JP2004503768A - バイオフィルム及び他の付着物のためのバイオセンサー及び付着センサー - Google Patents

Abstract

クーポン上の、バイオフィルムのような、有機及び無機汚染物質の付着を測定するための方法及び装置が開示される。該方法及び装置は、溜めタンク内の重量センサーからつるされたクーポンを含む。溜めタンクは、予め決定された時間、クーポンの表面上を流れる流体試料を受け取るための流体入口手段を含み、流体試料中に存在する汚染物質をクーポン表面上に付着させる。規則的な間隔で、溜めタンクが排出され、そしてクーポンを乾燥させ、そして秤量されることが許容される。クーポンの表面上に付着した汚染物質の量を、クーポンの重量をその以前の重量と比較することによって決定する。重量センサーに結合しているコンピューターシステムが一連の重量を分析し、そして時間−付着量のグラフを与える。本発明は、有効で最適の殺生物剤による白水処理をパルプ及び製紙プロセスにおいてなすことを可能にするために十分に自動化でき、そして装置の表面上に汚染物質の付着するのを防止するために有効な殺生物剤を選別する際に使用するために十分に適している。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、生物学的物質の生長、並びにクーポン上の有機及び無機汚染物質の付着を測定するための方法及び装置、並びに生物学的物質の生長、並びにクーポン上の有機及び無機汚染物質の付着を調節するために有用な薬剤の選別のための方法及び装置に関する。さらに特別には、本発明は生物学的物質の生長、並びにクーポン上の有機及び無機汚染物質の付着を測定するための方法及び装置に関する。
【０００２】
関連する技術の背景
多くの産業上のプロセス、例えばパルプ及び紙の製造は、水及び／又は他の液体物質をプロセス工程中に利用する。そのようなプロセス液は典型的に、バクテリアの生長を促進する炭素及び栄養の優秀な供給源である。例えばペーパーミルにおいて、バクテリアのフィルム（バイオフィルム）が、製造中に使用されるプロセス装置の鋼表面上に望ましくなく、かつ容易に形成される。そのようなバイオフィルムは典型的に保護エキソ多糖類（スライム）を伴い、そしてこれらの装置の表面とプロセス水流れとの界面に発生する。さらに、無機汚染物質、例えば炭酸カルシウム（スケール）及び有機汚染物質はしばしばそのような表面に付着する。これらの有機汚染物質は典型的にはピッチ（例えば木材からの樹脂）及び粘着性物質（例えば、にかわ、接着剤、テープ及びワックス粒子）として知られている。
【０００３】
バイオフィルムの生長並びにこれらの無機及び有機汚染物質の付着は、そのような装置の効率に悪影響し得る製品の品質の減少、操作効率の減少及びシステム内の一般的な困難性のいずれをも生じる。有機汚染物質のコンシステンシーレギュレーター及び他の装置プローブ上への付着は、これらの部品を役に立たなくするかもしれず、そしてスクリーン上の付着はシステムの生産量及びアップセットの運転を減じ得る。この付着は、システム内の金属表面のみならず、機械のワイヤ、フェルト、フォイル、Ｕｈｌｅボックス及びヘッドボックス部品のようなプラスチック又は合成の表面上にも起こり得る。これらの付着によって提起される困難性は、汚染された表面の効率への直接的干渉（生産の減少を生じる）、並びにコーティング、加工又は印刷等の、その後の操作のための紙の品質及び有用性を減じる穴、ごみ、及び他のシートの欠点を含む。
【０００４】
結果として、パルプ及びペーパーミル装置表面上のそのような付着の蓄積を防止し、及び除去する方法は産業上で非常に重要なものである。抄紙機はクリーニングのために停止され得るが、これは機械の生産性の損失を必然的に生じるので望ましくない。さらに、そのようなクリーニングの前に製造された製品は、ばらばらになって製品シート内に混入する付着物からの汚染物質によって、品質が乏しい。同様に、そのような付着物の除去は、そのような付着物の除去の前に製造される品質が乏しい製品の形成を必然的に生じる。そのような汚染物質の付着を防止することは、それが一貫して高品質の生成物が効率的な様式で製造されることを許容するので非常に好ましい。
【０００５】
さらに、スライム及び他の付着物の金属表面上への付着は、そのような表面の腐食、及びパルプ及びペーパーミルシステムの汚れ又は閉塞の両方を促進する。典型的に、付着物は製造された紙の中に混入され、そして抄紙機上にブレークアウトを生じ、結果として作業の停止及び製造時間の損失を生じる。これらの付着は見苦しい欠点を最終生成物中に生じ、不合格品及びむだな生産品を生じる。
【０００６】
これらの汚染の問題は、殺生物剤のような汚染制御剤をパルプ及び製紙ミルシステムにおいて使用される水の中に広範囲に利用する原因となっている。そのような用途における広く行き渡った使用を享受する薬剤は、塩素、有機水銀剤、塩素化フェノール、有機臭素、及び種々の有機硫黄化合物を含み、これらの全ては一般に殺生物剤として有益であるが、これらのそれぞれは種々の障害を伴う。特に、Ｎｇｕｙｅｎへの米国特許第５５３６３６３号に記述されるように、ポリビニルアルコール及びゼラチンを含む組成物の使用は、パルプ及び製紙システムにおける有機汚染物質の付着を制御するために十分に適していることが見いだされている。さらに、温度、ｐＨ、及び有機及び無機物質の存在のような条件は、製造プロセス間及び製造プロセス内で大きく変化し、これらの種々の条件下で機能するプロセス装置上に形成されるそのような物質の生長を破壊及び制御するために役立つ薬剤の必要性を生じる。
【０００７】
プロセス水流れ内のバイオフィルム及び他の汚染物質の存在を、Ｔｈｏｒｎｅへの米国特許第２０９００７７号、Ｓａｕｅｒらへの５０４９４９２号、及びＷｅｔｅｇｒｏｖｅらへの５１５５５５５号及び５２６４９１７号、Ｚｅｉｈｅｒらへの６０１７４５９号、Ｋｒａｕｓらへの６０５３０３２号に記述されている方法及び装置によってモニターすることが知られている。これらは製造プロセス中の水のサンプリングを考慮に入れている。
【０００８】
これらの文献によって示されているように、プロセス水流れ内の汚染物質の存在を決定るうための既知の方法及び装置は、クーポンとして本技術において既知の基体を一定時間プロセス水流れと接触させること、基体を流れから取り出すこと、そして次にクーポンを分析にかけることを含む。そのような分析は典型的には汚染と顕微鏡法、視覚検査、又は光透過を含む。しかし、これらの方法及び装置のそれぞれは、流動的な試料からクーポンが取り出され、そしてヒトによる分析にかけられることが必要であるというような欠点を有する。さらに、ある種の方法、例えば汚染及び顕微鏡法の質は、そのような方法が試験デザインの一部であるときにそれらによって得られる結果を再現することを困難にする。
【０００９】
従って、プロセス水流れ内のクーポン上のバイオフィルム及び他の汚染物質の付着を連続及び自動的に量的測定ができ、そして汚染物質の付着を制御するために有用な薬剤の調査を可能とする、方法及び装置に対する必要性が存在する。
【００１０】
発明の概要
本発明の方法面において、本発明は、クーポン上の有機及び無機汚染物質の付着を測定するための方法を提供する。本方法は、（ｉ）クーポンを流体試料内に支持する工程、（ｉｉ）流体試料とクーポンとを分離する工程、及び（ｉｉｉ）クーポンの重量を量る工程を含む。クーポンの重量は、流体試料内に存在する汚染物質がクーポン上に付着する場合に増加する。
【００１１】
本発明はまた、重量測定前に予め決定された期間、クーポンを乾燥させる工程を含むことができ、そしてクーポンの重量を流体試料内にクーポンを支持する前に測定する工程を含むことができる。予め決定された間隔で連続重量測定値がとられ、そしてこれらの連続重量測定値の間の差が記録されることができる。さらに、流体試料をクーポンから排出することによって、クーポンを流体試料（クーポンを横切る流れとして与えることができる）から分離することができる。汚染物質制御剤、例えば殺生物剤をも、源の中のバイオフィルムのような汚染物質の存在を制御するために、手動で、又は自動的に流体試料の源に加えることができる。
【００１２】
本発明の他の面において、クーポン上のバイオフィルムのような汚染物質の付着を測定するための装置が与えられる。該装置は、
クーポンを受け取るための溜めキャビティーを定義する溜めタンク、
溜めキャビティーと流体連絡している流体入口手段、
溜めキャビティーと流体連絡している流体出口手段、
溜めキャビティー内にクーポンを支持するために適合しているクーポンサスペンション部材、及び
クーポンサスペンション部材に連結している重量センサーを含む。
【００１３】
該流体試料はクーポンサスペンション部材によって支持されているクーポンと接触する。
該装置はさらに、クーポンサスペンション手段によって支持される実質的に細長い平面クーポンを含むことができ、そして重量センサーから受け取ったデータを計算できるクーポン及びその上にあるかもしれない汚染物質の付着の重量を決定できる重量センサー手段と関連するコンピューターシステムを含むことができる。溜めタンクは、流体試料を溜めキャビティーから排出するためのバルブを含むことができる。
【００１４】
さらに、該装置は溜めタンクと流体連絡している第１の流体循環ラインをさらに含み、第１の流体循環ラインは流体試料が溜めタンクに入ることを許容する。さらに、該装置は、溜めタンクと流体連絡している第２流体循環ラインをさらに含むことができ、この場合該第２流体循環ラインは流体試料が溜めタンクを出るのを許容する。流体源から流体試料を溜めタンクに排出するためにポンプも含まれ得る。
【００１５】
図面の簡単な説明
図１は、本発明のシステム及び方法の図である。
発明の詳細な説明
本発明は、プロセス水流れ内の有機及び無機汚染物質のバイオフィルムの生長及び付着（そのような生長及び付着を以降汚染物質を呼ぶ）をモニターするために、並びに装置表面上に汚染物質の付着を制御するために役立つ、殺生物剤のような、汚染物質制御剤をスクリーニングするために、十分に適している。そのような汚染物質としては、例えば、バクテリア、真菌、黴、酵母、藻、珪藻、原生動物及び大藻類（ｍａｃｒｏａｌｇａｅ）等が挙げられ、これらは、そのなかに存在する有機及び無機物質の存在によって製紙プロセス水内で繁茂する。
【００１６】
図１を参照して、閉鎖循環（サーキット）システム１０１内に使用されている本発明の流体分析システム１００が示される。クーポン１０２が重量センサー１０８からクーポンサスペンション部材１０４（例えばスプリング又は固定アーム）によってつるされる。クーポン１０２は、産業プロセスにおいて使用される装置の表面を模擬するような組成、サイズ及び形状のものである。例えば、パルプ及び製紙プロセスにおいてみいだされるもののような装置表面上の汚染物質の付着を測定するために、そのような装置が典型的には鋼からなるので、ステンレス鋼が使用される。クーポンサスペンション部材１０４はクーポン１０２の重力を重量センサーに移動し、これはクーポン１０２の重量に相当する信号を、重量センサー１０８と関連づけられているコンピューター又はディスプレイ装置（示さず）へ変換する。流体試料に暴露する前に、クーポン１０２を秤量してベースラインの測定値を与える。計算装置によって、その後の得られた重量測定値を分析し示すことができる。
【００１７】
システム１００はクーポン１０２及びプロセス水１１２をそれを通じて受け取るための溜めキャビティー１０７を定義する溜めタンク１０６を含む。溜めタンク１０６は円筒壁１０６ａ及び円錐壁１０６ｂを含む。円錐壁１０６ｂは、方向流れバルブである排出バルブ１１８を受け取るように適合されている。重量センサー１０８はクーポン１０２の重力を測定できるどのようなセンサー装置であってもよく、そしてそれによって受け取られたデータを表示するための手段を含み得る。
【００１８】
クーポン１０２は、プロセス水１１２を受け取るように適合された溜めタンク１０６内に吊るされる。プロセス水１１２は源１１０によって供給され、これは試料容器であり得、又はプロセス水流れに共通であり得る。プロセス水１１２はポンプ１１４によって、溜めタンク１０６と流体連絡している第１流体循環ライン１２０を通して流される。流入制御バルブ１１６はプロセス水の流れを調節する。排出バルブ１１８が閉められ、この流入プロセス水流れはプロセス水１１２に溜めタンク１０６を充填させ、そしてその中につるされたクーポン１０２と接触させる。
【００１９】
溜めタンク１０６内の流体レベルは、流体がクーポン１０２の全表面と溜めタンク１０６の開いた頂部上にあふれることなく接触するように制御される。このことは、図１に示すように溜めタンク１０６と流体連絡している第２の流体循環ライン１２２を配置することによって達成され得る。第２の流体循環ライン１２２は、溜めタンク１０６がオーバーフローするのを防止するための、流出するプロセス水流れのための流出装置（ランオフ）として役立ち、そして望ましくはクーポン１０２がシステムの操作中にプロセス水１１２内に浸漬されると定義されるレベルに配置される。プロセス水１１２は第２流体循環ライン１２２を通って流れ、そして源１１０に戻る。プロセス水１１２はクーポン１０２の表面上を流れ、プロセス水１１２からの汚染物質はクーポン１０２上に付着する。
【００２０】
予め決定された時間、排出バルブ１１８が開けられ、プロセス水１１２が、円筒壁１０６ａによって定義された溜めタンク１０６の上部に入るのを防止する。排出バルブ１１８が開けられたとき、溜めタンク１０６内のプロセス水１１２は第３流体循環ライン１２４から排出される。第３の流体循環ライン１２４は、図１に示されるように、第２流体循環ライン１２２内へ排出されることができ（それによってプロセス水１１２が源１１０へ戻る）、又は代替の収集手段へと開き得る。溜めタンク１０６は、完全に、又はクーポン１０２を完全に暴露するために十分に排出できる。
【００２１】
クーポン１０２は続いて予め決定された期間乾燥することができ、クーポン１０２の表面上に存在する過剰のプロセス水が蒸発するのを許容する。クーポン１０２上に付着する汚染物質が水を含むときは、クーポン１０２を乾燥させるための予め決定された時間は、クーポン１０２の表面上の全ての残留プロセス水が蒸発するために十分に長いが、クーポン１０２上の天然生物学的付着物の一部である水が蒸発するほど長くない。このように、バイオフィルムの形成及び汚染物質の付着の正確な表示が実現され得る。
【００２２】
予め決定された時間、重量センサー１０８はクーポン１０２の重量を測定し、そして得られたデータが、重量センナー１０８と関連づけられている計算装置（示さず）に入力される。とられる第１の重量測定値から、クーポン１０２のベースライン重量を引く。得られた重量は、クーポン１０２上に付着した汚染物質の重量を示す。その後、排出バルブ１１８を閉め、そしてポンプ１１４は再度プロセス水１１２を第１流体循環ライン１２０を通して溜めタンク１０６へ押し進める。プロセス水１１２は再度、クーポン１０２の表面上を一定時間流れることが許され、その後溜めタンク１０６が排出され、そしてクーポン１０２は、上に示した様式で秤量前に乾燥される。従って、一連の重量測定値が得られ、クーポン１０２の連続的な各重量測定値の間のわずかな差が、その間にクーポン１０２上に付着した汚染物質の重量を示す。
【００２３】
重量センサー１０８と関連する計算手段はこの情報を分析して結果の詳細な出力を与える。この方式で源１１０でのプロセス水１１２への殺生物剤処理の有効性が、効率的に決定できる。本発明は、排出パルブ１１８、ポンプ１１４、及び重量センサー１０８を操作するプロセスを全自動化するコンピューターシステムの制御下であることができる。このように、本発明は産業プロセスにおいて使用でき、受容できない汚染物質の付着が検出されたときは殺生物剤が自動的にプロセス水１１２に源１１０から自動的に加えられる。さらに、クーポン１０２上の付着物の連続蓄積の測定によって、種々の殺生物処理の有効性が決定でき、そしてそのような処理剤を最適化できる。
【００２４】
本技術における当業者に明らかなように、本発明は、パルプ製造及び製紙のような産業プロセス、並びに試験検定技術において存在する流体試料の分析に十分に適している。例えば、白水１１２の自然な流れは、白水１１２を第１の流体循環ライン１２０を通じて溜めタンク１０６へ移動させるのに十分な力を与え、ポンプ１１４は必要ではない。従って、本発明はここで示され記述されるが、前述の記述及び添付の図面が、例示のために与えられ、そして限定ではないことが理解される。本発明の範囲は特許請求の範囲で定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のシステム及び方法の図である。

Claims (17)

1. クーポンを流体試料中で支持すること、
   該クーポンを該流体試料から分離すること、及び
   該クーポンの重量を測定すること、ここで該クーポンの重量は、流体試料中に存在する汚染物質がクーポン上に付着する場合に増加する、
   を含む、クーポン上の汚染物質の付着を測定する方法。
2. 該重量測定工程の前に、該クーポンを予め決定された時間乾燥させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 該分離工程が、該クーポンから流体試料を排出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 流体試料をクーポンを横切る流れとして与える、請求項１に記載の方法。
5. 該支持する工程の前に、該クーポンの重量を測定する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 予め決定された間隔で、クーポンの連続的な重量測定を行う工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 連続的な重量測定の間の差異を記録する工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 汚染物質の付着を制御するために、流体試料の源に殺生物剤が添加される工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 該殺生物剤が、該重量測定工程の間に得られた測定値に応答して、自動的に流体試料に加えられる、請求項８に記載の方法。
10. クーポンを受け取るための溜めキャビティーを定義する溜めタンク、
    溜めキャビティーと流体連絡している流体入口手段、
    溜めキャビティーと流体連絡している流体出口手段、
    溜めキャビティー内にクーポンを支持するためのクーポンサスペンション部材、及び
    クーポンサスペンション部材に連結されている重量センサーを含み、
    該流体試料がクーポンサスペンション部材によって支持されているクーポンと接触する、
    クーポン上の汚染物質の付着を測定する装置。
11. 該装置がクーポンサスペンション手段によって支持されているクーポンをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
12. クーポンが実質的に細長い平らな部材である、請求項１１に記載の方法。
13. 溜めタンクが、該溜めキャビティーから流体試料を排出するためのバルブをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
14. 該重量センサー手段と関連づけられているコンピューターシステムをさらに含み、クーポン及びその上に存在し得るバイオフィルムの重量を決定できるように、該コンピューターシステムが重量センサーから受け取ったデータを計算することができる、請求項１０に記載の装置。
15. 溜めタンクと流体連絡している第１の流体循環ラインをさらに含み、第１の流体循環ラインが流体試料を溜めタンクに入る、請求項２０に記載の装置。
16. 溜めタンクと流体連絡している第２流体循環ラインをさらに含み、該第２流体循環ラインが流体試料が溜めタンクを出るのを許容する、請求項１０に記載の装置。
17. 該流試料を流体源から溜めタンクへと抜き取るためのポンプをさらに含む、請求項１０に記載の装置。