstank zur Aufnahme rückgespülter Filterschlämme aufweist.
24. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen absperrbaren Bypass (20) aufweist.
25. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (10, 22) zur Messung des Volumenstromes angeordnet ist, insbesondere dass ein Sensor (10) zur Messung des Volumenstromes in einer Rohwasserleitung angeordnet ist.
26. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (22) zur Messung des Volumenstromes in einer Ablaufwasserleitung und/oder in einer Rückspülwasserleitung angeordnet ist
27. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dad urch gekennzeichnet, dass die Desinfektion ohne externe Zudosierung von Chemikalien erfolgt.
28. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionseinheit (C) zumindest eine Elektrolysezelle aufweist, die in Abhängigkeit der ermittelten Anzahl lebender Organismen, insbesondere lebender Phytoplanktonzellen und/oder Mikroorganismen, steuerbar ist.
29. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionseinheit (C) mehrere schaltbare parallele Stränge mit jeweils zumindest einer Elektrolysezelle aufweist.
30. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Desinfektionseinheit (C) kurzlebige Oxidationsprodukte erzeugbar sind, die eine direkte Einleitung des aufbereiteten Wassers in die Umwelt gestatten.
31. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Entgasungs- und/oder Entlüftungsvorrichtung (18) aufweist, insbesondere dass eine Entgasungs- und/oder Entlüftungsvorrichtung (18) der Desinfektionseinheit (C) nachgeschaltet ist.
32. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu rch gekennzeichnet, dass die Anlage in einem Rückspül- und/oder Tankleerungsmodus betreibbar ist, bei dem eine Desinfektion, die in Abhängigkeit der mittels der Detektionseinheit (D) ermittelten Anzahl lebender Organismen vorgebbarer Größe pro Volumeneinheit des Wassers steuerbar ist, mittels der Desinfektionseinheit (C) und/oder eine Filterung mittels der Filtereinheit (B) erfolgt.
33. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in einem Notbetriebsmodus betreibbar ist, bei dem ein Befüllen zumindest eines Ballastwassertanks über eine Bypassleitung (20) unter Umgehung der Filtereinheit (B) und/oder der Desinfektionseinheit (C) und/oder der Detektionseinheit (D) erfolgt.
34. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage einen modularen Aufbau aufweist, wobei insbesondere die Filtereinheit (B) und/oder die Desinfektionseinheit (C) und/oder die Detektionseinheit (D) jeweils Module bilden.
EP07786676A 2006-09-25 2007-08-14 Ballastwasseraufbereitungsanlage mit filter-, desinfektions-, mess-, und regeleinheit Withdrawn EP2066590A1 (de)

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