Gemi için balast suyu arıtma sisteminin belirlenmesi
Determination of ballast water treatment system for a ship
Yazar: GÜNEŞ ATACAN KAHVECİOĞLU
Danışman: PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Denizcilik = Marine ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Dünya ticareti için yüksek taşıma kapasitesi nedeniyle en uygun ve en etkili konumda olan denizcilik taşımacılığı için maliyetleri en uygun seviyelere getirmek amaçlanmaktadır. Su üzerinde emniyetli bir şekilde hareketi için tasarlanmış olan gemilerin itiş gücü verimliliğini artırabilmek amacıyla ek ağırlık alınarak etkili bir şekilde çalışması sağlanmaktadır. Balast olarak isimlendirilendirilen ve stabiliteyi artımayı amaçlayan bu ek ağırlık IMO tarafından tanımlanmakta ve çevresel düzenlemeler ile kullanımı şekillendirilmektedir. Denizcilik endüstrisinin mevcut durumda bulunan ve yakın zamanda hayata geçirilecek olan çevresel düzenlemelere entegrasyonu devam ederken, sektöre hizmet etmekte olan denizcilik işletmecileri getirilen son düzenlemere uyum sağlamakta ve bu bağlamda yönlendirmelere göre hareket etmektedirler.

Sektörde bulunan tüm paydaşlar tarafından balast suyu yönetimi ile ilgili gerekli olan düzenlemelere uymak, detaylarına hakim olmak önemini her geçen gün artırmaktadır.
Dünya üzerinde her yıl milyarlarca ton balast suyu gemiler tarafından yer değiştirdiği ve bununla birlikte su içerisinde yer alan canlılarında yaşam alanlarının da değiştiği tahmin edilmektedir. Taşınan bu balast suyu içerinde yer alan binlerce deniz türleri, diğer bölgelere gidildiğinde yüklenen balast suyunun boşaltılmasıyla birlikte tesadüfen bakteri ve diğer mikropları, küçük omurgasızları ve yumurtaları, çeşitli türlerin kistlerini, larvalarını ve tüm bunlara ilave olarak fitoplankton, zooplankton vb. gibi mikroorganizmalar denizlerde yer değiştirmektedir. Bu yerli olmayan türlerin bazılarının deniz ortamında ciddi ekolojik hasara neden olduğu bilinmektedir. Ayrıca bu taşımanın, büyük ekonomik kayıplara ve insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere neden olduğu yapılan çalışamalarla değerlendirilmektedir.

Deniz taşımacılığının küresel anlamdaki etkisi ve önemi göz önüne alınıp uluslararası açıdan değerlendirildiğinde, nakliye ile ilgili sorunları çözmenin en etkili yolu standartlaştırılmış bir uluslararası sistem olduğu görülmektedir. IMO tarafından yürütülen çalışamalar neticesinde denizcilik sektörü kaynaklı bu sorunun çözümü için uluslararası düzenlemeler planlanarak Gemilerin Balast Suyu ve Sedimanlarının Kontrolü ve Yönetimine İlişkin Uluslararası Sözleşme, 13 Şubat 2004 tarihinde Londra'da IMO'da düzenlenen Diplomatik Konferansta üye devletler tarafından kabul edilmiştir. Sözleşme kapsamında, gemilerin balast suyu yönetim planları geliştirmesini, bir balast suyu kayıt defteri tutmasını, belirli balast suyu yönetim önlemlerini almasını ve boşaltımların sınırlara uygunluğunnun kontrol edilmesini gerektirmektedir.

Balast Suyu Yönetim Sözleşmesi yürürlüğe girdiği tarihten itibaren sözleşmeye taraf olan bir ülkedeki kayıtlı gemilere ve yine sözleşmeye taraf olan bir ülkenin sularında faaliyet gösteren diğer ülkelerde kayıtlı olan gemilere uygulanmaktadır. Sözleşme kapsamında gemilerin balast suyu kontrolü ve yönetimi ile birlikte gemilerin balast suyu değişimi yapması veya onaylı bir balast suyu yönetim sistemiyle donatılması gerekmektedir. Bu sayede zararlı sucul organizmaların ve patojenlerin transferinden kaynaklanan çevre, insan sağlığı ve kaynaklara yönelik riski önlenebilirken aynı zamanda en aza indirmenin ve en nihayetinde ortadan kaldırmanın mümkün olduğu belirtilmektedir.

Balast suyu değişiminin etkinliğinin geminin tipine, değişim yöntemine, balast sistemi konfigürasyonuna, değişimin yapıldığı konuma ve hava koşullarına göre değiştiği yapılan çalışmalar kapsamında değerlendirilmektedir. Bu gibi nedenlerden dolayı, balast suyu değişiminin, bir geminin balastında taşınan organizmalardan ve patojenlerden kaynaklanan hasarı önlemek için yeterli koruyucu önlemleri sağlamadığı tespit edilmiş ve değişimin geçici bir çözüm olarak kabul edilebilir olduğu düşünülmektedir. Balast suyu değişimine kıyasla organizmaların ve diğer canlıların transferini önlemek, en aza indirmek ve nihayetinde ortadan kaldırmak amacıyla gerekli standartları karşılamak için tasarlanan, gözden geçirilen, onaylanan ve işletilen balast suyu arıtma sistemlerinin kurulumu hedeflenmiştir. Uluslararası denizcilik endüstrisi tarafından hem çevresel açıdan hem de regülasyonlara uyumluluk açısından  balast suyu arıtma sisteminin kurulması en etkili yöntem olarak belirlenmektedir.

Balast suyunun arıtılması için mekanik, fiziksel veya kimyasal olmak üzere farklı yöntemler  bulunmakta ve  genellikle sistemler iki aşamalı ayrıştırma kullanmaktadır. Genellikle birincil aşamada ön arıtım olarak  büyük boyuttaki canlı organizma ve sedimentleri elemek üzere mekanik yöntemler kullanılmaktadır.  İkincil aşama da ise çeşitli fiziksel veya kimyasal yöntemleri ya da bunların bir kombinasyonunu içerirken bu yöntemler aracılığıyla balast suyu mikroorganizma ve canlılarıdan arındırılarak sterilize edilmekte ve arıtılmış su balast tanklarına doldurulmaktadır.

Sistemlerin gemiler için uygunluğu değerlendirilirken gemi operatörleri tarafından da servis ve bakım gereksinimleri dahil olmak üzere ticari olarak piyasada bulunan seçeneklerin değerlendirilmesi ve karşılaştırılması gerekmektedir. Farklı nitelikte üretimler yapan çok sayıda üretici ve balast suyu arıtım modeli bulunmaktadır. Sektör içerisinde bulunan tüm paydaşlar gemileri için en doğru kararı verme aşamasında değerlendirmesi gereken çok sayıda kriter ile karşı karşıya kalmaktadır. Sistemin gemiye entegrasyonu sağlanabilmesi için fiziksel olarak gemiye uyumlu olması ve işletme tarafından ulaşılabilir maliyete sahip olması öne çıkan özellikleri arasında değerlendirilmektedir. Değişken maliyete sahip sistemlerin kurum ve operasyonel açıdan harcamaları geminin işletme ömrünü de hesaba katılarak incelenmesi gereken farktörlerin arasında yer almaktadır.

Çalışma kapsamında, seçilen 2005 yılında inşa edilmiş, 83.000 DWT olan ve 20.000 m3 net balast kapasitesi bulunan bir gemi için balast arıtma sistemi finansal ve operasyonel koşullar dikkate alınarak araştırılmaktadır. Değerlendirilmesi için 7 farklı balast arıtma sistemi üzerine incelemler yapılmaktadır. Regülasyonlara uyumlu olmasına rağmen IMO ve Amerika Birleşik Devletleri Sahil Güvenlik Teşkilatı (USCG) düzenlemeleri arasında belirli farklılıklar mevcut olması da göz önünde bulundurularak değerlendirilmeye alınan sistemler UV ve elektroliz yöntemi kullanmaktadır.

Eldeki veriler ışında hayata geçirilen çalışma ile birlikte, bir denizcilik işletmesinin sahip olduğu gemi için balast arıtma sistemi ile ilgili regülasyonlara uyum açısından doğru bir karar destek sistemi kurulması ve uygun bir karar verme süreci belirleyerek ortaya çıkması muhtemel negatif sonuçların önüne geçilmesi amaçlanmaktadır. 
Seçenekler arasından karar verebilmek için alt kriterleri de seçim sürecine dahil edilmesi ise tercihlerin doğru sonuca ulaşması için önem arzetmektedir. Yapılan çalışma kapsamında gemi için karar verilirken uygulanabilirlik, teknik, ekonomik ve bunların alt kriterleri derecelendirilerek çok kriterli bir karar verme modeli oluşturularak optimum seçenek belirlenmiştir. Tüm kriterler gözden geçirilmekte, geminin ve sistemlerin teknik detayları karşılaştırılmaktadır. Yedi farklı sistem arasından en yüksek derecelendirmeye sahip olan sistem seçilerek gemi için uygulanmasına karar verilmektedir.

Abstract:
It is aimed to bring the costs to the most suitable levels for maritime transportation, which is the most suitable and effective position for world trade due to its high carrying capacity. In order to increase the propulsion efficiency of the ships designed for safe movement on the water, additional weight is taken, and effective operation is ensured. This additional weight, called ballast and aiming to increase stability, is defined by IMO and its use is shaped by environmental regulations. While the integration of the maritime industry with the current environmental regulations that will be implemented in the near future continues, the maritime operators serving the sector comply with the latest regulations and act according to the directions in this context.

Complying with the necessary regulations regarding ballast water management by all the stakeholders in the sector and mastering the details is increasing its importance day by day. It is estimated that billions of tons of ballast water are displaced by ships every year in the world, and with this, the habitats of living creatures in the water are also changed. Thousands of marine species in this transported ballast water incidentally contain bacteria and other microbes, small invertebrates and eggs, cysts, larvae of various species, and in addition to all these, phytoplankton, zooplankton, etc. such microorganisms are shifted in the seas. Some of these non-native species are known to cause serious ecological damage to the marine environment. In addition, it is evaluated by the studies that this transportation causes great economic losses and negative effects on human health.

Considering the global impact and importance of maritime transport, it is seen that the most effective way to solve the problems related to shipping is a standardized international system. As a result of the studies carried out by IMO, international regulations were planned to solve this problem arising from the maritime sector and the International Convention on the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments was accepted by the member states at the Diplomatic Conference held in London on February 13, 2004. Under the contract, it requires ships to develop ballast water management plans, maintain a ballast water log book, take certain ballast water management measures, and check the compliance of discharges with the limits.

Since its entry into force, the Ballast Water Management Convention applies to ships registered in a country that is a party to the convention and to ships registered in other countries operating in the waters of a country that is also a party to the convention. Under the contract, ships are required to perform ballast water control and management, as well as to exchange ballast water, or to be equipped with an approved ballast water management system. In this way, it is stated that it is possible to minimize and ultimately eliminate the risk to the environment, human health and resources caused by the transfer of harmful aquatic organisms and pathogens.

It is evaluated within the scope of the studies that the effectiveness of ballast water exchange varies according to the type of the ship, the method of change, the configuration of the ballast system, the location where the change is made and the weather conditions. For such reasons, it has been found that ballast water exchange does not provide adequate protective measures to prevent damage from organisms and pathogens transported in a ship's ballast and the change is considered to be a temporary solution. It is aimed to install ballast water treatment systems that are designed, reviewed, approved and operated to meet the required standards in order to prevent, minimize and ultimately eliminate the transfer of organisms and other living things compared to ballast water exchange. Establishment of ballast water treatment system is determined as the most effective method by the international maritime industry in terms of both environmental and regulatory compliance.

There are different methods for the treatment of ballast water, be it mechanical, physical or chemical, and generally the systems use two-stage separation. Generally, mechanical methods are used to screen large sized living organisms and sediments as pretreatment in the primary stage. The second stage includes various physical or chemical methods or a combination of these, while ballast water is sterilized by cleansing microorganisms and living things through these methods, and purified water is filled into ballast tanks.

When evaluating the suitability of systems for ships, ship operators also need to evaluate and compare commercially available options, including service and maintenance requirements. There are many producers and ballast water treatment models that produce different qualities. All stakeholders in the sector are faced with a large number of criteria that should be evaluated at the stage of making the right decision for their ships. In order for the system to be integrated into the ship, it is considered among its prominent features that it is physically compatible with the ship and has an accessible cost by the enterprise. Institutional and operational expenses of systems with variable costs are among the factors that should be examined by taking into account the operational life of the ship.

Within the scope of the study, the ballast treatment system for a selected ship built in 2005, with a capacity of 83,000 DWT and a net ballast capacity of 20,000 m3, is investigated by considering financial and operational conditions. 7 different ballast treatment systems are investigated for evaluation. Despite being in compliance with the regulations, considering the existence of certain differences between IMO and the United States Coast Guard Organization (USCG) regulations, the systems that are evaluated use UV and electrolysis method.

With the work carried out in the light of the available data, it is aimed to establish a correct decision support system in terms of compliance with the regulations regarding the ballast treatment system for the ship owned by a maritime business and to prevent possible negative consequences by determining an appropriate decision-making process. Including sub-criteria in the selection process in order to decide among the options is important for the choices to reach the correct result. Within the scope of the study, the optimum option was determined by creating a multi-criteria decision-making model by ranking the applicability, technical, economic and their sub-criteria while making a decision for the ship. All criteria are reviewed and the technical details of the ship and systems are compared. The system with the highest rating among seven different systems is selected and it is decided to apply it for the ship.