張新元 中國造紙開發(fā)公司北京(100000)

5 如何減少紙機系統(tǒng)中的微生物

制定有效的黏泥控制方案是排除微生物的問題，確保最終產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量的先決條件；更重要的是當工藝變化時應及時調(diào)整黏泥控制方案。這一點已經(jīng)得到行業(yè)內(nèi)人士的普遍認可，尤其是當抄紙系統(tǒng)由酸性抄紙向堿性抄紙過渡的過程中，這成為紙廠技術人員必須考慮的問題。

第一步包括正確理解影響微生物生長的紙機條件，例如溫度和pH值，對現(xiàn)存微生物種類或種群的數(shù)量及品種具有特別重要的影響。填料、涂布染料以及其他多種抄紙過程中所使用的助劑都能夠把微生物污染物帶入到抄紙系統(tǒng)中。某些助劑如淀粉還會引起黏泥生成細菌的大規(guī)模繁殖。此外，新鮮的補充水以及許多助劑也會成為攜帶大量微生物的污染源。

為了控制微生物環(huán)境，有時只需要測定不同位置微生物種群的總數(shù)。而沒有必要測定系統(tǒng)中究竟存在哪一種微生物。例如只需要知道系統(tǒng)中存在導致黏泥的微生物物種而不必計較它們是霉菌還是酵母菌。

特定環(huán)境中可以通過縮減進入到系統(tǒng)中的污染物來控制微生物的生長，也可以通過使用殺菌防腐劑來抑制微生物的生長。在某種條件下，也可以通過降低營養(yǎng)物含量的辦法來控制。

在抄紙系統(tǒng)中，盡量減少或者避免形成漿料或白水滯留區(qū)也可以降低厭氧區(qū)的形成。

因微生物所引起的問題在很大程度上都可以通過維持紙機清潔，確保紙機設計合理以及密切注意影響微生物生長的環(huán)境變化等手段予以避免。同時，控制原材料、控制化學品的純度以及監(jiān)控制漿部所制備漿料的微生物含量也同樣重要。此外，要特別關注儲存涂布損紙漿料的儲漿池。

影響系統(tǒng)沉積物控制的關鍵因素是：

1.良好的管理，阻止沉積物的形成；

2.工廠設計合理，制約微生物生長的條件；

3.使用殺菌防腐劑，控制微生物的生長。

5.1 良好的管理

微生物進入到抄紙系統(tǒng)中的途徑有：a.原材料。b.化學品。c.工藝水。

因此，每臺紙機所含有的微生物物種、種類會因為抄造條件、原材料質(zhì)量、所用工藝水以及化學品的不同而不同。

良好的管理意味著盡量降低進入到系統(tǒng)中的微生物總量，防止沉積物的形成。這包括控制進入到系統(tǒng)中的新鮮水、原材料、化學品、所制備助劑中的微生物含量以及有規(guī)律地對漿池及流送系統(tǒng)進行清洗，這有助于防止助劑漿料變質(zhì)。

新鮮水是微生物進入到系統(tǒng)中的一個重要渠道，大量的新鮮水應用于碎漿機、白水盤、沉降機及儲水池。因此，合理控制工廠新鮮水中微生物含量就顯得尤為重要。對新鮮水進行氯化處理可以控制微生物污染，有效氯的殘留量控制在0.3～0.5mg/k g以及與殺菌防腐劑共用可以確保新鮮水中微生物含量處于較低水平。若氯化處理監(jiān)控不當，將可能會導致設備腐蝕、毛毯性能變差以及其他問題。此外，監(jiān)控任何助劑中微生物的含量有助于降低污染源。因此，一個有效的控制方案還應包括多種助劑的防腐。建立有規(guī)律的微生物檢測程序?qū)τ诳傮w上控制黏泥具有重要的作用。

有計劃地對紙機系統(tǒng)進行清洗也是保證紙機能夠正常生產(chǎn)的重要組成部分。

5.2 操作條件

整臺紙機的設計十分重要，漿料流送較低的區(qū)域如儲漿池及蓄水池必須進行嚴格的控制。

不同階段漿料量和水流量應該盡可能地縮短存留時間。同時，厭氧菌活動的機會也相應縮減。在攪動很小或者幾乎沒有攪動的條件下，氧氣必然會被好氧菌迅速地消耗掉，結(jié)果厭氧菌的生長繁殖就會加快。而在水循環(huán)的過程中，一個快速流動的系統(tǒng)也會影響氧氣的供應，其結(jié)果會有效地抑制厭氧菌的生長。研究結(jié)果表明，氧含量在4mg/L時就足以抑制厭氧菌的生長。

停機期間氧氣供應的問題也特別重要，當抄紙漿料和紙機白水在整個系統(tǒng)中循環(huán)時，空氣會混入到水中，其結(jié)果是厭氧菌的生長受到抑制。停機期間，好氧菌迅速地消耗氧氣并提供厭氧菌生長的條件。厭氧菌的生長可以通過加強儲水池的攪拌或安裝通氣裝置來予以抑制。另一面，儲漿池和損紙池需要添加一定量的殺菌防腐劑。在停機期間，為防止助劑變質(zhì)應該在其中添加作用持久、廣譜抗菌的殺菌防腐劑。同時，殺菌防腐劑也可以用于白水或儲漿池中，另外，儲漿池的通風非常重要，因為，可以防止因厭氧菌活動頻繁而產(chǎn)生爆炸性氣體。

5.3 使用殺菌防腐劑控制黏泥

解決由于微生物生長伴隨有機或無機污染物所引發(fā)的黏泥問題，也可以通過使用殺菌防腐劑來予以控制。

殺菌防腐劑及其類似產(chǎn)品被稱為黏泥控制劑或微生物控制劑，主要是通過殺死細菌或使其失去生長繁殖能力來控制微生物的生長繁殖，從而保證物料在使用過程中不產(chǎn)生腐敗變質(zhì)。許多活性組份不同的殺菌防腐劑都可以使用。某些殺菌防腐劑的效果是基于破壞細胞膜組織來抑制微生物的新陳代謝作用及其生長繁殖的。其他類型的殺菌防腐劑通過滲透進入生物細菌胞膜并與細胞的重要組份發(fā)生反應（如生物酶、蛋白質(zhì)等）。

5.3.1 造紙系統(tǒng)中常用的殺菌防腐劑

殺菌防腐劑的種類繁多，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的不同，可分為無機殺菌防腐劑和有機殺菌防腐劑。

無機殺菌防腐劑根據(jù)其作用原理可分為氧化型和還原型。還原型殺菌防腐劑具有殺菌作用和漂白作用，如亞硫酸及其鹽，主要用作漂白劑；氧化型殺菌防腐劑殺菌消毒能力強，但化學性質(zhì)較不穩(wěn)定，易分解，作用不能持久，且有異臭味，同時其對設備有一定的腐蝕作用，對纖維有一定的降解作用。故多用于設備、容器、半成品及水的消毒殺菌，主要包括氯制劑（次氯酸鹽和氯銨）、過氧化物（過氧化氫或過氧化鈉）。

有機殺菌防腐劑具有高效、低毒、生物降解性好等優(yōu)點，目前此類殺菌防腐劑是造紙工業(yè)中用得最多的一類。主要包括有機硫、有機溴和含氮硫雜環(huán)化合物等高效低毒的殺菌防腐劑。

有機硫殺菌防腐劑的代表性產(chǎn)品是亞甲基雙硫氰酸酯（MBT）。MBT滅菌譜較廣，對細菌、真菌、藻類均有明顯的滅殺作用，可用于紙漿和涂料的防腐；有機溴殺菌防腐劑是一種相對較新的殺菌防腐劑，這類殺菌防腐劑在堿性或高pH值水中或有氨存在的情況下，仍具有殺菌能力強、毒性小、易于降解、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，正越來越受到人們的重視，并逐步在造紙行業(yè)中得到應用、推廣。目前應用于造紙系統(tǒng)的有機溴類殺菌防腐劑品種主要是2-溴-2-硝基丙二醇（BNP）和2-二溴-3-次氨基丙酰胺（DBNPA）；雜環(huán)化合物殺菌防腐劑的殺菌機理主要是依靠雜環(huán)上的活性部分，如N、H、O與菌體蛋白質(zhì)中的DNA的堿基形成氧鍵，吸附在細胞上，從而破壞了細胞內(nèi)DNA的結(jié)構(gòu)導致DNA失去繁殖能力，從而使細胞死亡。其典型的殺菌防腐劑有異噻唑啉酮、均三嗪、咪唑啉、噻唑，吡啶類，這類殺菌防腐劑的優(yōu)點是殺菌效率高，配伍性好，不足之處是成本略高，有些化合物水溶性較低。目前，造紙行業(yè)應用最多的雜環(huán)類殺菌防腐劑主要是異噻唑啉酮及其復配產(chǎn)品；有機醛類殺菌防腐劑起殺菌作用的是醛基，醛基上的氧帶負電荷，碳帶正電荷。帶正電荷的碳與細菌蛋白質(zhì)的胺基和硫基發(fā)生加成反應，從而破壞細菌蛋白質(zhì)，導致細菌死亡。有機醛類殺菌防腐劑目前應用最多的就是戊二醛。有經(jīng)驗證明，大多數(shù)造紙廠通過在系統(tǒng)中添加DBNPA和戊二醛等殺菌防腐劑，可以消除異味，其添加點通常是發(fā)生異味處。此外，某些食品級用紙生產(chǎn)中也可以通過在系統(tǒng)中添加殺菌防腐劑和氧化劑來減少成紙中細菌體的總數(shù)。例如Betz食品級用紙殺菌劑是氧化劑和專用殺菌劑的混合物，氧化劑通常為ClO2和Cl2；殺菌防腐劑包括磺胺類、DBNPA和戊二醛。

5.3.2 殺菌防腐劑的選擇

選擇殺菌防腐劑必須考慮其效果、組份、毒性及局限性。首先是要求殺菌防腐劑具有廣譜、高效的特點；理想的廣譜殺菌防腐劑應該是在較寬的操作條件下有效，如pH和溫度；快速起效是對殺菌防腐劑的根本要求，因為它們能對工藝的變動快速地作出反應。一旦殺菌防腐劑快速地完成了其殺菌和抑菌的功能，其化學成份是否能夠容易地降解為無公害的產(chǎn)物就顯得尤為重要。

同其他任何組份一樣，使用時必須強調(diào)其價格性能比（價效比），從采購的角度來說，如果單位價格可以接受的話，其最終的使用價值才是使用者追求的所在。對殺菌防腐劑而言，與其他造紙助劑的兼容性和其高效殺菌能力同等重要。理想的殺菌防腐劑應由活性成份和惰性成份組成。此外，殺菌防腐劑不應含有有機溶劑，重金屬離子以及二噁英和呋喃。

好的殺菌防腐劑還應具有較低的使用毒性，且對水生動、植物影響較小，產(chǎn)品應無刺激性且不影響下游的生物廢水處理工藝和設施。為了符合以上標準，任何被認為符合制漿造紙企業(yè)使用的殺菌防腐劑產(chǎn)品都必須遵循地方、國家的有關規(guī)定。

5.3.3 殺菌防腐劑添加點的確定

殺菌防腐劑通常的添加點主要有漿池、涂料配制罐、白水池，有時還有損紙池和表面施膠液稀釋罐。但是實際添加點還應根據(jù)紙機系統(tǒng)具體情況考慮如下因素：

首先，應考慮殺菌防腐劑的自身特點。目前殺菌防腐劑種類繁多，即使是同一類殺菌防腐劑也因其各成份配比不同而表現(xiàn)出不同的特性；有的殺菌防腐劑起效快，殺菌能力強，應用時以殺菌為主，故而多用于紙機抄前池；而有的殺菌防腐劑起效慢，殺菌效力持久，應用時以防腐為主，故多用于紙機白水池。

其次，是要考慮擬添加部位漿料的濃度。在相同用量的情況下，在漿濃較高處添加時可提高殺菌防腐劑的濃度從而節(jié)約用量。例如對于紙機前的網(wǎng)前箱和抄前池，相同添加量在抄前池添加的殺菌防腐劑其濃度為在網(wǎng)前箱添加濃度的3～5倍，殺菌效果也明顯優(yōu)于在網(wǎng)前箱添加。

再次，就是要考慮整臺紙機（包括制漿部和抄紙部）工藝流程中各部位的微生物含量，在此基礎上可根據(jù)不同的目的在不同的部位添加相應的殺菌防腐劑。

最后，在稀漿區(qū)（白水區(qū)）用兩種方法處理：

a：使用磺胺基類殺菌防腐劑；b：直接用季銨鹽類處理。

殺菌防腐劑增效劑通常為表面活性劑和分散劑的混合物，經(jīng)常被加入到標準殺菌防腐劑中以控制沉積物的產(chǎn)生。

此外，對于有表面施膠的紙機系統(tǒng)，由于表面施膠液中往往有較多的淀粉，所以有時也應該在表面施膠液稀釋罐中添加部分殺菌防腐劑，尤其是在夏季更應該加以考慮。

5.3.4 殺菌和抑菌效果的評價

評價殺菌和抑菌效果可以從以下兩個方面進行。第一方面可稱為“微觀測試法”，即通過微生物培養(yǎng)實驗測試殺菌防腐劑加入前后紙漿和網(wǎng)下白水中菌落數(shù)來評價殺菌防腐劑的添加效果。第二方面可稱之為“宏觀觀察法”，即通過在剛清洗完的紙機上投加殺菌防腐劑并記錄投加后紙機的生產(chǎn)情況、清洗周期和紙品的外觀質(zhì)量（主要是塵埃度）的變化及紙機網(wǎng)部流漿箱、白水池壁上黏液的分布情況，并以此評價殺菌防腐劑的效果。實際上，這兩個方面往往是同時進行的。通過以上這兩個方面的工作就可以對殺菌防腐劑的殺菌和抑菌的效果進行綜合評價，以選擇合適的殺菌防腐劑。

5.3.5 殺菌防腐劑使用過程中必須明確的幾個問題

（1）殺菌和抑菌作用

殺菌防腐劑對微生物的作用有的是真正地把細菌殺死，有的只是由于微生物的生命活動的某一過程受到抑制，所以有殺菌和抑菌之名。殺菌防腐劑的殺菌和抑菌作用往往與其濃度和作用時間有關，同一殺菌防腐劑，濃度高或作用時間長可以殺滅細菌；而濃度低或作用時間短只能起到抑制作用。另外，同一殺菌防腐劑對不同微生物的作用也完全不同，對某種微生物可起滅殺作用而對另一種微生物可能只有抑制作用。

（2）有效濃度

使用殺菌防腐劑對其用量要適當控制，因為有時當細菌受到一種化學物質(zhì)威脅時，有一種使其代謝活動加速的趨勢，不足以致死的劑量實際上反而可能會刺激細菌的生長。所以殺菌防腐劑在使用中均存在一個最低有效濃度的概念，如果使用濃度過低起不到殺菌和抑菌的效果，而使用濃度過高則會導致生產(chǎn)成本偏高。在實際生產(chǎn)中應保證殺菌防腐劑的濃度比最低有效濃度稍高一點。殺菌防腐劑的殺菌和抑菌有效濃度主要與殺菌防腐劑的有效成分有關，有效成分不同其有效濃度也就不同。

（3）不同有效成分的殺菌防腐劑交替使用

沒有一種殺菌防腐劑能夠有效地殺死所有存在于造紙系統(tǒng)中的微生物。因此人們在努力開發(fā)廣譜抗菌的殺菌防腐劑。然而，也有利用殺菌防腐劑控制微生物黏泥問題的方案采用針對性強的殺菌防腐劑，以減少生物膜的形成。為了避免微生物群落產(chǎn)生抗藥性，應該定期更換使用不同殺菌機理的殺菌防腐劑。

（4）刷車周期殺菌防腐劑供應商技術人員在設定添加方案時，必須兼顧成本和效果這兩個因素。事實上，在造紙系統(tǒng)中添加過量的殺菌防腐劑是不經(jīng)濟的，那么，如何平衡成本和效果的關系呢？這就涉及到“刷車周期”的概念。

所謂“刷車周期”就是指在一個正常添加了殺菌防腐劑的造紙系統(tǒng)中，每隔一定的時間就需要對紙機系統(tǒng)進行有計劃的停機刷洗，這段間隔的時間就稱為“刷車周期”（重點刷洗部位是流漿箱，網(wǎng)部脫水元件以及整個紙機的短循環(huán)系統(tǒng)）。考慮到紙廠對成本的控制比較嚴格，因此技術人員在設計添加方案時，必須同時根據(jù)經(jīng)驗設定一個“刷車周期”以便管理人員對系統(tǒng)進行更有效的管理。諸如：更換品種，零部件維修的安排，毛布，網(wǎng)子的更換等問題。

（5）值得強調(diào)并需要引起造紙工作者重視的是，有些紙機系統(tǒng)出現(xiàn)使用效果不夠理想或造成使用失敗，究其原因：或未正確使用殺菌防腐劑；或未選擇使用正確的殺菌防腐劑的產(chǎn)品、類型。

殺菌防腐劑并不是彌補糟糕的企業(yè)生產(chǎn)的衛(wèi)生環(huán)境。衛(wèi)生條件差的生產(chǎn)企業(yè)使用殺菌防腐劑，消耗殆盡，不僅效果不佳，而且造成浪費及產(chǎn)品質(zhì)量下降、成本上升。

6 系統(tǒng)中微生物數(shù)量的測試方法

許多不同類型的微生物在制漿和抄紙過程工藝水中繁殖的速度非常快，其中細菌的種類和數(shù)量尤為引人注意。在某種條件下，例如溫度的變化伴隨著溶解氧濃度降低時，微生物的數(shù)量可能發(fā)生大的變化。此外，停滯區(qū)偶然的細菌繁殖也可能會污染整個系統(tǒng)。對紙廠的工藝水和沉積物進行微生物含量的測試，可以獲得關于抄紙系統(tǒng)有用的信息，將有助于及早發(fā)現(xiàn)可能和將要發(fā)生的微生物問題。

傳統(tǒng)的平板計數(shù)法，微生物培養(yǎng)測試所需要的時間較長，因此該法僅能提供關于微生物總數(shù)的有限信息，而微生物總數(shù)并不能反映紙機系統(tǒng)的動態(tài)性能，因此這種方法被認為是不可靠的。但仍被眾多殺菌防腐劑供應商作為現(xiàn)場測試微生物含量的重要方法，如所謂的Easy-cult法和Petrifilm（商標為3M）法。這些方法均可以用于測定漿料、白水和淀粉懸浮液及其他過程助劑中污染物（微生物）的總量，也可以用于評價殺菌防腐劑的使用效果。這些測試方法的優(yōu)點是無需裝備齊全的實驗室就可以進行微生物檢測，其缺點仍然是需要較長的微生物培養(yǎng)時間。

目前較為先進的快速測試系統(tǒng)微生物的方法也比較多。例如，測定細胞組份的變化以及測量介質(zhì)中某些指標的變化，如耗氧量、導電性能以及濁度等。所有的生物細胞都含有ATP，其職能是在細胞中轉(zhuǎn)換和儲存能量。過氧化氫酶是一種普遍存在于微生物細胞中的生物酶，其功能是防止細胞中的過氧化氫積累到致毒的水平，過氧化氫實質(zhì)上是厭氧菌新陳代謝的副產(chǎn)品。ATP和過氧化氫酶均可以被快速且容易地檢測和監(jiān)控。然而，在復雜多變的環(huán)境中（如抄紙系統(tǒng)循環(huán)水），檢測ATP的意義并不大。但是，如果檢測程序合適，即便存在潛在的干擾物質(zhì)也不會對測定結(jié)果產(chǎn)生影響。測定過氧化氫酶的缺點是并非所有微生物細胞都會產(chǎn)生生物酶。一個相當容易并且能快速的方法是測定每一個可疑位置的氧化還原電位以及溶解氧的水平，如果系統(tǒng)的這些數(shù)值較低，則說明系統(tǒng)中的微生物活動頻繁，同時也說明系統(tǒng)處于厭氧狀態(tài)，進而預示著系統(tǒng)將可能出現(xiàn)微生物問題。

在許多情況下，揮發(fā)性酸如醋酸、丙酸、丁酸的含量提高也預示著系統(tǒng)中微生物活動頻繁。這些酸都是厭氧型微生物新陳代謝的結(jié)果，普遍存在于抄紙系統(tǒng)中的很多種細菌都屬于厭氧型微生物，因此在氧氣含量較低的環(huán)境中它們的繁殖速度較快。鑒于此種情況，某些工廠有規(guī)律地記錄工藝循環(huán)水中丁酸的水平。以便掌握系統(tǒng)中微生物含量的情況，了解抄紙系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀況，主動采取措施，保證生產(chǎn)能夠正常進行，獲得良好的產(chǎn)品。

7 微生物黏泥控制技術的發(fā)展方向

隨著人們對黏泥沉積物的組份及生物膜的形成機理等的認識越來越充分，使可供選擇的黏泥控制劑種類也越來越多，相應的黏泥控制程序也日趨完善。

今后微生物黏泥控制技術的發(fā)展方向主要是加強開發(fā)和使用廣譜、高效、低毒的復合型殺菌防腐劑，采用生物技術和生物化學技術等新興技術以及采用多種技術共用的微生物黏泥控制技術等。

隨著人們環(huán)保意識的普遍增強，近年來，殺菌防腐劑的生產(chǎn)供應商們都在努力開發(fā)應用廣譜、高效、低毒、使用范圍廣且對環(huán)境安全的多功能制劑，同時加強開發(fā)和使用復合型殺菌防腐劑。復合型殺菌防腐劑是指將各種單一的殺菌防腐劑復配或把某一殺菌防腐劑與表面活性劑和溶劑復配。通過研究各組份之間的協(xié)同增效和互補殺菌、抑菌作用以達到提高殺菌和抑菌效率及降低成本的目的。這種殺菌防腐劑的殺菌效力往往不是簡單的疊加作用，而是相乘作用。這種所謂的增效作用，通常在降低使用量的情況下，仍然能夠保持足夠的殺菌和抑菌效力并且能夠同時拓寬抗菌譜。

此外，采用生物技術也可以控制黏泥問題和微生物繁殖問題。例如，利用黏泥分解酶和可滅殺特殊細菌的過濾性微生物控制技術已經(jīng)研發(fā)成功，但其缺點是僅僅可以去除黏泥而不是去除產(chǎn)生黏泥的有機體。

現(xiàn)在，已經(jīng)研制出來采用生物化學技術控制微生物的特殊殺菌防腐劑產(chǎn)品。該生物化學方法使用改性木素磺酸鹽作為復合模型，其機理是利用靜電荷中和作用處理微生物代謝產(chǎn)物，進而使營養(yǎng)物對于微生物失去作用，從而抑制微生物的生長和繁殖，同時它還可以螯合存在于循環(huán)系統(tǒng)中的微量元素。

總之，目前微生物控制技術研究的重點就是如何使用殺菌防腐劑在較低的濃度下起效以及發(fā)展無毒性產(chǎn)品，以便實現(xiàn)紙機系統(tǒng)的清潔生產(chǎn)。