UV-LED -lamppujen soveltuminen laivojen painolastivesien käsittelyyn
Koivistoinen, Heli (2014)
Diplomityö
Koivistoinen, Heli
2014
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201401221223
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201401221223
Tiivistelmä
Painolastivesien mukana kulkeutuvien lajien leviäminen on yksi vakavimmista globaaleista ympäristöuhkista. Kansainvälinen merenkulkujärjestö IMO määritteli vuonna 2004 kansainvälisen painolastivesiyleissopimuksen, jonka tarkoituksena on ehkäistä laivojen painolastivesien mukana kulkeutuvien lajien leviämistä. Sopimus velvoittaa aluksia käsittelemään niiden painolastivedet ja se sisältää myös käsittelyjärjestelmiltä edellytetyt vaatimukset. Vaikka sopimus ei ole vielä astunut voimaan, painolastivesien käsittelyyn löytyy markkinoilta jo useita kymmeniä IMO:n hyväksymiä käsittelyjärjestelmiä, jotka hyödyntävät erilaisia mekaanisia, fysikaalisia ja kemiallisia menetelmiä. Yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä on UV-säteilytys. UV-säteily tuotetaan elohopealampuilla, jotka kuitenkin kuluttavat paljon energiaa ja sisältävät myrkyllistä elohopeaa. Tämän työn tarkoituksena oli selvittää, voisiko elohopealamput korvata lähitulevaisuudessa UV-LED -lampuilla. UV-LED –lamppujen etuja ovat muun muassa energiatehokkuus, kestävä rakenne ja myrkyttömyys. Työn tärkeimpänä tavoitteena oli tutkia laboratoriomittausten avulla, millainen UV-annosmäärä 10-50 µm kokoisten kasviplanktonien inaktivoimiseen tarvitaan. Mittausjärjestelyt vastasivat suurelta osin IMO:n vaatimuksia. Laboratoriomittauksissa käytettiin 265 nm:n aallonpituudella toimivia UV-LED -lamppuja. Näytteiden analysoinnissa käytettiin sekä PAM-fluorometriä että virtaussytometriä. Saatujen tulosten perusteella tutkimuksessa käytettyjen lajien Asterionellopsis glacialis ja Thalassiosira sp. täydelliseen inaktivoitumiseen tarvittiin noin 600 mJ/cm2 suuruinen UV-annos. Tulos vastasi ennakko-odotuksia ja se oli vertailukelpoinen muiden aiheesta tehtyjen tutkimusten kanssa. Koska nykyisten UV-LED –lamppujen teho on hyvin alhainen, ne eivät vielä sovellu painolastivesien käsittelyyn. UV-LED –lamppujen kehitystyö on kuitenkin käynnissä ja on arvioitu, että niitä voitaisiin käyttää suurten virtaamien käsittelyssä 5-10 vuoden kuluttua. The spread of the invasive species via ballast water is one of the most serious global environment threats. International Maritime Organization IMO adopted in 2004 ‘the International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments’ for the purpose of prevents the spread of species. The Convention binds ships to treat their ballast water and it also contains requirements for the treatment systems. Even though the Convention hasn’t yet come into effect, there is already dozens of IMO’s approved treatment systems in the market. These systems utilize different kinds of mechanical, physical and chemical techniques. One of the most used techniques for the treatment of ballast water is ultra-violet irradiation. UV radiation is created by mercury lamps, which however consume a lot of energy and contain toxic mercury. The object of this thesis was to find out, is it possible to substitute UV LED lamps for mercury lamps in the near future. Among other things advantages of the UV LED lamps are energy efficiency and a resistant and non-toxic structure. The main aim of this study was to research with laboratory tests, what will be the UV dose that is needed to inactivate 10-50 µm sized phytoplankton species. Setup of measurements met largely the requirements of IMO. In the laboratory tests it was used UV LED lamps, which wavelength of light was 265 nm. Samples were analysed with PAM-fluorometer and flow cytometer. Based on the results it was needed approximately 600 mJ/cm2 UV dose to inactivate species Asterionellopsis glacialis and Thalassiosira sp., which were used in the study. The result was similar to expectations and it was comparative with the other studies, which have been published on the topic. As present UV LED lamps are very inefficient, they are not yet suitable for ballast water treatment. UV LED lamps’ development work is however underway and it has been estimated, that high water flow rates will be treated with UV LED lamps in 5-10 years.