23 Mart 2011 | TEKNÄ°K MAKALE 19. Sayı (Mart - Nisan 2011)

Yük. Müh. Ceren Bilgin Güney Doç. Dr. Fatma Yonsel İTÜ Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi, Gemi ve Deniz Teknolojisi Bölümü
Gemilerin güvenli olarak seyretmeleri için gerekli olan balast suları deniz ekosistemi için tehlikeli olan istilacı türlerin taşınmasında en önemli faktör olarak kabul edilmektedir (Lavoie ve diğ., 1999; Occhipinti-Ambrogi, 2003; Raaymakers, 2002; Gollasch 2006). Çevresel zararlara neden olan istilacı türlerin yanı sıra, insan sağlığını tehdit eden Vibrio cholerae ve E. coli gibi birçok bakteriyel ve viral patojen de balast suları ile taşınabilmektedir (McCharty ve Khambaty, 1994; Souders ve Stone, 2000; Ramaiah ve diğ., 2004; Bax., 2003; Aguirre-Macedo ve diğ., 2008). Yabancı türlerin küresel ekonomiye maliyeti, balıkçılı bölgelerini bozup, sahil endüstrilerinde biyolojik çökelti (fouling) oluşturarak, kıyı ekonomilerini ve hatta halk sağlığını tehdit edebilecek hale gelmesiyle, yılda on milyarlarca Avro’yu (Raaymakers, 2002) bulmaktadır. Bu gerçekler sonucunda 14 Şubat 2004 tarihinde IMO (Uluslararası Denizcilik Örgütü) “Gemilerin Balast Suları ve Sedimanının Kontrolü ve Yönetimi Sözleşmesi”ni üye  ülkelerin imzasına açmıştır. Dünya ticaret filosunun % 35’ini temsil eden 30 ülkenin onayından 12 ay sonra yürürlüğe girecek olan sözleşme (IMO, 2004), IMO’nun 31 Ocak 2011 tarihinde yayınladığı listeye göre dünya ticaret filosunun % 25.32’sini temsil eden 27 ülke tarafından onaylanmış durumdadır (www.imo.org).  Sözleşmenin yürürlülüğe girmesiyle gemiler, yaş ve balast suyu kapasitelerine bağlı olarak farklı senelerde, sözleşmede yer alan Balast Suyu Performans Standartlarını sağlamak durumunda kalacaktır (IMO, 2004).

Türkiye coğrafi konumu nedeni ile balast sularıyla taşınan zararlı sucul organizmaların ve patojenlerin etkisine en açık ülkelerden birisidir. Türk deniz alanlarına yılda ortalama 23 milyon ton balast suyu taşındığı tahmin edilmektedir ve bu taşanımın 10 milyonu sadece İstanbul Bölge Müdürlüğü altında yer alan limanlara gerçekleşmektedir (Olgun ve diğ., 2009). Balast suyu ve tanklarda biriken sedimanın neden olduğu çevresel zararların yanı sıra, Türk denizcilik sektörüne getireceği yasal yükümlülükler ve ekonomik maliyetlerin göz ardı edilmesi mümkün değildir. Bu nedenle söz konusu problemin çözümüne yönelik çalışmalar Türk Gemi İnşa sektörü için büyük önem arz etmektedir.

İTÜ Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi, farklı disiplinlerden uzman araştırmacı ve firmaların yer aldığı bir Avrupa Birliği 6. Çerçeve Projesi olan BaWaPla - Sürdürülebilir Balast Suyu Yönetimi Tesisi (Sustainable Ballast Water Management Plant) Projesi’ne dahil olmuştur. BaWaPla projesi ile balast suyu arıtımı için filtre, UV ve elektroliz tekniklerinin birlikte kullanıldığı otomatik kontrol mekanizmasına sahip bir sistem geliştirilmiştir. İTÜ Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi, elektrokimyasal sistemin uygulanması, sistemde kullanılan elektroliz hücrelerinin geliştirilmesi, optimizasyonu ve pilot tesis aşamasında sürdürülen deneyler ile ilgili olan iş paketlerinde yer almıştır.

BaWaPla - Sürdürülebilir Balast Suyu Yönetimi Tesisi Projesi
BaWaPla-Sürdürülebilir Balast Suyu Yönetimi Tesisi (Sustainable Ballast Water Management Plant) Projesi, 15.11.2006-15.05.2010 tarihleri arasında sürdürülerek tamamlanmış olan ve Avrupa Birliği 6. Çerçeve Programı tarafından desteklenen, 031529 kontrat numaralı araştırma projesidir. BaWaPla Projesinin sonunda UV ve filtre gibi bilinen balast suyu arıtımı teknolojilerinin yanı sıra, deniz suyunun elektrolizini gerçekleştirecek yeni bir elektrokimyasal teknolojinin de dahil olduğu karma bir balast suyu arıtma sistemi hayata geçirilmiştir. Bu karma sistemde bulunan UV, filtre ve elektrokimyasal teknoloji bileşenlerinin her biri IMO ve MEPC tarafından belirtilen farklı biyolojik türlerin etkisizleştirilmesinde görev almaktadır. Projede Almanya, İngiltere, Fransa, İspanya, Portekiz, İsrail ve Türkiye’den farklı konularda uzmanlığını kanıtlamış 11 kuruluş görev almıştır.
Koordinatörlüğünü Almanya’dan “ttz Bremerhaven” Enstitüsünün yürüttüğü projede filtre sistemini İsrail’den “Ballast Safe” firması sağlarken, UV sistemini İngiltere’den “atg-uv” firması, elektrokimyasal sitemi ise Almanya’dan “LVPG” firması geliştirmiştir. Elektrokimyasal sistemin kalbini teşkil eden elktroliz hücrelerinin standardizasyonu ve optimizasyonu için gereken çalışmalar İstanbul Teknik Üniversitesi tarafından gerçekleştirilirken, BaWaPla sisteminin biyolojik verimliliği Newcastle Upon Tyne Üniversitesi (UNEW) tarafından test edilmiştir. Sistemin otomasyonunda UNEW tarafından geliştirilen matematiksel modeller kullanılmıştır.

BaWaPla Projesinde elektrokimyasal sistemin temel hedefi, deniz suyunun elektrolizi ile kalıcı olmayan aktif maddeler içeren dezenfektan sıvı (anot sıvısı) elde edilerek balast suyunun dezenfeksiyonunun sağlanmasıdır. Bu sayede zararlı ve korozif maddelerin gemi üzerinde taşınması esnasında karşılaşılabilecek sorunlar ortadan kalkmaktadır. Ayrıca aktif maddelerin deniz suyundan elde edilmesi, diğer kimyasal yöntemlere göre çok daha ekonomik bir alternatif sunmaktadır. Bununla birlikte kullanılacak olan elektroliz hücrelerinin performansı ve üretilen dezenfektanın kimyasal içeriği gerek elektroliz hücresinin tasarımına gerekse elektroliz edilecek deniz suyunun özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Örneğin deniz suyunun elektroliz hücre içerisinde izleyeceği yol, anot ve katot bölmelerini ayırmak için kullanılacak membranın yapısı, elektrotların kaplaması için kullanılacak malzeme seçimi gibi hücre tasarımı ile ilgili değişkenler dezenfektan sıvı üretim hızı ve dezenfektanın kimyasal içeriğinin optimizasyonunda mutlaka göz önünde bulundurulması gereken değişkenlerdir. İTÜ tarafından gerçekleştirilen çalışmalarda Fuma Tech GmbH’den temin edilen ve tasarımları farklı olan beş adet elektroliz hücresinin performans deneyleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra deniz suyunun doğal olarak içerdiği Ca2+ ve Mg2+ iyonları ile evsel deşarjın yoğun olduğu bölgelerde yüksek derişimlerde bulunan amonyağın elektroliz hücre performansına etkisi tespit edilmiştir. Deneyler, LVPG GmbH tarafından sağlanan test sitemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir (Şekil 1). Dezenfektan kalitesi toplam ve serbest hazır klor konsantrasyonlarının takibi ile izlenmiştir. Bunlara ek olarak bazı kontrol parametreleri de takip edilmiştir (Tablo 2).
Deniz suyunun içerdiği Ca2+ ve Mg2+ iyonları, tuzluluk oranı ile birlikte bölgeden bölgeye değişmektedir. Ancak gerçekleştirilen deneylerde dezenfektan üretiminde kullanılacak suyun içerdiği Ca2+ ve Mg2+ iyonlarının derişimleri ortalama deniz suyu sertliğine yaklaştıkça hücre performansının düştüğü gözlenmiştir. Ayrıca bu iyonları içeren su ile üretim yapıldığında, dezenfektanın kalitesinin üretim süresi uzadıkça da düştüğü tespit edilmiştir. (Şekil 2). Bu sonuçlar Ca2+ ve Mg2+ iyonlarının hücre elektrotları üzerinde birikerek tabaka oluşmasına ve anolit-katolit bölmeleri arasındaki membranda tıkanmalara neden olduğuna işaret etmektedir. Bu nedenle kutupları iki yönde de çalıştırılarak dezenfektan (anot sıvısı ve katot sıvısı) üretimi gerçekleştirilebilen, aynı zamanda katot veya anottaki birikintileri temizleme özelliğine sahip elektroliz hücreleri üretilmiş ve BaWaPla pilot sisteminde kullanılmıştır. Amonyak, evsel atık su deşarjının gerçekleştirildiği kıyı bölgelerinde yüksek derişimlerde bulunan kirleticiler arasındadır. Bu bölgelerden alınacak balast suyu da bu tip kirleticileri içereceğinden amonyağın elektrokimyasal dezenfektan üretimi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda amonyak derişimi arttıkça üretilen dezenfektanın toplam ve serbest hazır klor derişimlerinde düşüş gözlenmiştir. Bu düşüş amonyak derişimi belli bir değere ulaşınca son bulmuş, bu noktadan sonra üretilen dezenfektanın klor derişimleri amonyak derişiminin artması ile değişim göstermemiştir. Elektrokimyasal süreçte elektrotlarda açığa çıkan aktif klor, elektrot yüzeyine yakın bölgede hızla amonyakla reaksiyon vererek kloraminlerin oluşmasına yol açmaktadır. Bu nedenle, üretilen dezenfektanın serbest hazır klor derişiminde tespit edilen düşüş beklenilen bir sonuçtur. Ancak toplam klor derişiminde tespit edilen düşüş, amonyak içeren balast suyu ile üretilecek dezenfektanın kalitesi açısından önemlidir (Şekil 3).

Bununla birlikte amonyağın balast suyu dezenfeksiyonuna etkisi iki şekilde görülecektir. Öncelikle, balast suyunun içereceği amonyak derişimine bağlı olarak, dezenfektan anot sıvısının toplam ve serbest klor derişimleri azaldığından arıtım için gereken anot sıvısı miktarı artacaktır. Arıtılacak balast suyundaki amonyak, üretilen dezenfektandaki serbest hazır klorun bir kısmı ile de tepkimeye gireceği için serbest hazır klor miktarında ikinci bir düşüşe daha neden olarak dezenfektanın etkinliğini azaltacak ve daha çok dezenfektan üretimi ihtiyacı ortaya çıkacaktır.

BaWaPla – Pilot Sistemi
Proje kapsamında balast suyunun özelliklerine bağlı olarak üçlü (filtre + uv + elektrokimyasal) karma sistem ya da gerektiği zaman ikili (filtre + uv ve filtre + elektrokimyasal) karma sistem, olarak çalıştırılabilecek BaWaPla pilot sistemi (Şekil 4) inşa edilerek İngiltere’de Blyth- Newcastle’da test edilmiştir. Pilot sistem 100 m3/sa hızla çalışabilecek kapasitede dizayn edilmiştir. Testlerde deniz suyu gemilerin balast suyu aldığı Blyth limanından doğrudan balast tankı koşullarını sağlayan iki adet çelik tanka alınmıştır (Şekil 5). Tankların dış ortamdan izole edilmesiyle ışık ve havanın tank içindeki organizmalara ulaşması engellenmiştir.

Pilot sistemde birincil arıtma için iki adet perde içeren ve 100 m3/sa debi ile çalışabilecek perde filtre kullanılmıştır. Bu perde filtrelerden ilki iri taneleri uzaklaştırarak, ikinci hassas filtrenin zarar görmesini engellemektedir. İkinci perdenin 40 μm olan aralıkları, bu boyuttan büyük olan ve birinci filtreden geçmeyi başaran organizmaların balast tankına girmesine engel olmaktadır. Sistemin ikincil arıtma aşaması için dezenfektan üretecek elektrokimyasal bileşende ise her biri 500 l/sa anot sıvısı üretme hızına çıkabilecek 6 adet elektroliz hücresi kullanılmıştır (Şekil 4). Bu hücreler elektrokimyasal sisteminin kalbini teşkil etmektedir. Projede hücre tasarımı ve işletim parametrelerinin belirlenmesinde İstanbul Teknik Üniversitesinde gerçekleştirilen laboratuvar çalışmaları ve Newcaste Upon Tyne Üniversitesi tarafından gerçekleştirilen mikrobiyolojik testlerin sonuçları dikkate alınmıştır.

Pilot sistemin biyolojik verimliliğini test için ≥ 50 μm organizmaları temsil etmek üzere tuzlu su karidesi olan Artemia salina ve ≥ 10 < 50 organizmaları temsil etmek üzere tek hücreli yeşil alg Tetraselmis suecica kullanılmıştır. Sistemin mikrobiyolojik verimliliği test etmek için test sahasından temin edilen ve 7 farklı cinse (Vibrio, Pseudomonas, Enterococcus, Pseudoaltromonas, Serratia, Bacillus, Tenacibaculum, Proteus ve Cytophage) ait olan yaklaşık 40 bakteri izolatı kullanılmıştır. Tüm testlerde deniz suyu önce Blyth limanından saklama tankına pompalanmış, burada IMO tarafından istenen organizma sayısına ulaşılacak şekilde test organizmaları eklenmiştir.

Blyth, Newcastle-İngiltere’de Ağustos-Eylül 2009’da gerçekleştirilen testlerde gemi koşullarına uygun bir ortam hazırlanarak pilot sistem test edilmiştir. Test sonuçları filtre sonrasında ikincil arıtımı gerçekleştiren anot sıvısı ve UV ile başarılı sonuçların elde edilerek IMO standartlarını sağladığını göstermiştir. Bir adet üçlü karma sistem (filtre + UV + elektrokimyasal) yerine ikili karma sistem de (filtre + UV veya filtre + elektrokimyasal) kullanılabilmektedir.

Sonuçlar ve Değerlendirme
İstilacı türlerin deniz ekosistemindeki etkilerini çıplak gözle görmek her zaman mümkün olmasa da, diğer kirleticilerin aksine, bu türlerin etkilerinin zamanla azalmak yerine artarak geri dönülmez boyutlara ulaşabileceği bilinmektedir. Balast tanklarında taşınan yabancı türler dünya gemi inşa endüstrisinin küresel boyuttaki en önemli çevresel problemlerinden birisidir. Öte yandan kirlenme ile en iyi mücadele yönteminin kirlenmenin engellenmesi olduğu açıktır. Bu nedenle gemi balast sularının ve sedimanının neden olacağı problemleri en aza indirmek için yeni inşa veya mevcut gemilere dâhil edilecek sistemlerin en kısa zamanda geliştirilmesi gerekmektedir. Bu gereklilik, 14 Şubat 2004 tarihinde Uluslararası Denizcilik Örgütü’nün üye ülkelerin imzasına açtığı “Gemilerin Balast Suları ve Sedimanının Kontrolü ve Yönetimi Sözleşmesi” de yürürlüğe girdikten sonra zorunluluk haline gelecektir.

Türkiye’nin Gemilerin Balast Suları ve Sedimanının Kontrolü ve Yönetimi Sözleşmesi’ni 2011 senesinde imzalaması için karar verilmiş olup gerekli süreç başlatılmıştır (Korçak, 2010). Sözleşmenin yürürlüğe girmesiyle yaklaşık 900 Türk Bayraklı gemiye arıtım cihazı takma zorunluluğu gelecektir (Olgun ve diğ., 2009). Bununla birlikte sözleşmeye taraf olunmasa dahi sözleşmede yer alan “Bu sözleşmeye taraf olmayan devletlerle ilgili olarak, taraflar, bu devletlerin gemilerine bu sözleşmenin gereklerinden daha az etkin olmayan muamelede bulunacaklardır” hükmü taraf devletlerin limanlarına giren gemilerin tamamını bağlayacaktır (IMO, 2004). Tüm bu değerlendirmeler balast suyu arıtım teknolojilerinin Türk Denizcilik sektörü tarafından yakından takip edilmesi gerektiğini açıkça ortaya koymaktadır. Güncel verilere göre 10 firmanın balast suyu arıtım sistemleri IMO’dan “Tip Onayı” almış durumdadır (Bilgin Güney, 2011). Bu sistemlerin incelenerek Türk Bayraklı gemiler için uygunluklarının değerlendirilmesi gerekmektedir.

Kaynaklar
Aguirre-Macedo, M.L. ve diğ., 2008, Ballast Water as a Vector of Coral Pathogens in the Gulf of Mexicon The case of the Cayo Arcas Coral Reef, Marine Pollution Bulletin, 56, 1570–1577
Bax N., ve diğ, 2003., Marine Invasive Alien Species: a Threat to Global Biodiversity, Marine Policy, 27, 313–323
Bilgin Güney, C., 2011, Balast Suyu Arıtımında Elektrokimyasal Hücre Uygulaması, Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü
Gollasch, S., 2006, Overview on Introduced Aquatic Species in European and Navigational and Adjacent Waters, Helgol Mar. Res , 60, 84-89
IMO, 2004, International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments, International Maritime Organization, London, UK, 14 Şubat
Korçak, M., 2010, Türk Boğazlarında Balast Suyu Yönetimi, Denizcilik Müsteşarlığı, Denizcilik Faaliyetleri, Marmara ve Türk Boğazlarında Çevresel Riskler Ve Alınabilecekler Tedbirler Konferansı, 30 Temmuz 2010
Lavoie, D.M. ve diğ., 1999, The Potential for Intracoastal Transfer of
Non-indigenous Species in the Ballast Water of Ships, Estuarine, Coastal and Shelf Science, 48, 551–564
McCharty, S. A. ve Khambaty, F. H., 1994, International Dissemination of Epidemic Vibrio cholerae by Cargo Ship Ballast and Other Nonpotable Waters, Applied and Environmental Microbiology, July 1994, 2597-2601
Occhipinti-Ambrogi A., Savini D., 2003, Biological Invasions as a Component of Global Cahnge in Stressed Marine Ecosystems, Marine Pollution Bulletin, 46, 542-551
Olgun, A. ve diğ., 2009, Balast Suyu ile Taşınan Zararlı Sucul Organizmaların Kontrolu ve Yönetimi, TUBITAK MAM ve Denizcilik Müsteşarlığı, Mayıs 2009
Raaymakers, S., 2002, The Ballast Water Problem: Global Ecological, Economic and Human Health Impacts, Paper Presented at the RECS/IMO Joint Seminar on Ballast Water Management and Technologies, Dubai UEA 16-18 December 2002
Ramaiah, N. ve diğ., 2004, Abundance of Pollution Indicator and Pathogenic Bacteria in Mumbai Waters, Current Science, 87, 25 AUGUST
Souders, P. ve Stone, T., 2000, Global Spread of Microorganisms by Ships Ballast Water Discharged From Vessels Harbours a Cocktail of Potential Pathogens, Nature, 408, 49-50

 

---

R E K L A M