TECHNIK & BILDUNG

Ballastwasser Management KonventionDie Bedeutung der Probenahme und Analyse von Ballastwasser an Bord vonSchiffen im Rahmen der internationalen Ballastwasser Management Konventionder International Maritime Organization - IMOIn den nahezu 10 Jahren seit ihrer For-mulierung im Jahr 2004 ist die .saäastWater Management Convention" der IMOkontrovers diskutiert worden: Schiffseig-ner stehen vor immensen Kosten für dieUmrüstung ihrer Flotten, Hersteller vonBallastwasserbehandlungs-anlagen müs-sen bereits eingebaute Anlagen nachbes-sern und die Gemeinschaft internationa-ler Wissenschaftler diskutiert seit langemdie Definitionen von "adäquater Probe-nahrne" und "verlässliche Schnellanalytik" .Zudem werden die Herausforderungen inder konkreten Umsetzung der Regulariender Konvention, z.B. die Durchführungder Hafenstaatkontrolle zur Einhaltungdieser Regularien, zunehmend deutlich.Die Gründe zur Formulierung der Kon-vention sind indes einsichtig und disku-tiert: gebietsfremde Arten, die über ver-schiedene Wege in territoriale Gewässereingeschleppt worden, haben durch dieVerschiebung des lokalen und regiona-len, ökologischen Gleichgewichts massiveökonomische Schäden verursacht

Zebra und Quagga Muscheln 1,06 milliarden

Algen 117 millionen

einzelne Arten 2.B. Teltina sp. 1,06 milliarden

einzelne Arten 1.B. Carcinus sp. 47 millionen

gesamt (terrestrische und marine Arten) , 43 milliarden

~ lnvasrve Species Program Oreqon, USA, 2009

Für nur 20 terrestrische und aquatische Arten 156 millionen

Quelle: Reinhardt er al 2003 : Economic impact of the spread of aüen speciesin Germany.Umweltbundesamt Berlin : UBA Texte 80/03, pp. 229.

.A. Tabelle 1:ökonomische Schäden durchEinschleppung invasiver Arten

Die Intention der Konvention war undist. zumindest einen dieser Invasions-wege gebietsfremder, invasiver Arten zuverschließen: das Ballastwasser.Im Ballastwasser befinden sich marineOrganismen aus dem geografischen Ge-biet der Aufnahme. Die marinen Orga-nismen überleben in den Ballastwasser-tanks der Schiffe und gelangen zurückins Meer, wenn das Schiff im Zielhafen,weit entfernt von der Region der Auf-nahme, das Ballastwasser wieder zurückins Meer pumpt

Gebietsfremde, invasive Arten, die ge-genüber Veränderungen der ökologi-schen Lebensbedingungen besondersunempfindlich sind, finden nach ihrerRückkehr ins Meer, einen neuen Le-bensraum, können innerhalb kurzerZeit neue Populationen aufbauen undtreten so in eine Nahrungs- und Lebens-raumkonkurrenz mit den einheimischenArten, die sie letztlich völlig verdrängenkönnen. Das ökologische Gleichgewichthat sich verschoben.Um die ökonomischen Schäden, verur-sacht durch die Invasion gebietsfremderArten über das Ballastwasser zu unter-binden hat die IMO Grenzwerte für dieKonzentration von marinen Organismenim Ballastwasser definiert.

IMO Organismenklasse GrMenbereich Konzenlralionsgrenzwertf~~~}

fen installiert waren, stellte sich sehrschnell heraus, dass sich eine verlässlicheÜberprüfung der Funktionalität dieserAnlagen als unmöglich erwies:);> Herkömmliche Analysenmethodenerwiesen sich an Bord der Schiffe als un-durchführbar);> Eine Probenahme des Ballastwassersnach Vorgaben der IMO Konvention, diesowohl die wechselnden Organismen-konzentrationen im Ballastwasserstromals auch die Gesamtzeiten der Deballast-vorgänge an Bord berücksichtigen, warunmöolich.Im Frühjahr 2012 beauftrage das Bun-desamt für Seeschifffahrt und Hydro-grafie, BSH, in Hamburg, die SGSInstitutFresenius GmbH mit der Durchführungeines Forschungs- und Entwicklungs-projektes (Effektive Technologien zur Ha-fenstaatkontrolle im Rahmen des Ballast-wasser Übereinkommens) mit folgendesZielen:(1) Entwicklung eines adäquaten techni-schen Systems zur schnellen und reprä-sentativen Probenahme von Ballastwas-ser an Bord von Schiffen(2) Entwicklung von schnell-analytischenVerfahren zur Überprüfung der Ballast-wasserqualität an Bord von SchiffenFür beide Ziele entwickelte die SGSeineReihe von Kriterien, die einen universel-len Einsatz des Probenahmesystems alsauch der Schnellanalytik auf allen Schif-fen scherstellen sollten.Das Probenahmesystem sollte unteranderem leicht transportabel sein, überSchnellkupplungen mit jedem Rohrsy-stem verbunden werden können, eineeinfache Handhabung gewährleisten,ein Minimum an Filtrationsabwasser ge-nerieren, ein variables Probevolumenermöglichen und dem Prinzip der isoki-netischen Probenahme folgen.Die Schnellanalytik sollte unter anderemdie erforderliche Zeit von der Bereitstel-lung der Probe bis zur Verfügbarkeit derAnalysenergebnisse so weit wie möglichreduzieren, sichere und robuste Verfah-

-ren umfassen, eine einfache Handha-bung auch durch wissenschaftlich nichtgeschultes Personal gewährleisten undden Einsatz umweltgefährdender Stoffevermeiden.

Größere Planktonorganismen < 101m"

10 . SCHIFFSBETRIEBSTECHNIK . FLENSBURG

Kleinere PlanktonOiganismen >10pm und <5Opm < 10lml

Humanpathogene BakterienEscherichiaco!i

Enterococci< 250 klE /looml< 100 klE 1100ml< 1 kfE 1100 ml

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.A. Tabelle 2:IMO-Grenzwerte für die Ballastwasserqualität

Diese im Rahmen der Konvention gefor-derten Grenzwerte für die Qualität desBallastwassers muss von jedem Schiffeingehalten werden. Als Folge muss je-des Schiff, das seiner Bauart nach unterdie Regularien der Konvention fällt. eineBallastwasserbehandlungsanlage instal-lieren.Die Festsetzung dieser Organismenklas-sen und der Konzentrationswerte hatteweitreichende Folgen:);> Eine Vollanalyse des Ballastwassers-zur Überprüfung seiner Qualität war nurin landbasierten Labors möglich);> Eine vollanalvse dauerte mindestens2 Tage (Inkubation der saktenerorobem);> Jeder Hersteller von Ballastwasser-behandlungsanlagen muß über einenmehrstufigen Qualitätssicherungswegnachweisen, dass seine Anlage den An-forderungen der Konvention entsprichtund, unter anderem, die Qualität desBallastwassers sicherstellen kann. Erstmit diesem Nachweis kann die IMO-Zer-tifizierung der Anlage erfolgen und mitihr die Vermarktung.Nachdem die ersten Anlagen auf Schif-

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Die SGShat die Ziele dieses Projektes invollem umfang erreicht, darüber hinausweitere Aspekte der Probenahme undSchnellanalytik von Ballastwasser an Bordvon Schiffen behandelt und wird die For-schungs- und Entwicklungsphase die-ses Projektes mit ausgedehnten Erpro-bungstests an Bord der Don Juan (ROROFähre) noch in diesem Jahr abschließen.Das von der SGS realisierte, völlig neu-artige An-Bord-Probenahmesystemfür Ballastwasser wurde am Institut fürNautik und Maritime Technologien derFachhochschule Flensburg inZusammenarbeit mit den Inge-nieuren des Instituts entwickeltund in einer dort installiertenBaIlastwasserbehand Iungsa n-lage im Labormaßstab erfolg-reich getestet Das Ballastwas-ser wird dazu über eine iso-kinetische Probenahmestelledirekt aus dem Hauptstrom derBallastwasserrohranlage ent-nommen, durch eine Filtrati-onseinheit geleitet und in denHauptstrom zurück geführtDamit kann das Probevolumen variabelgehalten werden und es fällt kein Filtra-tionsabwasser an.

r-·----~·_·-lBallastwasser . Ihauptstrom !

~II-~At. Skizze 1:

Schema der Ballastwasserprobenahme

Integraler Bestandteil des SGS Ballast-wasserprobenahmesystems ist einebenfalls von der SGSentwickelter, uni-verseller, isokinetischer Anschluß, der füralle Ballastwasserrohrsysteme auf allenSchiffen verwendet werden kann. DerAnschluß folgt dem von der IMO vorge-schriebenen "L"-förmigen Rohreinsatz.

At. Skizze 2: Isokinetische Probenahmestellenach IMO Vorschrift

Der universelle, isokinetische Anschlußläßt eine Variation der entscheidendenSystemgrößen Länge (l) und Quer-schnitt rolsc» des eigentlichen isokineti-schen Rohres zu und die Probenahmedes Ballastwassers an Bord von Schiffenkann damit an die dort installierten Sy-steme angepasst werden.Die an Bord erforderliche Installation be-schränkt sich auf einen einfachen DN65Flanschanschluß (vgl Skizze, blau ge-färbtes Element), an den der universelleisokinetische Anschluß angesetzt wird.

At. Abbildung 1:universeller isokinetischer Anschluß

Der universelle Anschluß hat diese Cha-rakteristik: an einen ON 65 Flansch isteine Hülse angeschraubt, durch die daseigentliche isokinetische Rohr geführtwird, dessen Position sich damit in Län-ge und Öffnungsrichtung (Drehung) va-riieren läßt (gelbe Pfeile)' Durch in derHülse befindliche Gummielemente kanndas isokinetische Rohr über eine Ver-schraubung (Quetschdichtung) druck-fest fixiert werden. Der universelle isoki-netische Anschluß läßt den Verwendungvon drei verschiedenen Querschnittenfür das isokinetische Rohr zu: % Zoll, 'Y2Zoll und 1 Zoll

Das filtrierte Ballastwasser wird über ei-nen weiteren DN65 Flansch in das Bal-lastwasserha uptroh r zu rückgefü hrt.

Das neuartige SGS An-Bord-Ballastwas-serprobenahmesystem besteht aus ei-nem einfachen Stahlrahmen, in dem einFiltergehäuse, eine kleinere isokinetischeEntnahmestelle sowie ein induktiver Vo-lumenzähler und zwei Manometer (Dif-ferentialdruck Filtergehäuse) installiertsind. Das System hat die Abmessungen80x60x50cm und ist mit einem Gewichtetwa 8-10 kg leicht transportierbar An

Bord wird das SGS Ballastwasserprobe-nahmesystem über Schläuche mit denjeweiligen Flanschen verbunden.

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At. Skizze 3: Funktionschema desneuartigen scs Ballastwasser-probenahmesystems

.•. Abbildung 2:ses Ballastwasserprobe-nahmesystem "Prototyp 01"

In dem abgebildeten Filtergehäuse desSGS Ballastwasserprobenahmesystemswerden die Planktonorganismen miteiner Körpergrösse >501Jm zurückge-halten. Über die installierte isokinetischeEntnahmestelle werden Ballastwas-serproben für die Analyse der ande-ren beiden, von IMO definierten Orga-nismenklassen, Planktonorganismen>10IJm<50IJm und humanpathogeneBakterien, entnommen.

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Der Filtereinsatz in dem abgebildetenFiltergehäuse ist eine für diesen Einsatzabgestimmte Spezialanfertigung eineraustralischen Firma für das SGSBallast-wasserprobenahmesystem.

len An-Bord-Analyse des Ballastwassersneue Wege beschritten werden.Die herkömmlichen Methoden zur Un-tersuchung des Ballastwassers sind fürdie schnelle An-Bord-Analyse ungeeignet

oder sogar nicht einsetzbar(Inkubation humanpatho-gener keime; Um dennocheine An-Bord-Analyse in ei-nem sehr engen Zeitfensterdurchführen zu könnenwurde der neue Begriff der"indikativen Ballastwasser-Analyse" geprägt.In diesem Verfahren wirddarauf abgezielt, mit geeig-

neten, alternativen Analysemethodenund in einer ersten "Annäherung" fest-zustellen, ob das Ballastwasser die ge-forderte Qualität hat. Damit lassen sichdie zeit- und materialaufwendigen, her-kömmlichen Analysemethoden umge-hen.Für die schnelle, indikative An-Bord-Analyse von Ballastwasser hat die SGSimRahmen des Forschungs- und Entwick-lungsprojektes das ATP-Verfahren bis zurMarktreife weiterentwickelt.In allen lebenden Zellen ist ATP (Adeno-sintriphosphat) ein intrazellulärer Ener-gieträger mit einer zentralen Bedeutungfür den Zellstoffwechsel.Ziel der Weiterentwicklung dieser Analy-semethode war, eine Korrelation herzu-stellen zwischen der ATP-Konzentrationin einer Ballastwasserprobe und derAnzahl der lebenden marinen Organis-men in ebendieser Probe. Dazu wurden,ebenfalls am Institut für Nautik und Ma-ritime Technologien der FachhochschuleFlensburg, umfangeiche Testserien mitdem natürlichen Plankton der Ostseeund ähnliche Testserien in den Laborato-rien der Firma BlueBioTech, in Büsum mitdem natürlichen Plankton der Nordseedurchgeführt.Die Ergebnisse dieser zahlreichen Testse-rien belegen eindeutig, dass die Weiter-entwiCklung der ATP-Methode bestensfür eine schnelle, indikative An-Bord-Analyse von Ballastwasser geeignet ist, dasich der ATPGehalt in einer Ballastwasser-probe sehr gut mit der Anzahl der in derProbe enthaltenen Planktonorganismenkorrelieren läßt und somit eine indikativeAussage über die Qualität des analysier-ten Ballastwassers möglich ist. Nach die-sen Ergebnissen wurde das neue Verfah-ren noch weiter verfeinert und zu einemeinfachen Testkit weiterentwickelt.

.••.TAbbildung 3 : Filtereinsatz(mit Lasertechnik hergestellteSpezialanfertigung )

Das Filtermaterial besteht aus einemhochwertigen rostfreien Edelstahlblech(Werkst.nr. 316, O,4Smm), das mittels La-serstrahlen auf eine Porengröße von ex-akt SOlJmperforiert wird. Die Bleche wer-den dann mit speziellen Schweißgerätenauf die Rohrabmaße zusammengesetzt.Zur Entnahme der Planktonorganismennach Filtration wird der Filtereinsatz ge-spült und das Volumen über ein Ablas-sventil zur weiteren Analyse in einem Be-cherglas aufgefangen.

Der Entwicklung einer neuartigenSchnellanalytik für die Analyse des Bal-lastwassers direkt an Bord von Schiffengingen intensive Gespräche mit inter-nationalen Experten voraus. Anläßlichinternationaler Konferenzen zur Ballast-wasserproblematik und vor allem auchin Expertengremien wurden aktuelleLösungsansätze gesucht und diskutiert.Als ständiges Mitglied der internationalenBallastwasser Expertengruppe des Insti-tute of Marine Engineering, Science &Technology - IMarESl tonden. Grossbri-tannien, hat die SGSmassgeblich daranmitgewirkt, dass hinsichtlich der schnel-

Dieser Ballastwasser ATP Testkit ist jetztin der Lage eine verlässliche, indikativeAussage zur Qualität einer Ballastwas-serprobe und zwar explizit getrennt fürdie Konzentration der drei von der IMOdefinierten Organismenklassen , Plank-ton >SOlJm, Plankton <10IJm<SOlJm undBakterien innerhalb von nur etwa 20 Mi-nuten zu treffen.Die Handhabung des von der SGSent-wickelten Ballastwasser Testkits erfordertkeine besondere Schulung des Perso-nals, sein Material- und Geräteaufwandist minimal und das Verfahren verwendetkeine umweltgefährdenden Stoffe.

Beide von der SGSim Rahmen des For-schungs- und Entwicklungsprojektesder BSH entwickelten Systeme für dieAn-Bord-Probenahme und -Analytikwerden noch im August dieses Jahresvon dem renommierten norwegischenForschungsinstitut Norsk Institutt forVannforskning - NIVA, osio. einer einge-henden Validierung unterzogen.

Als Mitglied der deutschen Delegationstellte die SGSdie Projektergebnisse aufder 17.Plenarsitzung des IMO sub-corn-mittee Bulk-Liquids-Gases (BLG)vor. Dar-aufhin wurden noch am gleichen Tag inder anschließenden Sitzung der IMO-Bal-last Water Working Group beide Systemeals integrale Bestandteile eines interna-tional angelegten Testprogrammes fest-geschrieben Dieses internationale Test-programm hat zum Ziel, den zukünftiginternational geltenden Standard für dieAn-Bord-Beprobung und die An-Bord-Analytik von Ballastwasser festzuschrei-ben. Darüber hinaus wurde festeehalten.das derzeit weltweit keine vergleichbarpräzise arbeitenden Systeme für den Be-reich der Ballastwasserbeprobung und-analvse existieren.Auch in anderer Hinsicht nimmt die SGSim Bereich Ballastwasser einer Vorreiter-steilung ein. Als eine der weltweit weni-gen Firmen auf dem Dienstleistungssek-tor bietet die SGSbereits seit einiger Zeitdie An-Bord-Beprobung und -Analvsevon Ballastwasser an. Hierzu werden spe-ziell geschulte SGSMitarbeiter zu den je-weiligen Standorten der Schiffe geschicktund führen dort die Beprobung undAnalyse an Bord durch. SGS Mitarbeiterhaben jüngst das Ballastwasser an Bordvon Kreuzfahrt Schiffen untersucht.Weiterhin wird die SGSin Kürze ein spe-zielles Ballastwasserlabor im Hafen der

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Hansestadt Hamburg eröffnen, um direktAufträge von in den Hafen einlaufendenSchiffen bearbeiten zu können, Zur wei-teren Optimierung dieser SGS Dienstlei-stung ist der Einsatz von speziellen Bal-lastwasserlaborfahrzeugen geplant, die,direkt neben dem Schiff stationiert, denzeitlichen Aufwand für die Ballastwasser-analyse erheblich reduzieren können,Damit steht die SGSin vorderster Linie,wenn, nach unterzeichnung der Konven-tion durch Deutschland und Belgien imFrühjahr 2013, die Ballastwasser Manage-ment Konvention in Kürze in Kraft tretenwird und damit der Nachweis der Einhal-tung der Ballastwasserqualität an Bordvon Schiffen obligatorisch wird, Dabei

liefert das neue Verfahren zur Probenah-me und Schnellanalytik einen entschei-denden Beitrag zur Durchsetzung derBallastwasser Management Konvention,Gleichzeitig schafft es die Verbindungzwischen dem wirkungsvollen Schutz dermarinen Ökosysteme auf der einen Seitesowie einer praktikablen und kosteneffi-zienten Lösung auf der anderen,Nach Abschluß der Validierungstestsdurch das NIVA Forschungsinstitut wirddas Forschungs- und Entwicklungspro-jekt. das die BSH der SGS 2012 über-tragen hat, mit einem umfangreichenSchulungsseminar zu Einsatz der Syste-me und zur Durchführung der indikati-ven, schnellen An-Bord-Beprobung und

-Analvtik abgeschlossen werden,Es ist geplant, die abschließenden Pro-jektergebnisse auf einer der nächstenPlenarsitzungen des IMO Marine Environ-mental Protection Committee - MEPCvorzustellen,

Dr. Lothar SchiIlaI<SGS Institut Fresenius GmbH

(.llO)II~~DichtungsHaus