Статья из журнала «Морская наука и техника» - «Перспективы развития судостроения России» №11
Гаврилова А.Н., Герасимов А.В., ООО «Винета», Санкт-Петербург
Состояние вопроса
Для предупреждения негативного влияния сброса балластных вод, вместе с которыми переносятся водные микроорганизмы, в 2004 году была принята Международная конвенция «О контроле судовых балластных вод и осадков», направленная на снижение влияний переносимых инвазий на экономику, состояние среды обитания людей и здоровье каждого человека. Согласно конвенции, все суда, построенные после 8 сентября 2017 года, к моменту завершения постройки должны соответствовать стандарту D-2 [1]: в сбрасываемой балластной воде количество жизнеспособных организмов должно составлять:
РФ присоединилась к конвенции по балластным водам на основании постановления Правительства РФ от 28.03.2012 № 256.
Качество балластной воды по данному стандарту может быть достигнуто установкой на судне системы управления балластными водами, обеспечивающей деактивацию микроорганизмов. До последнего времени российские суда комплектовались различными типами систем обезвреживания балласта импортного производства. Согласно работе [2] в основном применялись установки, обрабатывающие балластные воды хлором или УФ-излучением. Однако, в связи с зарубежной санкционной политикой, поставка таких систем в РФ стала практически невозможной. Сертифицированных российских СУБВ до настоящего времени нет. Машиностроительное предприятие «Винета», рассмотрев возможности создания оборудования, отвечающего требованиям Международной конвенции, считает создание российских систем управления балластными водами одной из наиболее актуальных задач в ближайшие годы. По ряду технически обоснованных причин [3] было принято решение о разработке системы обеззараживания балластных вод, в которых деактивация водной биоты проводится вследствие воздействия на воду активного вещества - газообразного озона.
Описание системы управления балластными водами
Озон (О3) - простое вещество, при нормальных условиях это бесцветный или бледно-голубой газ с отчетливо резким запахом. В качестве дезинфицирующего средства озон используется с конца 1800-х годов. В Европе и в Соединенных Штатах озон применяется для дезинфекции питьевой воды, для обработки сточных вод, в аквакультуре для предотвращения болезней выращиваемых видов. Также озон применяется для обработки балластных вод в целях предотвращения инвазий [4]. Озонированная морская вода токсична для морских организмов. Озон, в силу своих высоких окислительных свойств, эффективно уничтожает патогенную бактериальную микрофлору (микроорганизмы, вирусы, бактерии, грибы, водоросли, их споры и цисты простейших) и окисляет многие органические соединения с их последующим разложением. Механизм обезвреживающего действия озона и вторичных окислителей (бромноватистой кислоты (HOBr) и ионизированной формы гипобромита (OBr-)) основан на их способности проникать внутрь микроорганизма и окислять протеины ферментов, а также двойные связи молекул жирных кислот в стенках клеток, вследствие чего клетки разрушаются. Озон дезактивирует также и вирусы, преобразовывая структуры их белковой оболочки с поражением жизненных центров.
К достоинствам озона, по сравнению с другими окислителями, можно отнести [5]:
-
возможность одновременного обезвреживания воды и удаления других загрязнений (цветность, запах, ПАВ, нефтепродукты, железо, марганец, фенолы и др.);
-
высокая эффективность в отношении уничтожения бактерий, вирусов, спор и цист;
-
озон вырабатывается непосредственно из атмосферного воздуха, что исключает необходимость перевоза и хранения дополнительных реагентов на судне;
-
отсутствие дорогостоящих компонентов системы, необходимых для эксплуатации и ремонта.
Система управления балластными водами (СУБВ), разработанная ООО «Винета», включает в себя несколько уровней обработки балластной воды (см. рисунок 1).
Рисунок 1 – Принцип обработки балластной воды при приеме: ЗВ – забортная вода, ФМ – фильтр механический, ВК – воздушный компрессор, РВ – ресивер воздушный, КК – кислородный концентратор, РК – ресивер кислородный, ГО – генератор озона, Э – эжектор, КРД – колонна растворения, КДО – каталитический деструктор озона
На первом уровне обработки принимаемой на борт судна балластной воды осуществляется ее фильтрация от нерастворенных механических и органических примесей и микроорганизмов. Загрязнения, задержанные фильтром, смываются в дренаж и, далее, в акваторию, т.к. в принимаемом балласте не содержатся микроорганизмов, инородных для окружающей среды. Промывка производится без прерывания процесса фильтрации автоматически по датчику контроля перепада давления на фильтре.
На втором уровне обработки балластной воды осуществляется введение в нее газообразного озона (О3). Система производит озон из кислорода, который, в свою очередь, вырабатывается из очищенного воздуха вентиляционной системы судна. В озонаторе, при прохождении электрического тока через разрядное пространство с кислородом, происходит разряд коронного типа, в результате чего из кислорода образуется озон. Для введения озона в поток балластной воды установлен эжектор.
Далее балластная вода направляется в колонну растворения, где происходит окончательный массоперенос озона из газовой фазы в раствор. В процессе растворения озон реагирует со значительной частью органических соединений, содержащихся в балластной воде, в том числе – с живыми микроорганизмами, что приводит к их гибели.
На третьем уровне обработки озонированная балластная вода из колонны растворения (без газообразной фазы) поступает в балластные танки. Не растворившаяся озоно-воздушная смесь через автоматический воздухоотводчик в крышке колонны растворения отводится в деструктор озона. В результате каталитического разложения в деструкторе озон конвертируется в кислород. Свободная от озона газовая смесь выводится из деструктора в атмосферу или вентиляционный канал. В зоне выхода газов из деструктора озона установлен газоанализатор массовой концентрации озона в воздухе рабочей зоны.
Четвертый уровень обработки балластной воды – выдержка обработанной озоном балластной воды в штатных судовых танках с целью окисления органических веществ, в том числе клеток живых микроорганизмов, растворенным озоном (что характерно для слабосоленых и пресных вод) или кислотами, образовавшимися при взаимодействии озона с морской водой, содержащей соли брома.
После минимального срока хранения обработанной балластной воды содержание в ней живых микроорганизмов удовлетворяет правилу D-2 Международной конвенции о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими.
На последнем уровне обработки балластной воды, при необходимости, проводится нейтрализация кислот, образовавшихся при окислительных процессах в балластных танках. Необходимость нейтрализации определяется уровнем ОВП/ TRO в потоке на выходе из сливного трубопровода балластных вод.
Рисунок 2 – Нейтрализация балластной воды при сбросе
В системе реализован автоматический контроль количества вырабатываемого озона в зависимости от следующих факторов:
-
температуры исходной забортной воды;
-
степени солёности воды (СУБВ можно использовать как для солёной, так и для пресной воды);
-
физико-химических свойств воды (прозрачность и наличие взвешенных веществ);
-
производительность по балластной воде.
Конструктивные особенности исполнения СУБВ
СУБВ состоят из отдельно стоящих агрегатов и предполагает несколько вариантов размещения:
-
размещение в трюме на свободной площадке с агрегатированием блоков;
-
размещение СУБВ в сборе в контейнере;
-
размещение СУБВ разрозненно по блокам в машинном отделении.
При определении места для размещения СУБВ на судне учитываются требования по обслуживанию и ремонту системы, необходимости уклона трубопроводов СУБВ. Учитываются требования к вибрации судовых конструкций для определения необходимости установки агрегатов на амортизаторы/ виброгасители.
На рисунке 3 приведено схематичное размещение СУБВ в двух контейнерах.
Рисунок 3 - Схематичное размещение системы в двух контейнерах
Заключение
Для СУБВ производства ООО «Винета» проведены испытания на масштабной модели по обезвреживанию судовых балластных вод при участии Ресурсного центра «Обсерватория экологической безопасности» Научного парка СПбГУ. Определены эффективные значения концентрации озона, обеспечивающие деактивацию водных микроорганизмов в соответствии с правилом D-2 международной конвенции для исходной воды различной солености (пресная, солоноватая и соленая). Установлено, что сбросной балласт на всех рассмотренных режимах работы не являлся токсичным. Параметры работы и технические данные подлежат валидации при проведении судовых испытаний полномасштабной СУБВ. Испытания головного образца на судне планируются в 1-м квартале 2025 года.
Список литературы
1 Международная конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлению ими 2004 года. СПб: ЦНИИМФ, 2005, 120 с.
2 Андрюшечкин Ю.Н. Анализ технических характеристик при выборе систем обработки балластных вод для судов «река-море» плавания / Ю.Н. Андрюшечкин, Д.Ю. Столповский, С.В. Рудых// Вестник ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова. – 2018, - Т.10. - № 6. – с. 1191-1199.
3 Экологичные системы обработки балластных вод (korabel.ru) (дата обращения 02.06.2022).
4 Herwig R.P. Cordell J.R., Perrins J.C., Dinnel P.A., Gensemer R.W., Stubblefield W.A., Ruiz G.M., Kopp J.A., House M.L. and Cooper W.J. Ozone Treatment of Ballast Water on the Oil Tanker S/T Tonsina: Chemistry, Biology, and Toxicity // Marine Ecology Progress Series – 2006. – 324:37–55. DOI: 10.3354/meps324037.
5 Верещагин В.Л. Построение систем электропитания высоковольтных устройств озонаторов на базе электронного-лучевых вентилей и пролетных пентодов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, ФГБОУВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, 2017.
6 В.Г. Хорошев, Л.Н. Попов, М.В. Петров, В.В. Дроздов, Р.И. Гатин. Предотвращение загрязнения морских экосистем судовыми балластными водами: проблемы и пути решения. НТС Российского морского регистра судоходства, № 40/41, 2015.
