DE102007056571A1

DE102007056571A1 - Ultraschall im Pulsmodus zur Zersetzung von Gashydraten, Erzkrusten, sowie zum Abtrennen von Rohöl, ölhaltigen Partikeln vom Wasser und zum Abtöten der Biologie im Ballast-Wasser

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Publication number: DE102007056571A1
Application number: DE200710056571
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-11-24
Also published as: DE102007056571B4

Abstract

Alle vier Anwendungen (1-4) haben folgendes neues Grundprinzip: Erzeugung von Ultraschall durch Hochfrequenz im Frequenzbereich zwischen 10 und 1500 kHz im Puls- und Konstant-Modus. Der neu entwickelte Pulsmodus beschreibt die Funktion, dass in Intervallen der Ultraschall an- und ausgeschaltet wird. Dies kann in Intervallen von 100 Millisekunden bis 5 Sekunden erfolgen. Dabei wird Gas, welches gelöst im Wasser von Hydratkäfigen, biologischen Zellen oder Erzkrusten ist, in Schwingung gebracht. Hierbei wird das Volumen der Gase so lange durch Einsaugen von weiteren flüchtigen Substanzen aus dem Wasser vergrößert, bis sie platzen. Die dabei entstehenden Stoßwellen verstärken den Wasserhammerdruck, der von außen auf feste Oberflächen wie Hydratkäfige, biologische Zellen und Erzkrusten einwirkt. Die Nutzung von mehreren Ultraschallgebern verstärkt die beschriebenen Wirkungen. Lediglich die Auswirkungen unterscheiden sich. Zu 1) Methan-Gashydrate: Die Gasblasen des Methans im Hydratkäfig werden in Schwingung gebracht. Dabei saugen sie aus der Umgebung weitere flüchtige Substanzen auf. In ihrem Innern steigt der Druck an, bis sie platzen und dadurch den Hydratkäfig zerstören. Das Gas wird frei, steigt auf und kann gewonnen werden. Zu 2) Erzkrusten: Hier wird nur das Gas, welches im Wassacht. Beim Platzen der Gasblasen werden die Erzkrusten aufgesprengt. Die Bruchstücke können dann abgesaugt und an die Oberfläche ...

Description

Ultraschall wird in vielfältiger Art und Weise in der Technik genutzt. Allen Anwendungen liegt zugrunde, dass der Ultraschall permanent mit verschiedenen Frequenzen produziert wird.
Eine neue Methode zum Erzeugen des Ultraschalls zeigt überraschende Effekte. Die Neuerung liegt darin begründet, dass der Ultraschall in Pulsen erzeugt wird. Der Pulsmodus beschreibt die Funktion, das in Interwallen der Ultraschall an- und ausgeschaltet wird. Dies kann in Intervallen von 100 Millisekunden bis 5 Sekunden erfolgen. Auf Grund der erhöhten Wirkung des Ultraschalls ergeben sich mindestens vier neue Bereiche der Anwendung.

1) Methan-Gashydrate kommen weltweit in großer Menge, in bestimmten Regionen an Land und in regionalen Sedimenten und bestimmten Wassertiefen vor. Das in ihnen enthaltene Methangas entspricht einem Vielfachen der bekannten Kohle-, Erdöl- und Gasvorkommen. Diese natürlichen Vorkommen der Gashydrate werden als eine große Rohstoff- und Energiequelle der Zukunft betrachtet.
2) Erzkrusten kommen weltweit in großer Mende in bestimmten Wassertiefen vor. Die in ihnen enthaltenen Erze wie Mangan, Nickel, Chrom, Tantal sind hoch angereichert. Diese natürlichen Vorkommen werden als eine große Rohstoff-Quelle in der Zukunft betrachtet.
3) Bisher wird Öl von Wasser in der Art und Weise abgetrennt, indem es in Tanks gepumpt wird, dort aufsteigt und dann abgesaugt wird. Um diesen langsamen Vorgang zu beschleunigen wird Luft in das Wasser eingeblasen. Da das Abtrennen des Öles von der Blasengröße, also der Oberfläche abhängt, wird die Luft durch Düsen oder durch spezielle Pumpen in Blasen zerteilt. Bisher liegt die kleinste Blasengröße im Bereich von 5 μm.
4) In der Seefahrt wird Meerwasser als Ballastwasser verwendet (1000–20000 Tonnen pro Schiff). Beim Ablassen in der Nähe vom Zielhafen oder direkt im Hafen wird die darin enthaltene Biologie wieder frei gegeben. Die Biologie des Meerwassers wird somit global verteilt. Dies kann und hat große negative Auswirkungen auf die jeweilige regionale Biologie. Verfahren zum Abtöten und Zerstören der lebenden Biologie (Algen, Bakterien, Viren) in Ballastwasser (BW) die durch Stoss- oder Schockwellen ausgelöst durch Hochfrequenz z. B. Ultraschall im Frequenzbereich zwischen 10 und 1500 kHz im Puls-Modus erzeugt werden.

In der Seefahrt wird Meerwasser als Ballastwasser verwendet (1000–20000 Tonnen pro Schiff). Das Aufnehmen und Abgeben dieser Volumen erfolgt mit ca. 30 m³/min Beim Ablassen in der Nähe vom Zielhafen oder direkt im Hafen wird die darin enthaltene Biologie wieder frei gegeben. Die Biologie des Meerwassers wird somit global verteilt. Dies kann und hat große negative Auswirkungen auf die jeweilige regionale Biologie.
Um dies zu verhindern muss innerhalb kurzer Zeit (max. 2 Tage) das BW von aller Biologie befreit werden. Mit den herkömmlichen Methoden können nur die groben Partikel (größer 50 μm) durch Hydrocyclone und Filtern aus dem BW entfernt werden.
Die Partikelfraktion kleiner als 50 μm kann durch Hydrocyclone nicht entfernt werden da sie zu leicht ist. Daher wird hierfür eine Verwendung von Chemikalien zum Abtöten der Biologie (z. B. Natriumacid oder Peracetic acid) angedacht. Die zu erwartenden Umweltbelastungen sind unbekannt.
Dies Problem des Abtötens der Partikelfraktion kleiner als 50 μm wird durch das Nutzen von Schockwellen die von Hochfrequenz z. B. Ultraschall im Pulmodus gelöst.
Auf jedem Schiff, unabhängig von der Größe, kann das BW beim Aufnehmen, während der Fahrt zum Bestimmungshafen und beim Abpumpen mit Ultraschall behandelt werden.
1. Bezeichnung
Verfahren zum Abtöten und Zerstören der lebenden Biologie (Algen, Bakterien, Viren) in Ballastwasser (BW) mittels Stoss- oder Schockwellen, ausgelöst durch Hochfrequenz z. B. Ultraschall im Pulsmodus
2. Kurzfassung
2.1. Technisches Problem der Erfindung = technische Aufgabe und Zielsetzung
Die Biologie (Algen, Bakterien, Viren) in BW-Volumen von (1000–20000 t) innerhalb kurzer Zeit (1–2 Tagen) abtöten und oder zerstören.
2.2. Lösung des Problems
Durch Hochfrequenz im Pulsmodus z. B. Ultraschall (850 kHz) im Wasser werden über die Abfolge Schwingung >> Kavitation >> Gasblasen >> Kollabieren der Gasblasen >> Schockwellen >> mechanische Kräfte (Druck) ausgelöst. Dieser Druck (bis zu 10.000 bar) zerstört die Zellmembranen von lebenden Organismen durch den so genannten „Wasserhammerdruck." Im Wasser entstehen beim Einwirken von Ultraschall prinzipiell immer die Radikale OH^– und H⁺. Die OH-Radikale bilden H₂O₂ der dann mit einer Halbwertszeit von ca. 2 Tagen wieder zu H₂O und O⁺ zerfällt. Der freie Sauerstoff wirkt als starkes Oxidationsmittel und tötet die restliche lebende Biologie ab.
2.3. Anwendungsgebiet
Somit wird es möglich in der Seefahrt die großen Volumen des BW von der lebenden Biologie zu befreien. Dies Verfahren kann während der Aufnahme, beim Transport und während der Abgabe des Ballastwassers ohne Zugabe von Chemikalien erfolgen.

Claims

Verfahren zum Abtöten und Zerstören der lebenden Biologie (Algen, Bakterien, Viren) in Ballastwasser (BW) ausgelöst durch Hochfrequenz z. B. Ultraschall im Frequenzbereich zwischen 10 und 1500 kHz im Puls-Modus. Der Pulsmodus beschreibt die Funktion, das in Interwallen der Ultraschall an- und ausgeschaltet wird. Dies kann in Intervallen von 100 Millisekunden bis 5 Sekunden erfolgen dadurch gekennzeichnet das durch den Pulmodus die Einwirkung des „Wasserhammerdruck." enorm verstärkt wird und die Zellwände platzen.