CN104520499B - 保护纸浆中淀粉和控制钙沉淀和/或结垢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供保护纸浆中存在的淀粉的方法,还提供了在蒸煮器或BOD系统中控制钙沉淀和/或结垢的方法。能够作为造纸工艺的一部分实施这些方法。能够用氯胺处理含纸浆的生产用水。包含具有天然淀粉的纸浆的工艺厂可以接受双处理,使用至少一种杀生物剂例如氯胺和至少一种氧化剂例如次氯酸钠。可以以任何合适的方式实施所述处理。可以在造纸系统中的一个或多个阶段或位置实施所述处理。通过所述处理能够实现目标残留氯胺值或范围。使用所述方法提供的包装纸/板或其它纸制品表现出优异的强度和其它所需的性质。

Description

保护纸浆中淀粉和控制钙沉淀和/或结垢的方法
背景技术
在35U.S.C.§119(e)下,本发明要求于2012年6月5日提交的在先的美国临时专利申请第61/655,678号的权益,通过引用将其整体并入本文。
本发明涉及造纸和/或回收的纸/纸板的用途,并且也涉及在纸或包装材料制造期间保护纸浆的淀粉内含物,并且还涉及在处理废水流出物中控制钙沉淀和/或结垢。
回收是现代绿色经济的主要因素,并且在更加高效和环境可持续的纸工业目标中尤为重要。然而,使用在纸和包装材料制造中的再生纸浆出现了得到高质量产品的若干个障碍。再生纸浆,例如来源于书写/印刷级施胶或涂覆有淀粉的旧瓦楞纸板,通常包含高含量的淀粉,并对制造再生纸/纸板是有利的。待回收的纸/卡板的等级还具有相当水平的CaCO3。不幸的是,在制造期间,纸浆的淀粉内含物可以基本被降解,在所述制造期间所加入的补充淀粉也是如此。在所得到的产品中淀粉较少意味着由该纸浆制成的纸/纸板产品的机械性质丧失或弱化。此外,纸浆例如来自回收来源的纸浆中发现的钙在纸浆去除后进行的生产用水后处理中能够导致钙沉淀、结垢或污损(fouling)。
更具体地,过去,许多造纸厂(特别是那些使用回收纸的造纸厂)已经经历过可以和细菌问题相关的诸多问题。然而,尽管尝试了常规对抗细菌的方法,但是都没有获得成功。通常在造纸工业和/或常规生物灭杀处理中使用的杀生物剂没有解决在许多制造包装纸的机械中看到的下述问题。工业中的人们不能理解确切的问题是什么并不能确定该问题的解决方案。然而,本发明的发明人确定了特定的微生物活动引起以下顺序:
·微生物释放淀粉酶至造纸系统;
·这些细胞外的酶将淀粉分解为葡萄糖低聚体(例如麦芽糖)和葡萄糖(淀粉例如来源于废纸、损纸(broke)和/或湿部添加剂淀粉(wet end additive starch));
·细菌摄入这些低聚体和单体并使其发酵产生挥发性脂肪酸(VFA);
·VFA降低过程pH(从7或更高至6.5~6或更低);
·所述发酵过程伴随传导性的增大和氧化还原电势的降低。
·在发酵细菌周围的局部区域内的pH可以低至1~4;
·低pH使碳酸钙填料(例如存在于废纸中的)溶解成溶解性钙Ca2+(和CO2)。
就此,所述问题只会变得更糟:(1)发酵细菌的加速生长导致产生更多的细胞外淀粉酶;(2)使为增加强度而在湿端(在混合室和流浆箱之间)中添加的任何淀粉降解;(3)葡萄糖低聚体促使微生物甚至更快地生长并由此使粘液增多和/或引起其它细菌问题;(4)VFA是在纸中以及制造环境和/或其周围(也可能包括居住区)中产生严重臭味问题的原因,(5)当VFA使碳酸钙溶解和稳定时,丧失了填料(例如来源于废纸),原材料基本丧失;和/或(6)溶解的钙能够导致沉积或结垢问题。
在使用厌氧蒸煮器用于废水处理的工厂中,能够出现其它相关问题,如下:
·VFA反应以稳定溶解后的钙(以VFA-Ca盐的形式)并携带所述钙进入废水处理系统;
·随着VFA转化为CH4和CO2以及厌氧蒸煮器中pH的升高,形成了钙污垢;如果形成了过多的污垢,那么能够关闭废水处理系统,这进而能够导致工厂停工以便清洗厌氧蒸煮器。
在单独使用需氧蒸煮器或池(pond)或和厌氧蒸煮器组合使用需氧蒸煮器或池处理废水的工厂中,能够出现CaCO3沉降问题,如下:
·VFA反应以稳定溶解后的钙(以VFA-Ca盐的形式)并携带所述钙进入废水处理系统;
·随着在流出物处理期间流出物中VFA的(进一步)降解和进一步pH升高,碳酸钙能够沉淀,导致结垢(在需氧反应器中)或过多的污泥形成(在需氧池中)。这能够导致用于维护和清洗的停工期增加并且导致处置作为化学废物的富CaCO3污泥的成本显著。
本发明人第一个认识到问题的根源和如何阻止和/或控制所述问题。本发明人使用的方法,如本文所述,是为了减少或阻止在造纸厂中有微生物活动导致的淀粉分解。所述问题的根本原因总结如下:
-在造纸机械中的细菌和由细菌产生的淀粉酶,因为淀粉酶在分解淀粉生成例如麦芽糖和葡萄糖是非常有效的。
-由生产用水中高葡萄糖和糖含量刺激兼性寄生的厌氧细菌发酵代谢导致所产生的高水平VFA,其是在该过程中使钙填料溶解的根源。
因此,本发明人确定了解决该问题的最佳方式是在该问题出现之前进行并阻止上文详细描述的可怕的一系列事件。
发明内容
因此,本发明的特征在于通过保护制造纸制品所用的纸浆的淀粉内含物来改进该纸制品(特别是来源于再生纸浆或来自回收来源的纸浆的纸制品),例如包装纸/板(packaging sheet/board)、瓦楞纸、衬纸、测试衬纸、单层/多层等,的强度。本发明的处理能够应用于夹网纸机(Foudrinier)和磨浆成型器(roundformer)机械中。
本发明的另一个特征是在纸和包装材料制造中增加湿部(wet end)添加剂效率。这例如能够通过减少Ca2+、增大pH和/或降低传导性来实现。
本发明的另一个特征是减少在纸和包装材料制造过程中能够形成的引起臭味(odor-causing)的材料。
本发明的又一个特征是减少在所形成的纸和包装材料以及最终产品中缺陷和微生物相关的破裂。
本发明的另一个特征是在再生纸浆和/或损纸和/或其它纸浆来源材料中保护原有的和/或新增的赋予强度的(天然)淀粉和/或原有的和/或新增的淀粉-纤维素复合物免受淀粉酶的降解,以允许原有的和/或新形成的淀粉和/或原有的和/或新形成的淀粉-纤维素复合物有效地回收和转移至由再生纸浆或损纸制造的新纸中。
本发明的其他特征和优势部分将在以下说明中进行陈述且部分将从说明中显而易见或可以通过实践本发明得知。本发明的目的和其他优势将通过在说明书和所附权利要求中所特别指出的要素和组合的手段实现和得到。
为了实现这些和其他优势以及依照本发明的目的,如本文中所体现和宽泛说明的,本发明涉及保护在纸浆和生产用水中存在的淀粉的方法。可以作为造纸过程的一部分实施所述方法。可以用氯胺处理含纸浆的生产用水。可以以任何合适的方式实施所述处理。所述处理可以是连续的、基本连续的、间歇性的、循环的、分批的或者其组合。优选地,所述处理保持生产用水中有效量的氯胺以实现本文所提到的一个或多个优点,并通常通过在长连续时间段内保持生产用水中氯胺的残留量来实现所述有效量。在造纸系统中,能够在一个或多个阶段或位置实施所述处理。例如,能够在容器例如流浆箱和/或,在该流浆箱的上游和/或下游的一个或多个位置处实施所述处理。通过处理能够实现目标残留氯胺值或范围。例如,生产用水具有约0.3~约15ppm的残留氯胺含量(或氯等同物)。正如本领域技术人员所知晓和理解的,ppm水平表示为氯等同物,并不是生产用水中真实的氯胺的ppm值。例如在流浆箱处或刚进入流浆箱处或刚流出流浆箱处(只是作为测量位置的一个实例)可以确定残留含量。淀粉能够以所需的含量存在于纸浆中。例如,淀粉能够以至少约0.001重量%的含量存在于纸浆中,基于干纸浆纤维的总重量,例如以0.1重量%或更高、或者以1重量%或更高,基于干纸浆纤维的总重量。本发明包括以下令人惊奇和意料不到的发现:氯胺当以足够量和基本连续或连续的方式使用时能够戏剧性地保护淀粉内含物,例如但不限于来自胶料(size)、涂料、喷雾用料(spray)和/或胶水的存在于纸浆中的阳离子淀粉和/或天然淀粉,由此使得包装材料和纸制品的包括强度在内的性质得以增强。
本发明涉及在包括用杀生物剂和氧化剂对含纸浆的生产用水进行双处理的造纸过程或其它过程中控制纸浆中微生物和保护纸浆中淀粉的方法。该杀生物剂(例如氯胺和/或其它杀生物剂)可以在生产用水中减少或消除能够产生淀粉-降解酶例如淀粉酶(如α-淀粉酶)或其它淀粉-降解酶。该氧化剂(例如次氯酸钠和/或其它氧化剂)可以提供用以消除对淀粉-降解酶(例如那些由微生物所产生的)或其它酶的残留酶活性的酶控制。使用所述双处理,可以保护酶底物(例如天然淀粉或其它酶底物)免遭所述酶降解。相比于没有使用杀生物剂和氧化剂对含纸浆的生产用水所进行的处理,所述双处理方法可以在含纸浆的生产用水中减少或消除产生淀粉-降解酶的细菌和/或其它微生物的数量和/或其它类型微生物的数量。相比于没有使用杀生物剂和氧化剂对含纸浆的生产用水所进行的处理,所述双处理可以在经处理的生产用水中减少或消除淀粉-降解酶的数量。
本发明涉及在造纸过程中保护纸浆中存在的原有的和新增的(天然)淀粉和原有的和新形成的(天然)淀粉-纤维素的复合物的方法,其包括处理包含具有纤维素和天然淀粉的复合物或聚集体的纸浆的生产用水,其中所述处理包括向生产用水中分别加入氯胺和氧化剂(例如次氯酸钠)。相比于没有使用氧化剂对生产用水的类似处理,减少了在经处理生产用水中淀粉降解酶内含物(例如淀粉酶内含物)。所述方法可以用于在包括所述双处理策略的造纸工艺中使用的再生纸浆、损纸或这两者中保护原有的和新形成的(天然)淀粉和淀粉-纤维素复合物。氧化剂,例如次氯酸钠(NaOCl),用于从过程例如造纸过程中减少或消除淀粉-降解酶(例如淀粉酶),以及与氧化剂独立地使用氯胺,以在过程中减少或消除微生物传染并且在该过程中阻止或至少减少来自产生淀粉-降解酶的微生物的淀粉-降解酶(例如淀粉酶)的产生。保护回收纸或损纸中的(天然)淀粉和淀粉-纤维素复合物能够有助于由再生纸浆或损纸制造的新纸张的强度。产生淀粉降解酶的微生物,例如产生淀粉酶的细菌,可以产生能够降解存在于生产用水中的游离淀粉、还有在由回收纸或损纸等引入造纸过程中的和/或由加入该过程的与纤维形成新键的新淀粉(天然的或阳离子的)原位形成的聚集体中与纤维素复合的淀粉。本发明包括以下令人惊奇的和意想不到的发现:不能以机械的方式(例如通过二次浆化、混合、匀浆(refining)和其它造纸工艺)除去的存在于再生纸浆或损纸中的(天然)淀粉容易受到淀粉降解作用(例如淀粉分解作用)而释放,其中所述双处理策略可以减少或阻止所述淀粉降解作用(例如淀粉分解作用)以允许将原有的(天然)淀粉和淀粉-纤维素复合物有效地回收和转移至由再生纸浆或损纸制造的新纸张中。所述的双处理策略可以可替代地或额外地减少和/或阻止对新增的淀粉(天然的或阳离子的)的淀粉降解作用,该新增的淀粉能够作为游离淀粉和/或以复合形式存在于所述过程中,其中在所述过程中这种新淀粉和纤维之间原位形成了新键。所述双处理策略能够至少部分地或完全保护所述新增的淀粉和/或新形成的淀粉-纤维复合物免遭淀粉分解作用。
本发明的方法也具有以下增加的优点:控制微生物的生长、减少挥发性脂肪酸(VFA)的产生、阻止传导性增加、防止氧化还原电势的下降、降低钙溶解、增大pH和/或使机械(特别是在厌氧蒸煮器中)的沉淀和/或结垢最小化。本发明的方法可以增加阳离子湿部添加剂,例如保留聚合物(retention polymer)、淀粉和/或干强度树脂(dry strengthresin),的有效性。改进的强度允许降低强化添加剂的成本、降低基础重量、将产品应用于更高强度级别的市场。
本发明的方法可以保持或增加纸张产品中的填料和/或灰分内量。例如,在常规系统中本应该已经溶解的固体钙反而作为原材料保留在纸张中。较低的钙离子浓度(较低的钙沉淀水平)导致进入纸张的淀粉摄取(包括淀粉和填料颗粒的结合)增加。在包括造纸机和随后的生物废水厂的多种环境中实现了化学使用的简化。还使得因施胶压榨淀粉固体(size press starch solid)而导致的机械输出量的增加和从施胶压榨转变为湿部淀粉添加的可选方案成为可能。而且,按照本发明,通过省去(2面中的1或2面的)施胶压榨可以实现干燥能量的减少。通过本发明的方法进一步使得减少待填埋的淤泥的数量和简化对流出设备的聚合物处理成为可能。
可以理解的是,上文中的概述和下文中的详述都仅是示意性和解释性的,并且仅意在进一步解释如权利要求所要求保护的本发明。
并入本申请且构成本申请一部分的附图阐明了本发明的若干特征,其与说明书一起,用来解释本发明的原理。
附图说明
参照附图可以更加充分地理解本发明。附图意在说明本发明示例性的特征而不是限定本发明的保护范围。
图1是说明按照本申请的实施例的方法的工艺流程图。
图2是说明按照本申请的实施例的方法的工艺流程图。
发明详述
本发明提供了保护纸浆中存在的淀粉的方法。可以作为造纸过程的一部分实施该方法。
实现有效地控制上文详细描述的问题的关键点在于使用正确的生物杀灭处理,并且这包括使用正确的杀生物剂、正确的剂量、正确的施用点、保持正确的残留杀生物剂水平并且在长时间段内保持这样做。确定了必须保持一种或多种氯胺处于高水平以控制上文详细描述的问题。实质上,本发明人确定了如本文所详细描述的,需要非常积极且持久的处理进程。
更具体地,可以将保护纸浆中存在的淀粉的方法并入造纸工艺中。例如,造纸工艺可以具有流浆箱或磨浆成型器机械等。所述位置可以是处理区域,但这是任选的。该方法包括用一种或多种包括一氯胺的氯胺处理含纸浆的生产用水或用于纸浆制备和造纸过程中的生产用水,使得所述生产用水具有残留氯胺含量,例如含量为0.3~15ppm(氯等同物)(例如在存在纸浆的流浆箱或其它位置上测量的)。淀粉可以以至少0.001重量%的含量存在于纸浆中,基于干纸浆纤维的重量。下文提供了进一步的细节、可选方案和实施例。
可以用一种或多种氯胺,例如一氯胺(MCA)、二氯胺(DCA)或其组合,处理含纸浆的生产用水。大部分氯胺(以重量计)可以是MCA,例如至少50.1%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、至少95%、至少99%或100%,以所存在的氯胺的重量计。可以以任何合适的方式实施所述处理。所述处理可以是连续的、基本连续的、间歇性的、循环的、分批的或者其任何组合。在造纸系统中,可以在一个或多个阶段或位置上实施所述处理。例如,可以在容器例如流浆箱、处理打浆机(treating pulper)、加水打浆机(pulper fill water)或卸料池(dump chest)或其任何组合。通常,正如本文所描述的,对存在纸浆处进行所述处理,其中可以在和纸浆混合之前用氯胺预处理过程水和/或过程纸。
本发明的方法可以包括在造纸过程中用于在纸浆中控制微生物和保护淀粉的方法,其包括用杀生物剂和氧化剂双处理含纸浆的生产用水。所控制的微生物可以包括例如在造纸过程或其它过程中的生产用水中的细菌、真菌、酵母菌、古细菌或能够产生淀粉-降解酶的其它微生物。用所述处理能够控制的微生物可以主要是细菌、基本全部或全部是细菌。通过杀生物剂(例如氯胺和/或其它杀生物剂)能够提供传染控制以在生产用水中减少或消除能够产生淀粉降解酶(例如淀粉酶(如α-淀粉酶)或其它酶)的微生物,以减少淀粉复合物降解酶在生产用水中的产生及其出现。α-淀粉酶是能够快速降低分子重量并还能够由纤维素释放淀粉的内淀粉酶。β-淀粉酶和γ-淀粉酶是释放二/单糖的末端淀粉酶(terminal amylase)。不受限于本发明的范围,尽管β-淀粉酶和γ-淀粉酶通常不可能在造纸中具有和淀粉稳定性相关的重要作用,但是它们可以在制造可最终供细菌使用的糖类中发挥作用,无论是否产生淀粉酶。为了本发明的目的,可以控制和/或阻止所述淀粉酶(α-淀粉酶和/或β-淀粉酶和/或γ-淀粉酶)中的全部或一些或一种,如本文所述的。通过单独或者与任何其它淀粉酶类型一起控制和/或阻止α-淀粉酶,能够实现本发明的优点。当提及本文中的“淀粉酶”时,它可以包括淀粉酶类型中的一种或多种或全部,并优选至少包括α-淀粉酶。氧化剂(例如次氯酸钠和/或其它氧化剂)可以提供酶控制以减少或消除淀粉降解酶(例如由微生物所产生的那些)或其它酶的残留酶活性。使用所述的双处理可以保护酶底物(例如天然淀粉和/或其它酶底物)免遭被所述酶降解。相比于没有使用杀生物剂和氧化剂对含纸浆的生产用水的处理,所述方法提供的微生物控制,例如微生物传染控制,可以在含纸浆的生产用水中减少或消除产生淀粉降解酶的细菌和/或其它微生物的数量和/或其它类型微生物的数量。通过所述方法能够控制可产生淀粉降解酶的微生物至低于可检测的水平或其它数值。相比于没有使用杀生物剂和氧化剂对含纸浆的生产用水的处理,所述双处理进一步可以减少或消除淀粉降解酶的数量。通过所述方法可以控制淀粉降解酶至低于可检测的水平或其它数值。
本发明的方法可以包括在同一过程中以协同的方式使用氯胺和至少一种其它活性物质。可以在同一过程中以协同的方式使用氯胺和氧化剂(例如次氯酸钠(NaOCl))。使用氯胺和氧化剂(例如次氯酸钠)这些活性物质,提供了在使用所述再生纸浆或损纸材料的造纸过程或其它过程中保护再生纸浆或损纸中的原有的(天然)淀粉和淀粉-纤维素的复合物免遭淀粉降解的酶促作用,例如淀粉酶降解。天然淀粉可以存在于来自胶料、涂料、喷雾用料和/或胶水的再生纸浆或损纸中。本发明发现在造纸过程中打浆回收纸或损纸或随后步骤期间在材料中大量淀粉和纤维素保持紧密结合,而不是所假定的原有的纤维素和淀粉的复合物或聚集体被完全破坏。在研究中,在水(没有感染的且不含淀粉酶的)中打浆和若干个水清洗步骤之后,不可能从纤维组分中回收任何淀粉。然而,在本研究中,当向水中加入淀粉酶时,仍旧释放出大量的淀粉和淀粉降解产物,表明一些淀粉以和纤维紧密结合的方式存在,并通过纯粹的机械方式(例如打浆、匀浆或清洗)不能除去,但是通过特定的淀粉酶作用能够将其释放出。这一发现解释了免遭(酶促)淀粉酶降解的淀粉为何能够促进强度。通过阻止淀粉酶的存在和淀粉的淀粉酶降解,不仅保护了可存在于该过程中的非复合的或游离的纤维(例如从成浆纤维中所释放的、在回收物或废弃物中的),而且也保护了原有的纤维素淀粉复合物。这种原有的纤维素-淀粉复合物可以包含通过工艺例如二次浆化、混合、匀浆和其它造纸工艺不能以机械方式除去的天然淀粉,或者至少与没有包含于纤维素-淀粉的复合物的淀粉相比不容易或程度相同。可以在新纸张中非常高效地保留所述纤维素-淀粉复合物以确保将(大)部分回收淀粉引入新纸张中。所述的双处理策略可替代地或额外地可以减弱和/或阻止对新增的淀粉(天然的或阳离子的)的淀粉降解作用,所述新增的淀粉为例如通过打浆机或匀浆机不能除去的新增的淀粉,其可以以游离淀粉和/或以复合形式存在于过程中,其中在该过程中这种新淀粉和纤维之间原位形成了新键。用这种方式,在该过程中可原位形成新的淀粉-纤维素复合物。所述双处理策略可以保护所述新增的淀粉和/或新形成的淀粉-纤维素复合物免遭淀粉酶作用。
使用本发明的方法适当控制淀粉酶,在实验测试中已经证实了在工业应用中纤维素-淀粉复合物存在于淀粉/钙稳定中。
使用所述本发明方法的双处理能够保护随回收纤维(例如来自旧纸/纸板、混合办公废纸、光面纸、损纸等的纤维)回收的淀粉免遭酶降解。可以为所述纸中多种类型的淀粉提供这种保护,例如为来源于淀粉喷料(starch spraying)、胶水、涂料、胶料和其它淀粉来源的天然淀粉提供这种保护。这些淀粉通常不会在新形成的纸张中主动结合纤维素,并且它们可以通过阻止原有的淀粉-纤维素聚集体受不希望的淀粉酶降解而离解而受益于所述聚集体的保护。此外,通过本发明的方法的双处理消除淀粉酶活性可以保护高分子量的淀粉分子,其比低分子量分子赋予更好的强度。在二次浆化和制造新纸张的过程中,阳离子淀粉可以仍然附着于纤维素上。在该过程中,这些分子可以受益于淀粉酶的除去,因为它能够保护高分子量的分子,以免被降解成赋予较小强度的小分子。对于通过本发明的方法保护免遭降解的回收淀粉,并且特别是对于纤维素-淀粉复合物,能够为以下中的至少一种提供保护:1)免遭淀粉酶降解的保留高平均分子量(例如通过尺寸排阻色谱法确定的在例如约106~约108范围内)的回收淀粉,2)游离的高分子量淀粉,和/或3)纤维素-高分子量淀粉聚集体。通过本发明的方法保护免遭淀粉酶降解的纤维素-淀粉复合物中的淀粉重量可以平均大于没有通过该方法保护使其免遭淀粉酶降解的聚集体的重量。
这些纤维素-淀粉复合物(聚集体)可以包含填料,并且阻止淀粉降解可以有助于在新纸张中增大填料保持力和增加灰分(ash)。在二次浆化后可能原有的淀粉-填料和/或淀粉-填料-纤维素仍旧完好无损。在这些复合物中保持淀粉完好无损能够有助于强度和填料保持力。用类似于能够使淀粉-纤维素进入新纸张从而将天然淀粉转移至新纸张的方式(通常本身不会非常有效地进行的事情),可以保持填料复合物完好无损并将其从用作纸浆来源的回收纸高效地转移至新纸张中。这可以至少部分解释为何当阻止钙以避免增溶作用时使用本发明的造纸方法能够在新纸张中实现灰分含量的显著增加。
更具体地,保护再生纸浆、损纸或这两者中的原有的淀粉和纤维素-淀粉复合物可以包括双处理策略。可以使用次氯酸钠或其它氧化剂来从过程、例如造纸过程中特别减少或除去淀粉酶,并且可以在该过程中与次氯酸钠或其它氧化剂分开使用氯胺以减少或消除微生物传染并在该过程中阻止淀粉酶的产生。氯胺和NaOCl的游离氯或其它释放卤素的氧化剂的游离卤素发生反应,从而破坏了两种活性物质。为了阻止在生产用水中这些活性物质的混合,对于氯胺和NaOCl的加入,可以采用在过程中这些活性物质加入位置的不同、在过程中从同一位置相继加入这些活性物质,或者采用这两者,从而在该过程中阻止氯胺和NaOCl混合。可以在引入氯胺的下游以低于所需浓度加入NaOCl(或者,在早期氯胺引入并耗尽后再加入氯胺),其中游离氯不会从其引入位置向前移动,或者可以使用其它策略在生产用水中保持所述化学物质分开。可以允许在处理溶液中混入或者偶然混入少量的低于检测限的NaOCl和氯胺(例如5重量%或更少),该检测限是在工艺水中以氯计的0.05-0.1ppm的游离氯或MCA。加入所述处理溶液的氯胺含量可以是对减少或消除能够产生淀粉降解酶的微生物有效的量,并且加入所述处理溶液的NaOCl的量可以是对提供淀粉酶控制以消除或至少部分降低酶的残留活性有效的量。
作为可选方案,还可以使用“牺牲(sacrificial)”氧化剂(例如过氧化氢(H2O2)或次氯酸钠(NaOCl))来从生产用水中除去除微生物外的还原剂。这种牺牲氧化剂处理可以和本文所述的氯胺处理组合使用。如果牺牲氧化剂和所述提供包括微生物传染控制和淀粉降解酶控制的双处理的方法组合使用,那么除用于所述双处理的相同类型或不同类型的氧化剂外,可以使用牺牲氧化剂。若使用牺牲氧化剂的话,可以在和氯胺相同的生产线中加入牺牲氧化剂,但不是必须同时加入。如上所述,氯胺易于和NaOCl的游离氯或其它卤素释放氧化剂的游离卤素反应,并且优选地,在过程中同时使用时,单独使用这些活性物质。
如本文所使用的,“保护(preserve)”或其变形例如“保护(preserves)”、“保护(preservation)”或“保护(preserving)”是指在包含一种或多种淀粉分解酶和淀粉的组合物中减少和/或阻止淀粉或其成分(例如直链淀粉或支链淀粉)的分解。在相似的监测时间段内,相比于不存在氯胺的相同组合物,通过确定在包含淀粉分解酶、淀粉和氯胺的组合物中的淀粉含量能够相对地测量减少量。可以通过为所述目的使用的常规装置来分析淀粉含量。可以使用其它监测工具,例如尺寸排阻色谱仪,其除含量外,还通过给出关于淀粉中分子量分布和不同分子量的淀粉混合物的相对分布的信息描述淀粉的质量。没有明确限定关于酶的活性和/或产生的作用机制。该机制可以至少部分降低或阻止酶催化淀粉分解的作用,并且不需要或排除对自身产生酶的微生物加以控制。
本发明所使用的纸浆可以是多种任何合适的纸浆或纸浆组合。纸浆可以来源于阔叶材(hardwood)、针叶材(softwood)或其组合。纸浆可以是原生的纸浆、再生纸浆或其组合。纸浆能够取自一种或多种来源,例如损纸、回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC)、混合的办公废纸(MOW)、光面纸(coated fine paper),打包混合纸(baled mixed paper)、分类办公用纸、脱墨级新闻纸(deinking grade newsprint),新闻空白纸(news blank)、纸板、含聚合物的纸板、打蜡纸板、箔纸板、打包瓦楞纸板、涂蜡瓦楞纸板、啤酒箱废弃物、双内衬牛皮纸、漂白牛皮纸、轻印刷漂白牛皮纸(lightly printed bleached kraft)、印刷漂白牛皮纸、彩色牛皮纸、牛皮纸、多层牛皮纸袋废料、含聚乙烯的多层牛皮纸废料(kraft multiwall polybagwaste)、载体浆料(carrier stock)、混合信封(新)、白色信封、带塑料窗的白色信封(plastic windowed white envelope)、彩色信封、带塑料窗的彩色信封、牛皮纸信封、带塑料窗的牛皮纸信封、印刷牛皮纸信封、带塑料窗的印刷牛皮纸信封、白色账簿纸(whiteledger)、白色账簿打印纸(manifold white ledger)、激光印刷的白色账簿纸、彩色账簿纸、彩色账簿打印纸、高级账簿纸、含碳账簿纸、无碳热加工账簿纸(carbonless thermalledger paper)、硬白(hard white)、混合标签卡(mixed tab card)、马尼拉标签卡(manilatab card)、彩色标签卡、马尼拉文件夹浆料、软白、磨木浆纤维、杂志、热熔性杂志(magazines with hot melt)、书籍、书籍浆料、蜡纸杯浆料、玻璃纸、无菌包装、固体纤维容器、或者它们的任意组合。淀粉可以存在于回收纸中,例如损纸、回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC),混合办公室废纸(MOW)、光面纸或其它印刷用纸,或者其它所述的回收纸,以及常见的包含淀粉的全部回收纤维素材料。纸浆可以包含至少约1.0重量%的消费后含量,至少约10重量%的消费后含量,至少约25重量%的消费后含量,至少约50重量%的消费后含量,至少约60重量%的消费后含量,至少约75重量%的消费后含量,至少约90重量%的消费后含量,至少约95重量%的消费后含量,至少约99重量%的消费后含量,或者至少约100重量%的消费后含量,基于干纸浆的总重量。
纸浆来源和/或纸浆可以包含任何所需含量的淀粉。例如,纸浆来源和/或纸浆可以包含淀粉的含量为至少0.1kg/吨(1吨是1公吨,等于2200磅)、至少约0.5kg/吨、至少约1kg/吨、至少约5kg/吨、至少约10kg/吨、至少约15kg/吨、至少约20kg/吨、至少约40kg/吨、至少约45kg/吨、至少约50kg/吨、至少约75kg/吨、至少约100kg/吨、至少约250kg/吨、大于约500kg/吨、或者包括所述含量中一个或多个的范围。淀粉可以以任何所需的量存在于纸浆中,基于干纸浆纤维的总重量。例如,存在于纸浆中的淀粉的含量可以为至少约0.001重量%、至少约0.01重量%、至少约0.05重量%、至少约0.10重量%、至少约0.50重量%、至少约1.0重量%、至少约5.0重量%、至少约10重量%、至少约15重量%、至少约25重量%、至少约50重量%或者包括所述含量中的一个或多个的范围,基于干纸浆纤维的总重量。例如,淀粉含量可以为至少约10重量%,其包括约2.0~约3.0重量%的湿部阳离子淀粉、约2.0~约5.0重量%的双面施胶浆料(size double sided stock)和约1.0~约4.0重量%的来自胶水的淀粉,基于干纸浆纤维的全部重量。存在于纸浆和/或生产用水中的淀粉可以是存在于纸浆中的淀粉(例如来自于回收来源例如包装和/或纸板的淀粉)造成的结果和/或加入纸浆和/或生产用水的其余淀粉造成的结果。
在纸浆处理之前、之后和/或期间,可以使用任何合适或所需的方法测量淀粉。可以例如通过尺寸排阻色谱法测量淀粉分子量(MW)的分布。本发明的方法可以使得回收自再生纤维以及原生纤维包装厂背景中的损纸的淀粉的数量和平均分子量增加。淀粉MW的增大帮助实现机械性质的提高。纸浆中的直链淀粉、支链淀粉和/或总淀粉的以道尔顿计的平均MW可以为至少1.0x103D、至少1.0x104D、至少1.0x105D、至少5.0x105D、至少1.0x106D、至少2.5x106D、至少5.0x106D、至少7.5x106D或至少1.0x107D。
淀粉可以是内源的和/或外源于纸浆来源和/或纸浆。可以在任何所需的时刻、位置或速率下向纸浆补充额外的淀粉。可以从任何来源或来源组合得到淀粉。可以使用任何类型的淀粉或淀粉组合。淀粉可以具有任何所需的含量和/或直链淀粉和支链淀粉的相对含量。例如,淀粉可以包含约5.0~约50重量%的直链淀粉和约50~约95重量%的支链淀粉、约10~约35重量%的直链淀粉和约65~约90重量%的支链淀粉、或者约20~约25重量%的直链淀粉和约75~约80重量%的支链淀粉,基于淀粉的总重量。淀粉可以包括阳离子淀粉、阴离子淀粉或其组合。淀粉可以是改性淀粉、未改性淀粉或其组合。改性淀粉可以包括例如羟乙基淀粉、羧甲基淀粉、糊精、酸处理的淀粉、碱处理的淀粉、漂白淀粉、氧化淀粉、酶处理淀粉、一淀粉磷酸酯、二淀粉磷酸酯、磷酸化二淀粉磷酸酯、乙酰化二淀粉磷酸酯、淀粉醋酸酯、乙酰化二淀粉己二酸酯、羟丙基淀粉、羟丙基二淀粉磷酸酯、羟丙基二淀粉甘油、淀粉钠辛烯基琥珀酸盐、乙酰化氧化淀粉、或者它们的任意组合中的一种或多种。
按照本发明,包含纸浆的生产用水具有非常少的淀粉分解细菌数量和/或其它细菌。淀粉分解细菌可以以小于约0.1菌落形成单位/克纸浆(干重(d.w.))、小于约10菌落形成单位/克纸浆(d.w.)、小于约1000菌落形成单位/克纸浆(d.w.)、小于约1.0x105菌落形成单位(cfu)/克纸浆(d.w.)、小于约1.0x106cfu/克纸浆(d.w.)、小于约1.0x108cfu/克纸浆(d.w.)、小于约1.0x1010cfu/克纸浆(d.w.)、小于约1.0x1012cfu/克纸浆(d.w.)、小于约1.0x1015cfu/克纸浆(d.w.)存在。本质上,按照本发明,控制淀粉分解细菌使得该细菌不会导致纸浆中的淀粉显著分解。例如,按照本发明,不会一次使原始存在的淀粉(当被加入生产用水时)的含量在由纸浆制成的纸中减少超过50重量%。换一种说法,在原始纸浆中的淀粉最初含量的至少50重量%可以成功进入由该纸浆得到的纸中,该比例可以是至少60重量%、至少70重量%、至少80重量%、至少90重量%、至少95重量%、例如60~99重量%。
本发明的方法可以包括控制或阻止淀粉酶的产生和/或活性(例如α-淀粉酶的产生和/或活性)。使用任何合适的技术或技术组合能够实施淀粉酶的控制或防止。例如,通过杀死能够产生淀粉酶的细菌或其它微生物或者禁止由细菌产生淀粉酶能够控制和/或防止淀粉酶的产生。采用所述的包括使用氧化剂例如NaOCl的双处理能够使外源淀粉酶例如α-淀粉酶失活,所述外源淀粉酶存在于引入造纸过程或其它过程的回收纸、损纸或其它材料中。能够抑制和/或降解所产生的或另外存在的淀粉酶(α-淀粉酶)。通过控制或防止,实现了以在上文段落中所描述的量保留了纸浆中的淀粉并最终进入所得到的纸。所指出的用氯胺和氧化剂(例如NaOCl)的双处理策略可以提供比使用不包括氧化剂(例如NaOCl)处理的类似方法制成的纸张强度更高的纸张。在备选方案中,当所述方法包括加入氧化剂(例如NaOCl)时,相比于用不包括氧化剂(例如NaOCl)处理的类似方法制成的纸张,提供相似水平的产物强度可能需要加入较少的强化助剂。
在本发明的方法中可以使用任何合适的氯胺或氯胺组合。氯胺可以包括一氯胺或其它氯胺或其任何组合。可以从任何合适的来源得到氯胺。可以使用例如购自BuckmanLaboratories International,Inc.的BUSPERSE 2454产品、BUSAN 1215产品和BUCKMAN1250产品作为前体(在漂白剂中和NaOCl的摩尔比为1:1)以形成氯胺。可以根据任何合适的方法制备氯胺。例如,可以通过记载于美国专利4,038,372、4,789,539、6,222,071、7,045,659号和7,070,751中的一项或多项技术制备氯胺,这些专利整体并入本文。可以形成氯胺作为能够引入生产用水的原液。可以在生产用水中原位形成氯胺。通过使至少一种铵盐和至少一种含氯氧化剂反应可以形成氯胺。通过使至少一种铵盐和次氯酸钠或次氯酸钙或这两者反应可以形成氯胺。例如,铵盐可以是溴化铵、硫酸铵、氢氧化铵、氯化铵或其组合。通过使摩尔比为1:1的铵盐和氯反应可以制备一氯胺。
在所述的本发明的双处理方法中可以使用任何合适的氧化剂或氧化剂组合作为用于减少或消除淀粉降解酶例如淀粉酶的氧化剂。在双处理方法中可以使用和一氯胺相容的或不相容的氧化剂。如上所述,NaOCl和一氯胺不相容,其中NaOCl释放与一氯胺反应的氯,并由此除去它。能够使用的和氯胺不相容的其它氧化剂是次卤酸盐化合物(例如OBr-)、通过卤素稳定剂例如卤代乙内酰脲(例如溴氯5,5-二甲基乙内酰脲或BCDMH)加入的卤素氧化剂、漂白DMH、漂白尿素等。例如,尽管本文阐述了NaOCl,但是可以使用其它碱金属次卤酸盐或碱土金属次卤酸盐,包括它们的任何组合。取决于具体材料,还可以以液体或固体微粒形式向生产用水中加入次卤酸盐。可以使用减少或除去淀粉降解酶有效的并且与一氯胺相容的氧化剂。相容性氧化剂不会释放和一氯胺反应的游离卤素。能够和一氯胺相容的氧化剂可以是二氧化氯(ClO2)、过氧化物例如过氧化氢(H2O2)、过氧乙酸(PAA)、高氟酸(perfluoric acid,PFA)或其它,以及它们的任何组合。
图1示出了使用氯胺处理包含纸浆的生产用水的方法,表示为包括步骤101~106的方法100。所述处理可以在造纸系统中的一个或多个阶段或位置进行。例如,所述处理可以在例如流浆箱的容器中进行。所述处理可以发生在流浆箱中、流浆箱上游、流浆箱下游或其任何组合。每个位置上多个引入位点可以是互换的。在具有打浆机和机械之间共用的单一水回路的系统中,引入位点的实例可以包括以下的一个或多个:打浆机、加水打浆机(pulper fill water)、卸料池、混合或机械池、流浆箱和/或白水(white water)。在具有定义为浆料制备部分和机械部分的两个水回路的系统中,引入位点的实例可以包括以下的一个或多个:浆料制备、打浆机、加水打浆机、卸料池、浆料池、浆料回路生产用水、造纸机、混合或机械池、流浆箱、损纸和白水。储存的损纸可以接收足够的处理。如果使用多条生产线(短/长),那么可以在至少一条生产线、在多于一条生产线、或者在全部生产线中保持处理。
用于处理纸浆的氯胺和/或前体的含量可以是恒定的或可变的。通过所述处理可以实现目标残留氯胺值或范围。例如,在包含纸浆的生产用水中,生产用水具有的残留氯胺含量可以为约0.1~约30ppm、约0.3~约15ppm、约0.5~约12ppm、约1.0~约10ppm、约2.0~约8.0ppm、约4.0~约7.5ppm、约5.0~约7.0ppm。如上所述,可以将该含量理解为氯等同物。这也适用于白水和/或各种滤液-高度澄清的、澄清的和混浊的。所述残留氯胺含量可以为基于24小时时间段的平均氯胺含量。氯胺相对于纸浆的含量可以是每吨干纸浆至少约0.10磅的氯胺(1吨=2200磅)、每吨干纸浆至少约0.30磅的氯胺、每吨干纸浆至少约0.75磅的氯胺、每吨干纸浆至少约1.0磅的氯胺、每吨干纸浆至少约1.25磅的氯胺、每吨干纸浆至少约1.6磅的氯胺、每吨干纸浆至少约2.0磅的氯胺、每吨干纸浆至少约2.5磅的氯胺、或每吨干纸浆至少约3.0磅的氯胺、每吨干纸浆至少约5.0磅的氯胺。氯胺相对于纸浆的含量可以为每吨(1吨=2200磅)干纸浆至少约50g氯胺、每吨干纸浆至少约150g氯胺、每吨干纸浆至少约350g氯胺、每吨干纸浆至少约500g氯胺、每吨干纸浆至少约700g氯胺、每吨干纸浆至少约800g氯胺、每吨干纸浆至少约1.0kg氯胺、每吨干纸浆至少约1.25kg氯胺、每吨干纸浆至少约1.5kg氯胺、每吨干纸浆至少约3.0kg氯胺或者每吨干纸浆至少约5.0g氯胺。
用氯胺处理纸浆可以是连续的、基本连续的、间歇性的、循环的、分批的或者其任何组合。可以重复处理任何所需次数,并且可以以恒定的或可变的时间段间隔开这些处理。向纸浆中加入氯胺和/或前体可以是连续的、基本连续的、间歇性的、循环的、分批的或者其任何组合。氯胺和/或前体的添加速率可以是恒定的或可变的。可以以任何方式例如通过倾倒、通过喷嘴(nozzle)、通过喷射(spraying)、通过下雾(misting)、通过垂落(curtain)、通过堰(weir)、通过喷泉(fountain)、通过渗滤、通过混合、通过注射或通过它们的任何组合向生产用水中加入氯胺和/或前体。可以处理生产用水任意时间段。例如,在基本连续或连续的情形中,该时间段例如为至少约6.0小时、至少约12小时、至少约24小时、至少约36小时、或者至少约7日、至少2周、至少1个月、至少2个月、至少3个月、从1日至6个月、从1日至12个月或更长。所加入的氯胺含量可以基于以下不同因素中的任一个或组合而变:例如淀粉浓度、淀粉酶浓度、微生物浓度、传导性、氧化还原电势、浊度、纸浆含量、阳离子浓度、阴离子浓度、钙离子浓度、挥发性脂肪酸(VFA)浓度和pH。
在用氯胺处理纸浆期间,生产用水可以具有恒定的或可变的pH。该pH可以是至少约5.0、至少约6.0、至少约6.0、至少约6.5、至少约7.0、至少约8.0、至少约10.0或至少约12。在用氯胺处理纸浆期间,生产用水可以具有恒定的或可变的温度。例如,温度可以是至少约5℃、至少约10℃、至少约20℃、至少约25℃、至少约30℃、至少约40℃、至少约50℃、至少约60℃或者至少约75℃。
在本发明中,实现了在生产用水中钙离子形成的最小化。这防止了造纸工艺的一个或多个组件和/或罐/反应器的结垢。更重要地,通过使钙离子的形成最小化,这意味着钙(例如碳酸钙)留在纸浆中并最终存在于所得到的纸制品中,并且这还意味着生产用水中钙离子浓度较低,由此实现在工艺的废水处理部分(例如蒸煮器和/或BOD系统)中控制(或防止)钙沉淀和/或结垢。“沉淀”可以指固体或不溶物沉降或落下,而“结垢”可以指形成沉积物的特定过程。例如,生产用水中Ca2+含量可以小于约5000ppm、小于约2500ppm、小于约1200ppm、小于约1000ppm、小于约800ppm、小于约500ppm、小于约250ppm、或者小于约100ppm、例如从10~5000ppm、从50~3000ppm、从100~2000ppm。特别是一旦从生产用水中基本或全部除去纸浆,并且在进入废水处理部分之前、例如在刚好进入蒸煮器或其它BOD处理装置之前所述钙浓度就是这种情形。
本发明的方法可以进一步包括形成包装纸/板。该包装纸/板可以具有任何所需的淀粉含量。例如,包装纸/板可以具有的淀粉含量为包装纸/板的至少约1.0kg/吨(1吨=2200磅)、至少约2.5kg/吨、至少约5.0kg/吨、或者至少约10.0kg/吨。可以使用任何合适的技术、例如跨度压缩测试(span compression test,SCT)耐破测试和/或环压/平压测试(ring crush/Concora test)测量使用本发明方法制造的包装纸/板和其它纸制品的强度。本发明还提供了使用本文所描述的方法的系统以及由本文所描述的方法制造的包装和其它纸制品。本文所描述的方法可以在需氧系统、厌氧系统或其任何组合中进行。
如上所述,本发明可以涉及在同一过程中以协同方式使用氯胺和次氯酸钠的方法。作为能够严格控制为保持淀粉酶水平非常低所需的感染水平的杀生物剂,氯胺(如一氯胺)可以在高需求系统中提供优异的成本效应。在直接测试中,氯胺作为氧化剂实质上没有表现出特异性地阻止淀粉酶活动的活性,尽管它对于其它淀粉酶是有活性的。在高需求的系统中,甚至在非常高的处理速率下NaOCl也是无效的杀生物剂。在直接测试中,NaOCl在阻止淀粉酶(以及常见的酶)活性方面是非常有效的。
为了提供这些协同效应,可以按本文所给出的剂量加入氯胺,并且可以按以下剂量加入用于控制淀粉降解酶的氧化剂(例如NaOCl):在处理溶液中实际需氯量的约10~约50重量%、或者约10~约45重量%、或者约15~约50重量%、或者约20~约40重量%。“需氯量(chlorine demand)”可以是在处理溶液中在和全部氯可反应的化合物(chlorine-reactable compound)的反应中会用尽而不会留下残留氯的总氯量。本文所述的氯胺和氧化剂(例如NaOCl)的剂量可以是向处理溶液中加入的相应活性物质的量,其不与处理溶液中的其它所述双重处理活性物质发生反应,并由此适用于处理该处理溶液。可以以水溶液形式加入氧化剂次氯酸钠(NaOCl)。在本文所述的方法中,可以以稀释水溶液形式、例如可以包含至多约15重量%氯(例如约1~约15重量%NaOCl),或者其它的浓度的水溶液形式使用NaOCl。
正如由本文示例中的实验结果所示的,实验室测试已经表明在包含淀粉酶的高需求溶液中以实际需氯量的10~50%加入NaOCl对于减少或除去淀粉酶活性是足够的。如上所述,可以提供双处理策略,其中使用NaOCl从过程中除去淀粉酶,而使用氯胺在该过程中消除感染和防止淀粉酶的产生。在过程中两种处理的组合导致效率高得多的处理,其中实现了两种处理的协同作用。氯胺减少感染和淀粉酶并使它们保持处于低水平,而NaOCl除去仍存在的任何淀粉酶,例如α-淀粉酶,从而防止淀粉降解并减少对于感染的养分可用性。淀粉酶可以随质量差的旧纸(潮湿的、污染的、发霉的)进入。氯胺通常不会对进入的淀粉酶产生任何影响。NaOCl也阻止进入该过程的外界淀粉酶的活动。外界淀粉酶的其它来源可以是从未处理的造纸机中引入的生产用水、替代新鲜水的重复利用的(部分)处理过的流出物。另一种淀粉酶的来源可以是再生纤维浆料池、脱墨纤维浆料池或损纸池,它们(偶尔)具有非常长的停留时间,这使得同样使用一氯胺的任何感染控制成问题;可以使用NaOCl从来自所述池的浆料中除去淀粉酶,并且它阻止含淀粉酶的生产用水遭受进一步污染。
图2示出了所给出的用氯胺和次氯酸钠双处理含具有天然淀粉的纸浆的生产用水的方法(表示为工艺200),其包括步骤201~210。如上所述,在用氯胺和不相容的氧化剂例如NaOCl或其它释放游离氯的氧化剂的方法中,氯胺和来自NaOCl的游离氯和/或其它不相容的氧化剂优选没有同时存在于生产用水中,因为氯胺和游离氯反应,导致这两种活性物质的破坏。因此,在经历处理的生产用水中优选使这两种活性物质保持彼此分开(或基本分开)。能够用不同方式实现在生产用水中氯胺和用作氧化剂的NaOCl(或其它不相容的氧化剂)的分离。可以在该过程中的不同位置处加入NaOCl(或其它不相容的氧化剂),并且因为随着这两种活性物质通过该过程进一步流动而被消耗,这会阻止它们混合。可以在同一位置上顺序加入NaOCl(或其它不相容的氧化剂)和氯胺,在它们各自的加入之间存在时间延迟。如果在加入NaOCl(或其它不相容的氧化剂)之前向生产用水中加入氯胺,那么能够控制NaOCl(或其它不相容的氧化剂)的延迟加入以使在先加入的氯胺的含量在约5ppm以下、或在1ppm以下、或低于检测限。通过合理地控制在NaOCl(或其它不相容的氧化剂)加入位置的上游加入氯胺,能够阻止在这些位置上氯胺的存在。在再生纤维系统中,通常氯胺的残留非常少。在停止氯胺处理之后,若氯胺残留存在,它会迅速消失。在停止氯胺加入后的合适的(可调节的)延迟后,可以投配NaOCl(或其它不相容的氧化剂)。如上所述,可以以需求以下(sub-demand)的浓度加入NaOCl(或其它不相容的氧化剂),其中游离氯在加入(或再加入)氯胺之前不会从其加入位置向前移动。在造纸过程中加入NaOCl(或其它不相容的氧化剂)的位置可以是打浆机或高浓池或者其它位置。在停止NaOCl(或其它不相容的氧化剂)的投配之后,因为可以采用需求以下的处理并没有存在残留,可以恢复氯胺的投配,例如即刻恢复。在NaOCl(或其它不相容的氧化剂)加入后重新加入氯胺可以是任选的,例如依赖于被处理的工艺系统的需求。在工业系统上实施的测试中已经成功地使用了氯胺和NaOCl的空间和时间分离,由此没有检测到这些活性物质相互的负面影响。实验性工业结果已经表明,用较低的氯胺添加速率能够获得的整个处理越有效,整个处理成本越低、新纸张的强度特性越好,或者可以获得这些的组合。实验性工业结果表明所述方法不仅提供了有效的杀生物剂/氯胺处理,而且增加了使用NaOCl的特定的双处理方法,该方法特别针对过程中的淀粉酶。
如上所述,本发明还涉及在需氧或厌氧蒸煮器中控制或阻止钙沉淀和/或结垢的方法,所述需氧或厌氧蒸煮器处理用于造纸的和包含被处理纸浆的钙的生产用水,所述方法包括在造纸过程中,用包括一氯胺的氯胺连续地处理包含所述纸浆的生产用水,使得所述生产用水在所述纸浆存在时具有残留氯胺含量,例如0.3~15ppm(或上文提到的其它残留含量),其中钙存在于所述纸浆中,然后由所述纸浆形成纸/纸板,并且在除去纸浆后,在一个或多个蒸煮器中处理所述生产用水。
本发明也涉及在生物需氧量减少(BOD)的系统中控制或阻止钙沉淀和/或结垢的方法,该系统处理用于造纸中和包含来自被处理纸浆的钙的工艺水,所述方法包括在造纸过程中,用包括一氯胺的氯胺连续地处理含所述纸浆的生产用水,使得所述生产用水在所述纸浆存在时具有0.3~15ppm(或者上文提到的其它残留含量)的残留氯胺含量,其中钙存在于所述纸浆中,然后由所述纸浆形成纸/纸板,并且在除去纸浆后,在所述BOD系统中处理所述生产用水以减少BOD。
在上述包括蒸煮器和/或BOD系统的方法中,纸浆去除后存在于生产用水的钙离子含量可以为5000ppm或更少、2000ppm或更少、1000ppm或更少、500ppm或更少、或者约10~500ppm(基于到达蒸煮器或BOD系统装置的生产用水)。
附加地或可替换地,本发明可以测量和控制化学需氧量(COD)。COD是一种确定或预测系统BOD的较快的测试方法。BOD测试花费数天,而COD测试的确定可需几分钟至数小时。能够使用的一个COD测试程序在Standard Methods–For the Examination of Waterand Wastewater,17th Ed.,Am.Public Health Assoc.et al,pp.5-12,where theChemical Oxygen Demand(5220B)/Open Reflux Method中有记载。因此,按照本发明,使用本发明的方法可以控制或减少COD需求。实质上,使用本发明的方法可以减少细菌可以食用的养分例如淀粉或淀粉的分解产物,因为使用本发明的方法淀粉被保留在纸浆中并最终被保留在纸中。
生产用水在进入蒸煮器或BOD系统装置时的残留氯胺浓度可以低得多,例如低于0.3ppm(例如0.00001ppm或更小、0ppm、0.01ppm或更小、0.1ppm或更小、0.001ppm或更小)等。
按照本发明,相比于纸浆中的淀粉含量和生产用水(刚从生产用水中分离纸浆之前-例如刚将纸浆置于筛网上),在含生产用水的纸浆中发现的最初淀粉含量在50重量%以内、在40重量%以内、在30重量%以内、在20重量%以内、在10重量%以内、在5重量%以内、或者在1重量%以内。换言之,按照本发明,通过所述方法保留了淀粉含量并且不会被细菌所降解或分解。
按照本发明,相比于在除去淀粉后生产用水的钙含量,在含生产用水的纸浆中发现最初钙含量(例如溶解钙,Ca2+)的ppm水平之间的差异为至多增加500ppm(+500ppm或更少),例如至多增加250ppm(+250ppm或更少)、至多增加100ppm(+100ppm或更少)、至多增加50ppm(+50ppm或更少),并且更优选地,钙含量减少,例如减少至少50ppm(-50ppm或更多)、减少至少100ppm(-100ppm或更多)、减少至少250ppm(-250ppm或更多)、减少至少500ppm(-500ppm或更多)、减少至少1000ppm(-1000ppm或更多)、减少至少2000ppm(-2000ppm或更多)、减少至少3000ppm(-3000ppm或更多),如上文所述,就生产用水中最初钙含量相对于最终该含量而言。
给出以下实施例以说明本发明的本质。然而,要理解本发明不限于在这些实施例中给出的具体条件或细节。除非另有声明,在这些实施例中,所提及的“吨”是公吨,并以“每吨”干纸浆为基础。
实施例
实施例1
此实施例阐明了本发明的优点中的一个或多个。在接收造纸废水(纸浆去除后)的排污设备(effluent plant)中使用新型厌氧蒸煮器。在本发明之前,报道过该设备因改沉淀和/或结垢导致厌氧蒸煮器性能下降,并且还报道过因沉淀和/或结垢堵塞蒸煮器。该设备必须关闭蒸煮器以清洗蒸煮器(污垢去除)。这对于设备而言造成了显著的故障时间和为清洗蒸煮器的计划外费用。设备操作员不能理解问题的原因或解决方案。本发明人提供了实验性尝试以确定本发明在该方面是否有效。处理了变成进入蒸煮器的废水的生产用水。特别地,在造纸厂的打浆机以及上唇板白水(WW)料仓(top ply whitewater(WW)silo)中用氯胺(主要是一氯胺)以300g/吨的量处理生产用水(包含纸浆)。这以连续的方式完成。测量打浆过程开始时(在流浆箱之前)生产用水中钙离子浓度(溶解于水中的)的含量,也测量在刚进入蒸煮器之前的钙浓度的含量,并且确定钙离子的差异。在采用本发明之前,钙离子浓度增加2000ppm。这是非常负面的、不希望的结果。当采用本发明的方法2~3日(连续地)后,再次确定钙浓度的差异,钙浓度的变化最终回到负2,500ppm。换言之,相比于在造纸厂中制浆开始时的钙含量,使在蒸煮器中溶解钙的含量下降了超过2500ppm。这是不可思议的转变,其阻止了蒸煮器的结垢。同时,由于减少了钙含量,所得到的污泥被认为是厌氧污泥而不是化学废弃物。
此外,在产生生产用水(废水)的制浆厂中,纸浆是再生纸浆(包括回收包装)并具有高淀粉含量。在使用本发明之前,如上所述,在处理纸浆过程中与水混合时的最初淀粉含量显著下降,使得由该纸浆形成的湿纸张具有显著减少的淀粉含量。本发明人发现淀粉正被淀粉分解细菌所分解。通过使用本发明的方法,除实现了控制钙沉淀和/或结垢外,本发明还通过控制细菌控制淀粉的消耗。作为结果,显著水平的淀粉的最初含量得以保持,并将其带入由该纸浆形成的纸中。
实施例2
此实施例阐明了本发明的优点中的一个或多个。在接受造纸废水(纸浆去除后)的排污设备(effluent plant)中使用厌氧蒸煮器。在本发明之前,报道过该设备因钙沉淀和/或结垢导致厌氧蒸煮器性能下降,并且也报道过因沉淀和/或结垢堵塞蒸煮器。该设备必须关闭蒸煮器以清洗蒸煮器(污垢去除)。这对于设备而言造成了显著的故障时间和为清洗蒸煮器的计划外费用。设备操作员不能理解问题的原因或解决方案。本发明人提供了实验性尝试以确定本发明在该方面是否有效。处理了变成进入蒸煮器的废水的生产用水。特别地,在造纸厂的打浆机的稀释水中用氯胺(主要是一氯胺)以300~600g/吨的量处理生产用水(包含纸浆),以及还在稠浆料分出之前以400~800g/吨的量处理。这以连续的方式完成。测量打浆过程开始时(在流浆箱之前)生产用水中钙离子浓度(溶解于水中的)的含量,也测量在刚进入蒸煮器之前的钙浓度的含量,并且确定钙浓度的差异。在使用本发明之前,钙离子浓度增加4000ppm。这是非常负面的、不希望的结果。当(连续地)采用本发明的方法2~3日后,再次确定钙浓度的差异,并且钙浓度的变化最终回到负700ppm。换言之,相比于在造纸厂中制浆开始时的钙含量,使在蒸煮器中溶解钙的含量下降了超过500ppm。这是不可思议的转变,其阻止了蒸煮器的结垢。同时,由于减少了钙含量,所得到的污泥被认为是厌氧污泥而不是化学废弃物。
实施例3
进行实验测试以评价向包含淀粉酶(包括α-淀粉酶)的高需求溶液加入NaOCl的效果。
在下文所述的实验中,使用合成的α-淀粉酶底物(从(爱尔兰)得到的“RED-STARCH”)和开发的测试步骤测量淀粉酶活性,所述测试步骤允许将该底物应用于包括含纤维素的样品的复杂的造纸厂工艺水中。
为测试造纸厂样品的α-淀粉酶活性而开发的所述测试步骤包括通过向50mL的0.5M KCl溶液(7.45g/100ml)中加入1g粉末状RED-STARCH底物来制备底物,和边剧烈摇动边加热至60℃直至溶解。所制备的底物可以立刻使用或在冰箱中储藏待用。以300mMCaCl2.2H2O溶液(39.2g/l)的形式制备浓缩的分析缓冲液,使用时在测定中将其稀释200倍。可以对从造纸厂回收的任何液体样品进行分析。高湿度的样品可能干扰最终的测量步骤。因此,可以使含纤维的样品通过纸滤器过滤,并且可以通过从样品中压榨液体回收高稠度样品中的液体。为了对样品进行分析,可以将30μl分析缓冲液、3ml RED-STARCH底物溶液和3ml测试样品溶液加入35ml的测试瓶中,混合并将瓶和内含物置于在恒定温度(35-40℃)下培养30分钟。通过加入10ml乙醇(变性的)或甲醇并剧烈摇动来终止反应,然后使瓶及其内含物静置2分钟,再通过纸滤器过滤内含物。可以通过过滤除去高分子量的材料。使用10ml注射器使过滤后的液体流过0.22μm或0.45μm的一次性滤筒。将流过滤筒的液体加入分光光度计比色皿,使用分光光度计测量反应溶液和单独的反应空白的吸光度(OD)。通过首先向测试瓶中加入10mL乙醇或甲醇、然后加入30μl分析缓冲液、3mL红色淀粉底物溶液和3mL测试溶液来制备空白,并如上所述制备测量样品。分光光度计可以是Hach DR/890比色计(Hach Company,Loveland Colorado)或其它分光光度计装置。可以测量吸光度作为光密度(OD)。在用α-淀粉酶培养RED-STARCH底物时,在向反应混合物中加入醇时,底物能够被分解产生低分子量染色片段,其保留在溶液中。在测试样品中,OD的测量值和α-淀粉酶活性直接成比例。大多数分光光度计具有以OD(吸光度)为单位读数的刻度,其是对数刻度。可以将用户编辑程序输入DR/890装置,这包括选择510nm波长测量吸光度、使用水作为空白(OD=0)和通过向水中加入少量2508(Buckman Laboratories,Belgium)来制备最大α-淀粉酶活性的样品并在分析中使用(可测量的最大OD为约25)。使用该程序得到的范围非常宽,并对于全部造纸厂样品可以是足够的。使用该测试程序,造纸厂样品通常具有范围为1~7的吸光度值。如果样品给出最大读数,那么可以在水中进行稀释以确定更精确的数值。结果可以表示成实际值或程序最大读数的百分比,该程序最大读数为25。下文表1中的结果示出了以最大读数的百分比计的α-淀粉酶活性的结果。
在所进行的测试中,使用取自涂布造纸机的打浆机储水罐的没有用氧化程序处理的生产用水。首先,确定该生产用水的实际氯和一氯胺(NH2Cl)的需求(表1)。以1/1000的混合比向该生产用水中加入商用α-淀粉酶(2508)。由该混合物制备了30mL样品,向该样品中加入了如下表1所示的低于需求量的NaOCl和一氯胺。在α-淀粉酶底物RED-STARCH和反应缓冲液加入之前使这些样品在40℃下培养15分钟。在40℃下30分钟接触时间后,通过加入醇(变性的乙醇或甲醇)来停止该反应,如上文所述的方法中所描述的,确定每个样品的剩余相对α-淀粉酶活性(表1)。
表1
实验结果表明向含α-淀粉酶的高需求溶液中加入实际氯需求的10%和50%之间的NaOCl对降低α-淀粉酶活性是有效的。向相同样品中加入一氯胺对α-淀粉酶活性没有显著影响。
实施例4
该实施例给出了用于研究在纸浆中与纤维素纤维紧密结合的淀粉存在的实验测试。使用在溶液中基于化学需氧量(COD)测量的淀粉定量的实验测试。通常使用碘实现淀粉定量。使用该方法的问题在于它只对构型正确的完整的、高分子量的淀粉起作用。用碘不能检测或测量不同程度降解为较小分子量淀粉、糖低聚体或单糖的淀粉分子。为了克服这一问题并得到定量淀粉和降解产物的更有效方法,可以使用化学需氧量(COD)测量。特别是当淀粉被认为是溶液中仅有的或主要的COD贡献分子时,该方法可以给出非常精确的且可重复的数值,而不会受到淀粉降解度的影响。
在纸浆样品中,例如,能够确定淀粉是否存在于紧密结合于纤维素纤维的纸浆样品中是重要的。为了确定这点,在实验室中制备纤维样品,或者在线分析工业纤维样品。同时使用400微米筛孔和有效的纸滤器通过在筛网上过滤来回收不同悬浮液的纸浆,并使其重新悬浮于自来水中。再次过滤纸浆并使其再次重新悬浮于自来水中。使以此制备的纸浆样品经历α-淀粉酶活动,并在充分的培养时间后再次过滤。同样,再次过滤没有用酶处理的对照样品。最后,确定在这两种(2)最终(第三)滤液和原滤液中的COD,作为结合于纤维素纤维的淀粉的量度。
对于由卡板箱(1%的纤维稠度)制备的实验室样品,得到了以下实验结果:
-未清洗的纸浆在过滤时产生不含α-淀粉酶的原滤液(primary filtrate),原滤液的COD>500ppm。该COD是在纸板盒打浆后释放至溶液的有机材料。这种COD的大部分由淀粉及其各种降解产物和没有紧密结合纤维素纤维的有机材料组成;
-在水中再次悬浮的纤维的第三滤液不包含任何α-淀粉酶,在最后一次过滤前将纤维在过滤前在40℃下在悬浮液中保持1小时:第三滤液的COD<70ppm。在2个清洗循环后,几乎不再有COD从保留在过滤器上的纤维素材料中机械地释放出。
-将纤维的第三滤液再次悬浮于水中,在最后一个循环期间,向悬浮液中加入α-淀粉酶并在过滤前设定在40℃下1小时的接触时间:第三滤液的COD>500ppm,向最后的纤维悬浮液中加入α-淀粉酶使大量有机材料从纤维素纤维中释放,这些纤维素纤维通过简单的机械手段不能被除去。基于淀粉酶对作为底物的淀粉的特异性,假定从纤维中所释放的COD是淀粉是符合逻辑的。
在最终的测试中,校正了因酶的加入而增加的COD的实际COD测量以得到从纤维悬浮液中释放的实际COD。
在进入第三滤液的淀粉酶活动后释放的COD的实际含量和从原纤维悬浮液释放的COD含量相似。基于这一观察结果,可以得出在回收板纸浆中高达50%或更多的全部淀粉可以存在于和纤维素纤维结合的复合物中,通过简单的机械作用例如二次浆化不会破坏这些复合物。
从这些实验测试结果明显看出纸板盒中存在的全部COD/淀粉中很大百分比作为淀粉紧密结合于纤维。例如通过使用NaOCl和氯胺的所述双处理方法保护淀粉免遭淀粉酶降解使淀粉和纤维保持紧密结合,并将其有效地转移至由来自纸板盒的再生纸浆制造的新纸张中。取决于所测试的材料和所使用的实验条件,这会对应于纸板盒中几乎50%的淀粉随纤维转移。
实施例5
在工业造纸厂中进行了工业试验以研究使用氯胺和NaOCl的双处理方法对在不同等级纸的制造中的纸浆的有效性。在该试验过程中,调节由已经经历上述双处理的纸浆制成的纸张的施胶压榨淀粉的用量,使得强度保持为和由没有接受双处理的纸浆制成的纸张所达到的几乎相同。为了实现这点,对在试验期间中施胶压榨淀粉的效用和在试验期间之外制造的类似产品作了比较。同样,在试验期间监测了其它变量,例如填料(CaCO3)变化。填料的任何增加通常也被认为会导致强度性质的下降。在试验期间,从试验结果看出,在不同等级纸的制造中能够显著降低施胶压榨中淀粉的效用,而保持了和未经双处理制造的纸张几乎相同的纸强度。此外,可以看出对于由已经接受双处理的纸浆制造的纸张,填料保留率显著增大,而与此同时强度得到保持或稍微增加,即使在施胶压榨中降低淀粉效用时也是如此。
本发明包括以任何顺序和/后任何组合的以下方面/实施方式/特征:
1.一种保护纸浆中存在的淀粉的方法,其包括:在具有流浆箱的造纸过程中,用包括一氯胺的氯胺处理包含所述纸浆的生产用水,使得在所述流浆箱中所述生产用水具有0.3~15ppm的残留氯胺含量,其中淀粉以至少0.001重量%的含量存在于所述纸浆中,基于干纸浆纤维的重量。
2.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其包括用所述氯胺连续地处理所述包含所述纸浆的生产用水。
3.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,用磨浆成型器代替所述流浆箱。
4.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述纸浆来源于回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC)、混合办公室废纸(MOW)、光面纸或其任何组合。
5.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述纸浆来源于包含每吨至少20kg淀粉的光面纸、回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC)、和/或混合办公室废纸(MOW)。
6.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其进一步包括形成包装纸/板,所述包装纸/板的淀粉含量为至少5kg/吨包装纸/板。
7.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中控制或防止淀粉酶、例如α-淀粉酶的产生。
8.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中淀粉分解细菌以小于约1.0x1015cfu/g干纸浆的含量存在于所述生产用水中。
9.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中淀粉分解细菌以小于约1.0x1010cfu/g干纸浆的含量存在于所述生产用水中。
10.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中淀粉分解细菌以小于约1.0x105cfu/g干纸浆的含量存在于所述生产用水中。
11.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述连续处理包括至少12小时。
12.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述连续处理包括至少24小时。
13.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述连续地处理包括至少36小时。
14.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述连续地处理包括至少7日。
15.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述生产用水中的Ca2+离子水平为小于1200ppm。
16.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述生产用水中的Ca2+离子水平为小于1000ppm。
17.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述生产用水中的Ca2+离子水平为小于800ppm。
18.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述处理发生在所述流浆箱中或所述流浆箱的上游。
19.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述氯胺形成为引入到所述生产用水的原液(stock solution)。
20.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中在所述生产用水中原位形成所述氯胺。
21.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中通过使至少一种铵盐和至少一种含氯的氧化剂反应形成所述氯胺。
22.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中通过使至少一种铵盐和次氯酸钠或次氯酸钙或这两者反应形成所述氯胺。
23.使用前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法制造的包装纸/或板。
24.一种在造纸过程中在纸浆中控制微生物和保护淀粉的方法,其包括用杀生物剂和氧化剂双处理含纸浆的生产用水,其中所述杀生物剂减少能够产生淀粉降解酶的微生物,并且所述氧化剂降低淀粉降解酶对所述纸浆的淀粉内含物的酶活性。
25.一种保护存在于纸浆中的天然淀粉的方法,其包括在造纸工艺中,处理包含具有纤维素和天然淀粉的复合物或聚集体的纸浆的生产用水,其中所述处理包括向所述生产用水中分别加入氯胺和氧化剂,其中相比于没有使用所述氧化剂处理的所述生产用水,所述经处理的生产用水中的淀粉降解酶内含物得以减少。
26.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述淀粉降解酶内含物是淀粉酶内含物。
27.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述氧化剂是次氯酸钠。
28.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述纸浆来源于回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC)或损纸。
29.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中防止淀粉酶、例如α-淀粉酶的产生。
30.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述加入所述次氯酸钠或其它氧化剂包括以所述生产用水的实际氯需求的约10~约50%加入所述次氯酸钠或其它氧化剂。
31.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中向所述生产用水中分别加入所述氯胺和所述次氯酸钠或其它氧化剂包括向所述生产用水中加入氯胺,并且延迟后,然后向所述生产用水中加入所述次氯酸钠或其它氧化剂。
32.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中所述次氯酸钠或其它氧化剂的加入发生在打浆机或高浓池(high density chest)中。
33.使用前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法制造的包装纸/板。
34.一种在需氧或厌氧蒸煮器中控制或阻止钙沉淀和/或结垢的方法,所述需氧或厌氧蒸煮器加工在造纸中使用的并且包含来自成浆过程的钙的生产用水,所述方法包括在造纸工艺中,用包括一氯胺的氯胺连续地处理包含所述纸浆的生产用水,使得所述生产用水在所述纸浆存在时具有0.3~15ppm的残留氯胺含量,其中钙存在于所述纸浆中,并且然后由所述纸浆形成纸/纸板,并且在纸浆去除后,在一个或多个蒸煮器中加工所述生产用水。
35.一种在减少生物需氧量(BOD)的系统中控制或阻止钙沉积和/或结垢的方法,所述减少生物需氧量(BOD)的系统加工用于造纸中的并且其包含来自成浆过程的钙的生产用水,所述方法包括在造纸过程中,用包括一氯胺的氯胺连续地处理包含所述纸浆的生产用水,从而使得所述生产用水在所述纸浆存在时具有0.3~15ppm的残留氯胺含量,其中钙存在于所述纸浆中,并且然后由所述纸浆形成纸/纸板,并且在纸浆去除后,在所述BOD系统中加工所述生产用水以减少BOD。
36.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以5000ppm或更少的含量存在。
37.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以2000ppm或更少的含量存在。
38.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以1000ppm或更少的含量存在。
39.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以500ppm或更少的含量存在。
40.前述或以下任何的实施方式/特征/方面中的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以约10~500ppm的含量存在。
本发明可以包括在上下文中如句子和/后段落中阐述的这些各个特征或实施方式的任何组合。本文所公开的特征的任何组合被认为是本发明的一部分,并且对于组合特征不希望进行任何限制。
申请人明确地将所有引入的参考文献的全部内容并入本公开中。另外,当以范围、优选范围,或优选上限值和优选下限值列表(list)的形式给出数量、浓度或其它值或参数时,应该理解为,无论是否单独公开,都具体披露了由任何一对任意上限或优选值和任意下限或优选值所形成的所有范围。当本申请叙述数值范围时,除非另外指出,该范围包括其端点,以及该范围中所有的整数和分数。当定义一个范围时,并不意图将本发明的范围限制到所叙述的特定值。
通过考虑本说明书以及本申请所披露的本发明的实践,本发明的其它实施方式对本领域技术人员是显而易见的。其意指应该将本说明书和实施例看作仅是示例性的,本发明的真正范围和实质由所附权利要求书及其等同物所揭示。

Claims (41)

1.一种保护纸浆中存在的淀粉的方法,其包括:在具有流浆箱或磨浆成型器和包含纸浆的生产用水的造纸过程中,其中所述生产用水容易受到淀粉酶和淀粉分解细菌的产生的影响,用包括一氯胺的氯胺处理包含纸浆的生产用水,使得在所述流浆箱或磨浆成型器中所述生产用水具有0.3~15ppm的残留氯胺含量,并且用至少一种氧化剂进一步处理包含所述纸浆的所述生产用水,其中在所述处理之前和之后,原有的淀粉以至少0.001重量%的含量存在于所述纸浆中,基于干纸浆纤维的重量,以及
其中基于所述生产用水中所测量的钙离子含量添加所述氯胺,
其中所述处理包括连续处理至少1个月并保持所述残留氯胺含量,以及
其中控制或阻止淀粉酶的产生,使得淀粉分解细菌以小于1.0x1015cfu/g干纸浆的含量存在于所述生产用水中。
2.权利要求1所述的方法,其中所述纸浆来源于回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC)、混合办公废纸(MOW)、光面纸或其任何组合。
3.权利要求1或2所述的方法,其中所述纸浆来源于包含每吨至少20kg淀粉的光面纸、回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC)和/或混合办公废纸(MOW)。
4.权利要求1或2所述的方法,其进一步包括形成包装纸/板,所述包装纸/板的淀粉含量为至少5kg/吨包装纸/板。
5.权利要求1或2所述的方法,其中淀粉分解细菌以小于1.0x1010cfu/g干纸浆的含量存在于所述生产用水中。
6.权利要求1或2所述的方法,其中淀粉分解细菌以小于1.0x105cfu/g干纸浆的含量存在于所述生产用水中。
7.权利要求1或2所述的方法,其中所述连续处理包括至少12小时。
8.权利要求1或2所述的方法,其中所述连续处理包括至少24小时。
9.权利要求1或2所述的方法,其中所述连续地处理包括至少36小时。
10.权利要求1或2所述的方法,其中所述连续地处理包括至少7日。
11.权利要求1或2所述的方法,其中所述生产用水中的Ca2+离子水平为小于1200ppm。
12.权利要求1或2所述的方法,其中所述生产用水中的Ca2+离子水平为小于1000ppm。
13.权利要求1或2所述的方法,其中所述生产用水中的Ca2+离子水平为小于800ppm。
14.权利要求1或2所述的方法,其中所述处理发生在所述流浆箱中或所述流浆箱的上游。
15.权利要求1或2所述的方法,其中将所述氯胺形成为引入至所述生产用水的原液。
16.权利要求1或2所述的方法,其中在所述生产用水中原位形成所述氯胺。
17.权利要求1或2所述的方法,其中通过使至少一种铵盐和至少一种含氯的氧化剂反应形成所述氯胺。
18.权利要求1或2所述的方法,其中通过使至少一种铵盐和次氯酸钠或次氯酸钙或这两者反应形成所述氯胺。
19.使用前述权利要求中任一项的方法制造的包装纸/或板。
20.一种在造纸过程中在纸浆中控制微生物和保护淀粉的方法,其包括用杀生物剂和氧化剂双处理含纸浆的生产用水,其中用杀生物剂处理所述生产用水,并且用氧化剂进一步处理所述生产用水,其中所述杀生物剂减少能够产生淀粉降解酶的微生物,并且所述氧化剂降低淀粉降解酶对所述纸浆的淀粉内含物的酶活性。
21.一种保护存在于纸浆中的天然淀粉的方法,其包括在造纸工艺中,处理包含具有纤维素和天然淀粉的复合物或聚集体的纸浆的生产用水,其中所述处理包括向所述生产用水中分别加入氯胺和氧化剂,其中用氯胺处理所述生产用水,并且用氧化剂进一步处理所述生产用水,其中相比于没有使用所述氧化剂处理的所述生产用水,所述处理的生产用水中的淀粉降解酶内含物得以减少。
22.权利要求21所述的方法,其中所述淀粉降解酶内含物是淀粉酶内含物。
23.权利要求21或22所述的方法,其中所述氧化剂是次氯酸钠。
24.权利要求21所述的方法,其中所述纸浆来源于回收包装、旧瓦楞纸箱(OCC)或损纸。
25.权利要求21所述的方法,其中所述方法防止淀粉酶的产生。
26.权利要求23所述的方法,其中所述加入所述次氯酸钠包括以所述生产用水的实际氯需求的10~50%加入所述次氯酸钠。
27.权利要求23所述的方法,其中向所述生产用水中分别加入所述氯胺和所述次氯酸钠包括向所述生产用水中加入氯胺,并且延迟后,然后向所述生产用水中加入所述次氯酸钠。
28.权利要求23所述的方法,其中所述次氯酸钠的加入发生在打浆机或高浓池中。
29.使用权利要求21-28任一项所述的方法制造的包装纸/板。
30.一种在需氧或厌氧蒸煮器中控制或阻止钙沉淀和/或结垢的方法,所述需氧或厌氧蒸煮器加工在造纸中使用的并且包含来自被处理纸浆的钙的生产用水,所述方法包括在造纸工艺中,用包括一氯胺的氯胺连续地处理包含所述纸浆的生产用水,使得所述生产用水在所述纸浆存在时具有0.3~15ppm的残留氯胺含量,并且用至少一种氧化剂进一步处理包含所述纸浆的所述生产用水,其中钙存在于所述纸浆中,并且然后由所述纸浆形成纸/纸板,并且在纸浆去除后,送至一个或多个蒸煮器加工所述生产用水。
31.一种在减少生物需氧量(BOD)的系统中控制或阻止钙沉积和/或结垢的方法,所述减少生物需氧量(BOD)的系统加工用于造纸中的并且包含来自被处理纸浆的钙的生产用水,所述方法包括在造纸过程中,用包括一氯胺的氯胺连续地处理包含所述纸浆的生产用水,从而使得所述生产用水在所述纸浆存在时具有0.3~15ppm的残留氯胺含量,并且用至少一种氧化剂进一步处理包含所述纸浆的所述生产用水,其中钙存在于所述纸浆中,并且然后由所述纸浆形成纸/纸板,并且在纸浆去除后,在所述BOD系统中加工所述生产用水以减少BOD。
32.权利要求30所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以5000ppm或更少的含量存在。
33.权利要求30所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以2000ppm或更少的含量存在。
34.权利要求30所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以1000ppm或更少的含量存在。
35.权利要求30所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以500ppm或更少的含量存在。
36.权利要求30所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以10~500ppm的含量存在。
37.权利要求31所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以5000ppm或更少的含量存在。
38.权利要求31所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以2000ppm或更少的含量存在。
39.权利要求31所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以1000ppm或更少的含量存在。
40.权利要求31所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以500ppm或更少的含量存在。
41.权利要求31所述的方法,其中纸浆去除后存在于所述生产用水中的所述钙离子以10~500ppm的含量存在。
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