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弱氧化型杀菌剂在卫生纸机上的 应用实践
作者:ADMIN   2021-12-26   浏览: 次

摘 要:在国内某台年产5万t卫生纸机上进行了一种新型弱氧化型杀菌剂的上机应用,并与在用传统杀菌剂进行了应用效果对比。结果表明,该类弱氧化型杀菌剂相比传统杀菌剂有明显优势,能使造纸系统中的细菌、真菌等微生物数量显著降低,微生物得到很好的控制,体系变得更干净。与在其它纸种上的应用相比,该类型杀菌剂用于卫生纸机微生物控制时,控制效果与预期还有差距,这可能是由于卫生纸生产过程中采用了较低的上浆浓度,相同吨纸杀菌剂用量的有效浓度偏低导致的。关键词:卫生纸机;弱氧化型杀菌剂;


造纸生产过程中因纤维原料、淀粉及施胶剂等大量碳水化合物类有机质的使用,以及封闭体系下的高温、高湿环境,极易滋生各类微生物[1-3]。微生物大量繁殖一方面会造成浆料和辅料迅速腐烂、变质,另外也易导致设备表面滋生菌泥[4-6],进而造成断纸、纸张破洞等生产质量问题。所以在造纸生产过程中,控制微生物数量非常重要。杀菌剂是用于抑制或杀灭细菌、真菌 (酵母菌、霉菌) 及藻类等各种微生物的化学品,在造纸行业有重要应用[7-8]。根据作用机理,杀菌剂又可分为杀菌剂和防腐剂,前者能快速杀菌,一般用于清水和白水系统的杀菌处理;后者作用效果慢,但长效,可用于浆料、辅料等储存时的抑菌防腐处理。实际应用中,一般由几种不同作用机制的杀菌剂组成杀菌体系,实现对微生物的协同有效控制。杀菌剂种类很多,通常可以简单地分为氧化型杀菌剂和非氧化型杀菌剂2类,其中氧化型杀菌剂作为一种快速型杀菌剂,在造纸生产中应用较为普遍。常见的氧化型杀菌剂有臭氧、二氧化氯、次氯酸钠 (漂液) 等,主要用于制浆生产或车间清水的预处理。因其具有较强的氧化性,为避免影响纸机织物或其它化学品的应用,一般不能直接用于造纸过程[9-10]。该矛盾直到一类弱氧化型杀菌剂的出现和应用而得以解决。该类弱氧化型杀菌剂一方面具有传统强氧化型杀菌剂杀菌快、效果好的优点,另外因其弱氧化性,不会损害造纸织物和影响其它化学品的正常应用,因此在造纸行业中迅速得到推广和应用。


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市场上的弱氧化型杀菌剂一般是双组分,即由漂液及还原性铵盐构成,应用时二者在现场快速反应并生成一种弱氧化性中间产物,通过该中间产物产生杀菌作用;另外,因中间产物的氧化性比较低,从而减少了对造纸织物和其它造纸化学品的危害。其反应式如下所示。


NaOCl + NH4X ¾¾¾®X-·[ NH2Cl ] +Na+ + H2O该类弱氧化型杀菌剂应用有如下优点:①性价比高,单一产品即可完全有效地控制系统中的微生物;②不影响染料、增白剂、施胶剂、湿强剂等造纸化学品的应用;③不损伤纤维、纸张强度,特别是对造纸织物无损伤;④监测、调控方便,可根据系统中残氯含量及时调整加药量;⑤能在 30~180 min 内降解,既能保证杀菌效果,也不会危害用于废水处理过程中的微生物。


1 试 验

1. 1 加药方案
本次试验共设3个杀菌剂添加点:其中网下集水盘是主要添加点,在网侧、毯侧混合浆池各设1个备用添加点,根据试验期间微生物的总体控制情况来决定是否启用。杀菌剂采用间歇方式通过自动加药设备加入,运行10 min后停止运行30 min;试验期间铵盐的加药量为 0.4 kg/t 纸,同时控制漂液、铵盐的质量流量比为2∶1。具体加药方案如图1所示。


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1. 2 指标监测
为更好地在现场监测了解杀菌剂的应用效果,分别对系统中的总氯 (TOC)、电导率、氧还原电位(ORP) 及可反映微生物含量的三磷酸腺苷 (ATP)进行监测,同时还对系统中的细菌数、真菌数进行了取样检测。

1. 2. 1 TOC测定
采用便携式余氯分析仪 (美国哈希,DR300余氯分析仪及配套试剂) 测定 TOC 浓度,依说明书标准
步骤检测。


1. 2. 2 ATP测定


ATP 是由腺嘌呤、核糖及三个磷酸基团连接而成,是一种不稳定的高能化合物,在水解时可释放出能量,满足生命活动需要。因此,如果将微生物种群细胞中的 ATP 物质提取出来,再用特定的酶水解,放出能量并产生荧光,用光度计测量所产生荧光的强度,参照 ATP 标准曲线便可判断待测样品中微生物的活性。本试验采用 ATP 荧光仪 (3M,Clean-Trace
NG3) 及配套 ATP 检测试剂 (ULW10),依照说明书所列标准方法检测ATP浓度。

1. 2. 3 电导率测定
用便携式电导率仪 (上海雷磁,DDB-303A) 测定样品电导率。


1. 2. 4 ORP测定
用便携式酸度计 (上海雷磁,PHB-4) 测定样品ORP值。

1. 2. 5 微生物含量测定[17]
采用平板计数法检测微生物含量。将样品按一定倍 数 稀 释 后 , 取 1 mL 稀 释 后 液 体 置 于 3M 细 菌(6406#) 和真菌 (6417#) 培养片上,用配套压板压成标准形状后放于培养箱中,在35℃下培养48 h,然后清点菌落数并计算系统中细菌和真菌数量。

2 结果与讨论

2. 1 TOC和ATP监测
2. 1. 1 TOC
杀菌剂应用时,为了保证良好的杀菌效果,必须使浆水系统维持一定的杀菌剂浓度。对于弱氧化型杀菌剂来说,其浓度可通过对系统中 TOC 浓度的监测间接得到。根据该类型杀菌剂的应用经验,一般要求流浆箱中浆料TOC浓度控制在0.5 mg/L以上,白水塔中白水的 TOC 浓度维持在 1 mg/L 以上,才能获得较好的杀菌效果。但从图2所示的监测数据可见,无论是白水塔还是流浆箱,TOC浓度均相对偏低,离理想值有一定差距,且白水塔中 TOC 浓度的波动比较大,这是因为白水塔离加药点较近,且加药一般是采用间歇方式操作导致的。

2. 1. 2 ATP

在微生物种群中,ATP 含量与生物活性成正比,因此可通过监测 ATP 含量快速、直观地了解系统中微生物的数量和繁殖情况。试验期间,每天定时对白水塔和毯侧流浆箱进行取样,并检测其 ATP 含量,结果如图 3所示。由图 3可见,试验前 (应用传统杀菌剂),无论是在白水塔还是在毯侧流浆箱取样,样品的 ATP 含量都非常高,均在 40000 rlu 以上;而采
用新型弱氧化型杀菌剂后,相同取样点的 ATP 含量快速下降至 10000 rlu 以下,并趋于稳定。因此,相比传统杀菌剂,弱氧化型杀菌剂无论在杀菌速度还是在杀菌效果方面均有显著优势。

2. 2 系统电导率和ORP监测
2. 2. 1 系统电导率

通过监测电导率值可考察造纸湿部体系中离子含量的高低,这在一定程度上也可反映湿部系统的洁净程度。试验前后湿部体系电导率对比如图4所示。由图4可知,弱氧化型杀菌剂应用后,浆水系统的电导率明显降低,大多数取样点的电导率值从试验前的1500 μs/cm以上降到1000μs/cm以下,表明弱氧化型杀菌剂应用后浆水系统更干净。这是因为造纸生产中纤维、淀粉等原辅料都是有机物,在系统中有大量微生物存在的情况下,会被部分分解成水、CO2及 H2S等小分子无机物,而 CO2、H2S 等小分子物质会部分溶于水并发生电离,导致系统的电导率增加;在微生物被有效控制时,通过细菌分解产生的无机物减少,使系统电导率增加的趋势得到控制。


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2. 2. 2 ORP

除了导致系统电导率增加外,系统中厌氧菌等微生物的过度繁殖还会导致体系,特别是浆池、辅料池等位置的 ORP 值降低,所以通过监测 ORP 值,也可较直观地了解系统中微生物的繁殖情况,如图 5 所示。由图5可见,改用弱氧化型杀菌剂后,系统各取样点的 ORP 值普遍得到显著提高,特别是清白水和浊白水中的 ORP 值均由负转正。一方面弱氧化型杀菌剂本身作为一种氧化剂,加入后会提高系统的ORP 值;另外,因弱氧化型杀菌剂应用后,微生物繁殖得到有效控制,也促使因微生物大量繁殖造成体系 ORP 值的降低得到缓解,总体上使系统 ORP 值得以显著增加。


2. 3 试验前后体系微生物数量监测对比

分别在试验开展前后,对湿部体系的浆料及白水进行了微生物数量的全面取样分析,对2类杀菌剂的微生物控制效果进行比较。取样点及检测结果如图6-7所示。


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由图 6-7 可见,相比目前在用的传统型杀菌剂,弱氧化型杀菌剂应用效果有明显优势。湿部体系中所有浆料和白水取样点的微生物含量,包括细菌数、真菌数都有大幅降低,这也是导致系统中ATP、电导率及 ORP 值变化的直接原因,因此弱氧化型杀菌剂完全可以替代传统杀菌剂在卫生纸机上应用。但相比该类型杀菌剂在文化纸机等其它类型纸机上一般能将细菌数控制在100 cfu/mL数量级以下的处理效果,其在卫生纸机上的处理效果要低于预期。这可能是由于卫生纸属于薄页纸,在生产时一般采用相对较低的上浆浓度,所以有更高的循环白水体量,一定程度上对杀菌剂浓度起到稀释作用,增加了微生物的控制的难度。而在设计试验方案时,参照该类杀菌剂在其他类型纸机的吨纸用量和处理成本,就会导致加药量相对不足,处理效果达不到预期。

3 结 论

本研究在国内某台年产 5 万 t 卫生纸机上进行了一种新型弱氧化型杀菌剂的上机应用,并与在用传统杀菌剂进行了应用效果对比。

3. 1 新型弱氧化型杀菌剂在纸机应用时,可以很好地控制浆水系统中的微生物,系统中微生物数量显著降低。

3. 2 通过试验期间对浆水体系的跟踪监测,能快速获得弱氧化型杀菌剂的应用效果,并及时对其用量和添加方式进行调整,相比传统型杀菌剂,弱氧化型杀菌剂的应用更加灵活方便。

3. 3 虽然弱氧化型杀菌剂在卫生纸机应用后,相比传统杀菌剂对微生物的控制效果有明显改善,但浆水系统各取样点细菌数基本在 106 cfu/mL 左右,离其预期应用效果尚有差距。这表明在该应用体系下,弱氧化型杀菌剂局部用药量不足,还需通过增加杀菌剂加药量或启用备用加药点,来增加其在浆水体系中的有效浓度,从而进一步提升其在卫生纸机上的应用效果。


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