Конвенция по контролю и управлению балластными водами. Балластные воды – серьезная проблема. Международные нормы контроля балластовых вод
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ Академия экологии, морской биологии и биотехнологии Отделение экологии Кафедра общей экологии
Курсовая работа, 3 курс
Научный руководитель: к. б. н., доцент кафедры общей экологии ДВГУ, И. П. Безвербная ЛЕТЯГИНА АЛЕНА ВАСИЛЬЕВНА
Владивосток
ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. Литературный обзор 1Микробиологические исследования переноса чужеродных микроорганизмов с судовым балластом 2Формы существования микроорганизмов в водных микробных сообществах, методы их анализа и количественного учета 3Сохранение и изменение патогенных свойств микроорганизмов в водной среде ГЛАВА 2. Материалы и методы ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Одной из серьезных экологических проблем является проблема биологической инвазии. То есть вселение, несвойственных данной акватории, организмов в новые местообитания. Одним из способов попадания микроорганизмов в новые акватории осуществляется путем их сбрасывания с балластными водами. Чужеродные организмы могут перемещаться через океаны в водяном балласте судов, адаптироваться к новым условиям и в результате создавать значительные проблемы для морской среды, государственного имущества и здоровья человека. В забортной воде могут содержаться различные живые существа - от бактерий и мелких водорослей до моллюсков, медуз и даже небольших рыб. Эти живые существа попадают на борт судна в порту выгрузки, путешествуют вместе с судном на многие тысячи морских миль и сбрасываются за борт в порту погрузки. Одним из путей попадания чужеродных морских организмов в акватории портов является транспортировка их с балластными водами. В частности это характерно и для портов города Владивосток. Природные воды могут загрязняться микроорганизмами кишечной группы (холерный вибрион, бациллы брюшного тифа, паратифов, дизентерии), лептоспирами (возбудителями инфекционной желтухи, водяной лихорадки), возбудителями туляремии, бруцеллеза, некоторыми вирусами (Коксаки, ЕСНО, полиомиелита, трахомы и др.). Следует отметить, что вредными могут являться в данных обстоятельствах не только возбудители инфекций, но и вполне мирные в своей нормальной среде обитания существа (Сагайдак, 2003). Микроорганизмы обладают уникальной способностью к адаптации. Для них характерна высокая экологическая пластичность и способность сохранять свою жизнеспособность в широком диапазоне различных абиотических факторов - влажность, температура, органический состав, рН и др. (Бухарин, Литвин, 1997). Благодаря чему риск загрязнения акваторий портов возрастает. Микроорганизмы вступают в сложные отношения с другими обитателями экосистем. Отсюда их способность вырабатывать субстанции, которые называются «факторами патогенности». Борьба с переносом водных организмов с водяным балластом является большой и трудной задачей. В настоящее время еще не приняты международные правила по контролю над переносом и внесением вредных водных и патогенных организмов посредством водяного балласта судов. Микроорганизмы, транспортируемые с балластными водами могут находиться в трех формах: в планктонной, в осадках и биопленках. Остается проблемой оценка количества и особенностей этих микроорганизмов. Методы отбора и микробиологического анализа балластных вод до сих пор недостаточно разработаны. Кроме того, в Приморье, где функционируют несколько крупных портов, деятельность которых связана с экспортом грузов, до сих пор не проводилось изучение переноса микроорганизмов с судовым балластом. В связи с этим актуальным является проведение поисковых микробиологических исследований для анализа ситуации с переносом микроорганизмов в балластных танках судов и подбор методик для выполнения последующих масштабных мониторинговых исследований. Поэтому целью курсовой работы было: подобрать методы и провести микробиологический анализ балластных вод, отобранных на судах, работающих на наиболее интенсивных судоходных линиях. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: ) изучить существующие методы оценки численности и состава планктонных микробных сообществ, сообществ осадков и биопленок, в которых могут существовать микроорганизмы в балластных танках судов; ) проанализировать литературные данные о микробиологических исследованиях проб из балластных танков судов; ) изучить известные факты и условия проявления микроорганизмами, изолированными из водной среды, патогенных свойств; ) выполнить микробиологический анализ проб балластной воды и составить коллекцию штаммов для последующих исследований. ГЛАВА 1. Литературный обзор
1 Микробиологические исследования переноса чужеродных микроорганизмов с судовым балластом
Вселение опасных морских видов с балластными водами судов в новую окружающую среду, было идентифицировано как одна из четырех самых больших угроз океанам в мире. Другие три - наземные источники морского загрязнения, чрезмерное использование морских ресурсов и физическое изменение/разрушение морской среды обитания (Сообщение №4 AGPS, 1993). У привнесенных водных видов есть потенциал вызывать крупные экологические и экономические изменения (Carlton et. al., 1990; Mills et. al., 1993) и микробные компоненты могут представлять опасность для здоровья человека (McCarthy, Khambaty, 1994; Hallegraeff, 1998). Главное направление в мировом транспорте чужеродных водных видов - это перенос их с балластными водами, сбрасываемыми с судов (Carlton, 1985; Ruiz et. al., 1997). Например, известно, что Соединенные Штаты Америки ежегодно получают более 79 млн. тонн балластных вод из-за границы (Carlton et. al., 1995). Когда суда берут воду в одном порту и сбрасывают в другом, балластные воды могут включать в себя различный состав планктона, нектона и бентоса (Carlton, Geller, 1993; Lavoie et. al., 1999). Исследование балластных вод сосредоточилось в значительной степени на многоклеточных, однако в изобилии среди водных организмов находятся микроорганизмы. Было подсчитано, что бактерии и вирусы естественного происхождения в прибрежных водах имеют высокие концентрации (Ducklow, Shiah, 1993; Wommack, Colwell, 2000). Учитывая такой удельный вес, высокую репродуктивную способность и широкий диапазон устойчивости к физическим факторам - микроорганизмы являются частыми захватчиками прибрежных экосистем (Ruiz et. al., 2000). Исследования микроорганизмов в балластных водах были ограниченны до настоящего времени и сосредоточились главным образом на Vibrio cholerae (McCarthy, Khambaty, 1994), динофлагелятах (Hallegraeff, 1993, 1998) и протистах (Galil, Hulsmann, 1997). Примером наиболее вероятного транспорта с балластными водами, среди микроорганизмов, является Vibrio cholerae O1. Этот вид вызывает у человека заболевание холеры. В 1991 Vibrio cholerae был найден в устрицах и кишечнике рыб в заливе Mobile Bay, Алабама (DePaola et. al., 1992). Этот вид Vibrio cholerae не отличался от вида, отвечающего за эпидемию холеры в Латинской Америке, которая была в это же время. Когда же балластные воды судов, покинувших Латинскую Америку и прибывших в Mobile Bay, были проверены на бактерию холеры, то было обнаружено, что они содержали вызывающий эпидемию вид Vibrio cholerae (McCarthy et. al., 1992). Это предполагает, что балластная вода способствовала вселению в прибрежные воды залива Соединенных Штатов вызывающего эпидемию вида. Впоследствии, Береговая охрана Соединенных Штатов организовала Международную Морскую организацию по контролю за Балластными водами. Моряки предпринимают меры по снижению распространения патогенных микроорганизмов в балластных водах (Federal Register 1991). Сейчас единственный широко распространенный метод для управления распространением чужеродных водных микроорганизмов - это обмен балластными водами открытого океана. Эта процедура заключается в том, что судно, которое взяло балластную воду в прибрежном порту, сбрасывает эту воду в открытом океане и заменяет ее океанической водой. В свою очередь эта океаническая вода выпускается в следующем порту захода. Уменьшая плотность прибрежных организмов, и заменяя их океаническими видами, процент успеха вторжения микроорганизмов теоретически ниже. Различия между океанической водой и водой в порту получения, где происходит ее сбрасывание, обеспечивают большую вероятность гибели океанических видов (Smith et. al., 1999). Однако есть несколько проблем с этой обменной процедурой; в первую очередь опасность для судна и команды из-за волнений в море или вследствие выполнения процедуры ненадлежащим образом. Кроме того, много судов предпринимают только частичный обмен (Carlton, 1995); даже когда обмен предпринят, это не всегда полностью эффективно (Zhang, Dickman, 1999), так как осадок в основании резервуаров судов не может быть полностью удален во время обмена (Williams et. al., 1988). Наконец, изменения в солености воды могут немного затронуть микроорганизмы и особенно их покоящиеся стадии, или вообще никак на них не повлиять. Объемы переноса бактерий и степень их выживаемости в новой среде могут быть значительными. Так, например, анализ результатов микробиологических исследований БВ и осадков 69 судов, прибывающих в Чесапикский залив (США), и экстраполяция экспериментальных данных показали, что в заливе ежегодно выживает до 1018-1019 клеток бактерий, перенесенных с балластом (Drake et. al., 2007). Неоднократно также сообщалось о выявлении и высокой выживаемости патогенных и условно-патогенных бактерий в пробах из балластных танков судов, в частности, энтерококков, Listeria monocytogenes, Aeromonas spp., Providencia rettgeri, Salmonella spp., Escherichia coli и других представителей сем. Enterobacteriaceae, Mycobacterium spp., Clostridium perfingens, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putrefaciens, Vibrio algynolyticus, Vibrio cholerae, Vibrio spp. (Burholder et. al., 2007; Dobbs et. al. 2003; Drake et. al., 2003; Ivanov, 2006; Knight et. al., 1999; Whitby et. al., 1998). Томсон с соавторами показали высокий уровень антибиотикорезистентности среди патогенных бактерий, обнаруженных в БВ и опасность этих особенностей превносимых бактерий для сообществ Чесапикского залива (США) (Thomson et. al., 2003). В настоящее время сведений о микроорганизмах балластных вод не так уж и много, универсальных методов анализа и количественного учета не разработано. Известно, что микроорганизмы могут сохраняться в балластных танках в воде, в осадках и в виде биопленок. Каждое из этих типов сообществ - специфично, для каждого существуют свои методы и особенности исследования.
1.2 Формы существования микроорганизмов в водных микробных сообществах, методы их анализа и количественного учета микроорганизм водный патогенный перенос Микробные сообщества в воде могут находиться в различных видах. Они могут быть в планктонной форме, в виде биопленок или в осадках. Биопленки. Микроорганизмы предпочитают жить, будучи прикрепленными к твердой поверхности, нежели свободно плавающими - как в водной среде, так и в воздухе. Они организованы в так называемые биопленки (Biofilm), сбалансированные по видовому составу и функциональному распределению членов сообщества. Микроорганизмы в биопленке существуют и ведут себя не так, как свободно плавающие бактерии. Это взаимодействующая общность разных типов микроорганизмов, которые сгруппированы в микроколонии, окруженные защитным матриксом. Матрикс пронизан каналами, по которым циркулируют питательные вещества, продукты жизнедеятельности, ферменты, метаболиты и кислород. Все микроколонии имеют свои микросреды, отличающиеся уровнями рН, усваиванием питательных веществ, концентрациями кислорода. Бактерии в биопленке общаются между собой посредством химических раздражений (сигналов). Микроорганизмы в биопленке более устойчивы к антибиотикам, антимикробным средствам и другим активным агентам. В биопленке по-иному, в сравнении с чистыми культурами бактерий, происходят их многочисленные физиологические процессы, в том числе продукция метаболитов и биологически активных веществ. Сообщество организует единую генетическую систему в виде плазмид - кольцевых ДНК, несущих поведенческий код для членов биопленки, определяющих их пищевые (трофические), энергетические и другие связи между собой и внешним миром. Реакция микроорганизмов на изменение условий окружающей среды в биопленке существенно отличается от реакции каждого отдельного вида в монокультуре. Такая организация обеспечивает ее физиологическую и функциональную стабильность и, следовательно, является залогом конкурентного выживания в экологической нише. Микроорганизмы в донных осадках. Важнейшая из экологических зон - это водное пространство или пленка на поверхности донных осадков, где происходит массовое развитие фототрофных сообществ и осуществляется первичная продукция органического вещества. Продукция органического вещества в результате фотосинтеза является необходимым условием обеспечения жизни в водоеме. Конечные продукты фотосинтеза обычно имеют большую молекулярную массу. К этой группе веществ относят углеводы, пептиды, целлюлоза, растворимые и летучие вещества - прямые субстраты для роста микроорганизмов, а также ряд веществ ингибиторов или стимуляторов роста. Осадки характеризуются присутствием форм, способных к скользящим движениям, либо прикрепленным к субстрату. К их числу относят многие цианобактерии, диатомеи, зеленые фототрофные нитчатые бактерии, флексибактерии, нитчатые серные бактерии (Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А. и др., 2004). В балластных водах микроорганизмы могут содержаться в донных осадках. Микроорганизмы в планктонной пленке. Поверхностная пленка воды характеризуется обилием питательных веществ, преимущественно липидов, которые вследствие высокого поверхностного натяжения накапливаются здесь из водной массы и из воздуха. Поверхностная пленка представляет собой аналог твердого субстрата, к которому прикрепляются в массовом количестве микроорганизмы. В создании первичной продукции Мирового океана значительную роль играет фотосинтез пикопланктона. Для него характерны некоторые виды цианобактерий, фотосинтезирующие зеленые серобактерии. Методы количественного учета микроорганизмов. О росте микроорганизмов в естественных субстратах или в питательных средах судят по изменению количества их клеток или биомассы в единице объема. Методы определения этих показателей могут быть прямыми (подсчет клеток под микроскопом, взвешивание) или косвенными. Косвенные методы основаны на измерении параметров, величина которых зависит от количества или биомассы микроорганизмов (число колоний, выросших после посева суспензии клеток на питательную среду, рассеяние или поглощение суспензией света, содержание в ней белка и т.д.). Выбор метода зависит от целей исследования, свойств питательной среды или субстрата, а также особенностей роста и морфологии микроорганизмов. Большинство микроорганизмов, растущих в природных образцах, еще ждут своей очереди быть выделенными в чистые культуры. По некоторым оценкам, можно культивировать меньше 0,1% всего микробного разнообразия. Десятки тысяч видов микроорганизмов нуждаются в выделении и идентификации. Хотя многие из таких микроорганизмов относятся к так называемым «некультивируемым» и, таким образом остающимся недоступным классическим микробиологическим методам идентификации, существует несколько способов, позволяющих оценить их разнообразие и распространение. Культивируемые микроорганизмы обладают способностью к росту на плотных и жидких питательных средах (Нетрусов А.И., Егорова М.А. и др., 2005); а некультивируемые - организмы, которые не прорастают на обычно пригодных для них средах. Эта категория относится к физиологическому состоянию известных организмов, а не организмам, для которых не подобраны методы культивирования (Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н., 2001). Поэтому выделяют следующие методы количественного учета для некультивируемых форм: Определение количества клеток микроорганизмов под микроскопом. Метод позволяет определить общее количество клеток в единице объема (как живых, так и мертвых). Основное ограничение метода - необходимость довольно высоких концентраций клеток в единице исследуемого субстрата. 1. Подсчет клеток в счетных камерах. Это метод рекомендуется использовать для подсчета некоторых относительно крупных бактерий. 2. Капиллярный метод прямого счета микроорганизмов. Позволяет подсчитывать мелкие микроорганизмы. Применяется для подсчета микробных клеток и контроля роста бактерий. Подсчет клеток на фиксированных окрашенных мазках (метод Виноградского-Брида). Этот метод применяется в различных модификациях для определения численности микроорганизмов в разнообразных естественных субстратах. Преимущество метода заключается также в том, что фиксированные окрашенные препараты могут долго храниться. Подсчет клеток на мембранных фильтрах. Данный метод рекомендуется использовать для определения численности микроорганизмов в субстратах с низкой плотностью клеток. При выявлении и количественном учете микроорганизмов широко применяют люминесцентную микроскопию. Люминесцентная микроскопия дает также возможность выявить и оценить в исследуемой пробе численность отдельных групп микроорганизмов (Нетрусов А.И., Егорова М.А. и др., 2005). Методы количественного учета для культивируемых форм: Определение числа клеток микроорганизмов высевом на питательные среды. В отличие от подсчета микроорганизмов под микроскопом этот метод дает возможность определить только число жизнеспособных клеток в популяции. Поскольку сред, пригодных для роста всех микроорганизмов, не существует, метод высева дает возможность определить лишь число микроорганизмов, способных расти на среде данного состава, причем не позволяет учесть те микроорганизмы, которые не растут (например, так называемые жизнеспособные, но не культивируемые формы) или растут очень медленно. 1.
Определение количества клеток высевом на плотные питательные среды (метод Коха). Метод широко применяют для определения численности жизнеспособных клеток в различных естественных субстратах и в лабораторных культурах. В его основе лежит принцип Коха, согласно которому каждая колония является потомством одной клетки.
2.
Определение количества клеток высевом в жидкие среды (метод предельных разведений). Метод используют для подсчета микроорганизмов, которые плохо или совсем не растут на плотных питательных средах.
Определение биомассы взвешиванием. Этот метод широко применяют для оценки роста микроорганизмов в жидких питательных средах. Можно использовать его и для определения массы клеток, выращенных на плотной питательной среде. Определение количества клеток и биомассы нефелометрическим методом. Позволяет быстро и довольно точно определить концентрацию клеток в суспензии или культуральной жидкости. Нефелометрический метод пригоден лишь для тех микроорганизмов, рост которых вызывает равномерное помутнение среды и не сопровождается заметным изменением формы и размеров клеток, образованием мицелия, пленок или других скоплений (Нетрусов А.И., Егорова М.А. и др., 2005). .Структура сообществ на основе липидного анализа. Информация, полученная с помощью липидного анализа, позволяет частично проникнуть внутрь микробного сообщества. ЖК образцы из природных микробных сообществ представляют в основном широкий спектр сложных молекул в которых эти образцы ЖК обеспечивают количественный анализ, но интерпретация отдельных специфических компонентов сообщества может быть трудной. Количественные сравнения суммарных образцов ЖК могут дать информацию о структуре сообщества в целом, но не могут обеспечить более детальный анализ на уровне (внутри) отдельных специфических микробных групп.
Липидный анализ может быть чрезвычайно полезен, когда основные физические параметры или экология системы известны. В особенности, ЖК анализ обеспечивает оценку гетерогенности образцов или гетерогенность внутри образца и оценку структуры сообществ. Липидный анализ дает такую информацию о сообществах, которую невозможно получить другими методами. .Структура сообществ на основе анализа нуклеиновых кислот. Анализ ДНК в образцах был использован успешно для усиления ЖК анализа.
Такой подход позволяет определить физиологический потенциал микробного сообщества. По сравнению с ЖК анализом это более детальный подход для изучения структуры микробных сообществ, он представляет собой комбинацию следующих методов: амплификацию с помощью ПЦР, следующие затем денатурирующий градиентный гель электрофорез (DGGE) или температурный градиентный гель электрофорез (TGGE) - анализ генов рРНК. Сочетание ЖК анализа и анализа НК может быть очень полезным для характеристики биомассы и структуры микробного сообщества. Липидный анализ является показателем фенотипических свойствам сообщества, которые показывают существующую в настоящий момент микробиологическую активность, скорость роста, действие токсикантов, несбалансированный рост, дефицит некоторых питательных веществ, метаболический баланс между аэробами и анаэробами, в то время как анализ НК позволяет более детально оценить структуру и физиологический потенциал микробного сообщества. 3.BIOLOG. Автоматизированная система идентификации микроорганизмов, основанная на аэробной метаболической активности, используется для определения сравнительной структуры микробных сообществ. Система основана на оценке дифференциальной бактериальной метаболической активности в отношении 92 углеродсодержащих субстратов и может показать различия в метаболизме микробных сообществ.
Структура сообществ на основе анализа изолированных штаммов. Для идентификации культивируемых микроорганизмов в настоящее время широко используется анализ содержания distinctive ester-linked FA (преимущественно для фосфолипидов и липополисахаридов клинических изолятов). Образцы уникальных (выдающихся ЖК из микроорганизмов, выращенных на стандартной среде используются для дифференцировки более чем 2000 организмов с использованием стандартной системы MIDI идентификации (MIDI, Newark, Del.). Использование этой системы требует предварительной изоляции и культивирования штаммов. Как результат этого, некультивируемые организмы, составляющие значительную часть микробного сообщества не могут быть идентифицированы(Hurst, 2002). Многие патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, сохраняясь в балластной воде как в культивируемом, так и в некультивируемом состоянии, могут представлять угрозу для водных сообществ акваторий, куда идет сброс балласта.
1.3 Сохранение и изменение патогенных свойств микроорганизмов в водной среде
Приведем некоторые факты переноса с балластными водами условно-патогенных и патогенных микроорганизмов. Было изучено бактериологическое качество балластных вод судов приходящих из иностранных портов в порты Сингапура. В результате, из-за безудержной разгрузки балластных вод и осадка от судов, была объявлена угроза вселения опасных патогенных микроорганизмов. Образцы балластных вод с судов Сингапурской гавани были сравнены по концентрации таких бактерий, как enterobacteria, Vibrio spp. и Escherichia coli. Концентрация факультативно-анаэробных бактерий, которые часто являются агентами болезней, в балластной воде судов, была выше, чем в морской воде. Образцы проб балластных вод дали следующие результаты: 0,7 - 39,5% eubacteria; 0 - 2,5% enterobacteria; 0,2 - 35,8% Vibrio spp.; 0 - 2,5% E. coli. Существенный процент Vibrio spp. в некоторых образцах балластных вод увеличивает риск вторжения патогенных микроорганизмов в прибрежные области. Так же было показано фекальное загрязнение воды. Из-за содержания в балластных водах патогенных микроорганизмов, за ними был введен регулярный контроль. Так же известны случаи сброса балластных вод содержащих патогенные микроорганизмы, в гавани Мумбай (Индия). По микробиологическому анализу проб, содержание таких патогенных бактерий, как Escherichia coli Shigella-Alkaligens группы Dispar были в изобилии по сравнению с другими частями гавани Мумбай, где не происходило сброса вод. Даже Vibrio cholerae, V. parahaemolyticus, Salmonella spp., campylobacters и aeromonads присутствовали в больших количествах. Есть и еще ряд случаев переноса с балластными водами патогенных микроорганизмов. Которые способны не только выживать в новых условиях, но и передавать свои гены другим микроорганизмам. Многие вирусы обладают способностью мутировать и благодаря этому постоянно образуют новые эпидемические и эпизоотические варианты. Вирусы, бактерии обладают способностью переносить участки генов от одного организма к другому. Это явление получило название горизонтального переноса генов. У бактерий перенос генов плазмидами, переходящими от одной бактериальной клетки к другой, служит механизмом рекомбинации. Благодаря этому механизму полезные для бактериальной популяции свойства, например устойчивость к антибиотикам, очень быстро становятся всеобщим достоянием. Возможно три варианта переносов: 1) Приобретение нового гена, для которого нет гомолога в собственном геноме и в геномах филогенетически родственных организмов. В этом случае возникает принципиально новое качество; 2) Приобретение паралогичного (структурно похожего) гена с генетически отдаленным родством. В результате такого переноса увеличивается функциональное разнообразие белков в клетке; 3) Приобретение нового гена ксенолога, функционально замещающего свой собственный ген, который при этом, как правило, элиминируется. Новый и старый гены структурно различаются между собой, но обеспечивают аналогичные физиологические функции. В результате горизонтального переноса организм может получить следующие преимущества: ) Новый путь биосинтеза или катаболизма, обеспечивающий организму преимущества в изменившихся условиях; например, появление способности утилизировать новый субстрат. ) Повышение устойчивости к антибиотикам, токсинам, патогенам, подавляющим рост клеток данного вида; через горизонтальный перенос могут быть получены и гены, ответственные за средства "нападения", характерные, например, для патогенных микроорганизмов. ) Замещение предсуществующих генов такими генами, продукты которых увеличивают эффективность функционирования клеточных систем: например, повышение термоустойчивости, резистентности к ингибиторам, оптимизация кинетических характеристик белка, интеграция в сложные комплексы и т.п. ) Приобретенные гены могут оказаться и функционально нейтральными, дублирующими уже имеющиеся гены; такие дополнительные гены являются страховкой для организма в тех случаях, когда свой собственный ген будет поврежден мутацией или "замолчит" из-за нарушения в системах регуляции. Приобретение "чужих" генов может изменить направление эволюции вида, существенно повлиять на фенотип организма, на его способность к адаптации в экологическом сообществе. Новый ген может дать начало новой субпопуляции, которая способна вытеснить предсуществующий вид. Горизонтальный перенос генов способствует ускорению эволюционного процесса, по сравнению с градуальным накоплением мутаций или внутригеномными перестройками. Конечно, при этом не отрицается селективное значение мутационных утрат какой-то функции и важная эволюционная роль мутаций в генах, контролирующих стабильность генома (системы репликации, репарации, модификации ДНК и т.д.) и механизмы регуляции и координации генного действия. Поскольку гены являются сложными структурами и содержат различные домены, ответственные за разные функции в белковом продукте, то, очевидно, что через горизонтальный перенос могут передаваться не только целые гены или блоки генов, но и фрагменты генов, содержащие отдельные домены. Микроорганизмы привнесенные в прибрежные акватории вступают в сложные отношения с другими обитателями экосистем, вмещающих их резервуары (конкуренция, симбиоз, отношение «хищник - жертва»). Отсюда их способность вырабатывать «факторы патогенности». Каждый из них ответственен за проявление конкретных свойств микроорганизма в инфекционном процессе. К ним относят: факторы адгезии и колонизации - с их помощью бактерии распознают рецепторы на мембранах клеток, прикрепляются к ним и колонизируют клетки (различные поверхностные структуры клеточной стенки); факторы инвазии - благодаря им бактерия проникает в клетку (белки наружной мембраны); факторы, препятствующие фагоцитозу - либо маскируют бактерию от фагоцитоза (капсула), либо подавляют фагоцитоз (различные белки - белок А у стафилококков, белок М у стрептококков); факторы, подавляющие фагоцитоз - вещества, подавляющие окислительный взрыв фагоцитов (например, V-W-антигены Y. pestis); ферменты «защиты и агрессии» бактерий - способствуют распространению бактерий по тканям хозяина (гиалуронидаза, лецитиназа, протеазы и др.); эндотоксины - представлены только у грамотрицательных микроорганизмов (липосахариды и связанные с ними белки клеточной стенки). Высвобождаются в среду организма после гибели клетки и обладают многообразным воспалительным и пирогенным действием неспецифического характера; экзотоксины - токсические молекулы, активно секретируемые в окружающую среду с помощью специальных секретируемых систем (Коротяев А.И., Бабичев С.А., 1998). Таким образом, микроорганизмы способны приобретать новые гены, переходить от условно-патогенных к патогенным, быть устойчивыми к антибиотикам, и тем самым представлять угрозу как для водных сообществ, так и для человека. ГЛАВА 2. Материалы и методы
Микробиологический анализ проб воды проводится с использованием чашечного метода Коха. Для детальной оценки опасности транспортируемого балласта параллельно используются методики прямого подсчета микроорганизмов с использованием эпифлуоресцентного окрашивания реактивом DAPI (2,4,6-диамидино-, 2- фенилиндол), анализ структуры сообществ с использованием спектра утилизируемых углеводородных субстратов (метод BIOLOG) и оценки факторов патогенности у изолируемых штаммов. Флуоресцентные методы общего учета бактерий. Здесь используется краситель, который флуоресцирует, специфически связываясь с соответствующими компонентами клетки. Это нуклеиновые кислоты или белки независимо от того, метаболически активна клетка или нет. К такому красителю относится 4,6-диамидино-2-фенилиндол (4,6-diamino-2-phenylindole, DAPI). Этот краситель связывается с ДНК и РНК. Он специфичен и химически связывается с двойной цепочкой ДНК, особенно с участками, богатыми аденином и тимином, и в меньшей степени с неклеточными структурами. DAPI, как катионный краситель, адсорбируется негативно заряженными частицами почвы, глины, а также фосфолипидами. Он наиболее и подходит для окрашивания микроорганизмов в водных образцах. ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение
Бактериологический анализ проб БВ лесовоза «Timber Star», отобранной в п. Саката (Япония), показал, что на основе общего количества КОЕ гетеротрофных бактерий, варьирующего в диапазоне 103-104 кл/мл (Таблица 1), воды характеризуются как умеренно-загрязненные (Гидрохимические показатели…, 2007). Для сравнения, аналогичные данные для вод б. Золотой Рог в августе-сентябре 2007 г. составляли 106 - 107 кл/мл, что характеризует воды как грязные (Гидрохимические показатели…, 2007).
Таблица 1 Численность КОЕ гетеротрофных бактерий, кл/мл, в пробах воды из балластных танков лесовоза «Timber Star» Дата (время нахождения в балластном танке, суток)1.09.2007 (10)14.09.2007 (23)Гетеротрофные бактерии(4,2 ± 0,3)×103(3,8 ± 0,5)×103
В период с 1.09.2007 по 14.09.2007 судно не осуществляло замену балласта. Это позволило проанализировать влияние продолжительности хранения БВ на численность бактерий. Отмечено, что значимого изменения количества КОЕ гетеротрофных бактерий за 13-дневный период хранения БВ не произошло (Таблица 1). Полученные данные хорошо согласуются с известными сведениями о том, что продолжительность хранения балласта от 2 до 176 дней существенно не влияет на изменение численности бактериопланктона (Burkholder et. al., 2007; Hess-Nilsen et. al, 2001). Хотя в литературе есть информация, что концентрация бактерий в БВ за 15-дневный период может снижаться более чем в 2 раза (Drake et. al., 2003). Нами обнаружено, что за время хранения балласта снизилось морфологическое разнообразие микроорганизмов. В культуру было выделено из 1-ой пробы (1.09.2007) 28 морфологически отличающихся штаммов. Во 2-ой пробе (13 дней хранения БВ) отмечено только 12 морфологически отличающихся колоний. На значительное снижение разнообразия бактерий при хранении БВ указывают также исследования Дрейка с соавторами (Drake et. al., 2003). В целом в пробах БВ из п. Саката (Япония) доминировали грам-отрицательные подвижные палочковидные бактерии с окислительным типом метаболизма (Таблица 2). Для сравнения, среди штаммов, выделяемых из б. Золотой Рог, также преобладают палочковидные грам-отрицательные формы бактерий, но с ферментативным типом метаболизма (до 65 % от общего количества), что связывают со значительным загрязнением канализационными стоками и недостаточной насыщенностью вод бухты кислородом (Калитина и др., 2006).
Таблица 2 Некоторые морфологические и физиолого-биохимические особенности штаммов, выделенных в коллекцию из балластной воды судна «Timber Star» Морфология клетокПалочки - 90 % Кокки - 10 %ПодвижностьПодвижные - 85 % Неподвижные - 15 %Тип клеточной стенки (окраска по Граму)Грам-положительные - 28 % Грам-отрицательные - 72 %Тип метаболизмаОкислительный - 76 % Ферментативный - 15 % Не используют глюкозу - 9 %Результаты бактериологического анализа проб воды, отобранных из балластных танков танкера «Минотавр» в течение октября-декабря 2007 г., показали, что средняя численность КОЕ гетеротрофных бактерий изменялась в диапазоне 2,5·103-4,1·104 кл/мл (Таблица 3), что характеризует образцы как умеренно-загрязненные или загрязненные (Гидрохимические показатели…, 2007). Эти показатели соответствуют, а в ноябре-декабре даже превышают среднее содержание колониеобразующих гетеротрофных бактерий в водах Амурского залива. Для сравнения численность гетеротрофных КОЕ на станции мониторинга в р-не Первой речки, где танкер осуществляет сброс БВ, варьировала в диапазоне 1,8·104-9,2·102 кл/мл в период октябрь-ноябрь 2007 г.
Таблица 3 Численность КОЕ гетеротрофных бактерий Таким, образом, микробиологический анализ проб воды, проведенный с использованием чашечного метода Коха показал, что количество КОЕ гетеротрофных бактерий в БВ судов, прибывших из портов Японии и Китая в сентябре-декабре 2007 г., характеризует эти воды как умеренно-загрязненные или загрязненные. В большинстве случаев не было значимой разницы в численности КОЕ между морской водой в месте сброса балласта и пробами балластной воды. В осадках балластных танков численность КОЕ на 2 порядка выше, чем в воде. Очевидно, что для детальной оценки опасности транспортируемого балласта требуется параллельное использование методики прямого подсчета микроорганизмов с использованием эпифлуоресцентного окрашивания реактивом DAPI (2,4,6-диамидино-, 2- фенилиндол), анализа структуры сообществ с использованием спектра утилизируемых углеводородных субстратов (метод BIOLOG) и оценки факторов патогенности у изолируемых штаммов. В ходе исследований была также отработана методика отбора и анализа образцов из балластных танков судов. ВЫВОДЫ
1.Существуют различные методы оценки численности и состава микробных сообществ. Одним из основных методов остается чашечный метод Коха. Прямой подсчет микроорганизмов проводится с использованием эпифлуоресцентного окрашивания.
.Литературные данные показали, что объемы переноса бактерий и степень их выживаемости в новой среде могут быть значительными. Ежегодно может выживать до 1018-1019 клеток бактерий, перенесенных с балластом. Для микроорганизмов характерна уникальная способность адаптироваться в новых условиях, переходить от условно-патогенных к патогенным.
.Микроорганизмы способны не только сохранять патогенные свойства в новых условиях, но и изменять их. Патогены могут «приобретать» новые гены резистентности.
.Пробы БВ лесовоза «Timber Star», отобранные в п. Саката (Япония), характеризуют воды как умеренно-загрязненные. Доминанты - грамм-отрицательные подвижные палочковидные бактерии с окислительным типом метаболизма.
Бактериологический анализ проб воды танкера «Минотавр», охарактеризовал образцы как умеренно-загрязненные или загрязненные. В большинстве случаев не было значимой разницы в численности КОЕ между морской водой в месте сброса балласта и пробами балластной воды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Гидрохимические показатели состояния окружающей среды / Под ред. Т. В. Гусевой. - М.: Форум: ИНФРА-М. 2007. - 192 с.
.Заварзин Г. А., Колотилова Н. Н. Введение в природоведческую микробиологию: Учебное пособие. - М.: Книжный дом «Университет», 2001. - С. 71 - 73.
.Калитина Е. Г., Безвербная И. П., Бузолева Л. С. Динамика численности гидролитически-активной микрофлоры в условиях комплексного загрязнения бухты Золотой Рог // Электронный журнал «Исследовано в России». 2006. № 6. C. 56-66. #"justify">.Международная Конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими 2004 года. Правило D-2.
.Методы общей бактериологии. Т.1 / Под ред. Ф. Герхардта и др. - .Нетрусов А. Н. Экология микроорганизмов: Учеб. для студ. вузов / А. Н. Нетрусов, Е. А. Бонч - Осмоловская, В. М. Горленко и др.; Под ред. А. И. Нетрусова. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - С. 65 - 71.
8.Burkholder, J.M., Hallegraeff, G.M., Melia, G., Cohen, A. et. al. Phytoplankton and bacterial assemblages in ballast water of U.S. military ships as a function of port of origin, voyage time, and ocean exchange practices // 2007. Harmful Algae. Vol. 6. Is. 4. P. 486-518
.Dobbs F.C., Diallo A.A., Doblin M.A., Drake L.A. et. al. Pathogens in Ships Ballast Water and Sediment Residuals // Proceedings of the Third International Conference on Marine Bioinvasions. La Jolla. California. March 16-19. 2003. P. 29.
.Drake L.A., Baier R.E., Dobbs F.C., Doblin M.A. et al. Potential Invasion of Microorganisms and Pathogens Via Interior Hull Fouling: Biofilms Inside Ballast-Water Tanks // Proceedings of the Third International Conference on Marine Bioinvasions. La Jolla. California. March 16-19. 2003. P. 35.
.Drake, L.A., Doblin, M.A., Dobbs, F.C. Potential microbial bioinvasions via ships" ballast water, sediment, and biofilm // Marine Pollution Bulletin. Vol. 55. Is. 7-9. 2007. P. 333-341.
.Hess-Nilsen O.K., Jelmert A., Enger I. Effects on the Microbial Community from Ballast Water Discharge at the Norwegian West Coast, Austevoll Aquaculture Research Station // Proceedings of the Second International Conference on Marine Bioinvasions. New Orleans. La. April 9-11. 2001. P. 69-70.
.Ivanov, V. Bacteriological monitoring of ships" ballast water in Singapore and its potential importance for the management of coastal ecosystems / /WIT Transactions on Biomedicine and Health. 2006. Vol. 10. P. 59-63
.Knight I. T., Wells C. S., Wiggins B., Russell H. et al. Detection and enumeration of fecal indicators and pathogens in the ballast water of transoceanic cargo vessels entering the Great Lakes // Proceedings of the General Meeting of the ASM. Chicago. IL. 1999. P. 546.
.Manual of environmental microbiology / ed. Christon J. Hurst. Washington: ASM Press, 2002. P. 35-167.
.McCarthy, S.A., Khambaty, F.M. International dissemination of epidemic Vibrio cholerae by cargo ship ballast and other nonpotable waters // Applied and Environmental Microbiology. Vol. 60, Is. 7, 1994. P. 2597-2601.
.Thomson, F.K., Heinemann S.A., Dobbs F.C. Patterns of Antibiotic Resistance in Cholera Bacteria Isolated From Ships Ballast Water // Proceedings of the Third International Conference on Marine Bioinvasions. La Jolla. California. March 16-19. 2003. P. 118.
.Whitby G., Elliot I., Lewis P., Shafer M., Christopher J. A Microbiological chemical and physical survey of ballast water on ships on the Great Lakes 1998 // Abstracts from the 8-th International Zebra Mussel and Other Nuisance Species Conference. Sacramento. California. March 16-19. 1998. P. 14.
19.Youchimizu M., Kimura T. Study of intestinal microflora of Salmonids // Fish. Pathol. 1976. V. 10. № 2. P. 243.
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
в пробах воды и осадков из балластных танков танкера «Minotaur»
Дата (время нахождения в балластном танке, суток / порт забора БВ, Китай)3.10.07(2 / п. Лайджоу)12.11.07 (6 / п. Лайджоу)23.11.07 (4 / п. Ланшан)19.12.07 (6 / п. Лайджоу /) (вода / осадки*)водаГетеротрофные бактерии (кл/мл)(2,5 ± 0,3)×103(7,9 ± 0,5)×103(4,1 ± 0,2)×104(1,8 ± 0,3)×104 ___________ (1,3 ± 0,2)×106Примечание: * - количество КОЕ микроорганизмов определено в 1 см3 осадков
М.: Мир, 1983. - 536 с.
.Нетрусов А. Н. Практикум по микробиологии: Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / А. Н. Нетрусов, М. А. Егорова, Л. М. Захарчук и др.; Под редакцией А. Н. Нетрусова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - С. 101 - 155.
ОДОБРЕННОЕ РЕШЕНИЕ
Система обработки балластных вод Хайд Гардиан, США, является простым и дешевым решением и превосходит по качеству обработки международные требования. Система получила одобрение Английского Ллойда и Береговой Охраны Объединенного Королевства Великобритании в апреле 2009 г.
Настоящее решение, настоящее оборудование!
С принятием ИМО Конвенции по Управлению балластными водами и осадками на судах в 2004 году производители многих стран стали разрабатывать необходимое оборудование. Выявилось два направления в разработке оборудования: системы обработки балластных вод с применением активных веществ (химические препараты, сильно действующие окислители) и системы с физическим способом обработки. Системы с физическим способом обработки балластных вод имеют минимальное воздействие на окружающую среду. Производителем оборудования Хайд Гардиан (HYDE GUARDIAN) является компания Хайд Марин, США (HYDE MARINE). Компания весь свой потенциал направляет на разработку и производство систем обработки балластных вод, основанных на физических методах.
Оборудование Хайд Гардиан обрабатывает балластные вода в две ступени: на первой ступени высокоэффективные фильтры удаляют крупные организмы и осадки, а на второй ступени мощные УФ модули обеззараживают остатки планктона, бактерий и другие патогенные организмы.
Разработанные Хайд Гардиан системы и оборудование включает в себя самые лучшие и надежные элементы и узлы. Наши фильтры и УФ модули доказали во множестве испытаний надежность обработки балластных и технических вод, удовлетворяя высшим требованиям.
Системы Хайд Гардиан внедряются в судовые системы таким образом, что они работают в автоматическом режиме и минимальным привлечением экипажа судна. Они просты по конструкции и исполнению.
КОМПАКТНОСТЬ И ПРОСТОТА МОНТАЖА.
Гибкий, модульный дизайн оборудования Хайд Гардиан позволяет монтировать системы даже в очень стесненных пространствах машинных отделений существующих судов. Оборудование может поставляться малогабаритными модулями и легко вписываться в ограниченные пространства. Системы Хайд рассчитаны на незначительную потерю давления, и их работа обеспечивается существующими балластными насосами. Умеренное потребление электроэнергии УФ установками в большинстве случаев позволяют их применение на существующих судах без значительных изменений и переоборудования электрических систем. Данное оборудование легко внедряется в существующие судовые системы и исключает необходимость больших затрат, в том числе вывод судна из эксплуатации, постановку судна в док. Все монтажные работы могут быть выполнены в процессе коммерческой эксплуатации судна.
Верхний рисунок.
Схема процесса балластировки судна:
- INLET - вход воды в фильтр из-за борта
- OUTLET - выход обработанной воды из фильтра
- BACKWASH - сброс воды за борт в процессе промывки фильтра «противотоком»
Нижний рисунок.
Схема процесса де - балластировки судна:
- INLET - вход воды в фильтр из судового танка
- OUTLET - выход воды из УФ и сброс за борт (байпас-фильтра)
МОДЕЛИ СИСТЕМ ХАЙД ГАРДИАН:
| Стандартная модель | Производительность, м куб/час (галлон/мин) | Мощность (кВт) Номинал/максим. |
| HG60 | 60 (264) | 10/15 |
| HG150 | 150 (660) | 10/15 |
| HG250 | 250 (1100) | 18/25 |
| HG300 | 300 (1320) | 24/34 |
| HG350 | 350 (1540) | 36/50 |
| HG450 | 450 (1980) | 36/51 |
| HG500 | 500 (2200) | 36/52 |
| HG600 | 600 (2640) | 36/53 |
| HG700 | 700 (3080) | 53/75 |
| HG800 | 800 (3520) | 53/75 |
| HG900 | 900 (3960) | 53/75 |
| HG1000 | 1000 (4400) | 78/114 |
| HG1250 | 1250 (5500) | 78/114 |
| HG1350 | 1350 (5940) | 78/114 |
| HG1500 | 1500 (6600) | 106/150 |
Коммерческие модели:
| HG1600 | 1600 (7040) | 106/150 |
| HG1800 | 1800 (7920) | 106/150 |
| HG200 | 2000 (8800) | 156/228 |
| HG2500 | 2500 (11000) | 156/228 |
| HG3000 | 3000 (13200) | 234/342 |
| HG4000 | 4000 (17600) | 312/456 |
| HG5000 | 5000 (22000) | 312/456 |
| HG6000 | 6000 (26400) | 424/600 |
ЭКОНОМИЧНОСТЬ.
Оборудование систем Хайд Гардиан имеет низкую себестоимость, незначительные эксплуатационные затраты и крайне низкие расходы на весь эксплуатационный период судна. Минимальный перепад (потеря) давления в системе незначительно влияет на производительность системы и время балластных операций судна. Благодаря низким затратам, судовладельцы, которые обладают оборудованием Хайд Гардиан, достигают соответствия требованиям со значительным выигрышем в своем основном бизнесе.
Filters: модули с фильтрами
Power panel in next compartment: Силовой щит (расположен в соседнем отсеке)
Controls: щит контроля
UV Unit: УФ модуль
РАБОТА СИСТЕМЫ.
Система Хайд Гардиан полностью интегрируется в существующие судовые системы автоматического контроля и управления. В процессе балластировки, вода прокачивается от кингстона до балластных танков через обе ступени обработки фильтром и УФ установкой. Все биологические включения и осадки, которые были вовлечены в систему в процессе балластировки, промываются и сбрасываются снова в море в данном регионе. Во время де-балластировки судна вода из танков проходит мимо фильтров и подвергается обработке только УФ установкой. Приборы Хайд Гардиан автоматически регистрируют все параметры балластных операций; также система оборудована пробоотборниками согласно Правилу G2 ИМО.
Балластная вода должна особо тщательно подвергаться фильтрации благодаря постоянному обмену биологических организмов и осадков во время грузовых операций, коррозионной агрессии морской воды, и большими объемами в зависимости от размеров судна. На протяжении длительного времени Хайд тестировал многие способы обработки балластных вод и выбрал уникальную систему ячеистых дисковых фильтров как стандарт для оборудования Хайд Гардиан.
Эта технология в сочетании с качеством исполнения, эффективностью и надежной системой автоматической промывки превосходит ныне существующие типы фильтров.
Другими преимуществами данной системы, включая применение антикоррозионных материалов, являются незначительная потеря давления, способность обрабатывать большие объемы осадков, низкие затраты при обслуживании, модульное исполнение системы. Все это позволяет упростить монтажные работы на существующих судах.
ФИЛЬТРАЦИЯ.
Автоматическая промывка фильтров противотоком обеспечивает надежное удаление осадков и крупных организмов. Фильтрующий узел состоит из отдельных корпусов (модулей). Это позволяет задержать и собирать в корпусе большее количество осадков. Узел фильтрации разработан так, что он автоматически промывает себя в конце каждой балластной операции и, если необходимо, промывает отдельный модуль в процессе операции, используя воду из других модулей. Это позволяет осуществлять операцию с балластными водами непрерывно и регулярно сбрасывать задержанные организмы снова в море.
Пояснения:
- синяя линия: поток балластной воды
- красная линия: сброс воды от промывки фильтра «противотоком»
КОМПОНОВКА ДИСКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
На тонкие нейлоновые диски с обеих сторон нанесены в диагональном порядке канавки размером несколько микрон. Диски набираются и обжимаются вокруг сердечника. Таким способом создаются фильтрующие наборы, кассеты. Направление канавок на верхнем диске противоположное направлению канавок на нижнем диске. Это создает надежную «ловушку» для осадков. Т.к. поток воды направлен от периферии к центру фильтра, пересечение канавок образует многочисленные заградительные «карманы» в каждом проходе. Это приводит к глубокой очистке морской воды от осадков. Кассеты фильтров заключены в антикоррозионный модульный корпус, который рассчитан на рабочее давление в системе. Каждый модуль вмещает в себя несколько кассет. Для обеспечения необходимой производительности балластной системы устанавливается желаемое количество фильтрующих модулей. В чем преимущество данных фильтров? Во время фильтрации диски плотно прижаты друг к другу пружиной и дифференциальным давлением от потока. Когда противодавление достигнет заданной величины, начинается кратковременный и эффективный процесс обратной промывки внутренней части фильтровального модуля.
Процесс начинается включением 3-х ходового клапана, который перекрывает вход воды в фильтр и открывает сброс за борт. С падением дифференциального давления в корпусе поршень штока фильтрующих дисков поднимается и диски разжимаются. Тангенциально направленные струи промывочной воды нагнетаются под большим давлением в противоположенном направлении с помощью сопел, расположенных на центральном стержне. Сердечник дисковых элементов разгружается и промывается, освобождая внутренний объем от накопившихся осадков. Осадки быстро и эффективно удаляются через дренажное отверстие за борт. Поскольку задержанные организмы и осадки были только что задержаны фильтром, они просто возвращаются в окружающую среду того же района, откуда попали на борт.
Каждый модуль фильтров, который может содержать от 5 до 8 кассет, полностью промывается от 10 до 20 секунд. Процесс обратной промывки повторяется с каждым модулем, до тех пор, пока промоется вся фильтрационная система. Эта автоматическая промывка гарантирует, что система работает надежно и с минимальными потерями производительности балластной системы.
РАЗМЕРЫ.
Фильтрационные системы, применяемые Хайд Гардиан на объектах, рассчитаны по размерам таким образом, чтобы обеспечить эффективную фильтрацию полного потока балластной воды. В таблице указаны максимально возможные производительности по потоку на каждый фильтр-модуль систем Хайд Гардиан.
При выборе размеров и требуемой системы для каждого покупателя необходимо обеспечить номинальную производительность системы. При этом количество фильтрующих модулей должно быть увеличено на один, чтобы обеспечить непрерывный процесс промывки во время балластных операций.
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЛЬТРОВ:
УФ Модуль.
Оборудование Хайд Гардиан применяет высокоинтенсивную обработку балластных вод ультрафиолетом. Этот процесс называется дезинфекцией воды. Камера для УФ оборудования тщательно проектируется для того, чтобы свести потери давления к минимуму, увеличить период накопления осадков внутри камеры и достичь совместимости с окружающей средой.
Доза облучения УФ комбинируется мощностью ламп, расстоянием между колбами с лампами и временем выдержки. Скорость потока воды через УФ камеру рассчитана в пределах 0,5 - 3,0 м/сек.
Преимущества применения УФ по сравнению с химической обработкой:
- УФ обработка происходит автоматически. Присутствие оператора сведено к минимуму,
- УФ обработка не вызывает коррозию металлов, как это происходит в системах с химической обработкой,
- УФ обработка не требует транспортировку, хранение и переработку опасных для здоровья материалов,
- УФ оборудованию требуется намного меньше места по сравнению с оборудованием, на котором используется химические препараты,
- УФ оборудование исключает возможность передозировки, - микроорганизмы не могут возобновлять сопротивляемость УФ, - УФ не требует растворение препаратов или дезактивацию,
- УФ применение не имело случаев токсикации продуктов,
- УФ обработка безопасна на 100%.
УФ СВЕТ .
УФ свет является частью электромагнитного спектра ниже видимого диапазона, и он может быть разделен на четыре более узких диапазона:
- УФ-А 315 - 400 нм
- УФ-В 280 - 315 нм
- УФ-С 200 - 280 нм
- УФ-Vac 10 - 200 нм
Часть спектра, называемая бактерицидной, находится в диапазоне 240 - 280 нм, пик диапазона 264 нм. УФ-С свет дезактивирует или разрушает ДНК организмов, убивает или делает их неспособными к воспроизводству.
УФ свет получается путем использования паров ртути в лампах. Существует две основные технологии производства УФ ламп. Первая технология называется «лампы низкого давления». При этом, молекулы паров ртути возбуждаются на относительно низком уровне и создается монохроматическая волна 254 нм. Лампы «среднего давления», которые использует Хайд Гардиан, генерируют полихроматические волны во всем спектре бактерицидных волн. Эффективность ламп среднего давления максимально эффективная из всех существующих. Срок эксплуатации ламп Хайд Гардиан до 8000 часов, что превышает срок службы ламп другого исполнения.
КАМЕРА ОБРАБОТКИ
Системы обработки балластных вод Хайд Гардиан рассчитывают количество и мощность УФ ламп в зависимости от производительности потока воды в системе, который подвергается обработке. Эти лампы встроены в высококачественные кварцевые втулки, которые проходят через камеру, выполненную из антикоррозийных материалов. Оборудование снабжено автоматическим механизмом для удаления накопления осадков на кварцевых втулках. УФ камера дополнительно снабжена сенсором для мониторинга температуры, сенсором измерения интенсивности УФ лампы, дренажным и вентиляционным (воздушным) клапанами. Для текущего внутреннего контроля, обслуживания и замены кварцевых втулок и скребков камера снабжена специальным
Примечание: *
максимальная мощность определена для системы, когда она работает на максимальной производительности в течение последней четверти срока служба УФ ламп или когда исключительно загрязненная вода.
ГЛАВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ. ВЕСА и РАЗМЕРЫ.*
| ХАЙД | Фильтр | УФ | Фильтр | УФ | ||||
| ГАРДИАН | L1 | W1 | H1 | L2 | W2 | H2 | ||
| 60 | 3” x 8 | 080620 | 1100 | 900 | 1290 | 800 | 800 | 500 |
| 150 | 4” x 4 | 160620 | 1000 | 1100 | 1250 | 1100 | 900 | 600 |
| 250 | 4” x 6 | 160635 | 1500 | 1100 | 1250 | 1100 | 900 | 600 |
| 300 | 4” x 8 | 160835 | 2000 | 1100 | 1250 | 1100 | 900 | 600 |
| 350 | 4” x 8 | 161235 | 2000 | 1100 | 1250 | 1100 | 900 | 600 |
| 450 | 4” x 10 | 161235 | 2500 | 1100 | 1250 | 1100 | 900 | 600 |
| 500 | 4” x 12 | 201235 | 3000 | 1100 | 1250 | 1300 | 1100 | 800 |
| 600 | 6” x 8 | 201235 | 2700 | 1900 | 1900 | 1300 | 1100 | 800 |
| 700 | 6” x 10 | 201835 | 3300 | 1900 | 1900 | 1300 | 1100 | 800 |
| 800 | 6” x 12 | 201835 | 3900 | 1900 | 1900 | 1300 | 1100 | 800 |
| 900 | 6” x 12 | 201835 | 3900 | 1900 | 1900 | 1300 | 1100 | 800 |
| 1000 | 6” x 14 | 201850 | 4500 | 2100 | 2100 | 1300 | 1100 | 800 |
| 1250 | 6” x 16 | 201850 | 5200 | 2100 | 2100 | 1300 | 1100 | 800 |
| 1350 | 6” x 18 | 201850 | 5800 | 2100 | 2100 | 1300 | 1100 | 800 |
| 1500 | 6” x 20 | 201835 x 2 | 6500 | 2100 | 2100 | 1300 | 1100 | 800 |
| 1600(HG800x2) | 6” x 24 | 201835 x 2 | ** | ** | ** | 1300 | 1100 | 800 |
| 2000(HG1000x2) | 6” x 28 | 201850 x 2 | ** | ** | ** | 1300 | 1100 | 800 |
| 2500(HG1250x2) | 6” x 32 | 201850 x 2 | ** | ** | ** | 1300 | 1100 | 800 |
| 3000(HG1000x3) | 6” x 42 | 201850 x 3 | ** | ** | ** | 1300 | 1100 | 800 |
| 4000(HG1350x3) | 6” x 56 | 201850 x 3 | ** | ** | ** | 1300 | 1100 | 800 |
| 5000(HG1250x4) | 6” x 64 | 201850 x 4 | ** | ** | ** | 1300 | 1100 | 800 |
| 6000(HG1250x5) | 6” x 80 | 201850 x 5 | ** | ** | ** | 1300 | 1100 | 800 |
| ХАЙД | Панель | питания | ЦПУ | ||||
| ГАРДИАН | L3 | W3 | H3 | Кол-во | L4 | W4 | H4 |
| 60 | 800 | 400 | 1200 | 1 | 600 | 210 | 760 |
| 150 | 1200 | 400 | 1700 | 1 | 600 | 210 | 760 |
| 250 | 1200 | 400 | 1700 | 1 | 600 | 210 | 760 |
| 300 | 1200 | 400 | 1700 | 1 | 600 | 210 | 760 |
| 350 | 1200 | 400 | 1700 | 1 | 760 | 210 | 760 |
| 450 | 1200 | 400 | 1700 | 1 | 760 | 210 | 760 |
| 500 | 1200 | 400 | 1700 | 1 | 760 | 210 | 760 |
| 600 | 1200 | 400 | 1700 | 1 | 760 | 210 | 760 |
| 700 | 1200 | 400 | 1700 | 2 | 800 | 300 | 1000 |
| 800 | 1200 | 400 | 1700 | 2 | 800 | 300 | 1000 |
| 900 | 1200 | 400 | 1700 | 2 | 800 | 300 | 1000 |
| 1000 | 1200 | 400 | 1700 | 3 | 800 | 300 | 1000 |
| 1250 | 1200 | 400 | 1700 | 3 | 800 | 300 | 1000 |
| 1350 | 1200 | 400 | 1700 | 3 | 800 | 300 | 1000 |
| 1500 | 1200 | 400 | 1700 | 4 | 800 | 400 | 1700 |
| 1600(HG800x2) | 1200 | 400 | 1700 | 4 | 800 | 400 | 1700 |
| 2000(HG1000x2) | 1200 | 400 | 1700 | 6 | 800 | 400 | 1700 |
| 2500(HG1250x2) | 1200 | 400 | 1700 | 6 | 800 | 400 | 1700 |
| 3000(HG1000x3) | 1200 | 400 | 1700 | 9 | 1200 | 400 | 1700 |
| 4000(HG1350x3) | 1200 | 400 | 1700 | 9 | 1200 | 400 | 1700 |
| 5000(HG1250x4) | 1200 | 400 | 1700 | 12 | 1200 | 400 | 1700 |
| 6000(HG1250x5) | 1200 | 400 | 1700 | 15 | 1200 | 400 | 1700 |
| ХАЙД | Общий | «Скид» | исполнение | ||
| ГАРДИАН | Вес, кг | L5 | W5 | H5 | кг |
| 60 | 441 | 2100 | 1500 | 150 | 550 |
| 150 | 832 | 2300 | 2000 | 150 | 600 |
| 250 | 968 | 2800 | 2000 | 150 | 700 |
| 300 | 1150 | 3300 | 2000 | 200 | 950 |
| 350 | 1250 | 3300 | 2000 | 200 | 950 |
| 450 | 1386 | 3800 | 2000 | 200 | 1100 |
| 500 | 1673 | 4500 | 2000 | 200 | 1400 |
| 600 | 2036 | *** | *** | *** | *** |
| 700 | 2850 | *** | *** | *** | *** |
| 800 | 3145 | *** | *** | *** | *** |
| 900 | 3145 | *** | *** | *** | *** |
| 1000 | 3941 | *** | *** | *** | *** |
| 1250 | 4236 | *** | *** | *** | *** |
| 1350 | 4532 | *** | *** | *** | *** |
| 1500 | 5700 | *** | *** | *** | *** |
| 1600(HG800x2) | 6291 | *** | *** | *** | *** |
| 2000(HG1000x2) | 7882 | *** | *** | *** | *** |
| 2500(HG1250x2) | 8473 | *** | *** | *** | *** |
| 3000(HG1000x3) | 11800 | *** | *** | *** | *** |
| 4000(HG1350x3) | 13868 | *** | *** | *** | *** |
| 5000(HG1250x4) | 16850 | *** | *** | *** | *** |
| 6000(HG1250x5) | 21014 | *** | *** | *** | *** |
Примечания:
* - как справка, техническая спецификация является предметом изменения без предупреждения
** - консультироваться с производителем
*** - «скид» исполнение не возможно из-за больших размеров. «Скид»: исполнение оборудования на единой раме.
Модульное исполнение применяется, в основном, для переоборудования «существующих судов» с размещением отдельных узлов системы в свободные места машинного отделения.
Преимущества ХАЙД ГАРДИАН
| ЭКОНОМИЯ | |
| Суммарная стоимость обслуживания - низкая | v |
| Потребление энергии - низкое | v |
| Потеря давления в системе - незначительное | v |
| Потребность в сменных материалах - незначит. | v |
| Движущиеся узлы - несколько | v |
| Совместимость существующих балластных насосов | v |
| Габариты - незначительные, модульное исполнение | v |
| ЭФФЕКТИВНОСТЬ | |
| Типовое Одобрение ИМО | v |
| Соответствие наивысшим требованиям | v |
| Система фильтрации - высокоэффективные диски | v |
| Удавление осадков | v |
| УФ обработка балластной воды на приеме | v |
| УФ обработка в процесс откачки балласта | v |
| Обратная промывка - автоматический режим | v |
| ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА | |
| Присутствие химических или активных веществ | х |
| Наличие/хранение химических препаратов | х |
| Опасность для экипажа | х |
| Специальное обучение для экипажа | х |
| Дополнительный риск коррозии | х |
Проблема распространения инвазивных видов живых организмов, путешествующих в балластных водах, общеизвестна. «Совкомфлот» начал искать пути решения этой проблемы заранее, когда еще не было ясно, кто из производителей систем очистки балластных вод будет одобрен. Благодаря этому сейчас мы ушли далеко вперед в этом вопросе, но процесс установки необходимого оборудования на судах оказался довольно непростым. Об опыте компании рассказывают директор флота «СКФ Менеджмент Сервисиз (Кипр)» кандидат технических наук Олег Калинин и суперинтендант Сергей Минаков.
По материалам газеты «Вестник СКФ»
Законодательство
Международная конвенция по контролю и управлению судовыми балластными водами и осадками ИМО была одобрена в 2004 году и вступила в силу в сентябре 2017 года. К этому моменту документ ратифицировали 66 стран, на долю которых приходится 75% мирового торгового тоннажа.
Чтобы соответствовать требованиям конвенции, судовладельцам необходимо выполнить ряд условий, одним из которых является установка на судах систем управления балластными водами (СУБВ).
В середине 2017 года, за два месяца до вступления конвенции в силу, состоялась 71-я сессия Комитета по охране окружающей среды ИМО, на которой было принято несколько «компромиссных альтернативных поправок». В результате некоторые существующие суда получили послабление: если возобновляющее освидетельствование по предотвращению загрязнения нефтью было выполнено ранее 8 сентября 2014 года, то соответствовать требованиям конвенции необходимо не при первом освидетельствовании после вступления конвенции в силу, а при втором, что дает пять лет отсрочки.
Помимо конвенции в силу также вступили требования Береговой охраны США, регулирующие балластные операции в территориальных водах этой страны. Для получения типового одобрения Береговой охраны США система УБВ должна пройти тестирование в независимой одобренной лаборатории.
Отметим, что установка СУБВ не является обязательной для соответствия стандартам Береговой охраны США. Судовладельцу предоставлены и другие опции: сдавать балласт на береговые системы обработки (или другое судно), использовать в качестве балласта воду из системы коммунального водоснабжения США или Канады либо оставлять балласт на борту судна.
Береговая охрана США предоставляет отсрочку на 18 или 30 месяцев для судов, которые должны быть приведены в соответствие с правилами к декабрю 2018 года. Чтобы получить отсрочку, судовладелец должен доказать, что судно не может к этой дате начать применять ни один из указанных методов очистки балласта.
Рынок СУБВ
Сегодня рынок СУБВ уже достаточно конкурентен. Появляются как улучшенные версии более ранних систем, так и новые СУБВ, которые учитывают опыт эксплуатации продукции других марок.
На рынке доступны несколько десятков СУБВ. Однако лишь шесть из них получили типовое одобрение Береговой охраны США и допущены для использования в территориальных водах этой страны. Еще семь СУБВ находятся на рассмотрении. При этом если постоянная работа в регионе США не планируется, выбор систем будет существенно шире.
В основном работа современных СУБВ строится на одном из пяти принципов:
– обработка балласта ультрафиолетом;
– обработка балласта инертным газом;
– электролиз попутного потока;
– электролиз полного потока;
– впрыск химии (биоцидная система).
За последние годы индустрия морского транспорта накопила опыт водообработки, поэтому на рынке становится доступно все больше информации о надежности систем. Однако в конечном итоге ответственность за работоспособность системы несет сам судовладелец, ведь наличие сертификата одобрения не гарантирует бесперебойную работу системы на всех судах или во всех ситуациях.
Шесть лет подготовки
«Совкомфлот» начал подготовку к переоборудованию судов своего флота за шесть лет до вступления конвенции в силу. Хотя основу флота компании составляют нефтеналивные танкеры и танкеры-продуктовозы, все они различаются и по конструкции, и по району плавания. Возможность выбора единой СУБВ для всех типов судов отсутствует.
Специалисты группы «Совкомфлот» провели тщательную оценку всех доступных на рынке технологий и определили производителей, с которыми продолжили переговоры. Также был проведен анализ работы судов в зависимости от условий фрахта и определены те, на которые монтаж СУБВ желателен при ближайшем плановом доковании, чтобы не ограничивать район и режим работы.
По результатам этой подготовительной работы к 2018 году на танкеры разных типов и конструкций были установлены свыше двух десятков систем, и это в дополнение к новостроям, которые были оснащены СУБВ уже на верфи.
Перед подготовкой каждого проекта проводилось трехмерное сканирование тех частей судна, которые считались пригодными для установки СУБВ и ее компонентов. На базе трехмерной модели разрабатывалась предварительная компоновка нескольких систем, после чего компания делала окончательный выбор и начиналась проработка детального проекта и спецификации на работы.,
Влияние конструктивных особенностей судна
В первую очередь выбор СУБВ ограничен теми моделями, которые конструкция судна позволяет физически установить на борту.
Для танкеров одним из критериев «отсева» является наличие сертифицированного оборудования для установки в опасных зонах (взрывозащищенное исполнение).
Далее необходимо оценить реальные возможности электростанции: основная обработка балластных вод происходит при выгрузке – и без того самом энергоемком процессе на танкере. Если в качестве грузовых и балластных насосов применяются электрические приводы, свободной мощности может и не быть.
При оценке энергопотребления СУБВ нужно помнить, что предоставленная производителем информация может требовать уточнения. Если принцип действия системы зависит от свойств воды, энергопотребление часто указывается из расчета идеальных условий, хотя при работе в регионе с другими свойствами воды (низкая соленость, низкая температура, мутная вода и т.д.) энергопотребление некоторых типов систем будет расти.
Оценим энергопотребление различных типов СУБВ на примере условного танкера с балластными насосами суммарной производительностью 2 тыс. куб. м/ч. Меньше всего энергии будет потреблять биоцидная система – около 10 кВт. Этот уровень не зависит от свойств воды, поэтому система может серьезно рассматриваться для установки на суда с маломощной электростанцией.
Система обработки инертным газом также не зависит от свойств воды и имеет постоянное энергопотребление около 70 кВт (однако следует помнить о потреблении топлива газогенератором). УФ-системы в нормальных условиях будут «съедать» 100-150 кВт. Энергопотребление электролизной системы полного потока напрямую зависит от солености подаваемой воды: чем ниже соленость, тем выше энергопотребление. При уменьшении солености до 1 PSU требуемая мощность достигает 150 кВт и более.
Сложнее всего оценить энергопотребление СУБВ на электролизе малого потока. Эти системы физически не могут работать при соленостях ниже 10-15 PSU, где они потребляют 130-200 кВт, в то время как при нормальных условиях (соленость 36 PSU) потребляемая мощность опускается до 100 кВт и ниже. Влияние на энергопотребление также оказывает температура забортной воды. Важный фактор – наличие места на борту. Даже на танкере типа «суэцмакс» с насосным отделением установить габаритную систему можно только на палубе, в специально сконструированном помещении. Это повлечет за собой замену или модернизацию грузовых насосов или установку бустерного насоса для обеспечения достаточного напора.
Одним из самых слабых мест является фильтрующее оборудование. Его установка требует наибольшего объема модернизации балластной системы.
Монтаж
Опыт показывает, что при необходимости любая система может быть установлена на любом судне, вопрос лишь в объеме и стоимости сопутствующей модернизации. Поэтому так важно с самого начала анализировать предложенные производителем СУБВ чертежи установки и требования к монтажу.
Как правило, для установки СУБВ не требуется докование, однако обойтись без вывода судна из эксплуатации не удастся – по крайней мере в случае с крупными танкерами. Большинство сварочных и монтажных работ должно производиться в так называемых опасных зонах, и без полной или частичной дегазации танкера осуществить их невозможно.
При установке компонентов системы в насосном отделении не всегда удается смонтировать их рядом – не хватает места. Тогда приходится располагать их по вертикали. При этом зачастую необходимо вскрывать палубу, чтобы доставить габаритные элементы СУБВ в насосное отделение.
Важно помнить о совместимости выбранных материалов и СУБВ. Например, выбор материалов для трубопроводов подачи обеззараживающей смеси в системах попутного потока (как биоцидных, так и электролизных) ограничен из-за агрессивности среды.
При установке СУБВ биоцидного типа необходимо выбрать место для контейнеров с химикатами. Желательно, чтобы это место было доступно для обслуживания судовым краном. Обычно на танкерах подходящее место имеется в районе фальштрубы.
Эксплуатация
Эксплуатационные критерии базируются на операционном профиле судна. Некоторым СУБВ требуются химикаты – нужно гарантировать снабжение судна биоцидами. В некоторых системах время обработки воды (или самораспада окислителей) может составлять до трех дней. Такие СУБВ не подходят для судов, работающих на коротком плече.
Некоторые СУБВ не могут работать в пресной воде и в воде с низкой соленостью. Решение – заранее запасать соленую воду в специальном танке, что, конечно, сильно усложняет процесс планирования. В качестве альтернативы можно устанавливать дополнительный рассольный танк.
Еще один важный фактор – удобство системы для экипажа. В идеальном случае СУБВ не должна требовать вмешательства во время работы, включаться одной кнопкой, автоматически подстраиваться под балластную систему. Пока такое управление доступно далеко не во всех системах.
Для балластировки в критических ситуациях существует конструктивно заложенная возможность обойти систему. Однако после вступления конвенции в силу делать это стало труднее. Если балласт не был обработан при взятии на борт (из-за неисправности системы или неподходящих свойств воды), его необходимо обработать во время перехода (некоторые технологии это позволяют) или полностью сменить в рейсе, обработав уже новый балласт. Если переход короткий или погода штормовая, сделать это непросто.
Бюджет
Стоимость СУБВ неразумно высока, а эксплуатационные расходы, как правило, значительны. Это особенно чувствительно на фоне снижения фрахтовых ставок. Говорить об окупаемости СУБВ (за очень малым и довольно условным исключением) невозможно.
Для танкера с балластными насосами суммарной производительностью 2 тыс. куб. м/ч закупочная стоимость СУБВ колеблется в диапазоне $500-700 тыс. (зависит от выбранной технологии водообработки). Если суммарная производительность балластных насосов танкера достигает 5 тыс. куб. м/ч (это суда типоразмеров «афрамакс» и «суэцмакс»), стоимость СУБВ возрастет вдвое, а то и больше. Расходы на установку оборудования также значительны и порой превышают полную стоимость самой системы.
Также важно учесть постоянные расходы на эксплуатацию СУБВ. Например, некоторые типы СУБВ требуют менять фильтры каждые 5-7 лет, стоимость каждого фильтра составляет около $6 тыс., для системы производительностью 5 тыс. куб. м/ч необходимо 8 таких элементов. Помимо этого, большинство видов СУБВ требуют существенного расхода топлива (напрямую или для производства электроэнергии). Исключение – биоцидные системы, однако сэкономить на них сложно, ведь сами химикаты тоже стоят дорого. Например, на обработку 65 тыс. куб. м воды придется потратить около $7 тыс., что сопоставимо с расходами на работу УФ-системы, которая потребляет электроэнергию в полном объеме.
Еще одна статья расходов – получение одобрения классификационного общества.
Для получения типового одобрения Береговой охраны США также потребуется дополнительно оплатить тестирование системы в независимой лаборатории. По словам некоторых производителей, эта процедура стоит около $3 млн.
Сроки
Один из определяющих факторов – время изготовления системы, сейчас оно занимает примерно 4-6 месяцев. Около месяца отнимает доставка крупногабаритных компонентов СУБВ к месту монтажа.
Параллельно с изготовлением системы необходимо разработать проектную документацию для Регистра и судоремонтного предприятия, которое будет устанавливать СУБВ на судно. Ее подготовка может занять до трех месяцев. Эту работу может выполнить либо производитель системы, либо само судоремонтное предприятие, либо взятая на подряд независимая инженерная компания, либо штатное конструкторское бюро судовладельца. Мы выбрали работу с подрядчиком, который сопровождает весь проектный цикл от сканирования и теоретической проработки проекта до наблюдения за монтажом на судне. Помимо этого, несколько месяцев требуется на одобрение проекта Регистром.
Таким образом, практический опыт «Совкомфлота» подтверждает, что установка СУБВ – это долгий и трудоемкий процесс. Остается надеяться, что эти усилия реально позволят защитить морские экосистемы.
Морские вести России №6 (2018)
Водяной балласт- это вода и взвешенные в ней вещества, принятые на борт судна для обеспечения требуемого дифферента, крена, осадки, остойчивости судна. По оценкам ИМО, на судах, плавающих во всех регионах Мирового океана, ежегодно перемещается в качестве балласта около 12 млрд, тонн водяного балласта.
При балластном переходе для обеспечения безопасности плавания танкеры принимают забортную воду в качестве балласта в свободные от нефти «грязные» грузовые танки. Чистые танки заполняются забортной вода непосредственно, без их предварительной подготовки. Перед заполнением «грязных» грузовых танков забортной водой они должны быть очищены от имеющихся в них НВ установленным порядком.
Имеющиеся результаты исследований показывают, что в водяном балласте и осадках, перевозимых на судах, даже после рейсов продолжительностью несколько недель многие виды бактерий, растений и живых организмов могут выжить и сохраняться в устойчивой форме. Сброс загрязненного балласта или осадков в воды государства порта может привести к появлению в этих водах нежелательных видов патогенных организмов, нарушающих экологическое равновесие, причинить ущерб зонам отдыха, создать угрозу здоровью и жизни местного населения, животных и растений. Возникновение заболеваний также может быть результатом попадания в воды государства порта больших количеств балластных вод (БВ), содержащих вирусы или бактерии.
Наиболее распространенными видами микроорганизмов (определенными как патогенные или условно патогенные) являются кишечные палочки, стафилококк и сальмонелла. Временами наблюдается присутствие кишечных бацилл. По оценкам ИМО 4,5 тысячи различных видов переносится по всему миру за один раз в балластных танках. Поэтому сброс БВ считается потенциально опасным не только ИМО, но также и ВОЗ, которая озабочена вопросом недопущения распространения болезнетворных эпидемиологических бактерий с БВ.
Балластом служит вода, взятая прямо из-за борта. Вместе с водой насосы закачивают не только несметные количества микроорганизмов, но и крупную живность: крабов, моллюсков, мелких рачков. Подсчитано,что в среднем в балластных водах присутствует свыше 400 разновидностей животных, микроорганизмов и растений. Если ее сбрасывают там, где соленость, температура, питательная среда устраивают вновь прибывших гостей, они начинают борьбу с местными обитателями за право здесь жить. В бухте Сан-Франциско, например, 99 % биомассы состоит из организмов, ранее никогда здесь не живших. При сбрасывании балласта в портах захода, чужеродные организмы, не встречая особого сопротивления, быстро размножаются и начинают угрожать существованию других постоянно живущих там организмов. Однако опасность, которую несут с собой микроорганизмы, оказалась еще большей, чем в случае крупных организмов. Во всяком случае, узнав о результатах этих исследований, некоторые правительства уже задумалась об ужесточении борьбы со сливом балластной воды в прибрежной зоне. К такому выводу пришли американские ученые, которые провели бактериологическое исследование воды, используемой в качестве балласта на пришедших из иностранных портов судах. Ими было обнаружено, что болезнетворные микробы могут путешествовать на огромные расстояния внутри судов, куда они попадают вместе с балластной водой, а после прихода в порт они вместе с бактериями могут оказаться за бортом и стать причиной массовых заболеваний у жителей побережья. Например, холероподобные бактерии вызвали заражение устриц у побережья Северной Америки. В результате тяжелые отравления получили сотни людей.
Кроме того, загрязнения, принятые с БВ, оседая в балластных танках, увеличиваются в объеме после каждой балластировки, что приводит к снижению провозоспособности судна. Удаление осадков из балластных емкостей - сложный, трудоемкий технологический процесс, который способствует увеличению простоя и стоимости ремонта судов. Трудоемкость его вызвана тем, что балластные танки расположены, как правило, во втором дне, в носовых и кормовых частях судна со сложным конструктивным набором.
Например, ежегодно суда перед заходом в порты США сливают в целом миллионы тонн воды, закачанной в балластные танки в других районах Мирового океана. Группа ученых из Смитсоновского центра исследований ОС (штат Мэриленд) проанализировала состав балластных вод в судах, прибывших главным образом из стран Европы и Средиземноморья, обнаружила, что в них содержатся бактерии (в том числе холерный вибрион) и вирусы. Концентрация бактериальных клеток в литре воды достигала почти 1 млрд., а вирусных частиц - более 7 млрд. Многие микробы остались неопознанными, но наверняка среди них были такие, которые могут принести вред местным морским экосистемам.
Америка, в свою очередь, одарила Старый Свет посланцами, обитающими в ее прибрежных водах. Какое-то судно, вероятно, где-то в районе Атлантике набрало с БВ беспозвоночных животных - гребневиков. У гребневика, как у медузы, прозрачное, студенистое тело, по форме напоминающее короткий толстый огурец, обрезанный с одного конца. Гребневик - это хищник. Он питается планктоном, мелкими водными организмами, мальками рыб и их икрой. Лет пятнадцать назад он попал в Черное море, нашел там благоприятные для себя условия и настолько размножился, что, по сути, нанес ущерб местному рыболовству.
Поучительный пример преподнес Океанографический музей в Монако в 1984 году. Там ополоснули контейнер, в котором были привезены водоросли из южных морей. По невнимательности или по незнанию, эту воду с растительными остатками выплеснули в море. Сегодня на дне Средиземного моря водоросль- новосел занимает 3 тысячи гектаров. Она полностью изгнала коренную растительность.
Для судов рыбопромыслового флота РФ было проведено изучение фактического состояния и использования водяного балласта на рыбопромысловых судах, находящихся в эксплуатации. Практически на всех таких судах имеются цистерны водяного балласта. Их общий объем составляет порядка 12 % от дедвейта судов, а на танкерах и сухогрузах 35-40 %. Согласно предварительной оценке, использование балластных цистерн на рыбопромысловых судах в процессе их эксплуатации составляет около одной трети общего промыслового времени, поэтому, несмотря на сравнительно небольшие объемы перевозимой балластной воды (по сравнению с транспортными судами) рыбопромысловые суда могут осуществлять перенос жизнеспособных организмов из одной среды их обитания в другую.
Преимущества системы Seascape-BWMS:
- Гарантия и сервис по всему миру
- Высокая эффективность очистки
- Очистка без применения химических реагентов
- Высоко-интеллектуальное управление
- Малые размеры и компактный дизайн
- Простое и экономичное обслуживание
- Система Глобальной Удаленной Поддержки (Global Remote Support System), опционально
- Одобрение ЕМС для применения на судах любых типов
Компания Elite Marine Ballast Water Treatment System Corp является инновационным высокотехнологическим предприятием,
специализирующемся на очистке балластных вод. Исследовательская команда компании включает инженеров со всего мира. Разработанная технология очистки балластных вод имеет 26 патентов. Seascape-BWMS сертифицирована такими обществами как ABS, CCS, BV, DNV-GL, LR. NK и другими.
Краткое описание системы
Seascape-BWMS является комбинированной системой очистки, использующей преимущества фильтрации и технологии EPT (Enhanced Physical Treatment – UV/US – улучшенная физическая очистка с использованием ультрафиолетовых лучей и ультразвука).
Это обеспечивает высокую экологичность и оптимизирует размещение системы для каждого типа судов. Адаптируя технологию EPT Seascape-BWMS эффективно устраняет опасные водные организмы и патогены без образования токсических субстанций во время балластировки и де-балластировки.
Сравнение с химической технологией очистки:
Безопасно и надежно из-за отсутствия химических веществ в очистке. Химические технологии очистки связаны с образованием опасных соединений, таких как Н2 и Сl2, которые несут потенциальный риск судну и экипажу.
Высоко-эффективна и подходит для судов всех типов. Химические технологии требуют длительного времени для дезинфекции балластных вод, что ограничивает их применение
при коротком времени плавания. Для системы Seascape-BWMS не требует определенной солености воды и дополнительного времени на дезинфекцию.
Простая конструкция и простота управления. Концентрация общего остаточного оксида (TRO – Total Residual Oxide) требует детектирования при использовании химической технологии, что усложняет выполнение очистки по
сравнению с системой без использования химических веществ.
Низкая стоимость и экономичность обслуживания. Применение химических соединений потребует дополнительных затрат, в то время как при использовании технологии SeascapeBWMS требуется только периодическая замена ульта-фиолетовых ламп.
Сравнение с другими физическими технологиями:
В системе Seascape-BWMS присутствует ультразвуковой модуль, используемый для очистки кварцевых трубок и
увеличивающий эффективность очистки, что позвол
Яет сделать систему более компактной и снизить энергопотребление по сравнению с другими системами
очистки.
Использование ультразвукового модуля позволяет отказаться от необходимости использования других модулей в системе, дополнительно снижая размеры комплекса очистки и его
энергопотребление.
Самоочищающийся фильтр, имеющий международный патент, подходит для использования в водах с высоким содержанием TSS без необходимости ручного демонтажа и очистки. Мощность УФ излучения настраивается в зависимости от качества воды для снижения энерго-затрат.
Применение системы глобального удаленного мониторинга (GRSS) (опционально) делает работу с Seascape-BWMS еще проще и эффективнее.
Процесс очистки
Балластировка
Во время балластировки балластная вода пр
оходит через само-очищающийся фильтр для фильтрации крупных микроорганизмов. После фильтрации балластная вода проходит через модуль EPT, где ультрафиолетовое излучение дополнительно дезинфицирует воду перед попаданием в балластные цистерны.
Де-балластировка
Во время де-балластировки балластная вода выкачивается насосом из балластных цистерн обратно через фильтр и модуль EPT для окончательной очистки перед сбросом за борт.
Модуль фильтрации
Во время забора балластная вода проходит через автоматический само-очищающийся фильтр. Он удаляет частицы, седименты, зоопланктон и фитопланктон размером более 40 микрон. Автоматический обратный ток воды для очистки фильтра обеспечивает точность и качество фильтрации и позволяет добиться высокой эффективности очистки в водах с высокой мутностью. Во время цикла обратного тока воды фильтруемая вода продолжает течь как обычно без прерывания процесса очистки.
- Высокая передача УФ
- Низкий показатель осадочных фракций
- Малый перепад давления
- Автоматическая промывка фильтра обратным током воды
- Мощность очистки 50 – 6000 м3/ч
- Применимо к водам с повышенной замутненностью
Модуль EPT
Ультрафиолетовое излучение используется для дезинфекции воды эффективно и безопасно. УФ технология позволяет упростить управление комплексом и не требует дорогостоящих и потенциально опасных химических веществ.
Ультразвуковой (УЗ) модуль в комбинации с УФ излучением обеспечивает проникновение сквозь клеточную мембрану и стенку для уничтожения ДНК и РНК микробов, нарушая синтез ферментов и белков в клетках и приводя к гибели клеток из-за нарушения метаболизма.
Дополнительно УЗ модуль выполняет функцию эффективной очистки кварцевых трубок для обеспечения максимального распространения УФ лучей. УФ дозы могут отслеживаться на постоянной основе и
автоматически настраиваться контроллером PLC и сенсором интенсивности света для любых типов вод с различной замутненностью, чтобы обеспечить максимальную очистку. Дополнительные датчики уровня и температуры обеспечивают еще больший уровень безопасности.
- Нет активных субстанций или токсических продуктов
- Нет проблем с коррозией
- Самоочищающийся фильтр и кварцевые трубки
- Долговечность и высокая эффективность
- Простота управления и обслуживания
- Мощность 50 – 6 000 м3/ч
Силовой шкаф и модули контроллера и мониторинга
Контроллер представляет собой Программируемый логический контроллер, который сконфигурирован для оптимального управления комплексом. Протокол сетевой коммуникации в реальном времени может использоваться для интеграции Seascape-BWMS 
с другими автоматическими контрольными системами на борту и обеспечивая доступ к Seascape-BWMS через стандартный интерфейс судна.
- Дисплей данных в реальном времени
- Управление touch-screen
- Подача предупреждающих сигналов
- Запись данных от 24 мес.
- Контроллер Siemens PLC
- Системный интерфейс
Спецификация систем Seascape-BWMS
|
Тип |
Мощность (м3/ч) |
Энерго потребле ние (кВ) |
Размеры контура (мм) |
|||
|
Фильтр (∅ х Н) |
Модуль EPT (Д х Ш х В) |
Силовой шкаф (Д х Ш х В) |
Шкаф управления (Д х Ш х В) |
|||
|
0-BWMS |
9-18 |
476x1877 |
590x345x720 |
450x680x1600 |
600x230x780 |
|
|
Seascape-250-BWMS |
12-24 |
616x2035 |
585x345x1100 |
450x680x1600 |
600x230x780 |
|
|
Seascape-300-BWMS |
18-36 |
616x2035 |
590x345x720x2 |
500x500x1770 |
600x230x1000 |
|
|
Seascape-600-BWMS |
24-48 |
616x2164 |
690x450x920 |
500x680x1770 |
600x230x1000 |
|
|
Seascape-800-BWMS |
32-64 |
739x2178 |
690x550x920 |
500x680x1870 |
600х230х1000 |
|
|
Seascape-1000-BWMS |
1000 |
48-96 |
739x2299 |
895x530x1120 |
630x680x2120 |
600x230x1000 |
|
Seascape-1200-BWMS |
1200 |
48-96 |
739x2554 |
690x450x920x2 |
630x680x1900 |
600x230x1000 |
|
Seascape-1600-BWMS |
1600 |
64-128 |
850x2749 |
690x550x920x2 |
630x680x2120 |
600x230x1000 |
|
Seascape-1800-BWM |
1800 |
72-144 |
850х2749 |
690x450x920x3 |
630х680х1900х2 |
600х230х1000 |
|
Seascape-2000-BWMS |
2000 |
96-192 |
850х2749 |
895х530х1120х2 |
630х680х2120х2 |
600х230х1000 |
|
Seascape-2400-BWMS |
2400 |
96-192 |
980х2988 |
690х550х920х3 |
630х680х1900х2 |
600х230х1000 |
|
Seascape-3000-BWMS |
3000 |
144-288 |
980х2988 |
895х530х1120х3 |
630х680х2120х3 |
600х230х1000 |
|
Seascape-3200-BWMS |
3200 |
128-256 |
980х3250 |
690х550х920х4 |
630х680х2120х2 |
600х230х1000 |
|
Seascape-4000-BWMS |
4000 |
192-384 |
2000х2749 |
895х530х1120х4 |
630х680х2120х4 |
600х230х1350 |
|
Seascape-5000-BWMS |
5000 |
240-480 |
2200х2988 |
895х530х1120х5 |
630х680х2120х5 |
600х230х1350 |
Пример установки станции очистки балластных вод
В качестве примера рассмотрим проект Морского Инжинирингового Центра СПб установки станции очистки балластных вод на сухогрузе пр. 507Б типа Волго-Дон. Характеристики балластных танков представлены в Таблице 1
Таблица 1
| Наименование | Пр.507Б, тип «Волго-Дон» (Черт 507б-901-065) | |
| Расположение | Вместимость, м куб. | |
|
Балластный танк №1 |
||
|
Балластный танк №2ЛБ |
||
|
Балластный танк №3ПрБ |
||
|
Балластный танк №4ЛБ |
||
|
Балластный танк №5ПрБ |
||
|
Балластный танк №6 |
||
|
Общий объём балластных |
||
Исходя из характеристик судовой балластно-осушительной системы из предоставляемой Группой компаний “Морская техника” линейки станций была выбрана установка для очистки балластных вод Seascape - BWMS-300, характеристики станции представлены в Таблице 2. Принципиальная схема представлена на рис.1
Рис. 1 Принципиальная схема установки станции очистки балластных вод
| Тип | Q,м3/ч | N, Вт | Размеры(мм) | |||
| Фильтр, хН | ЕРТ-блок, LxBxH | Шкаф управления,
LxBxH |
Мониторинг шкаф,
LxBxH |
|||
|
Seascape- |
||||||
Рассматривается два варианта места установки указанных блоков в МО (См. Рис.2):
1-й вариант: по левому борту, 192-202шп. на стенке цистерны основного запаса топлива,
2-й вариант: по правому борту у кормовой переборки МО.
Рис. 2 Варианты размещения установки в МО т/х пр 507Б
В составе проекта предусматривается:
- подключение балластного танка №1 к существующей балластно-осушительной системе;
- обеспечение дополнительно дистанционного управления балластными насосами с центрального пульта управления балластными операциями;
- в балластной системе вместо существующих клапанов (задвижек) с ручным управлением, предусматривается установка электро-пневматических нормально-закрытых клапанов с дистанционным управлением открытия/закрытия, в конструкцию которых входит функция местного ручного закрытия;
- система контроля уровня заполнения танков.
- опционально может быть оборудован трубопровод для сдачи балласта с судна в береговые приемные сооружения.
Сертификация
Seascape-BWMS сертифицирована CSS, одобрена IMO и в качестве альтернативной системы управления USCG. Помимо этого сертификаты получены от ABS, BV, LR, DNV, RINA, NK, KR и Российского Морского Регистра Судоходства.
