Ballastwassermanagement

                                                                  Karl-Heinz Hochhaus
Derzeit erfolgt die Einführung eines weiteren Hilfssystems auf neuen Handelsschiffe, demnächst auch auf älteren Schiffen. In drei bis fünf Jahren wird das Ballastwasserabkommen in Kraft treten und ein Jahr später für alle größeren Seeschiffe verbindlich sein. Aber - es geht auch ohne!

1. Einführung
Schiffe müssen zur Erhöhung der Stabilität und zum Beladungsausgleich Ballastwasser aufnehmen, das in Tanks, die in der Regel im Doppelboden, Vorpiek, Hinterpiek und in Seitenräumen angeordnet sind, transportiert wird. Je nach Schiffstyp und Beladungszustand wird sehr viel (Tanker, Bulker), viel (Containerschiffe, Kühlschiffe, Autotransporter) oder wenig (Kreuzfahrt- und Fährschiffe) Ballastwasser transport. Für die Behandlung von Ballastwasser wurde 2004 von der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation IMO (International Maritime Organization) ein Ballastwasserabkommen verabschiedet [1]. Die IMO ist die weltweit anerkannte Unterorganisation der Vereinten Nationen zur Entwicklung und Festlegung internationaler Standards für Schifffahrt, Schiffssicherheit und für den Meeresumweltschutz. Im Ballastwasser-Übereinkommen wird das Ballastwassermanagement, die Durchführung und die Überwachung festgeschrieben. Es tritt 12 Monate nach dem Tag in Kraft, an dem wenigstens 30 Staaten, deren Handelsflotten insgesamt mindestens 35 v. H. des Bruttoraumgehalts der Handelsflotte der Welt ausmachen ihre Ratifikationsurkunde bei der IMO als Verwahrer hinterlegt haben.  In Deutschland ist das BSH für die Zulassung von Ballastwasser-Behandlungssystemen zuständig. Bislang haben 25 Staaten diese völkerrechtlich verbindliche Erklärung abgegeben, sie decken etwa 24 Prozent der weltweiten Handelstonnage ab. Deutschland will das Übereinkommen 2010, spätestens jedoch 2013 unterschreiben. Ein genauer Zeitpunkt, zu dem das Ballastwasser-Übereinkommen völkerrechtlich in Kraft tritt, lässt sich gegenwärtig daher nicht vorhersagen. Bislang haben 25 Staaten diese völkerrechtlich verbindliche Erklärung abgegeben, sie decken etwa 24 Prozent der weltweiten Handelstonnage ab. Deutschland will das Übereinkommen 2010, spätestens jedoch 2013 unterschreiben.

2. Ballastwassermanagement
Für das Ballastwassermanagement gibt es derzeit zwei verschiedene Methoden, der
Austausch von Ballastwasser auf See oder die
Ballastwasseraufbereitung an Bord (Abb. 1 bis 4)

2.1 Ballastwasseraustausch  [2, 3]  
Die folgenden drei Verfahren werden angewendet und akzeptiert. Beim sequentiellen Austausch von Ballastwasser wird zunächst ein Ballastwassertank vollständig entleert und anschließend wieder mit frischem Seewasser befüllt. Beim Durchflussverfahren wird ein befüllter Ballastwassertank konstant mit frischem Seewasser gespült und beim Verdünnungsverfahren wird von oben Seewasser in den Ballastwassertank gefüllt und simultan von unten Ballastwasser abgezogen, so dass der Füllstand konstant gehalten wird.

2.2 Prinzipien der Ballastwasseraufbereitung [2,3]  
In Abhängigkeit des wirksamen Prinzips lassen sich die unterschiedlichen Prozesse zur Aufbereitung von Ballastwasser in mechanische, physikalische und chemische Verfahren einteilen (Abb. 5). Diese Verfahren können einzeln oder im Verbund zur Ballastwasseraufbereitung eingesetzt werden. Vielfach werden mechanische Trennprozesse mit physikalischen und chemischen Verfahren kombiniert.

2.2.1 Mechanische Verfahren
Mechanische Trennverfahren werden häufig für die Vorkonditionierung von Ballastwasser eingesetzt. Mit Filter oder Fliehkraftabscheider werden Organismen und Partikel aus dem Ballastwasser entfernt. Für die Entfernung von Bakterien und Viren lassen sich auch Membranen, wie sie z. B. bei der Trinkwassererzeugung (Umkehrosmose) eingesetzt werden, nachschalten. Damit werden können  Mikroorganismen bis zu einer Größe von typischerweise 0,2 µm abgeschieden, werden.

2.2.2 Physikalische Verfahren
Physikalische Wirkprinzipien sind z. B. eine thermischen Behandlung, UV-Bestrahlung oder Ultraschall-Bestrahlung. Bei der thermischen Behandlung werden die im Wasser enthaltenen Organismen und Erreger einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, was zum Tod der Organismen führt. Für die thermische Ballastwasseraufbereitung kommen im Wesentlichen drei Verfahrensweisen in Frage: Mischvorwärmung von Ballastwasser bei gleichzeitigem Spülen eines Ballastwassertanks, Erwärmung von Ballastwasser in den Tanks sowie die Erwärmung von Ballastwasser bei der Aufnahme oder Abgabe. Die Erwärmung des Ballastwassers erfolgt dabei vorwiegend mit Motorkühlwasser oder sonstigen Wärmequellen wie z. B. Hilfskessel.
Die Desinfektion von Ballastwasser durch UV-Bestrahlung ist ein ebenfalls aus der Trinkwasseraufbereitung bekanntes Desinfektionsverfahren. Eine wasserdurchströmte UV-Entkeimungseinheit besteht im Wesentlichen aus mehreren Quarzrohren, in denen sich UV-Lampen befinden.
Bei der Ultraschall-Desinfektion wird das Wasser mit einem Schallfeld (20 - 400 kHz) bestrahlt, so dass es im Fluid zu einer wechselnden Bildung von Unter- und Überdruckgebieten kommt.. In einer Unterdruckphase des Schallfeldes bilden sich im Wasser Dampfblasen, die in der nachfolgenden Überdruckphase implosionsartig kollabieren (Kavitation). Beim schlagartigen Zusammenfall der Dampfblasen entstehen Schockwellen, die zu einem Zerreißen der Zellmembranen führen und somit die im Wasser enthaltenen Organismen abtöten.

2.2.3 Chemische Verfahren
Bei einer chemischen Ballastwasseraufbereitung werden dem Ballastwasser eine oder mehrere chemische Substanzen direkt oder indirekt durch Elektrolyse hinzugefügt, so dass eine toxische Reaktion abläuft, die zu einer Abtötung der schädlichen Wasserorganismen und Erregern führt. Für die Desinfektion von Ballastwasser kommen außerdem Substanzen wie z. B. Ozon, Chlor, Chlorderivate und Biozide in Frage. Die Ozondesinfektion ist ein ebenfalls aus der Trinkwasseraufbereitung bekanntes Verfahren und kann zur Abtötung von Bakterien und Viren im Ballastwasser verwendet werden. Da Ozon instabil ist, wird es im Allgemeinen vor Ort aus Luft oder Sauerstoff in Ozongeneratoren oder durch Bestrahlung der Luft mit UV-Lampen erzeugt. Chlor und Chlorderivate werden besonders auf Kreuzfahrtschiffen zur Desinfektion von Trinkwasser eingesetzt und töten vegetative Bakterien und viele Viren ab. Außerdem können verschiedene Biozide zur Abtötung von Wasserorganismen, Bakterien und Viren verwendet werden.

3. Betrieb ohne Ballastwasseraustausch [4]  
In einem Vortrag beim STG Studenten-Sprechtag 2010 an der Universität Duisburg-Essen
wurde ein Ballastwasser-System eines 2.500 TEU Containerschiffes vorgestellt, das im  Betrieb ohne Ballastwasseraustausch auskommt und daher auf die aufwendige Ballastwasseraufbereitung verzichten kann. Mittels einer geeigneten Tankaufteilung sowie eines entsprechenden Pump- und Rohrleitungssystems wird mit einer genügenden konstanten Menge an Ballastwasser eine ausreichende Stabilität für die erforderlichen Beladungszustände des Schiffes durch Umpumpen zwischen den Tanks sichergestellt. Das Ballastwasser wird permanent im Schiff mitgeführt, ohne mit der marinen Umwelt in Berührung zu kommen und es können sich keine Sedimente ablagern. Der Vergleich mit dem konventionellen Containerschiff des Typs „Warnow CV 2500“, in dem verschiedene Beladungsfälle untersucht wurden, zeigt eine gute Eignung dieser Alternative. Neben der Kontrolle der Intaktstabilität wurde im Rahmen dieser studentischen Arbeit auch der Lecksicherheitsnachweis nach den aktuellen harmonisierten Vorschriften der SOLAS erbracht.

4. Zusammenfassung
Vor dem Hintergrund der nahen Ratifizierung und Umsetzung des Ballastwasserabkommens wurde kurz auf die Vorschriften und die Verfahren hingewiesen. Bei neuen Schiffen werden diese Vorgaben trotz wenig verfügbarer zugelassener Anlagen bereits umgesetzt bzw. entsprechende Räume und die notwendigen Rohrleitungen vorgesehen. Für ältere bereits in Fahrt befindliche Schiffe werden flexiblere Lösungen benötigt, da der Platz im Maschinenraum für Ballastwasser- Aufbereitungsanlagen nicht vorhanden ist. Erste Lösungen wurden auf der SMM 2008 vorgestellt, auf der SMM 2010 stand diese Thematik deutlich stärker im Vordergrund. Ein sehr eleganter Ansatz wurde im Vortrag „Entwurf eines Containerschiffes für den Betrieb ohne Ballastwasseraustausch“ im Rahmen STG Sprechtag im Oktober 2010 aufgezeigt. Er ist sicher auch für andere Schiffstypen außer für Tanker und Bulker geeignet.

5. Literatur
[1]   International Maritime Organization: Ballast Water Management Convention. London: IMO, 2005
[2]  Mehrkens, C.: Analyse der Ballastwasseraufbereitung auf Seeschiffen. Hamburg-Harburg, Technische  Universität, Studienarbeit, 2006
[3]  Karl-Heinz Hochhaus, K.-H.; Mehrkens, C.: Ballastwasseraufbereitung –eine Übersicht; Schiff & Hafen,  Nr. 3, 2007  
[4]  Hartig, K.: Entwurf eines Containerschiffes für den Betrieb ohne Ballastwasseraustausch, Vortrag beim STG Sprechtag "Students meet Industry" am 29. 10. 2010 an der Universität Duisburg-Essen

Weblinks:
[3]  Karl-Heinz Hochhaus, K.-H.; Mehrkens, C.: Ballastwasseraufbereitung –eine Übersicht; Schiff & Hafen,  Nr. 3, 2007  unter Gromex
Übereinkommen zur Überwachung und Behandlung von Ballastwasser und Sedimenten von Schiffen: http://www.bsh.de/de/Meeresdaten/Umweltschutz/Ballastwasser/index.jsp;
Fa RWO aufgerufen am 26.1.2013
Fa. Alfa Laval   aufgerufen am 20.11.2010

Dieser Beitrag wurde 2010 in der Fachzeitwchrift "Schiffsbetriebstechnik Flensburg" veröffentlicht.