Để duy trì trạng thái ổn định, cân bằng và độ bền cấu trúc khi tàu hoạt động ở chế độ không có hoặc ít hàng hóa, nước dằn tàu là yếu tố đặc biệt quan trọng. Nước dằn tàu được bơm vào khoang chứa khi dỡ hàng hóa tại cảng dỡ hàng và bơm ra khi chất hàng hóa tại một cảng khác. Tuy nhiên, sự di chuyển nước dằn tàu từ vùng biển này sang vùng biển khác làm cho các loài thủy sinh khác nhau thâm nhập vào môi trường mới, làm phá vỡ nghiêm trọng cân bằng sinh thái tự nhiên và môi trường biển. Thống kê cho thấy, mỗi năm có khoảng 12 tỷ tấn nước dằn tàu được sử dụng trên các tàu, cùng với khoảng 7.000 vi sinh vật, thực vật khác nhau có trong nước biển được luân chuyển đến các nơi trên toàn cầu, thiệt hại do sinh vật ngoại lai gây ra trong quá trình luân chuyển nước dằn tàu ước tính khoảng 10 tỷ USD.
Hệ thống quản lý nước dằn tàu dựa trên nguyên lý sử dụng các thiết bị cơ khí, vật lý, hóa học hoặc sinh học riêng biệt hoặc sự kết hợp nhằm tiêu diệt hoặc làm vô hại các sinh vật gây hại hay tác nhân gây bệnh. Hiện nay trên thế giới đã có một số hãng sản xuất thành công hệ thống quản lý nước dằn tàu, gồm 2 quá trình là xử lý sơ cấp và thứ cấp. Ở Việt Nam, cho tới thời điểm hiện tại, chưa có một công trình khoa học trong nước nghiên cứu về việc thiết kế, chế tạo hệ thống quản lý nước dằn tàu có sản phẩm thành công. Do đó, việc hướng đến mục đích ngăn chặn các sinh vật thủy sinh không mong muốn và các mầm bệnh thông qua việc xả nước dằn tàu; giảm thiểu và cuối cùng là loại bỏ các nguy cơ đối với môi trường, sức khỏe con người… vẫn là một bài toán còn bỏ ngỏ.
Mới đây, nhóm nghiên cứu Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam do TS. Đào Minh Quân làm chủ nhiệm đã “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công hệ thống quản lý nước dằn tàu giúp trang bị hệ thống quản lý nước dằn tàu cho các tàu biển ở Việt Nam”.Đề tài nghiên cứu đã được Hội đồng đánh giá cấp thành phố xếp loại xuất sắc bởi khả năng ứng dụng cao trong thực tiễn, giúp gia tăng tỷ lệ tự động hóa trong ngành hàng hải. Trên cơ sở phân tích ưu, nhược điểm của các phương pháp xử lý nước dằn tàu, nhóm nghiên cứu đề xuất xử lý nước dằn tàu bằng công nghệ tia cực tím, gồm 2 giai đoạn: Lọc sơ cấp để tăng hiệu quả cho xử lý bằng tia UV và xử lý nước dằn bằng tia UV theo tiêu chuẩn về xử lý nước dằn tàu (D2) của Tổ chức Hàng hải thế giới (IMO).
Để có cơ sở thiết kế hệ thống quản lý nước dằn tàu, trước hết, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu, xây dựng cấu hình cho hệ thống, bao gồm 2 phần tử chính là bộ lọc và lò UV. Trong hệ thống quản lý nước dằn tàu, do dung lượng của hệ thống lớn, không thể tháo lắp phin lọc để vệ sinh theo kiểu nhân công, nên nhóm tác giả tập trung vào nghiên cứu, lựa chọn bộ lọc tự động xả ngược. Đây là loại một thiết bị tự động làm sạch trong một chu kỳ, sử dụng một lượng chất lỏng xối ngược để rửa sạch các chất bẩn bám trên lưới lọc mà không cần giám sát của người vận hành. Đối với việc lựa chọn lò UV, nhóm nghiên cứu ưu tiên sử dụng lò 4 đèn, mỗi đèn có công suất 230W, có khả năng cung cấp cường độ tia UV khoảng 25m W/cm2 đáp ứng yêu cầu xử lý nước dằn tàu theo khuyến cáo của IMO.
Song song với việc lựa chọn cấu hình của hệ thống xử lý nước dằn tàu, nhóm nghiên cứu cũng tính toán, thiết kế Panel điều khiển và giám sát cho các modul: bộ lọc, lò UV và các van đóng mở với các phần tử và thông số như: 4 Aptomat, 7 cầu chì, 1 biến áp 220/24VAC, 1 bộ nguồn 220VAC/DC24V, 1 biến tần điều khiển có nguồn đầu vào là 220VAC 1 pha, tối thiều 10 Rơle trung gian và các Rơle dự phòng trên thanh ray, 10 đèn báo + 4 nút ấn thường mở + 1 công tắc chuyển mạch + 1 màn hình cảm ứng trên bề mặt Panel, bên trong Panel giám sát và điều khiển có Module điều khiển PLC và thêm 1 Module mở rộng đầu vào - đầu ra tương tự để điều khiển công suất lò UV. Thiết kế phần cơ khí của hệ thống bao gồm đường ống và giá đỡ. Việc nghiên cứu thuật toán và lập trình điều khiển đồng bộ hệ thống quản lý nước dằn tàu trong 4 chế độ vận hành là Ballasting, De Ballasting, Bypass và Test; lưu đồ thuật toán các chương trình con và lưu đồ thuật toán ngắt cũng được tính toán kỹ. Đây chính là cơ sở cho việc nghiên cứu chế tạo hệ thống quản lý nước dằn tàu.
Từ việc nghiên cứu, lựa chọn các hệ thống quản lý nước dằn tàu, nhóm tác giả sau đó chuyển từ nghiên cứu các bản vẽ thiết kế hệ thống đường ống, giá đỡ và Panel điều khiển, giám sát sang mô hình 3D để tiến hành chế tạo cơ khí chính xác. Sau khi chế tạo xong phần cơ khí của hệ thống với Panel này, nhóm tác giả đã kết nối với các Modul: bộ lọc và lò UV, hệ thống các van… thành hệ thống quản lý nước dằn tàu, phục vụ cho việc thử nghiệm.
Kết quả của quá trình nghiên cứu, lựa chọn, gia công… được kiểm nghiệm thực tế trên tàu Thái Bình 02 của Công ty VTB Hoa Ngọc Lan, Quảng Ninh. Hệ thống quản lý nước dằn tàu được thử nghiệm với 3 mức công suất 50%, 75% và 100%. Đối với mỗi mức công suất thực hiện lấy 10 mẫu nước dằn trong quá trình bơm (mẫu nước dằn D2 đầu vào) và 30 mẫu nước dằn trên đường xả từ két xử lý (mẫu nước dằn D2 đầu ra). Yêu cầu đối với nước đầu vào cần đảm bảo số sinh vật sống có kích thước50105/m3, số sinh vật sống có kích thước 10 - 50: 103/1ml. Bên cạnh đó, mẫu nước dằn xả từ két dằn ra ngoài sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn D2 như: Số sinh vật sống kích thước50<10m3, số sinh vật sống kích thước 10 và ≤ 50 : <10/1ml. Vibrio cholerage ít hơn 1 đơn vị hình thành Colony (cfu) cho 100ml hoặc ít hơn 1 cfu trên 1 gam các mẫu động vật phù du; nhóm Escherichia coli ít hơn 250cfu trên 100ml; nhóm Enterrococci ít hơn 100cfu trên 100ml. Theo đó, tại mỗi mức công suất 50, 70, 100%, các mẫu nước được gửi đi phân tích, kiểm nghiệm tại Trung tâm Quan trắc – Phân tích Môi trường biển. Kết quả cho thấy, các chỉ tiêu đều đáp ứng theo tiêu chuẩn của IMO. Sau khi tiến hành thử nghiệm hệ thống, nhóm tác giả tiến hành hoàn thiện thiết kế và kỹ thuật vận hành hệ thống. Đối với việc vận hành hệ thống, nhóm tác giả đã đưa ra quy trình vận hành chung, sau đó là vận hành với 3 chế độ hoạt động của hệ thống bao gồm chế độ Ballasting, De Ballasting và Bypass.
Sau 14 năm đàm phán phức tạp giữa các nước thành viên IMO, năm 2004, IMO đã thông qua Công ước quốc tế về việc Hướng dẫn và Quản lý nước dằn tàu (BWM) yêu cầu các tàu phải lắp đặt hệ thống quản lý nước dằn tàu. Công ước sẽ chính thức có hiệu lực vào ngày 8/9/2017. Điều này cho thấy sự cần thiết, cũng như tính thực tiễn của đề tài đã góp phần quan trọng trong hướng nghiên cứu, chế tạo một sản phẩm khoa học, công nghệ theo hướng hiện đại hóa, giúp các doanh nghiệp tiếp cận và phục vụ công tác giao thương hàng hải. Quan trọng hơn, việc thiết kế hệ thống nước dằn tàu giúp ổn định và bảo vệ môi trường theo hướng phát triển bền vững.
Nguồn: Sở Khoa học và công nghệ Hải Phòng