NO338718B1 - Anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og tilhørende fremgangsmåte - Google Patents

Description

Anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og tilhørende fremgangsmåte

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte dertil. Den foreliggende oppfinnelse vedrører spesielt en anordning og fremgangsmåte for desinfisering av skips ballastvann, slik som sjøvann, basert på hydrodynamisk kavitasjon. Denne anordning og fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse for sjøvannsbehandling har spesiell anvendelse i et skip for å behandle skips ballastvann som blir transportert fra et område til e annet. Anordningen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse kan finne andre anvendelser, slik som å gjøre forurenset vann om til drikkevann.

Når et skip forlater en havn tomt, eller delvis lastet, tar det sjøvann inn i ballasttankene for å opprettholde stabiliteten og justere oppdriften. I praktisk talt hvert tilfelle vil dette ballastvann inneholde levende organismer. Når skipet når sin destinasjon og forberedes til å laste sin last, slipper det ut dette ballastvann, som dermed potensielt introduserer invaderende arter til det akvatiske miljø ved ankomsthavnen. Omtrentlig 70 000 lastefartøyer frakter milliarder av tonn med ballastvann rundt jorden årlig. Dette introduserer hundrevis av marine invaderende arter til ikke-naturlige miljøer. Denne form for miljømessig forurensing setter i verk økologisk ubalanse og bevirker uante skader, estimert til å være milliarder av dollar.

For å rette oppmerksomhet mot denne saken har mange land gitt bestemmelser som krever behandling og håndtering av ballastvann. Den Internasjonale maritime organisasjon (IMO) har tatt i bruk en konvensjon for kontroll og håndtering av skips ballastvann og sedimenter. IMO konvensjonen har satt retningslinjer, avhengig av ratifisering, for kvaliteten på ballastvann som kan bli sluppet ut på alle steder. Et antall valgmuligheter er under vurdering for behandling/desinfisering av ballastvann i maritime fartøyer. Den foreliggende oppfinnelse benytter spesielt hydrodynamisk kavitasjon for ballastvannbehandling.

Kavitasjon er et fenomen med dannelse, vekst og kollaps av mikrobobler i en væske. I hydrodynamisk kavitasjon bevirker trykkvariasjonen i den strømmende væske kavitasjon. Bevegelsesenergienes likevektslikning sier at når et fluid fås til å passere gjennom en innsnevring, faller det nedstrøms statiske trykk på grunn av en økning i væskehastigheten. Dersom trykket faller under en kritisk verdi, vanligvis under damptrykket i mediet ved driftstemperaturen, så dannes små bobler eller dampblærer i fluidet. Tilstanden ved hvilken disse fine bobler kan bli produsert blir kalt kavitasjonsinnledning. En økning i hastigheten vil resultere i et ytterligere fall i trykket og en økning i kavitasjonsintensiteten. Vanligvis finner trykkgjenvinning sted videre nedstrøms hvor disse blærer kollapser som genererer en sterkt forstørret trykkpuls. Dersom gassinnholdet inne i blæren er tilstrekkelig lite, kunne trykkpulsen være svært høy, i størrelsesorden flere hundre bar, som er nok til å sprenge mikrobielle celler som bevirket deres destruksjon. Asymmetrisk kollaps av blærer resulterer også i svært høyhastige væskestråler. Skjærhastigheter rundt slike stråler er tilstrekkelige til å drepe mikroorganismer. Den foreliggende oppfinnelse utnytter fenomenet ved hydrodynamisk kavitasjon ved bruk av en ny anordning og fremgangsmåte for å behandle ballastvann. Slik behandling begrenser de miljømessige farlige effekter som kan være resultatet av nåværende praksis.

Bruken av vannbehandlingsapparatur og fremgangsmåter er kjent i faget. For eksempel beskriver US patent 6,840,983 i navn McNulty et system og fremgangsmåte ved vannbehandling som bruker en Venturi injektor for fjerning av oppløst oksygen fra vann. Imidlertid er fokus mer på oksygenfjerning for å hindre korrosjon og mindre på fjerning av mikroorganismer. Det viste system er ikke effektivt for å drepe mikroorganismer i ballastvannet til ønsket nivå.

Henvisning kan gis til US patent 6,835,307 og Australsk patent no. 6497400, som beskriver termisk behandling av ballastvann. Behandlingen bruker ikke kavitasjon eller kjemikalier for å behandle ballastvann. Systemet er ikke effektivt for å drepe mikroorganismene ballastvannet til ønsket nivå.

En annen henvisning kan gis til US patent no. 6,773,607 hvor det er beskrevet systemer og fremgangsmåter for å tilintetgjøre ikke-opprinnelig marine arter og patogene bakterier i skips ballastvann. Disse metoder baserer seg på å tilsette et drepende middel som må bli lagret om bord. Imidlertid lider kjemiske desinfeksjonsteknikker av ulemper lik dannelse av eventuelle kreftfremkallende biprodukter.

Henvisning kan gis til et liknende US patent no. 6,773,611, der apparaturer og fremgangsmåter for et behandlingssystem for ballastvann er beskrevet som innbefatter et styringssystem og et ballasttanksystem. Denne fremgangsmåte er også basert på tilsetning av biocider for behandling av ballastvann og krever derfor produksjon og lagring av farlige kjemikalier om bord i tillegg til å generere uønskede biprodukter.

En ballastvannbehandling basert på ultralydkavitasjon er vist i US patent 6,770,248. Behandlingen krever piezoelektriske ringer neddykket i trykksatt transmisjonsmedium. I tillegg til disse krav er penetreringen ved ultrasonisk kavitasjon liten og dens ytelse forringes med oppskalering. Fremgangsmåten svikter i å bruke mer effektiv hydrodynamisk kavitasjon.

Henvisning kan også gis til US patent 6,761,123, som viser en fremgangsmåte for å drepe akvatisk uønskede arter (ANS) i skips ballastvann ved å trenge gjennom til likevekt i en gassholdig blanding. Fremgangsmåten er tidkrevende og krever et vakuum over en lang periode (fa dager). Dette begrenser alvorlig anvendelsen for behandling av ballastvann i skip.

En ytterligere referanse kan hentes fra US patenter no. 6,516,738; 6,125,778, 20020066399 Al og 20030015481 Al og PCT nr. WO0210076, som beskriver fremgangsmåter for ballastvannbehandling ved bruk av ozon. Systemene krever generering og lagring av ozon om bord. Systemene bruker ikke kavitasjon. Fremgangsmåtene tillater ikke ballastvannbehandling uten forekomst av kjemiske reaksjoner.

I US patent no. 6,500,345; 2003029811 og 20050016933; PCT no. WO2004002895 A2; WO02072478 A2 og WO0244089 A2, er det beskrevet apparater og fremgangsmåter for behandling av ballastvann ved bruk av UV eller kjemiske biocider eller drepende midler. Effektiviteten av UV baserte systemer minker med målestokken på operasjonen. Bruken av kjemiske biocider er uønsket på grunn farer ved lagring og dannelsen av biprodukter. Fremgangsmåten tillater ikke ballastvannbehandling uten forekomst av kjemisk reaksjon.

Et europeisk patent EP 1517860 og et US patent 2004055966 beskriver fremgangsmåter som innebærer filtrering av vann gjennom membranfilter etterfulgt av UV stråling, som har visse begrensninger i å oppnå den ønskede effektivitet i å eliminere organismer så vel som filtreringsgraden.

I US patent no. 6,284,793; 2004129645; 2004099608 og 200516933 Al og PCT no. WO2005061388 er det beskrevet fremgangsmåter som er basert på kjemisk behandling. I denne fremgangsmåten blir organismer ødelagt ved tilsetning av perkarboksylsyre, hydrogenperoksid, ioniseringsgasser, klordioksid og cyanid. Fremgangsmåten baserer seg på flere toksiske og farlige kjemikalier. Fremgangsmåten tillater ikke ballastvannbehandling uten forekomsten av kjemisk reaksjon.

Henvisning kan gis til US patent 6,171,508 som beskriver en fremgangsmåte og anordning for behandling av skips ballastvann basert på oksidering og deoksidering. Oksiderings- og deoksideringstrinn er basert på masseoverføringsutstyr og er betydelig mer tidkrevende og kostbart.

I US patent 5,816,181 er ballastvannbehandling ved bruk av oppvarming beskrevet. Fremgangsmåten er basert på bruk av multiple varmevekslere. Slike varmevekslere krever betydelig plass og desinfeksjon ved bruk av oppvarming er heller kostbart. Virkningsgraden ved varmebehandling er ikke så høy som andre metoder ved desinfisering basert på kjemiske biocider eller hydrodynamisk kavitasjon.

US patent 5,192,451 viser en fremgangsmåte for å kontrollere sebra muslinger i skips ballasttanker ved å tilsette en vannoppløselig dialkyl diallyl kvaterne ammoniumpolymer. Imidlertid tillater fremgangsmåten ikke ballastvannbehandling uten forekomst av kjemisk reaksjon og bruker ikke hydrodynamisk kavitasjon.

JP 2005 246 198 beskriver en steriliseringsinnretning for vann der trykksatt, behandlet vann blir støtt mot et mål installert nedstrøms av dyser ved å spyle vann fra dysene.

I tillegg til de ovennevnte patenter har mange studier på ultrasonisk og hydrodynamisk kavitasjon blitt publisert i vitenskaplige tidsskrifter, slik som for eksempel Moholkar og Pandit, 1997; Gogate og Pandit, 2001 og referanser angitt i disse. Fokus i disse studier var i hovedsak på utvikling av grunnleggende forståelse ved kavitasjonsfenomenet og å utforske nye anvendelser av kavitasjon. Ingen av disse studier dreier seg imidlertid om bruken av hydrodynamisk kavitasjon for desinfeksjon av ballastvann.

Mens de ovenfor beskrevne til nå kjente oppfinnelser og studier oppfyller deres bestemte formål og krav, beskriver disse ikke et system og fremgangsmåte for ballastvannbehandling som tillater et fartøy å desinfisere ballastvann som blir transportert fra et havneområde til et annet uten å bruke kjemikalier, UV eller ultralyd. Derfor er det et bestemt behov for å utvikle en ny og mer effektiv desinfeksjonsteknologi, som kunne eliminere eller redusere bruken av desinfiserende kjemikalier og heller ikke er basert på bruken av UV eller ultralyd.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et apparat for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, som unngår ulempene med de til nå kjente metoder, og ikke bare har fordelene med de til nå kjente vannbehandlingsapparater og fremgangsmåter, men også gir ytterligere fordeler.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, som er basert på prinsippet med hydrodynamisk kavitasjon og omfattes av kaviterende elementer i et kavitasjonskammer, som dermed muliggjør mer effektiv og mer egnet desinfiseringsmetode for ballastvann. Dette vil gjøre tilgjengelig en økonomisk fordelaktig og effektiv måte med hvilken begrense de miljømessig ufordelaktige virkninger som kan være resultatet når ubehandlet ballastvann frigjøres i et miljø som er økologisk forskjellig fra det i hvilket vannet opprinnelig ble hentet fra.

Nok et formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et apparat for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, der ballastvannet med fordel, men valgvis, blir ført gjennom et kavitasjonskammer som har ett eller en serie med kaviteringselementer, hvor gapet mellom påfølgende kaviteringselementer er i området på 4 til 100 ganger holdekammerets diameter.

Enda ett formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system og fremgangsmåte ved vannbehandling ved å sirkulere ballastvannet fortrinnsvis, men valgvis, gjennom et enkelt kaviteringselement eller en rekke med kaviteringselementer mange ganger. Antallet med resirkuleringer behøver å optimaliseres etter prosedyren diskutert senere. Dette gjør det mulig å effektivt behandle vann, fortrinnsvis, men valgvis, ballastvann.

Enda ett formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, der ballastvannet med fordel, men valgvis, blir sirkulert flere ganger gjennom et kavitasjonskammer som har ett enkelt eller en serie med kaviteringselementer.

Nok ett formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, der ballastvannet blir forvarmet ved bruk av avgassene fra skipets motor, før det føres til kavitasj onskammeret.

Enda ett formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, fortrinnsvis men ikke begrenset til hensikten med å drepe akvatiske organismer.

Enda ett formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, som er ny, forbedret og øko-vennlig og kan lett og effektivt fremstilles, markedsført og kan ettermonteres med minimale modifikasjoner i skip som er i tjeneste.

Enda ett formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, som krever minimalt installasjonsområde om bord og har forholdsvis lav fremstillingskostnad med hensyn til både materialer og arbeid, og som så kan gjøres tilgjengelig for brukerindustriene ved forholdsvis lave priser.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette. For å oppnå dette omfatter den foreliggende oppfinnelse et system for ballastvannbehandling som har et kavitasjonskammer, som rommer enkeltstående eller multiple kavitasjonselementer som har multiple åpninger. Kammeret har en innløpsport som er innrettet til å motta ballastvann og en utløpesport som er innrettet til å drive ut det behandlede ballastvann. Vann som skal behandles, eventuelt forvarmes, entrer innløpsporten og passerer gjennom kavitasjonskammeret som omfatter kaviteringselementer hvor hydrodynamisk kavitasjon finner sted som effektivt desinfiserer ballastvannet. Det desinfiserte ballastvann blir så drevet ut gjennom utløpsporten til en mottaker, som med fordel er, men valgvis, en ballasttank. Fremgangsmåten for ballastvannbehandling kan videre omfatte resirkulering av vannet gjennom kavitasjonskammeret for å tilveiebringe ytterligere desinfisering og kan også innbefatte ny behandling av vannet før frigivelse av vannet til de omgivende vannveier fra mottakeren, som med fordel er, men valgvis, en ballasttank, eller alternativt, men ikke utelukkende, en lukket tank eller en vannledning som forbinder til omgivende vannveier.

Som sådan er hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse, som vil bli beskrevet i nærmere detalj i det etterfølgende, å tilveiebringe en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette som har alle fordelene til den kjente teknikk nevnt ovenfor og mange nye trekk som resulterer i et system og fremgangsmåte for ballastvannbehandling som er foregrepet, gjort fagmessig, eller antydet gjennom den kjente teknikk, enten alene eller i en eller annen kombinasjon av dette.

Ballastvannet blir ført gjennom kavitasjonskammeret som omfatter kavitasjonselementer. Dette kan oppnås mens man ballasterer og de-ballasterer. Fortrinnsvis, men valgvis, er kavitasjonskammeret som inneholder kavitasjonselementene forbundet i serier til et overføringsrør gjennom hvilket ballasttankene mottar eller driver ut vann. En pumpeinnretning, fortrinnsvis, men valgvis, en ballastpumpe som finnes på mange skip er tilpasset til å motta vann fra en ekstern vannkilde og kan pumpe vann gjennom kavitasjonskammeret.

Systemet kan også innbefatte en resirkulasjonsinnretning som tar vannet i mottakeren og resirkulerer vannet fra mottakeren via et resirkulasjons rørsystem og pumper igjen vannet gjennom kavitasjonskammeret tilbake til mottakeren. Denne resirkuleringsinnretning, valgvis, men foretrukket, blir overvåket for nivået med mikroorganismer til stede i det behandlede vann. Det er, naturligvis, ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det etterfølgende.

De mange formål og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil hurtig fremstå for de med ordinær fagkunnskap ved å lese den følgende detaljerte beskrivelse av for tiden foretrukket, men uansett illustrerende, utførelser av den foreliggende oppfinnelse når tatt sammen med de vedlagte tegninger. Det skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset i sin anvendelse til konstruksjonsdetaljer og til arrangeringen av komponentene fremlagt i den følgende beskrivelse eller illustrert i tegningene. Oppfinnelsen er i stand til andre utførelser og å bli praktisert og utøvet på ulike måte. Det skal også forstås at fraseologien og terminologien benyttet her er for beskrivelsesformål og skal ikke anses som begrensende.

Det har dermed blitt bredt skissert de mer viktige trekk ved oppfinnelsen for at den detaljerte beskrivelse som følger bedre kan forstås og for at det foreliggende bidrag til teknikken kan bedre forstås.

Hensikten med oppfinnelsen som skissert her ovenfor, sammen med de ulike trekk ved nyheten som karakteriserer oppfinnelsen, er spesielt pekt ut i kravene vedlagt til og som danner en del av denne beskrivelse. For en bedre forståelse av oppfinnelsen, dens driftsfordeler og de spesielle formål som oppnås ved dens anvendelser, gis henvisning til de vedlagte tegninger og beskrivende materiale hvor det er illustrert nåværende utførelser av oppfinnelsen.

Anordningen for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette ifølge den foreliggende oppfinnelse har blitt illustrert i figurene 1 til 6 i tegningene som følger denne beskrivelse.

Figur 1 i de vedlagte tegninger representerer et diagram over prosesstrømmen til den nåværende utførelse av systemet og fremgangsmåten for ballastvannbehandling konstruert i samsvar med prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse, hvor:

Figur 2 representerer en tegning som viser tverrsnittet gjennom et kavitasjonskammer, som danner hovedkomponenten til den foreslåtte oppfinnelse og er en av utførelsene til fremgangsmåten og anordningen for ballastvannbehandling som kan installeres i et skip, hvor: Figur 3 avbilder eksempler på kaviteringselementer foreslått gjennom den foreliggende oppfinnelse til fremgangsmåte og anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvannbehandling inkludert deri. Figur 4 representerer et flytskjema for metodelæren benyttet for å designe og optimalisere fremgangsmåten og anordningen for desinfisering av sjøvann/ballastvann foreslått i denne oppfinnelsen. Det mer detaljere flytskjema i den 4de boks i figur 4 er vist i figur 7, hvor metodelæren ved anvendelse av CFD for optimalisering av design av dis-infector. Figur 5 i tegningene viser en prøve på resultater oppnådd ved bruk av metodikken vist i figur 4. Figur 5 representerer påvirkning av bruddstykkevis åpent område, hydraulisk diameter og driftstrykk på desinfeksjonsytelse til en av utførelsene ifølge den foreliggende oppfinnelse. Figur 6 viser skjematisk et eksperimentelt system benyttet til å verifisere den nye fremgangsmåte og anordning for desinfeksjon av sjøvann foreslått gjennom den foreliggende oppfinnelse, hvor:

I figur 1 i tegningene er det illustrert det grunnleggende strømningsdiagram til anordningen for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte dertil ifølge den foreliggende oppfinnelse ved bruk av hydrodynamisk kavitasjon som tillater et skip å behandle vann som blir transportert fra en havn til en annen mens det ballasteres og deballasteres. Nærmere bestemt har systemet for ballastvannbehandling ved bruk av et kavitasjonskammer 5 vanninntaksinnretninger 17 gjennom hvilke sjøvann entrer fra utenfor et fartøy. Vannet blir så pumpet gjennom en pumpeinnretning, slik som, men ikke begrenset til en ballastpumpe 18, inn i en innløpsport i kavitasjonskammeret 5, valgvis gjennom varmeveksleren 4. Avgassene fra skipsmotoren blir brukt i denne varmeveksler til å manipulere temperaturen på ballastvannet som entrer kavitasjonskammeret 5. Kavitasjonskammeret omfatter en enkelt eller multiple kaviteringselementer som omfatter en enkelt eller flere åpninger. Formen på åpningene kan enten være sirkulære eller ikke-sirkulære og enten med eller uten skarpe kanter. Det behandlede ballastvann blir pumpet fra kavitasjonskammeret 5 til skipets ballasttank 8. En kvalitetskontrollsjekk kan bli utført før mottakeren 8 med passende fremgangsmåte for å overvåke kvaliteten på det behandlede vann. Om nødvendig kan vannet eller en del av dette i mottakeren 8 resirkuleres med hjelp av deballasteringspumpen 9, gjennom kavitasjonskammeret 12, og tilbake inn i mottakeren 8 ved å dele strømmen ventiler 7&14 og fortrinnsvis, men valgvis, bestemt ved og/eller styrt av kvalitetsovervåkingssystemet. Det skal bemerkes at fremgangsmåten og anordningen representert i figur 1 kunne plasseres på et skip eller ethvert linjefartøy.

Figur 2 representerer en tegning som viser tverrsnittet av kavitasjonskammeret (gjenstand nr. 5&12 i fig. 1 og gjenstand E i fig. 6) med detaljer ved arrangementet av kavitasjonselementer og koplingsflenser i linjen. Kavitasjonskammeret av sirkulært, rektangulært eller enhver annen tverrsnittsform omfatter ett enkelt eller flere kaviteringselementer 2 i form av plater av metall, keramisk materiale eller plastmaterialer av varierende tykkelser plassert vinkelrett på retningen til fluidstrømmen og posisjonert ved jevne eller ujevne avstander i området på 4 til 100 ganger holdekammerets diameter. Kaviteringselementene er montert og holdt på plass ved hjelp av en passende mekanisk holdeanordning slik som flenser 1. Kaviteringselementene 2 er anordnet med enkle eller multiple åpninger av ulikt tverrsnitt, slik som sirkulært, triangulært, firkantet eller rektangulær form med eller uten skarpe kanter og med en del av tverrsnittets åpne areal av passasjen. Åpningene kan være sirkulære eller ikke-sirkulære som angitt ovenfor med hvert hull med en diameter i området 500 mikrometer til noen få millimeter. Montasjen av disse kavitasjonselementene blir rommet i et kammer som enten har sirkulær eller ikke sirkulært tverrsnitt med passende flenser 1 som vist i figur 2 på inntaks- og utslippsendene som skal rommes i linjen.

I figur 3 i tegningene er det avbildet eksempler på kavitasjonselementer. Som vist, prosentvis åpent område, antall åpninger, fordeling av steder med åpninger og formen og størrelsen på åpninger er nøkkeldesign og driftsparametere. Kavitasjonskammeret omfatter ett enkelt eller flere kavitasjonselementer som omfatter en enkelt eller flere åpninger. Formen på åpningene kan enten være sirkulær eller ikke-sirkulær og enten med eller uten skarpe kanter.

I figur 4 i tegningene er det vist et strømningsskjema over en prosedyre for å konstruere en fremgangsmåte og anordning for å møte ballastvannbehandlingsmål for enhver kapasitet. Fremgangsmåten foreslått i denne oppfinnelsen innebærer løsning på beregnende fluiddynamikk (CFD) baserte modeller og Rayleigh-Plesset likning for kavitasjonskollaps for å identifisere fortrinnsvis, men ikke begrenset til, (i) diameteren til kavitasjonskammeret; (ii) antallet kavitasjonselementer; (iii) avstanden mellom kavitasjonselementer; (iv) fraksjonert åpent areal og antall, diameter og fordeling av åpninger på hvert kavitasjonselement; (v) driftstemperatur; (vi) driftsstrømningsgrad; (vii) antall av resirkulasjoner gjennom kavitasjonskammeret. Det skal bemerkes at for å sikre den ønskede totale desinfeksjonseffektivitet, er det vesentlig å konstruere et system som genererer riktig antall av kavitasjonstilfeller av tilstrekkelig intensitet. Antallet av kavitasjonshendelser er avhengig av perimeter på kavitasjonselementene. Intensiteten til kavitasjonshendelsene avhenger av det prosentvise åpne areal eller med andre ord på trykkfallet over kaviterende elementer. Det skal bemerkes at ulike mikroorganismer ville kreve ulikt antall densitet og intensitet av kavitasjonshendelser. Forskjellige kavitasjonselementer kan fruktbart benyttes i serier eller parallelt for å optimalisere hele systemet.

Totalmetodikken for design av ønsket sjøvann dis-infector er vist i figur 4. Metodikken benyttet for identifikasjon av de optimale drifts parametre innebærer identifikasjon av typen mikroorganismer og estimere nødvendig intensitet/antall av kavitasjonshendelser. Rayleigh-Plesset likningen blir benyttet for å simulere blæredynamikk og for å kvantifisere kollaps av blærer og resulterende desinfeksjonsytelse. Kavitasjonstallet (Cv) er en viktig parameter i hydrodynamisk kavitasjon som bestemmer tilstandene for starten av kavitasjon i et bestemt system. Det kan bli uttrykt som:

Hvor p2er gjenvinningstrykk, pver damptrykket i væsken, vo er midlere hastighet til væsken ved åpningen og pi er væskens densitet. Under ideelle forhold skjer kavitasjon med fordel for Cv < 1 skjønt under noen omstendigheter for eksempel nærvær av gasser/faste partikler, kan kavitasjon forekomme ved Cv > 1. Matematiske modeller basert på fluiddynamikk (CFD) blir brukt til å simulere strømning og til å forutsi de momentane trykkfelt rundt den bevegelige blære ved ethvert nedstrøms sted.

CFD modellene innebærer løsning av konstanslikningen for masse, treghet og energi på en digital computer for en bestemt design/konfigurasjon. Det mer detaljerte strømningsskjema for 4. boks i figur 4 er vist i figur 7, der det er gitt metodikken for å påføre CFD for optimalisering av design for dis-faktor. Det første trinn i CFD modellering er å modellere bestemt geometri for kavitasjonskammeret/elementer og skape nett for videre beregninger. Det neste trinn er å velge passende styrende likninger for å løse strømningen i kavitasjonskammeret/elementene. Strømningen relevant for kavitasjon er konstant turbulent. Mange ulike modeller har blitt utviklet for å simulere turbulente strømmer (se for eksempel Ranade, 2002 og referanser angitt deri). For å simulere strømningen gjennom kavitasjonskammeret/elementene relevante for den foreliggende oppfinnelse, benyttet vi den standard k-D modell for å simulere turbulens. De grunnleggende styrende likninger er som følger:

Disse likninger ble løst ved bruk av endelig volum metoden og enkel algoritme (Patankar, 1972) som bruker en kommersiell CFD løser, FLUENT (fra Fluent Inc., USA). Geometrimodelleringen ble foretatt ved bruk av kommersiell programvare kalt GAMBIT (fra Fluent Inc., USA). Beregningsmodellen ble evaluert for å kvantifisere feil forbundet med den numeriske løsning. Etter etablering av at disse numeriske feil ligger innenfor akseptable grenser, ble modellen brukt til å simulere strømnings- og trykkfelt i forskjellige konfigurasjoner av kavitasjonskammeret/elementer. De simulerte blærebaner og trykk/hastighetshistorie langs slike baner ble lagret for påfølgende beregninger av Rayleight-Plesset likningen. Det fluktuerende trykkfelt forutsatt av CFD modeller er innarbeidet i en bobledynamikklikning for å oppnå blæreradiushistorikken og kollapstrykkene for en blære av viss størrelse, som beveger seg med fluidet (se Pandit og Gogte, 2001; Ranade, 2002). Når parametrene for å skape ønskede kavitasjonsforekomster er identifisert, Blir så CFD modeller brukt for å optimalisere den totale konfigurasjon av kavitasjonskammeret. Metodikken er nyttig for å optimalisere hele systemet for å imøtekomme IMO retningslinjer om ballastvannbehandling.

Figur 5 i tegningene viser en prøve på resultater oppnådd ved bruk av metodikken avbildet i figur 4. Figur 5(a) viser forutsagt strømningsfelt for en av utførelsene til fremgangsmåten og anordningen foreslått i denne oppfinnelse. Figur 5(b) viser simulerte blærebaner som kan genereres i denne utførelsen. Figur 5(c) viser simulert dynamikk og dens endelige kollaps for en enkelt blære. Figur 5(d) viser forutsagt relativ drivkraft for ulike kavitasjonselementer for den samme kraftspredning per masseenhet.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning og fremgangsmåte for desinfeksjon av skips ballastvann, slik som sjøvann, basert på hydrodynamisk kavitasjon. Anordningen omfatter et kavitasjonskammer med tverrsnitt slik som sirkulær eller ikke-sirkulær form som rommer et enkelt eller flere kaviterende element(er) i form av plater av metall, keramisk materiale, plastmaterialer av varierende tykkelser plassert vinkelrett på strømningsretningen til væsken og plassert ved jevne eller ujevne avstander, montert og holdt på plass ved hjelp av så som flenser. Kavitasjonselementene er anordnet med enkle eller multiple åpninger av ulike tverrsnitt, dvs. sirkulær, triangulær, firkantet eller rektangulær form med ulikt lengde til breddeforhold med eller uten skarpe kanter og med en del (fraksjon) av åpningene med åpent tverrsnittsareal. Åpningene kan være sirkulære eller ikke-sirkulære som angitt ovenfor der hvert hull har en diameter i området fra 500 mikrometer til noen få millimeter.

Følgelig tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann, som omfatter en vanninntaksinnretning 17 & 18 som består av en ballastvann inntaksskilde 17 og en pumpeinnretning 18 forbundet i serie gjennom en trykkmåler 3 og tilbakeslagsventil(er) til en innløpsport til et kavitasjonskammer 5, valgvis gjennom en varmeveksler 4,karakterisert vedat kavitasjonskammeret 5 i hovedsak er utstyrt med enkle eller multiple kavitasjonselementer 2 plassert vinkelrett på fluidets strømningsretning, hvilke kavitasjonselementer 2 er brakt i avstand ved jevne eller ikke-jevne avstander og hvert slik kavitasjonselement 2 har et delvis åpent areal i form av enkle eller multiple åpninger, idet utgangen fra kavitasjonskammeret 5 blir ført gjennom et kvalitetskontrollpunkt 6 og tilbakeslagsventil(er) 7 til en ballasttank 8, der utgangen fra ballasttanken 8 er forbundet til en utslippspumpe 9 gjennom tilbakeslagsventil(er) til et tømmeutløp.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelse har kavitasjonskammeret 5 vanninntaksinntretninger 17 & 18 gjennom hvilke sjøvann entrer fra utenfor et fartøy. I en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse er pumpeinnretningene 18 en eller en serie med pumper slik som, men ikke begrenset til en ballastpumpe.

I nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er varmevekseleren 4 forbundet til en energikilde slik som en standard kilde eller en metode kjent i faget, eller damp eller motoravgasser fra skipsmotoren.

I enda en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er kavitasjonskammeret 5 av tverrsnitt slik som sirkulært eller ikke-sirkulær form.

I enda en utførelse av den foreliggende oppfinnelse rommer kavitasjonskammeret 5 en enkelt eller flere kavitasjonselement(er) 2 i form av plater slik som av metall, keramisk materiale, plastmaterialer av varierende tykkelser plassert vinkelrett på fluidets strømningsretning i serie eller parallelt og plassert ved jevne eller ujevne avstander montert og holdt på plass med innretninger slik som flenser.

I nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er avstanden mellom påfølgende kavitasjonselementer i området 4 til 100 ganger holdekammerets diameter, plassert ved jevne eller ujevne avstander.

I nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse har kavitasjonselementet en fraksjon av åpent areal i området 0,01 til 0,90 ganger holdekammerets tverrsnittsstrømningsareal.

I nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er kavitasjonselement(ene) som har en fraksjon åpent areal i form av enkle eller multiple åpninger, enten sirkulære eller ikke-sirkulære med eller uten skarpe kanter, der hvert hull har en diameter i området 500 mikrometer til noen få millimeter.

I en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse er (i) diameteren til kavitasjonskammeret; (ii) antallet kavitasjonselementer; (iii) avstanden mellom kavitasjonselementer; (iv) fraksjonert åpent areal og antall, diameter og fordeling av åpninger på hvert kavitasjonselement; (v) driftstemperatur; (vi) driftsstrømningsgrad; (vii) antall av resirkulasjoner gjennom kavitasjonskammeret; estimert og konfigurert ved bruk av matematisk fluiddynamikk (CFD) baserte modeller og Rayleigh-Plesset likning for kavitasjonskollaps, slik som beskrevet her.

I nok en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse er kvalitetssjekkpunktet 6 anordnet med kjente innretninger i stand til å overvåke kvaliteten på behandlet vann.

I nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, for å muliggjøre resirkulasjon av det behandlede vann eller en del av dette, om nødvendig ved kvalitetssjekkpunktet 6, er tømmeutløpet fra utslippspumpen 9 forbundet gjennom en trykkmåler 10 og tilbakeslagsventil(er), valgvis gjennom en varmeveksler 11, til en innløpsport til et kavitasjonskammer 12 som har enkle eller multiple kavitasjonselementer og tilbake til ballasttanken 8 gjennom et kvalitetssjekkpunkt 13 og tilbakeslagsventiler 14, 7.

Følgelig tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann ved bruk av anordningen som her beskrevet ovenfor, som omfatter å utsette ballastvannet som skal behandles for hydrodynamisk kavitasjon ved å pumpe sjøvannet i vanninntaket, eventuelt forvarmet, inn i en innløpsport til kavitasjonskammeret som har enkle eller multiple kavitasjonselementer, det behandlede ballastvann blir ført gjennom et kvalitetssjekkpunkt til en ballasttank, resirkulering av det behandlede vann eller en del av dette om nødvendig ut fra kvalitetssjekken, for videre hydrodynamisk kavitasjon.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, blir ballastvannet som skal behandles eventuelt forvarmet til en temperatur i området 10 til 70°C.

I nok en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er vannstrømningsmengden gjennom kavitasjonselementet slik at væskehastighetene er i området fra 2 til 150 m/s.

I atter nok en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er vanntrykket i området fra 0,5 til 150 kg/cm2

I en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er fremgangsmåten for desinfiserende behandling av vann ved bruk av hydrodynamisk kavitasjon også egnet for et stort spekter av vannbehandlingsapplikasjoner innbefattende, men ikke begrense til avløpsvannhåndtering, jordbruksapplikasjoner, basseng og plassapplikasjoner, olje og gassapplikasjoner og ulike desinfeksjonsapplikasjoner.

Desinfeksjonsbehandling av ballastvann som her beskrevet skjer fortrinnsvis, skjønt ikke utelukkende, ved slik som skip som pumper sjøvann gjennom et kavitasjonskammer, som er fortrinnsvis, men ikke begrenset til et enkelt eller multiple kavitasjonselementer. Generelt suger pumpeinnretninger, som kan være en eller en serie med pumper, sjøvann fra vannveier som omgir skipet inn i røroverføringsinnretninger. Det pumpede sjøvann blir fortrinnsvis ført gjennom, men ikke begrenset til, en varmeveksler. Energikilden for å varme dette vann kan være en standard kilde eller metode kjent i faget, slik som damp eller motoravgass eller annet. Kontroll av kavitasjonskammeret kan skje gjennom en regulator forbundet i serie med vanninntaksledningen som er forbundet til en mottaker eller eventuelt mottakere, som er med fordel, men valgvis en ballasttank(er).

Vannbehandlingens oppstart og avstengning vil falle sammen med fartøyets vanninntak. En resirkulasjonsmekanisme kan bli brukt for å ytterligere behandle vann og behovet

for slikt kan bestemmes ved et passende kvalitetssjekksystem. Skjønt for tiden, er ingen overvåkingsfølere i linjen tilgjengelige med hvilke bakterier kunne bli telt. Imidlertid er fremstøt andre stede underveis for å finne opp følere for å detektere nærvær av bestemte patogener. Dersom en resirkuleringsmekanisme behøver å bli aktivisert kan avstengningsoperasjonen, fortrinnsiv skjønt valgvis, bli styrt av en kontrollpanelinnretning. I bruk kan det nå forstås at anordningen og fremgangsmåten ved vannbehandling kan bli brukt for en ikke-kjemisk, effektiv behandling av vann.

Mens en utførelse av anordningen og fremgangsmåten for vannbehandling ifølge den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i detalj skal det forstås at modifikasjoner og variasjoner av dette er mulig, der alle disse faller innenfor oppfinnelsens tanke og omfang. Med hensyn til beskrivelsen ovenfor skal de det så innses at de optimale dimensjonelle forhold for delene i oppfinnelsen, kan den følgende prosedyre bli brukt.

Vannpumpingen gjennom kavitasjonskammeret blir desinfisert på grunn av hydrodynamisk kavitasjon. Når vann måtte passere gjennom kavitasjonskammeret blir blærer generert på grunn av trykkflukruasj onene som skyldes endringene i geometrien påstøtt av strømmen. De genererte blærer gjennomgår ulike trinn av kavitasjonsfenomenet før de heftig kollapser, som resulterer i frigjøring av store mengder energi og høyt reaktive oksiderende arter. De oksiderende arter og betingelser med høy temperatur og trykk er ansett ansvarlig for desinfeksjonene av mikroorganismer. Mengden med oksiderende arter og størrelsen på temperatur/trykk, og dermed desinfeksjonseffektiviteten, er avhengig av de geometriske og driftsmessige forhold.

Det skal bemerkes at de optimale dimensjonale forhold for deler av oppfinnelsen å innbefatte varianter i størrelse, materialer, kontur, form, funksjon og driftsmåte, montasje og bruk, er ansett som lett forståelig og nærliggende for fagmannen, og alle ekvivalente forhold for de illustrert i tegningene og beskrevet i spesifikasjonen er ment å bli omfattet av den foreliggende oppfinnelse.

For eksempel kan ethvert egnet sylindrisk rør tilvirket av et stort utvalg metaller, plast eller annet robust materiale bli brukt for de beskrevne overføringsrørinnretninger og/eller resirkuleringsrørinnretninger. Og, selv om den desinfiserende behandling av vann ved bruk av hydrodynamisk kavitasjon fortrinnsvis, men valgvis, på fartøyer har blitt beskrevet, skal det forsås at fremgangsmåten og anordningen for vannbehandling beskrevet her også kan passe for et bredt spekter av vannbehandlingsapplikasjoner innbefattende, men ikke begrenset til avløpsvannhåndtering, jordbruksapplikasjoner, basseng og plassapplikasjoner, olje- og gassapplikasjoner og ulike desinfeksjonsapplikasjoner. I tillegg kan et stort utvalg av beholdere eller tanker av mange former og størrelser, så vel som åpent vann, også bli brukt i stedet for den grunnleggende mottager eller beskrevne ballasttank. Videre kan fremgangsmåten, konfigurasjonen, størrelsen, formen og trykket og volumkravene tilpasses til å passe med et stort utvalg av skip av et utvalg former og størrelser, og et lukket resirkuleringssystem og fremgangsmåte som beskrevet kan være overførbart fra en mottager til en annen. Oppfinnelsen kan også være tilpasset for bruk med et vidt utvalg av pumper, mottagere, kavitasjonselementer eller kilder, trykkventiler og andre komponenter som er nødvendig med oppfinnelsen, men allerede til stede i et fartøy eller på annet behandlingssted.

Den nye anordning og fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse er i stand til å sterilisere farlige organismer som er i ballastvann lagret i en ballasttank for å gi effektiv behandling av ballastvann. Det foranstående er ansett som illustrerende kun for prinsippene til oppfinnelsen. Videre, ettersom mange modifikasjoner og endringer vil hurtig fremstå for fagmannen, er det ikke ønsket å begrense oppfinnelsen til den eksakte konstruksjon og drift som er vist og beskrevet, og følgelig kan alle egnede modifikasjoner og ekvivalenter bli ansett å falle innenfor oppfinnelsens tanke.

Nyheten ved den foreliggende oppfinnelse ligger i muligheten til å tilveiebringe en forholdsvis lavkost og øko-vennlig anordning og fremgangsmåte baser på hydrodynamisk kavitasjon for effektiv og økonomisk desinfisering av sjøvann/skips ballastvann ved ganske enkelt å passere organismeinfisert vann gjennom enkle eller multiple kavitasjonskammere som rommer enkle eller multiple kavitasjonselementer, uten bruk av noen kjemikalier eller noen kjemisk reaksjon.

Det ikke-nærliggende oppfinneriske trinn ved å tilveiebringe ett eller flere kavitasjonskammer(e) som rommer enkle eller multiple kaviteringselementer, brakt i avstand ved jevne eller ujevne avstander og hvert element omfatter en fraksjon åpent areal i form av enkle eller multiple åpninger med sirkulær eller ikke-sirkulær form med eller uten skarpe kanter, muliggjør realisering av nyheten til anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Videre, det ikke-nærliggende oppfinneriske trinn av å utsette vannet som skal behandles for hydrodynamisk kavitasjon muliggjør realisering av nyheten ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann.

For å demonstrere ytelseskarakteristikkene til anordningen for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette ifølge den foreliggende oppfinnelse, ble et eksperimentelt oppsett konstruert som vist i figur 6 i tegningene. Ubehandlet tvilsomt vann fra sjøen entrer kavitasjonskammeret (E) via en 7,5 HP sentrifugalpumpe (B). For det tvinges gjennom kavitasjonskammeret (E), blir sjøvannet først samlet opp i en landtank (A) hvor det kan bli vaksinert med fytoplankton og dyreplanktonkultur etablert i et laboratorium. Vannet i tanken (A) blir grundig mikset og evaluert for organismedensitet innbefattende mikroorganismer. Vannet sammen med blandingen av organismer tvinges gjennom innløpet til kavitasjonskammere (E) som omfatter et kavitasjonselement med en enkelt eller multiple huller med diameter i området 1 til 21, 5 med mer diameter og fraksjonert åpent areal i området 0,2 til 0,9. Strømmen i kavitasjonskammeret (E) blir styrt ved hjelp av en strømningsreguleringsventil (C). En trykkmåler (D) er anpasset før kavitasjonskammeret (E), ment for registrering av kavitasjonstrykket i fluidet for ulike åpninger. Etterbehandlet vann fra utløpet fra kavitasjonskammeret (E) blir samlet opp ved samletanken (F) og evaluert for destruksjonsnivået til organismene.

Evalueringen for destruksjonsnivået til organismene blir utført ifølge den følgende prosedyre: Den biologiske telling med hensyn til frittlevende levedyktige bakterier er fastsatt i inntaket og uløpet for vann ved bruk av spredeplatemetoden. Alikvot av vannprøve (0,1 ml) etter seriemessige uttynninger blir belagt på Zobell marint agar og innkubert i 24 timer ved omgivende temperatur. Koloniene blir deretter telt opp og uttrykt som antall per milliliter. Den bakterielle telling i utslippsvann (etter kavitasjon) sammenliknes med inntaksvannet (før kavitasjon) og den prosentvise reduksjon i bakterielt antall beregnes ved bruk av den følgende formel:

Prosentvis reduksjon = (I - D) X 100

Hvor: I = celler telt i inntaksvannet (før kavitasjon)

D = celler telt i utløpsvannet (etter kavitasjon)

Den biologiske telling med hensyn til levedyktige bakterier, forbundet med dyreplankton, blir fastslått i inntaks- og utløpsvannet ved bruk av spredeplatemetoden. Dyreplanktonceller blir samlet ved å føre kjente mengder med inntaks- (før kavitasjon) og utløps- (etter kavitasjon) vann gjennom en sikt satt sammen av sikteduk med 50u maskevidde og svevende i en kjent mengde med filtrert vann. Dyreplanktonceller blir så homogenisert og en alikvot av denne pasta (0,1 ml) etter seriemessige uttynninger blir belagt på Zobell marin agar og inkubert i 24 timer ved omgivende temperatur. Koloniene blir deretter talt og uttrykt som antall per milliliter. Den bakterielle telling i utslippsvannet (etter kavitasjon) sammenliknes med inntaksvannet (før kavitasjon) og den prosentvise reduksjon i bakterielt antall beregnes som ovenfor.

Den biologiske telling med hensyn til fotoplankton med cellestørrelse større enn 10u blir bestemt i inntaks- (tilstand før kavitasjon) og utslipps- (tilstand ette kavitasjon) vann. For dette formål blir et kjent volum med inntaksvann og utløpsvann filtrert gjennom en sikt satt sammen av sikteduk med 10u maskevidde. Fotoplanktonceller holdt på den 10u sikteduk blir så umiddelbart overført til et kjent volum med filtrert sjøvann. En underprøve av kjent volum blir tatt etter grundig miksing og kun pigmenterte celler med rød klorofyll fluorescens under UV lys blir telt ved bruk av et invertert epifluorescens mikroskop og uttrykt som antall per milliliter. Fotoplanktontelling i utløpsvannet sammenliknes med inntaksvannet og den prosentvise reduksjon i antall beregnes som ovenfor.

Den biologiske telling med hensyn til dyreplankton med størrelse større enn 50u blir bestemt i inntaks- (tilstand før kavitasjon) og utslipps- (tilstand ette kavitasjon) vann. For dette formål blir et kjent volum med inntaksvann og utløpsvann filtrert gjennom en sikt satt sammen av sikteduk med 50u. maskevidde. Dyreplanktonceller holdt på sikten blir så umiddelbart overført til et kjent volum med filtrert sjøvann. En underprøve av kjent volum blir tatt etter grundig miksing og kun levende dyreplankton (med mobilitet) blir telt ved bruk av et dobbeltmikroskop og uttrykt som antall per kubikkmeter. Dyreplanktontelling i utløpsvannet sammenliknes med inntaksvannet og den prosentvise reduksjon i antall beregnes som ovenfor.

De følgende eksempler er gitt som illustrasjon av anordningen for desinfeksjon av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette ifølge den foreliggende oppfinnelse i virkelig praksis og bør derfor ikke forstås å begrense omfange av den foreliggende oppfinnelse på noen måte.

Eksempel 1

Strømning gjennom kavitasjonselement 1 som har åpningsplate med enkelt hull, ikke-sirkulær form og med skarp kant (etter boring av huller i platen, ble kantene til hullene ikke avfaset eller glattet til eller polert) med størrelse på 21,5mm; fraksjon av åpent areal = 0,9; strømningsgrad = 10,08 m<3>/t som tilsvarer væskehastigheten gjennom kavitasjonselementet på 7,7 m/s og trykk = 3 kg/cm<2>. Sjøvannet sammen med biota ble ført gjennom åpningen en gang. Den prosentvise destruksjon som indikert i den følgende tabell er med henvisning til innløpsvann.

Eksempel 2

Strømning gjennom kavitasjonselement 2 som har åpningsplate med enkelt hull, ikke-sirkulær form og med skarp kant (etter boring av huller i platen, ble kantene til hullene ikke avfaset eller glattet til eller polert) med størrelse på 21,5mm; fraksjon av åpent areal = 0,5; strømningsgrad = 6,84 m<3>/t som tilsvarer væskehastigheten gjennom kavitasjonselementet på 10,5 m/s og trykk = 3,8 kg/cm<2>. Sjøvannet sammen med biota ble ført gjennom åpningen en gang. Den prosentvise destruksjon som indikert i den følgende tabell er med henvisning til innløpsvann.

Eksempel 3

Strømning gjennom kavitasjonselement 3 som har åpningsplate med enkelt hull, ikke-sirkulær form og med skarp kant (etter boring av huller i platen, ble kantene til hullene ikke avfaset eller glattet til eller polert) med størrelse på 21,5mm; fraksjon av åpent areal = 0,25; strømningsgrad = 3,6 m<3>/t som tilsvarer væskehastigheten gjennom kavitasjonselementet på 11 m/s og trykk = 3,8 kg/cm<2>. Sjøvannet sammen med biota ble ført gjennom åpningen en gang. Den prosentvise destruksjon som indikert i den følgende tabell er med henvisning til innløpsvann.

Eksempel 4

Strømning gjennom kavitasjonselement 4 som har åpningsplate med multiple huller og med skarp kant (etter boring av huller i platen, ble kantene til hullene ikke avfaset eller glattet til eller polert) med størrelse på 21,5mm med sirkulært hull med diameter 2mm; fraksjon av åpent areal = 0,25; strømningsgrad = 2,88 m<3>/t som tilsvarer væskehastigheten gjennom kavitasjonselementet på 8,8 m/s og trykk = 3,8 kg/cm<2>. Sjøvannet sammen med biota ble ført gjennom åpningen en gang. Den prosentvise destruksjon som indikert i den følgende tabell er med henvisning til innløpsvann.

Eksempel 5

Strømning gjennom kavitasjonselement 5 som har åpningsplate med multiple huller og med skarp kant (etter boring av huller i platen, ble kantene til hullene ikke avfaset eller glattet til eller polert) med størrelse på 21,5mm med sirkulært hull med diameter 2mm; fraksjon av åpent areal = 0,5; strømningsgrad = 6,12 m<3>/t som tilsvarer væskehastigheten gjennom kavitasjonselementet på 9,4 m/s og trykk = 3,3 kg/cm<2>. Sjøvannet sammen med biota ble ført gjennom åpningen en gang. Den prosentvise destruksjon som indikert i den følgende tabell er med henvisning til innløpsvann.

Eksempel 6

Strømning gjennom kavitasjonselement 6 som har åpningsplate med multiple huller og med skarp kant (etter boring av huller i platen, ble kantene til hullene ikke avfaset eller glattet til eller polert) med størrelse på 21,5mm med sirkulært hull med diameter 2mm; fraksjon av åpent areal = 0,75; strømningsgrad = 4,68 m<3>/t som tilsvarer væskehastigheten gjennom kavitasjonselementet på 4,8 m/s og trykk = 3,2 kg/cm<2>. Sjøvannet sammen med biota ble ført gjennom åpningen en gang. Den prosentvise destruksjon som indikert i den følgende tabell er med henvisning til innløpsvann.

Eksempel 7

Strømning gjennom kavitasjonselement 7 som har åpningsplate med multiple huller og med skarp kant (etter boring av huller i platen, ble kantene til hullene ikke avfaset eller glattet til eller polert) med størrelse på 21,5mm med sirkulært hull med diameter lmm; fraksjon av åpent areal = 0,25; Sjøvannet sammen med biota ble ført gjennom åpningen for variable strømningstilstander. Resultatene er gitt i tabellen nedenfor:

Eksempel 8

For å illustrere metodikken avbildet i figur 4 i tegningene, er et eksempel på matematisk fluiddynamikk (CFD) modellering av strømningen gjennom kavitasjonskammeret presentert her. Dette eksempel utgjør noen trinn avbildet i den foreslåtte metodikk som vist i figur 4 i tegningene. For dette eksperiment ble et gjennomstrømnings kavitasjonselement med størrelse 32mm med 8 huller med diameter 2mm vurdert. Flere forskjellige kavitasjonselementer med sirkulære, triangulære, kvadratiske og rektangulære huller (som vist i figur 3 i tegningene) vurdert. Prøve på forutsette resultater er som vist i figur 5 (a) i tegningene. Resultatene av CFD modellen ble brukt til å simulere baner for genererte blærer, som vist i figur 5(b) i tegningene. Trykkhistorikkdata langs disse blærebaner ble brukt til å beregne blærekollapstemperatur og blærekollapstrykk, som vist i figur 5(c) i tegningene. Blæreradiushistorikken og den endelige kollapstrykkpuls ble estimert ved løsning av R.P. likningen etter erstatning av trykkvariasjonen erfart ved den bevegende blære basert på dens bane (forutsagt ved CFD simuleringer) og trykkprofilene generert ved å erstatte for P uendelig i R.P. likningen. Beregningsmodellene ble så brukt til å evaluere effektiviteten og virkningsgraden hos ulike kavitasjonselementer for å generere blærer. En prøve på resultater er vist i figur 5(d) i tegningene.

Fra resultatene av biologisk telling oppnådd under forskjellige driftsbetingelser som gitt i de illustrerende eksempler her ovenfor, er det klart at det er en vesentlig destruksjon av organismer. Denne observerte destruksjon skjedde uten at det krevdes noen kjemikalier eller varmebehandling eller bruk av UV eller ultralydbehandling. Desinfeksjonsytelsen kan bli betydelig forøket ved å benytte optimaliseringsmetodikken diskutert ovenfor og illustrert i figur 4 i tegningene. Ved å benytte slik en metodikk kan anordningen for ballastvanndesinfisering skreddersys til destruksjon av spesifikke mikroorganismer også. De foran nevnte patenter og andre vannbehandlingssystemer og fremgangsmåter for tiden kjent i faget gjør ingen tiltak som i den foreliggende oppfinnelse for desinfeksjon/behandling av ballastvann ved bruk av hydrodynamisk kavitasjon hvor anordningen er i hovedsak et kavitasjonskammer innbefattende enkle eller multiple kavitasjonselementer, brakt i avstand ved jevne eller ujevne avstander og hvert slikt kavitasjonselement har et fraksjonert åpent areal i form av enkle eller multiple åpninger som er enten sirkulære eller ikke-sirkulære og enten med eller uten skarpe kanter.

Med hensyn til de foregående ulemper iboende i de kjente type ballastvann behandlingssystemer og fremgangsmåter nå til stede innenfor den kjente teknikk, tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en anordning og fremgangsmåte å behandle ballastvann på ved bruk av hydrodynamisk kavitasjon hvor ballastvann bli ført gjennom et kavitasjonskammer som har en enkelt eller multiple kavitasjonselementer for å muliggjøre desinfeksjon av ballastvannet og overvinner ulempene angitt ved den kjente teknikk. Videre tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann og en fremgangsmåte til dette, som har alle fordelene til den kjente teknikk nevnt ovenfor o mange nye trekk som resulterer i et system og fremgangsmåte for ballastvannbehandling som ikke er foregrepet, gjort nærliggende, foreslått eller en gang antydet gjennom den kjente teknikk, enten alene eller i noen kombinasjoner av disse.

Hovedfordelene med den foreliggende oppfinnelse er:

1. Desinfiseringen av sjøvann/ballastvann oppnås ved ganske enkelt å føre det organismeinfiserte vann gjennom en enkelt eller multiple kavitasjonskammere satt på linje med inntaks- eller utløpsrøret.

2. Innebærer ikke bruken av noen kjemikalier eller noen kjemisk reaksjon.

3. Er enkel, øko-vennlig og kan anpasses på eksisterende inntaks- og utløpssystemer hos ethvert skip med minimale modifikasjoner. 4. Det krever ingen eller minimums tilleggsplass avhengig av typen skip og dets ballasterings- og deballasteringssystem. 5. Medfører ingen fare for helse hos skipets mannskap til forskjell fra kjemiske metoder og krever ingen spesiell fagkunnskap eller ytterligere mannskraft for dens drift. 6. Muliggjør effektiv og økonomisk desinfeksjon av ballastvann, for å begrense de miljømessig ufordelaktige virkninger som kan være resultatet når ubehandlet vann frigjøres i et miljø som er økologisk forskjellig fra det hvor vannet opprinnelig ble hentet.

7. Desinfiserer ballastvann ved effektiv dreping av akvatiske organismer.

8. Forholdsvis lav produksjonskostnad med hensyn til både materialer og arbeid, og som følgelig da er i stand til forholdsvis lave salgspriser til allment forbruk og industrien. 9. Anordningen og fremgangsmåten kan bli brukt i sammen med ethvert annet behandlingssystem(er) for å oppnå ønsket effektivitet.

Som sådan vil fagmannen forstå at konseptet, på hvilken denne beskrivelse er basert, enkelt kan benyttes som en basis for konstruksjon av andre konstruksjoner, fremgangsmåter og systemer for å utføre de mange formål med den foreliggende oppfinnelse. Det er derfor viktig at kravene anses som å inkludere slike ekvivalente konstruksjoner så langt som de ikke avviker fra tanken og omfanget av den foreliggende oppfinnelse.

Claims (16)

1. Anordning for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann, som omfatter en vanninntaksinnretning (17 & 18) som består av en ballastvann inntakskilde (17) og en pumpeinnretning (18) forbundet i serie gjennom en trykkmåler (3) og tilbakeslagsventil(er) til en innløpsport til et kavitasjonskammer (5), eventuelt gjennom en varmeveksler (4),karakterisert vedat kavitasjonskammeret (5) er utstyrt med enkle eller multiple kavitasjonselementer (2) plassert vinkelrett på fluidets strømningsretning, hvilke kavitasjonselementer (2) er brakt i avstand ved jevne eller ikke-jevne avstander og hvert slikt kavitasjonselement (2) har et fraksjonert åpent areal i form av enkle eller multiple åpninger, idet utgangen fra kavitasjonskammeret (5) blir ført gjennom et kvalitetskontrollpunkt (6) og tilbakeslagsventil(er) (7) til en ballasttank (8), der utgangen fra ballasttanken (8) er forbundet til en utslippspumpe (9) gjennom tilbakeslagsventil(er) til et tømmeutløp, der kavitasjonselementet har en andel av åpent areal i området 0,2 til 0,9 ganger holdekammerets tverrsnitt-strømningsareal og der hvert hull har en diameter i området 1 til 21,5 millimeter.

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat kavitasjonskammeret (5) har vanninntaksinnretninger (17 & 18) gjennom hvilke sjøvann entrer fra utenfor et fartøy.

3. Anordning som angitt i krav 1-2,karakterisert vedat pumpeinnretningene (18) er en eller en serie med pumper slik som, men ikke begrenset til en ballastpumpe.

4. Anordning som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat varmevekseleren (4) er forbundet til en energikilde slik som en standard kilde eller en metode kjent i faget, eller damp eller motoravgasser fra skipsmotoren.

5. Anordning som angitt i krav 1-4,karakterisert vedat kavitasjonskammeret (5) er av tverrsnitt slik som sirkulært eller ikke-sirkulær form.

6. Anordning som angitt i krav 1-5,karakterisert vedat kavitasjonskammeret (5) rommer en enkelt eller flere kavitasjonselement(er) i form av plater slik som av metall, keramisk materiale, plastmaterialer av varierende tykkelser plassert vinkelrett på fluidets strømningsretning i serie eller parallelt og plassert ved jevne eller ujevne avstander montert og holdt på plass med innretninger slik som flenser.

7. Anordning som angitt i krav 1-6,karakterisert vedat avstanden mellom påfølgende kavitasjonselementer er i området 4 til 100 ganger holdekammerets diameter, plassert ved jevne eller ujevne avstander.

8. Anordning som angitt i krav 1-7,karakterisert vedat kavitasjonselementet(-ene) med en andel åpent areal i form av enkle eller multiple åpninger, er enten sirkulære eller ikke-sirkulære med eller uten skarpe kanter.

9. Anordning som angitt i krav 1-8,karakterisert vedat (i) diameteren til kavitasjonskammeret; (ii) antallet kavitasjonselementer; (iii) avstanden mellom kavitasjonselementer; (iv) det fraksjonerte åpne areal og antall, diameter og fordeling av åpninger på hvert kavitasjonselement; (v) driftstemperatur; (vi) driftsstrømningsgrad; (vii) antall av resirkuleringer gjennom kavitasjonskammeret; blir estimert og konfigurert ved bruk av matematisk fluiddynamikk (CFD) baserte modeller og Rayleigh-Plesset likning for kavitasjonskollaps, slik som beskrevet her.

10. Anordning som angitt i krav 1-9,karakterisert vedat kvalitetssjekkpunktet (6) er anordnet med kjente innretninger i stand til å overvåke kvaliteten på behandlet vann.

11. Anordning som angitt i krav 1-10,karakterisert vedat, for å muliggjøre resirkulering av det behandlede vann eller en del av dette, om nødvendig, ved kvalitetssjekkpunktet (6), er tømmeutløpet fra utslippspumpen (9) forbundet gjennom en trykkmåler (10) og tilbakeslagsventil(er), valgvis gjennom en varmevekseler (11), til en innløpsport til et kavitasjonskammer (12) som har enkle eller multiple kavitasjonselementer og tilbake til ballasttanken (8) gjennom et kvalitetssjekkpunkt (13) og tilbakeslagsventiler (14, 7).

12. Fremgangsmåte for desinfisering av sjøvann/skips ballastvann ved bruk av anordningen som angitt i ett eller flere av kravene 1 til 11,karakterisert vedat den omfatter å utsette ballastvannet som skal behandles for hydrodynamisk kavitasjon ved å pumpe sjøvannet i vanninntaket, eventuelt forvarmet, inn i en innløpsport til et kavitasjonskammer som har enkle eller multiple kavitasjonselementer, det behandlede ballastvann blir ført gjennom et kvalitetssjekkpunkt til en ballasttank, resirkulering av det behandlede vann eller en del av dette, om nødvendig ut fra kvalitetssjekken, for videre hydrodynamisk kavitasjon.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12,karakterisert vedat ballastvannet som skal behandles, eventuelt blir forvarmet til en temperatur i området 10 til 70°C.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 12-13,karakterisert vedat vannstrømningsmengden gjennom kavitasjonselementet er slik at væskehastighetene er i området fra 2 til 150 m/s.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 12-14,karakterisert vedat vanntrykket er i området fra 0,5 til 150 kg/cm2

16. Anvendelse av en anordning som angitt i ett eller flere av kravene 1 til 11, for desinfiserende behandling av vann ved bruk av hydrodynamisk kavitasjon, der vannbehandlingsapplikasjoner innbefatter, men ikke begrenset til avløpsvannhåndtering, jordbruksapplikasjoner, basseng og plassapplikasjoner, olje- og gassapplikasjoner og ulike desinfeksjonsapplikasjoner.