CC BY-ND
105
46
ЗНиСО
Апрель №4 (200)
УДК 579.843:614.4:628.162.5:656.612
О СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ ВОДЯНОГО БАЛЛАСТА СУДОВ
С.Ю. Водяницкая, Л.В. Судьина, В.В. Баташев
ФКУЗ «Ростовский-на-Дону противочумный институт» Роспотребнадзора,
Ростов-на-Дону, Россия
Освещаются современные механические, физические и химические способы обработки водяного балласта судов от патогенной микрофлоры, предложенные российскими и зарубежными исследователями. Отмечены их достоинства и недостатки. Ключевые слова: судовые балластные воды, деконтаминация.
S.Yu. Vodyanitskaya, L.V. Sudina, V.V. Batashev □ ABOUT METODS OF SHIPS' BALLAST WATER TREATMENT □ Rostov-on-Don Plague Control Researsh Institute of Rospotrebnadzor, Rostov-on-Don, Russia.
The modern mechanical, physical and chemical metods of processing of water ballast of courts from pathogenic microflora offered by Russian and foreign researchers are covered in the article; merits and shortcomings of application of various ways are noted. Key words: ships' ballast water, decontamination.
Известно, что в забортной воде, используемой в качестве балласта, могут содержаться патогенные для человека или природных сообществ водные организмы. Такие организмы перевозятся на большие расстояния, сохраняя при этом способность к жизнедеятельности и после продолжительных морских переходов. Более тридцати лет назад Дж. Т. Карлтон назвал это явление «экологической рулеткой» [6, 7]. Поскольку предотвратить распространение микроорганизмов невозможно, Международной Морской Организацией (ИМО) с конца XX века принимаются активные меры в данном направлении. В 2004 году принята Международная конвенция по контролю и управлению судовыми балластными водами и осадками, которая предписывает, что к 2019 году все суда должны обрабатывать балластные воды на берегу или на борту судов. В 2012 году Российская Федерация присоединилась к Конвенции. Однако вопрос о способах деконтаминации как в нашей стране, так и за рубежом до сих пор остается открытым [2-6].
В настоящее время известно пять основных методов, способствующих минимизации риска завоза нежелательных организмов, причем каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки.
Первый метод — исключение сброса балластной воды вообще. Это самый надежный способ, он применяется в тех случаях, когда сброс балластных вод запрещен полностью. Понятно, что этот способ не очень практичен и в судоходстве зачастую нереален.
Второй метод — уменьшение концентрации морских организмов, содержащихся в принимаемом на борт водяном балласте, которое может быть достигнуто путем ограничения количества принимаемого водяного балласта, а также путем выбора мест приема балласта. Балласт не следует принимать на малых глубинах, в районах застоя воды, вблизи мест сброса сточных вод и дноуглубительных работ, а также в районах обнаружения патогенных микроорганизмов.
Третий метод заключается в обработке водяного балласта на борту судна. Уже разработаны определенные технологии этого процесса,
рекомендуемые Руководством международной морской организации ИМО. Такая обработка может осуществляться механическими, физическими, химическими способами.
Четвертый метод - береговая обработка, заключающаяся в сдаче балласта на береговые приемные сооружения. Но далеко не все порты могут предоставить судну соответствующие приемные сооружения.
Пятый метод - смена балласта в водах открытого океана или его разбавление.
При выборе метода обработки балласта следуют помнить, что он должен отвечать следующим критериям: быть безопасным для человека и окружающей среды, эффективным и экономичным [7, 8]. Приемлемым методом является обработка балластных вод на борту судна, включающая механический, физический и химический способы.
Первый рассматриваемый способ - механический, заключающийся в сепарации и фильтрации. Это первичный и довольно грубый способ очистки водяного балласта, предложенный Tang Z. c соавторами [30], где в качестве фильтров используется резиновая крошка отработанных автопокрышек. В работах Mazen M. и Guilbaud J. c соавторами рекомендовано применение гидроциклонов с применением коагулянтов для повышения качества очистки балластных вод [16, 20].
Достоинством механического способа является простота в применении. Однако среди недостатков необходимо отметить, что при повышении скорости фильтрации и сепарации возможно снижение качества очистки воды и образование осадка в балластных танках.
Самым простым физическим методом является нагрев балластной воды с помощью теплообменников судов. В ряде публикаций зарубежных исследователей [14, 17, 21, 24] предложено три температурных интервала для деконтами-нации балластных вод: 35-37,5 °С в течение 60-120 мин, 40-45 °С и 55-80 °С в течение 3090 мин. Причем при 80 °С скорость гибели микроорганизмов не повышалась. К существенным недостаткам способа можно отнести нарушение равновесия прибрежных экосистем вследствие сброса горячей воды в прибрежные акватории.
Апрель №4 (200)
ЗНиСО
47
^ Ультрафиолетовое облучение для обеззаразь живания воды от патогенных микроорганизмов еэ используется давно. Оно разрушает молекулярную структуру клеток, вызывает их полную гибель или нарушает репродуктивную способ-■—^ ность. Оптимальное пиковое значение для уничтожения бактерий и водорослей в балластных водах - 254 нм - предложено в работе Jung Y.J. с соавторами [18]. Снижение пиковых эффективных значений, по мнению авторов, связано с комбинацией химических и физических способов очистки балластных вод.
Физический способ гидродинамической кавитации для обеззараживания балластных вод предложен в работах Feng D. С. и Cvetkovic M. с соавторами. Гидродинамическая кавитация - явление, при котором нарушается однородность жидкости, появляются пузырьки или полости, состоящие из пара или газа. Авторами отмечено, что для полного уничтожения биоты в водяном балласте применение гидродинамической кавитации недостаточно и рекомендовано сочетать с ультразвуковым воздействием [13, 15]. Nanayak-kara K. G. c соавторами отмечает, что ультразвук усиливает свое воздействие на морские организмы благодаря электролизу солей, растворенных в морской воде, которая находится в танках. При коротком времени воздействия (60-150 мин) и низком напряже8нии к6онцентрация микробов уменьшается с 108 до 106 КОЕ/100 мл [22].
Для обработки водяного балласта довольно часто используют гидроксильные радикалы, возникающие в процессе электролиза. При концентрации окислителя 0,7 мг/л и времени экспозиции 6 ч наблюдалась 100%-я гибель бактерий, а при концентрации окислителя 2,5 мг/л и 6-часовой экспозиции - обесцвечивался хлорофилл у водорослей, не вызывая их полного уничтожения. Smit M.G., Bai M. и Zhang Y. c соавторами подчеркивают, что использование радикалов «ОН» является эффективным и наиболее щадящим для окружающей среды [10, 27, 35]. Таким образом, применение только лишь физических способов не приводит к 100%-й де-контаминации балласта, вызывает коррозию металлических поверхностей и деталей судна либо несет ущерб прибрежным экосистемам.
Наиболее часто на практике используется химический способ для деконтаминации судового балласта. Актуальной проблемой в применении химических веществ для обеззараживания балластной воды является образование побочных продуктов реакции при взаимодействии с морской водой. Соленость Мирового океана составляет 34-35 %о, при этом в Азовском море она составляет 11, Черном - 18, Средиземном - 39, Красном - 41 %о . В связи с этим Santagata S. с соавторами в лабораторных условиях проводили исследования по изучению влияния концентрации NaCl на выживание микроорганизмов в балластной воде. Для уничтожения 95 % организмов авторы рекомендовали повышать соленость до 110 промилле и выдерживать экспозицию 1 час, при солености воды - 60 промилле, экспозиция должна составлять 6 часов [25].
Самый простой и недорогой в применении дезинфектант - перекись водорода. При ее использовании, во-первых, нет риска образования побочных органических соединений и, во-вторых, балластную воду можно сбрасывать без ущерба для окружающей среды после короткого времени экспозиции (24 ч) и относительно невысокой концентрации (5 мг/мл) [19, 27, 35].
По мнению ряда исследователей [23, 32-34], озон может применяться в качестве эффективного биоцида на судах различной конструкции. Применение озона показало высокую эффективность в отношении патогенной и условно-патогенной микрофлоры при высоком уровне контаминации как в лабораторных экспериментах, так и на судах. При концентрации 511 мг/мл и 6-часовой обработке с напряжением 400-700 МВт озон эффективен в отношении динофитовых водорослей. Нетоксичность кислорода, образующегося при распаде озона, гарантирует безопасность окружающей среде при сбросе обработанной воды.
Другим популярным химическим веществом для обеззараживания воды является хлор и его соединения. Биоцидное действие хлора объясняется высокой химической активностью и высокой окислительной способностью хлорноватистой кислоты по сравнению с анионами Cl-. Хлорирование балластной воды эффективно при pH около 7,5 [9, 28, 29] в концентрации 5 мг/м . А при сбросе воды концентрация хлора не должна превышать значений ПДК - 0,03 г/м . Хлор на суда поставляется в стальных цилиндрах или стальных бочках. Агрессивность и токсичность хлора создает большие экономические затраты на создание специального оборудования по обеспечению биологической безопасности, хранение его запасов на судне несет возможный риск для здоровья экипажа.
Изучению диоксида хлора, менее токсичного хлорсодержащего соединения, посвящены работы Seiden J.M. и Starliper C.E. с соавторами, в которых подчеркивается, что диоксид хлора является эффективным при высокой мутности воды. Однако данный биоцид практически неэффективен против зоопланктона, если концентрация хлора составляет менее 2 мг/л. Длительный период полураспада (свыше 24 часов) приводит к нежелательным экологическим последствиям [26, 29].
Обработка балластной воды гидроксидом натрия и увеличение pH до 10-12 при 24-часовом воздействии эффективны в отношении ракообразных и моллюсков. Briski Е. и Cange-losi А. с соавторами указывают на замедление коррозионных процессов стали балластных цистерн при повышении водородного показателя, а также на обеззараживание и уничтожение водных организмов в балласте с гибелью последних до 95 % [11, 12].
Изучению воздействия четвертичных аммониевых соединений (ЧАС) посвящены работы российских и зарубежных исследователей Ата-нова Н.А., van Slooten C. Применение ЧАС в малой концентрации не дает должного эффекта очистки судового балласта, при этом обнаруже-
40
ЗНиСО
Апрель №4 (208)
на высокая токсичность для окружающей среды химических реагентов этого класса [1, 31].
Таким образом, в настоящее время существует множество способов и методов обработки, которое свидетельствуют о том, что до сих пор так и не найден универсальный для обработки водяного балласта на судах.
В настоящее время, в рамках НИР в Ростов-ском-на-Дону противочумном институте, проводятся исследования химических и биологических веществ для деконтаминации судового балласта, результаты которых будут иметь большое значение в плане снижения завоза патогенных микроорганизмов судами, выполняющими международные рейсы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Атанов Н.А. и др. Ингибиторы в системах оборотного водоснабжения / Н.А. Атанов, М.А. Сидоренко // Сб. матер. VI Междунар. науч-техн. конф. «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов», 18-25 сентября, 2013. Тольятти: ТГУ, 2014. С. 34-37.
2. Водяницкая С.Ю. и др. Результаты трехлетнего мониторинга судовых балластных вод в портах Ростовской области / С.Ю. Водяницкая, В.И. Прометной, Н.Р. Телесма-нич [и др.] // Проблемы ООИ. 2014. № 2. С. 108-110.
3. Водяницкая С.Ю. и др. Правовые основы борьбы с загрязнением морей балластными водами / С.Ю. Водяницкая, Ю.И. Арутюнов, О.В. Лях [и др.] // Здоровье населения и среда обитания. 2012. № 12 (237). С. 7-9.
4. Водяницкая С.Ю. и др. Проблемы водного балласта: современные аспекты / С.Ю. Водяницкая, О.В. Лях, Ю.В. Рыжков [и др.] // Эпидемиол. и инф. бол. 2011. № 5. С. 18-22.
5. Международная конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими 2004 года. СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2005. 120 с.
6. Монография Программы Глобалласт (США). Вып. 19. 41 с.: [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://Mono19_Russian.pdf (дата обращения: 15.02.2017).
7. Сагайдак А.И. Проблема водяного балласта и пути ее решения: Матер. докл. 1-го науч.-практ. семинара по проблеме управления судовыми балласт. водами. Одесса. 2003: [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://razom.znaimo. com.ua/docs/670/index-47566.html (дата обращения: 15.02.2017).
8. Сиденко В.П. и др. Проблема биологического загрязнения судовых балластных вод и пути ее решения в современных условиях / В.П. Сиденко, А.М. Войтенко, Ю.П. Авласович [и др.] // Вюник морсько! медицини. 2000. № 1. С. 15-19.
9. Сустретова Н.В. Обеспечение экологической безопасности балластных вод на судах смешанного «река-море» плавания: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. Нижний Новгород, 2011. 25 с.
10. Bai M. et al. Killing effects of Hydroxyl Radical on Algae and Bacteria in Ship's Ballast Water and on Their Cell Morpholog / M. Bai, Z. Zhang, X. Xue [et al.] // Plasma Chemistry and Plasma Processing., 2010. Vol. 30. № 6. P. 831-840.
11. Briski E. et al. Role of domestic shipping in the introduction or secondary spread of nonindigenous species: biological invasions within the Laurentian Great Lakes / E. Briski, C.J. Wiley, S.A. Bailey [et al.] // Journal of Applied Ecology. 2012. Vol. 49. Р. 1124-1130.
12. Cangelosi A. et al. Final report of the shipboard testing of the sodium hydroxide (NaOH) ballast water treatment system onboard the MV Indiana Harbor Great Ships Initiative / A. Can-gelosi, L. Allinger, M. Balcer [et al.] // Northeast- Midwest Institute, Washington, D.C., USA. 2013 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.great shipsinitiative.org/GSI-SB-F-TR-1.pdf (дата обращения: 15.02.2017).
13. Cvetkovic M. et al. Application of hydrodynamic cavitation in ballast water treatment/ M. Cvetkovic, B. Kompare, K.A. Kle-mencic [et al.] // Environmental Science and Pollution Research., 2015. Vol. 22. № 10. Р. 7422-7438.
14. Drillet G. et al. Effects of temperature on type approval testing of ballast water treatment systems / G. Drillet, C. Schmoker, A. Trottet [et al.] // Integr. Environ. Assess. Manag., 2013. № 4. Р. 192-195.
15. Feng D. et al. Inactivation of Heterosigma akashiwo in ballast water by circular orifice plate-generated hydrodynamic cavitation / D. Feng, J. Zhao, T. Liu [et al.] // Environ. Technol., 2015. № 10. Р. 1-10.
16. Guilbaud J. et al. Porous membranes for ballast water treatment from microalgae-rich seawater / J. Guilbaud, A. Massе, F.C. Wolff [et al.] // Mar. Pollut. Bull., 2015. № 10. Р. 27-29.
17. Hallegraeff G.M. Transport of tox dinoflagellates via ships ballast water: bioeconomic risk assessment and efficacy of ^— possible ballast water management strategies // Marine Ecol. '—■ Prog. Ser. 1998. Vol. 168. P. 297-309.
18. Jung Y.J. et al. Evaluation of disinfection efficacy and chemi- CP cal formation using MPUV ballast water treatment system (GloEn-Patrol) / Y.J. Jung, Y. Yoon, T.S. Pyo [et al.] // Envi- jf^ ron .Technol. 2012. № 9. P. 1953—1961. ^
19. Kuzirian A.M. et al. Hydrogen peroxide: an effective treatment ^^ for ballast water / A.M. Kuzirian, E.C. Terry, D.L. Bechtel [et al.] 4:7 // Biol. Bull. 2001. № 10. P. 297-299. ^
20. Mazen M. et al. Ballast water treatment technologies: hydro-cyclonic a viable option/ M. Mazen, B.O. Abu-Khader, M. At-tarakih [et al.] // Clean Technologies and Environmental Policy, 2011. Vol. 13. № 2. P. 403-413.
21. McCollin T. et al. Ship board testing of a deoxigenation ballast water treatment / T. McCollin, B.G. Quilez, K.D. Josefsen [et al.] // Mar. Pollut. Bull. 2001. № 9. P. 1170-1178.
22. Nanayakkara K.N. et al. A low-energy intensive electrochemical system for the eradication of Escherichia coli from ballast water: process development, disinfection chemistry, and kinetics modeling / K.N. Nanayakkara, A.K. Alam, Y.M. Zheng [et al.] // Mar. Pollut. Bull. 2012. № 6. P. 1238-45.
23. Oemcke D.J. et al. Ozonation of the marine dinoflagellate alga Amphidinium sp. implications for ballast water disinfection / D.J. Oemcke, J.H. van Leeuwen [et al.] // Water Res. 2005. № 10. P. 5119-5125.
24. Quilez B.G. et al. On board short-time high temperature heat treatment of ballast water: a field trial under operational conditions / B.G. Quilez, T.Mc Collin, K.D. Josefsen [et al.] // Mar. Pollut. Bull. 2008. № 1. P. 127-135.
25. Santagata S. et al. Concentrated sodium chloride brine solutions as an additional treatment for preventing the introduction of nonindigenous species in the ballast tanks of ships declaring no ballast on board / S. Santagata, K. Bacela, D.F. Reid [et al.] // Environ. Toxicol. Chem., 2009. № 2. P. 346-353.
26. Seiden J.M. et al. Biological controls on bacterial populations in ballast water during ocean transit / J.M. Seiden, R.B. Rivkin [et al.] // Mar. Pollut. Bull. 2014. № 1. P. 7-14.
27. Smit M.G. et al. Time and concentration dependency in the potentially affected fraction of species: the case of hydrogen peroxide treatment of ballast water / M.G. Smit, E. Ebbens, R.G. Jak [et al.] // Environ. Toxicol. Chem. 2008. № 3. P. 746-753.
28. Starliper C.E. et al. Bactericidal efficacy of elevated pH on fish pathogenic and environmental bacteria / C.E. Starliper, B.J. Watten [et al.] // Journal of Advanced Research, 2013. № 4. P. 345-353.
29. Starliper C.E. et al. Efficacy of pH elevation as a bactericidal strategy for treating ballast water of freight carriers / C.E. Star-liper, B.J. Watten, D.D. Iwanowicz [et al.] // J. Adv. Res. 2015. № 5. P. 501-509.
30. Tang Z. et al. Enhanced performance of crumb rubber filtration for ballast water treatment / Z. Tang, M.A. Butkus, Y.F. Xie [et al.] // Chemosphere, 2009. № 3. P. 1396-1399.
31. van Slooten C. et al. Assessment of didecyldimethylammo-nium chloride as a ballast water treatment method / C. van Slooten, L. Peperzak, A.G. Buma [et al.] // Environ. Technol. 2015. № 1. P. 435-449.
32. Wennberg A.C. et al. Effect of water treatment on the growth potential of Vibrio cholerae and Vibrio parahaemolyticus in seawater / A.C. Wennberg, I. Tryland, O. Ostensvik [et al.] // Mar. Environ. Res. 2013. № 2. P. 10-15.
33. Werschkun B. et al. Disinfection by-products in ballast water treatment: An evaluation of regulatory data / B. Werschkun, Y. Sommer, S. Banerji [et al.] // Water Research. 2012. Vol. 46. № 10. P. 4884-4901.
34. Wright D.A. et al. Shipboard trials of an ozone-based ballast water treatment system / D.A. Wright, R.W. Gensemer, C.L. Mit-chelmore [et al.] // Mar. Pollut. Bull. 2010. № 9. P. 1571-1583.
35. Zhang Y. et al. OH Treatment for Killing of Harmful Organisms in Ship's Ballast Water with Medium Salinity Based on Strong Ionization Discharge/ Y. Zhang, M. Bai, C. Chen [et al.] // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2013. Vol. 33. № 8. P. 751-763.
Контактная информация:
Водяницкая Светлана Юрьевна, тел.: +7 (950) 863-60-89, e-mail: [email protected] Contact information:
Vodyanitskaya Svetlana, phone: +7 (950) 863-60-89, e-mail: [email protected]
