造纸系统中的微生物控制-凯米拉

具有针对性的微生物控制 ——与纸机高效生产息息相关Marko Kolari, Ph.D. (microbiology) R&D Team Leader Kemira Pulp & Paperby ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/281表面洁净度与纸机效率NOYES各种类型的沉积物都会导致纸病的产生（如斑点和孔洞）或者是引起断纸 如果发现菌泥生成的现象很集中且显而易见，那么微生物活动与表面洁净度不 高、频繁断纸及低生产效率之间的关系就很明显 以文化纸为例，对于这种微生物活动的解决方案可以减少80%的断纸现象， 还可以提高8%的纸机净生产效率 但是除了那些最明显由菌泥爆发导致的问题外，有很大一部分由微生物活动导 致的纸张质量问题和断纸问题没有被认识到 这也是在实际生产中有很多 断纸难以找出原因的因素之一by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/282研究手段的关注点哪些纸病（ 哪些纸病（如斑点和孔洞） 如斑点和孔洞）和纸机断纸是由微 生物活动引起的？ 生物活动引起的？—如何才能获知这些？ 如何才能获知这些？ 目前菌泥控制解决方案是否达到了其应有的效 果？by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/283最新的纸病分析手段纸机表面的菌泥是通过结合纤维、填料、树脂及各种助剂形成其生长的环境—往 往菌泥中只有很少部分的绝干物质是真正的微生物细胞 即便是在完全清楚的菌泥爆发的情况下，常规的分析（如傅立叶红外，气质联用 等）也不能成功地检测出纸病中的微生物成份 因此,凯米拉公司开发了一种全新研究纸病的方法:纸病中细菌DNA的定量分析用这种方法可以准确判定成纸的质量问题（如斑点、孔洞）是否与微生物有关 凯米拉的这种新方法是以测定纸病和参照纸样中的DNA浓度为基础?by ma jiaquan Kemira Pulp&Paper 2010/11/28 4纸上斑点或孔洞的— 微生物DNA浓度的分析定量分析纸病中的微生物DNA浓度方法概述： 首先从纸或纸板成品中剪下有纸病的地 方（斑点或有孔洞的边缘部分），称重 抽提DNA，提纯量化 由于浆料会含有来自于木材中的DNA残留物（通常含量很少），浓度 也因木材种类的不同而有所不同，所以对同一张纸样上洁净区域DNA 也要进行抽提和提纯量化。

作为DNA浓度值的比较基础 结果：DNA浓度从低于0.05 µg 到100 µg 每克绝干纸样 凯米拉公司客户技术服务已经从2006年2月开始进行这项分析 在众多为客户提供技术服务的化学品公司中， 在众多为客户提供技术服务的化学品公司中 ，凯米拉是第一家可以为客户 提供精确DNA浓度分析的公司by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/285纸上斑点— 微生物DNA浓度的分析样品：图中有纸病区域的面积为2cm× 1cm。

这张纸样中没有纸病区域的DNA含量 为0.29μg 每克绝干纸。

纸病区域DNA含量为19.43μg /g。

纸病区域DNA含量远远 高于没有纸病区域。

这就说明了这种脏斑是由于 微生物含量过高造成的。

by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/286纸上斑点— 微生物DNA浓度的分析样品：样品中产生斑点区域的面积为2.5mm× 2.5mm。

从斑点区域取样。

这张纸样 中没有纸病的区域DNA浓度是0.087 μg 每克绝干纸。

纸病区域DNA浓度是0.057 μg /g。

结果表明这个黑点不是由细菌膜产生的。

by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/287纸上斑点— 微生物DNA浓度的分析,样品：小点（直径为2mm)。

纸样中没有纸病区域DNA含量为1.07 μg 每克绝干纸。

有 纸病区域的浓度为36.5 μg /g。

这个结果表明这个点是由微生物沉积产生的。

by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/288纸上斑点— 微生物DNA浓度的分析样品2：纸边有黄色点（直径小于1cm) 没有纸病区域的DNA浓度是0.53μg 每 克绝干纸。

黄色点区域的DNA浓度是 0.13μg /g。

这说明这个黄色点不是由细 菌膜产生的。

样品4：纸边出现白色光亮的沉积物（直 径小于1cm) 没有纸病产生的区域和白色纸病产生区 域的DNA浓度相同。

这说明这个白色的 沉积物不是由细菌膜产生的。

by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/289如果微生物沉积影响了纸机的运行效率， 如果微生物沉积影响了纸机的运行效率，如何找 到最有效的解决方案？ 到最有效的解决方案？凯米拉公司具有针对性的微生物控制策略by ma jiaquanKemira Pulp&Paper2010/11/2810细菌粘泥的形成我们要强调的是，造成问题的微生物是在系统表面生成粘泥的这部分；而在系统中自由游动的微生物不会造成问题当自由游动的细菌在系统表面开始生长时，细菌细胞会异化变性来适应这种表面生长这同样也会改变细菌对于杀菌剂的敏感程度这时候，控制菌泥就需要一种不同的产品而不是仅仅杀死损纸或者喷淋水中的自由游动细菌细菌粘泥形态哪种产品能更有效地阻止细菌膜的形成哪种产品能更有效地阻止细菌膜的形成？？传统的细菌数目检测只显示了游离细菌的数目，杀菌实验也只是显示了杀菌剂对于自由游动细菌的杀灭效果的确可以选择一种有效的杀菌剂用来对抗自由游动的细菌但是这对于纸机表面细菌膜会产生怎样的影响呢影响呢？？?传统的杀菌筛选方法并不能准确预知杀菌剂对细菌膜产生的影响，而仅仅只是获得对自由游动细菌的杀灭情况筛选微生物粘泥控制产品的凯米拉专利技术-BF-Test直观评价产品对微生物粘泥生长的控制能力APP PM1#BF -Test 结果1,培养池(A1~A4)中有大量的微生物粘泥生长(白箭头所示的红色圈)，明显地显示了1#纸机系统中存在大量能够生成菌泥的细菌！2,培养池(B1~B4)中几乎没有微生物粘泥生长(白箭头所示处没有红色圈)，显示了凯米拉Fennosurf 300产品能够防止菌泥生长；3,培养池(C1~C4)中有少量的微生物粘泥生长(白箭头所示的红色圈)，显示了不同的细菌活性导致不同的菌泥生长速度。

C杀菌剂添加周期?使用氧化杀菌剂控制菌泥A)快速反应的氧化剂（反应通常在几分钟内发生）。

大部分的产品在加药点就被消耗了，这样仅有少量的产品对阻止细菌膜形成起到作用B)在很大用量情况下，快速反应的氧化剂能够钝化细菌膜—这是使更多的氧化剂分子达到表面的唯一方式。

用量增加（成本增加）则会杀死多数游离细菌C)Fennosurf 300是一种稳定的氧化剂。

它反应较慢（通常需要几个小时），所以大部分是作用于表面的细菌膜。

与A相比，在相同用量的条件下，比A对细菌膜，较小用量即可达到有效控制细菌膜的在有针对性的菌泥控制中，有更大作用。

在有针对性的菌泥控制中目的=成本降低防止细菌粘泥形成—本实例有严重橙色菌泥方案变化前18天时间内菌泥已经非常明显为对抗游离细菌进行了杀菌实验→结果表明3-4种产品作用效果相当–包括正在使用的氧化剂细菌膜特性实验表明在这些杀菌剂中只有一种是有效的据此改变了微生物控制方案（相同成本）, 橙色菌泥得到控制通过运用凯米拉“细菌粘泥特性”分析找到了最合适这个系统的杀菌剂BIOSTRIX®在线菌泥监测实例北欧某涂布纸纸机 Biostrix监测结果与纸机清洁情况密切相关Biostrix能在微生物粘泥造成问题前显示BIOSTRIX®在线菌泥监测实例北欧某涂布纸纸机具有针对性的微生物控制策略尽管在循环水中还是按常规加入杀菌剂，但纸机表面菌泥有时还是会导致严重的运行或质量问题有些纸机也存在这样的现象：尽管白水中细菌数量非常少，但在这些纸机还是会出现由红色菌泥引发的严重问题具有针对性的微生物解决方案凯米拉的研究越来越清楚地表明有些细菌明显比其他的细菌显得更容易引起纸病我们通过针对性的方案控制那些引起变化的主要微生物就能够找到更好的解决方案，而不需要把它们全都放入黑名单或者盲目地全部杀死在某些情况下，我们采取具有针对性的解决方案控制了导致问题的微生物，即便此时还有其它大量的微生物存在，这也不会对生产造成影响具有针对性的微生物控制策略这个新策略源自凯米拉在纸机微生物方面的大力研发（2000-2007） 我们已经证明：白水中仅有部分细菌能在纸机表面附着、生长一般情况下，红色菌泥中的细菌特性与大量自由游动在白水中的细菌并不相同通常测量细菌总数的方法（如PCA，Easicult, Petrifilm)并不能显示目前系统中能形成菌泥的细菌比例凯米拉建立了其独特的微生物诊断系统，这些方法使得具有针对性的微生物控制策略得以实现纸病中微生物DNA定量分析筛选杀菌剂产品的细菌膜特性实验独特的细菌培养法量化大多数引起纸病的细菌在线实时监测微生物粘泥生长状况具有针对性的微生物控制的具有针对性的微生物控制的小结小结游离细菌和细菌膜是不同的—因此有效控制它们的方法也有所不同细菌膜特性实验（凯米拉专利BF-Test &Hedgehog®）在每一种不同的系统条件下都可用于选择阻止细菌膜形成的最佳产品 获得纸机表面良好的洁净度可以采用成本相对较高的“盲目的全部杀死”方案，或采用控制引起变化的微生物这种更有成本优势的具有针对性的微生物控制方案更干净的纸机纸机运行性能更稳定纸病更少产量更多正确使用氧化型杀菌剂单纯次氯酸钠–不适合中性纸机系统最便宜的氧化型杀菌剂通常是10-15 % 的NaHClO水溶液(副产品)10 %的新鲜产品含有115-125 g/l as 总有效氯(115.000 –125.000 mg/l) 强氧化性:在有机物含量低,pH低的水中效率极高如自来水,工业清水强腐蚀剂(特别是挥发气相腐蚀)ClO-+ H2O + 2e-= Cl-+ 2OH-E = +1,36V气液相分配系数0.076 H(atm@20C)损伤纸机织物在有机物含量高, 与各种有机物反应，不会选择细菌。

pH高的水中快速分解失效。

纸机白水就是这种系统。

因此不适合纸机系统–除非大量加入能杀死细菌，但是会造成其他化学品用量增加(sizing agents, retention aids, dyes, OBA…)次氯酸钠pH高的水中快速分解失效pH% as Effective HOCl% as Ineffective OCl-5.010006.09647.075257.548528.02278次氯酸钠不能有效控制菌泥在加药点附近就已经反应没有控制SLIME的作用细菌数可能很低，但菌泥依然或过量使用造成其他更大的隐蔽和潜在的危害Fennosurf 300+ NaO Cl 稳定缓释型产品--Fennosurf 300在添加设备中发生化学反应生成稳定的氧化型粘泥控制产品生成的稳定的氧化型粘泥控制产品在纸机流程中扩散渗透Fennosurf 300-Cl + NaO H Fennosurf 300-Cl防止细菌粘泥形成—本实例有严重橙色菌泥通过运用凯米拉“细菌粘泥特性”分析找到了最合适这个系统的杀菌剂纸卷污点数减少—碱性折叠箱板纸纸机纸机效率提高—全木浆文化纸纸机断纸率降低—全木浆文化纸纸机清洁的短循环—更高的运行效率FennoClean™全方位综合评估杀菌剂方案FennoClean™conceptA new way to think about slime controlFrom clean machine totargeted slime control!FennoClean™方案有针对性地控制纸机短循环和长循环白水系统中的“菌泥” 控制损纸系统的微生物活性加强对进系统的清水及喷淋水的微生物灭活附料防腐高效的系统清洗达到最终产品的卫生指标要求FennoClean™-Efficient boil-outsEfficient boil-out practices play a key role in the targeted slimecontrol programSuccessful targeted slime control requires start from a clean machine–The program then maintains the cleanliness of the surfacesUnwashed slimes can seed the circulation water with efficient slime-forming microbes in amounts clearly exceeding the external sourcesof contaminationBoil-outs yield cost-efficiency of the programCombination of efficient boil-outs and targeted slime control lengthens the run time without breaks and defectsAnalysis of deposit’s natureImportant for selecting correct boil-out chemicals and conditionsInefficient boil-outs can lead to defects as targeted slime control agents can remove old depositsFennoClean™-Targeted slime controlTargeted slime control means that biocides and/or biodispersantsare chosen specifically based on their efficacy against biofilmCorrect anti-biofilm agents yield improved process cleanlinesscost-effectivelyNot a “one medicine fits all”strategy. Tailor-made program for each individual machine.Correct products against biofilm-forming microbes can be chosenwith Kemira’s patented diagnosticsKemira is the only company, which has rapid on-site test specific agains biofilm formationBF test (Biofilm formation test)Hedgehog test (Biofilm killing test)FennoClean™-Broke treatmentControl of microbial activity in brokeBroke is treated with preservatives to such an extent that microbialactivity in storage towers is not creating harmful effectsNo pH dropNo odors due to activity of fermentative microbes or SRB’s Correct products are chosen with conventional ”killing tests”Most cost-efficient chemical for controlling the amount of free-swimming microbesKilling and preservationEffective control of microbe activity in broke supports the targetedslime control by stabilizing wet-end chemistryNo pH changesImproved runability and end-product qualityFennoClean™-Preservation of additivesMain target is to keep microbial activity low enough to guarantee thefunctionality of the additivesStarchFillersPolymersPigmentsCoating colors etc.High microbiological quality of the additives supports also thetargeted slime control programLess contaminants into the processHigh quality of the end-productStrength and optical propertiesHygieneFennoClean™-Disinfection of incoming waterWater is the main raw material in papermaking processIncoming water can be a source of harmful microbesFilamentous bacteria and algae create slime problems via the usage ofthe incoming water in showersContaminated water rapidly deteriorates the quality of additive slurries Effective disinfection of incoming water improves targeted slime control as well as preservation of additives and brokeOxidisers are cost-effective chemicals for disinfection of water Fennosan BR productsFennosurf 150WT technologyFennocide 145Fennosan PAAFennoClean™-End-product hygieneLow amounts of bacterial spores in end-product is important for all food-packaging grades, but especially for liquid-packaging board producersMany factors affects the spore amounts in the end-product Microbial quality of additives –incoming load of spores and spore-forming bacteria must be kept lowCleanliness of process surfaces –amount of biofilms should beminimized because they can seed spores to the circulating waterProcess conditions –the higher the amount of spore-forming bacteria in the system, the higher is the risk for spore formationEfficient spore control requires prevention of the spore maturation –spore-forming bacteria need to be killed prior to sporulation, or alternatively, their sporulation should be preventedFennoClean™-产品系列FennoClean™-分析工具沉积物控制产品对整体白度的贡献Jean DutreixProduct Line Manager -Deposit Control Kemira Pulp & Paper多功能涂布损纸处理产品，保证涂布损纸系统化学性能稳定控制涂布损纸pH 值稳定更低的导电度提高涂布损纸氧化还原电位 控制微生物繁殖提高涂布损纸白度解离涂布化学品 帮助白树脂处理涂布损纸处理的特殊新产品FENNOSPEC ®93687,297,547,618,038,989,160,03,36,710,013,316,7Kg Fennospec 9368 / Ton CBCB Broke ORP vs. Fennospec 9368 dosage (after 8hrs)Initial ORP = +55 mV-42540801001651502000,03,36,710,013,316,7Kg Fennospec 9368 / Ton CB Fspec9368 防止pH下降 减少湿部沉积物减少湿部沉积物，，减少断纸Fspec9368提高ORP 避免成纸气味避免浆料白度降低涂布损纸物化性能的稳定0,03,36,710,013,316,7Kg Fennospec 9368 / Ton CBFspec9368防止微生物繁殖 提高了系统菌粘控制效率 避免影响网部滤水Fspec 提高损纸白度对成纸白度提高有帮助涂布损纸物化性能的稳定与ＮaHCO3相比相比，，Fennospec 9368 产生更低的导电度产生更低的导电度，，对下游保留聚合物及淀粉的性能影响更小物及淀粉的性能影响更小；；在纸机系统进一步封闭时将更加显示其优越性涂布损纸化学性能的稳定经超滤回收的涂布废涂料的再利用FENNO CIDE®PAA凯米拉专利技术（FI 987 735, WO 9 900 140）多功能超滤废涂料漂白产品提高超滤废涂料白度优秀的微生物繁殖控制能力更加稳定的超滤废涂料浓度提高超滤废涂料氧化还原电位使得超滤废涂料物化性质稳定（pH值，ORP，白度等) 保证超滤废涂料回用到新鲜涂料中减少排放，减少浪费，降低污水处理负荷。