纸张或纸板生产中水和纸浆的氧处理

摘要

本发明涉及用于处理纸张或纸板生产过程中所用的水或纸浆的方法。在水或纸浆中加入氧气和养分以提高需氧细菌的活性，导致有机物质例如脂肪酸减少。或者在水或纸浆中仅加入氧以同时降低需氧细菌和厌氧细菌的活性。

说明书

技术领域

本发明涉及对用于纸张或纸板生产中的水和纸浆的处理。

背景技术

在纸张和纸板的生产中，使用大量的水。水在整个工艺中都使用，并 且构成最终由其制得纸张或纸板的纸浆的大部分。工艺中使用的大部分水 被再循环而再用于工艺中的各个阶段。

然而，纸张和纸板的生产工艺在水中留下大量的有机化合物例如脂肪 酸，这可导致需氧细菌和厌氧细菌的生长。有机物质可以产生不好的气味 和不友好的大气环境。

因此，本领域需要对纸张和纸板工艺中的水和纸浆的处理进行改进。

发明内容

本发明提供了一种改进处理纸张或纸板生产过程中使用的水和纸浆的 方法。在本发明的一个实施方案中，将氧气和养分加入水或纸浆中以增加 需氧细菌的活性，导致有机物质例如脂肪酸的减少。在本发明的另一个实 施方案中，仅将氧加入到水或纸浆中以降低所有细菌的活性。

具体实施方式

本发明提供了处理纸张或纸板生产中的水或纸浆的方法。特别是，本 发明提供了用氧处理纸张或纸板生产中的水或纸浆的方法。

纸张生产过程中的水和纸浆中COD∶N∶P(其中COD是化学需氧量，N 是含氮养分例如尿素，以及P是含磷养分例如磷酸)的比率对需氧细菌和 厌氧细菌的生长或生存是很重要的。特别是，已表明对于处理需氧细菌， COD∶N∶P的比例应该为约100∶5∶1每重量，以及对于处理厌氧细菌为约 250∶5∶1每重量。因此，通过调节水或纸浆中的氧含量，可以控制细菌的活 性和水平。需氧细菌为了生存既需要氧又需要养分(N和P)，而厌氧细菌 在氧的存在下死亡但是需要低得多的养分水平来生存。

根据本发明的第一个实施方案，为了减少水或纸浆中脂肪酸的浓度， 希望增加需氧细菌水平而不增加厌氧细菌水平。通过在水或纸浆中注入纯 氧(O₂)，可实现这种效果。当氧水平提高时，需氧细菌用脂肪酸作为养分， 将变得更活跃和更多。当脂肪酸水平下降时，气味减少因此工艺过程更加 环境友好。在大多数情况下，连同氧一起可能还希望加入N养分和P养分 (例如尿素和磷酸)以增加需氧细菌的活性并因此增加脂肪酸的去除。同时， 水或纸浆中氧的增加降低了厌氧细菌的水平。

本发明的该实施方案提供了许多优势。正如前面所提到的，水或纸浆 中脂肪酸的减少降低了气味问题以及提供了一个更环境友好的工艺过程。 通过需氧细菌对脂肪酸的代谢导致CO₂的产生，CO₂将留在水或纸浆中并 用作纸张生产过程中的缓冲剂。此外，脂肪酸的减少通过降低了水中钙水 平可以导致工艺水的pH值的增加，这对于纸张或纸板生产工艺是有利的。

使用纯氧代替空气提供了更进一步的优势。特别地，通过使用纯氧较 容易将水或纸浆中的O₂浓度提高到高的水平，例如15-20mg/l或者更高。 此外，氧在水或纸浆中完全溶解。相反地，使用空气来提高氧浓度需要使 用大量的空气并且可能仅能提高O₂浓度最大到约3-7mg/1。这种空气的量会 对纸张生产工艺产生不利的影响。特别是，水或纸浆中CO₂和其它有用的 化合物可能被去除。另外，因为空气中高含量(78％)的不容易溶于水和 纸浆中的氮，导致在纸浆中可能存在气泡或微气泡，并且可能出现泵中的 气蚀或其它低压区域。

本发明的该第一个实施方案可以用于纸张或者纸板的整个生产过程， 但是在再循环工艺水或贮浆池中可提供最有利的结果。

根据本发明的第二个实施方案，仅将氧加入到水或纸浆中。这个实施 方案的目的在于同时抑制需氧细菌和厌氧细菌的活性和生长。特别是，通 过提高水或纸浆中氧浓度，将抑制厌氧细菌的生长并且需氧细菌不具有足 够的N养分和P养分来生长。所以，氧用作环境友好的抗微生物剂。

本发明的该实施方案提供了很多与前述实施方案相同的优势。特别是， 降低了水或纸浆的气味，而没有通过厌氧细菌产生脂肪酸。在初始计量加 料阶段，一些氧将通过需氧细菌转化为CO₂，CO₂将有助于在纸张或纸板的 生产过程中缓冲水。此外，可以减少或消除其它抗微生物剂的使用，这既 降低了成本也避免了其它抗微生物剂产生的环境问题。

此外，该第二个实施方案也避免了使用空气替代纯氧的有关问题。特 别是，纯氧可以用于将水或纸浆中的O₂浓度提高到高水平，例如15-20mg/l 或更高，这是使用空气不能达到的，使用空气最高O₂浓度可以达到约 3-7mg/l。此外，氧完全溶于水或纸浆中，而空气不能并且会产生对纸张生 产过程有不利影响的气泡或泵气蚀。氧的使用可以导致水或纸浆中CO₂的 增加，而提供有利的缓冲，而空气的使用可能从水或纸浆中除去CO₂和其 它有用化合物。使用氧代替空气同样避免了氮在水或纸浆中溶解的有关问 题。

本发明的该第二个实施方案可用于纸张或纸板的整个生产工艺过程， 但是在最需要抑制厌氧细菌的地方提供最有利的效果，例如贮浆池或用于 降低储存过程中纸浆浓度的稀释水。特别是，过量的氧将纸浆保持在需氧 环境中(尽管需氧细菌因为养分不足而不能生长)并且抑制厌氧细菌的生 长。

以下实验结果表明了本发明的有效性。

实施例1：

将纸板设备中的工艺水置于小罐中并且通过直接注入纯氧使O₂水平升 至20mg/l。经过15小时，测量O₂浓度，显示出很低的减少，表明细菌的 呼吸率也非常低。特别地，在实验过程中氧含量的轻微减少可能是由于在 消耗完所有的养分后初始需氧细菌的活性停止。厌氧细菌的活性被抑制因 此新的养分没有形成，导致厌氧细菌和需氧细菌都破坏。

实施例2：

将8升初始O₂浓度为3-4mg/l的纸板设备工艺水放入小罐中。加入O₂并且将O₂浓度升至约15.5mg/l。经过12小时，测量O₂浓度，显示出很低 地减少至约9mg/l，大部分发生在实验的第一个小时。这再次证明了细菌呼 吸率非常低。这种初始的减少可再次归因于在消耗完所有的养分后初始需 氧细菌的活性停止。厌氧细菌的活性被抑制因此新的养分没有形成，导致 厌氧细菌和需氧细菌都破坏。

实施例3：

将来自纸板设备的8升初始O₂浓度为3-4mg/1的纸浆放入小罐中。加 入O₂并且将O₂浓度升至约18.5mg/1。经过12小时，测量O₂浓度，显示减 少至约9.8mg/1，大部分发生在实验的第一个小时。这再次证明了细菌呼吸 率非常低。相对于工艺水，纸浆中O₂较高的消耗可能是由于纸浆纤维材料 中O₂的初始低水平。特别是，纤维通常堵塞在一起使得在纤维颗粒内氧浓 度较低，使得厌氧细菌继续有活性并且在余下的纸浆溶液中产生为需氧细 菌提供养分的脂肪酸。然而，随着时间，O₂逐渐渗透到纤维中破坏了厌氧 细菌并且最终也降低了需氧细菌的活性。

在纸张生产工艺中的数个位置中注入氧气可能是有利的，因为这可以 有助于平衡整个工艺中厌氧细菌的破坏。特别是，可以将氧气加入到纸浆 流、稀释水、或加入混合浆池中。氧可以通过多个计量加料系统中的任一 个注入，包括来自Linde AG的SOLVOX系统。

本发明提供了改进的处理纸张或纸板生产过程中使用的水和纸浆的技 术。通过向水或纸浆中加入氧和养分并提高需氧细菌的活性，可实现有机 物质例如脂肪酸的减少。或者，通过向水或纸浆中仅加入氧，可以实现所 有细菌的活性的降低或消除。

根据上述内容，本发明其它的实施方案或者变化对于本领域技术人员 是显而易见的，并且这些实施方案和变化同样包括在所附权利要求的范围 内。