TWI452295B - 監測微生物沈積物之方法 - Google Patents

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Description

監測微生物沈積物之方法
本發明係關於一種監測包括微生物沈積物的一或多種沈積物的方法，特別地但非限定地指向紙漿以及紙的應用上。
在水流中的微生物物質沈積對含有該水流之程序之恰當運作通常係有問題的。已經發展出許多技術以在造紙程序中測量有機和無機沈積，但是這些技術通常缺乏對區分生物沈積物與諸如瀝青或膠黏物的一般有機/無機沈積物而言必要之選擇性。由於此靈敏度的缺乏，目前的方案沒有用以捕捉到諸如造紙程序的動態程序之沈積環境之靈敏度。因此，在程序流沈積控制技術中需要一種改良的監測沈積物的方法。
本發明提供一種用於監測一或多種沈積物的方法，包括在浸入水介質裡之表面上的微生物沈積物在內，該方法包含：
(a)提供一種與水介質接觸的QCM，其中該QCM具有與水介質接觸的頂側表面，以及與水介質隔離的第二、底側表面；(b)提供一種對於一或多種沈積物類型，包括沒有使用抗原或抗體的微生物沈積物具有選擇性的組成物；(c)將該組成物施用於該QCM表面的頂側；(d)測量該沈積物從水介質到該QCM表面的頂側的沈積速率；及(e)可選擇地進行校正動作以改變一或多種程序參數或改變施用至程序的化學或其組合，以達成關於微生物沈積所欲的結果。
定義
“造紙程序”意指一種從紙漿製造任何種類的紙製品(例如，紙張、衛生紙、紙板等)的程序，其包含形成含水纖維造紙配料、將配料濾水以形成薄片以及使該薄片乾燥。形成造紙配料、濾水和乾燥等步驟可以任何技術領域中具有通常知識者普遍知悉之常見的方式進行。造紙程序亦可包括製漿階段及/或漂白階段。造紙配料可包括回收紙漿。
“QCM”意指石英晶體微量天平。石英晶體微量天平為分析工具。舉例而言，石英晶體微量天平的討論可見於美國專利第5201215號之內文中，將該專利以參照的方式併入本文中。一般而言，石英晶體微量天平具有在一個頻率下振動的晶體，該頻率係藉由沈積質量而降低。將頻率的降低轉換成使沈積特徵化的測量，例如沈積的量。
較佳具體實例
如上所述，本發明提供一種用於監測一或多種沈積物，包括在浸入程序的水介質裡之表面上的微生物沈積物的方法。
本發明的方法論可以應用於許多類型的程序中。
在一個具體實例中，該程序為造紙程序。
在另一個具體實例中，程序中的水介質含有紙漿漿體及/或來自造紙程序中任何階段的水。
本發明的方法論要求提供一種對於一或多種沈積物類型，包括沒有使用抗原或抗體的微生物沈積物具有選擇性的組成物；且將該組成物施用於該QCM表面的頂側。
可藉由許多為技術領域中具有通常知識者所了解的機制來進行該組成物對QCM的施用。例如，該組成物(例如以聚合物為主的組成物)可藉由旋轉塗佈技術或藉由有助於將該組成物施用於QCM表面的裝置施用於QCM表面。其亦可藉由諸如將組成物從一個高度滴下之簡化的方法施用，該方法提供溶液在晶體表面上相當平均的分布。
施用於QCM表面的組成物含有一或多種類型之組成物。例如，營養素、除生物劑及許多類型的聚合物施用於QCM表面的頂側。
在一個具體實例中，該組成物含有一或多種營養素及/或除生物劑。
在另一個具體實例中，該組成物含有選自由下列所組成之群之營養素：生物合成代謝物、碳水化合物、多醣、胺、有機酸、醇；無機氮、硫、鉀、鈉、鈣、鎂、磷、鐵、銅及/或錳化合物；及其組合。
在另一個具體實例中，該組成物含有一或多種用來促進及/或抑制一或多種從水介質沈積至QCM表面的頂側或在QCM表面的頂側生長之微生物的微生物生長的成分。
在另一個具體實例中，施用於QCM表面的組成物含有至少一種下列組成物：以鹵素為主的除生物劑、次氯酸鹽、次溴酸鹽、氯胺、溴胺、氯磺胺酸鹽、溴磺胺酸鹽、醛、對羥苯甲酸酯、酸-陰離子化合物、二胺、金屬、四級銨化合物、氯已定(chlorohexadine)、染料、醇、酚、甲酚、有機酸及酯。
在另一個具體實例中，施用於QCM表面的組成物含有一或多種抑制一或多種細菌生長速率之組份，且其中該組份係選自至少一種下列化學物質：除生物劑、界面活性劑、聚合物、有機酸及其組合。
在另一個具體實例中，施用於QCM表面的組成物促進一或多種微生物的生長，且其中該組成物係選自由下列所組成之群：絲狀細菌用之鐵鹽，硫酸鹽還原菌用之乳酸及/或硫酸鹽及常見於抄紙機積垢的物種用之澱粉和纖維素。技術領域中具有通常知識者將對於常見於抄紙機積垢的物種有豐富的知識。
在進一步的具體實例中，該微生物為黏液菌。
在進一步的具體實例中，該絲狀細菌係選自由下列所組成之群：球衣菌屬(Sphaerotillus )、繡菌屬(Crenothrix )、纖毛菌屬(Leptothrix )、披毛菌屬(Gallionella )、爬管菌屬(Herpetosiphon )及哈里斯康菌屬(Haliscomenobacter )。
在另一個具體實例中，該組成物包含一或多種塗料聚合物。
在另一個具體實例中，該塗料聚合物為硬化環氧樹脂，其含有一或多種環氧樹脂及一或多種硬化劑。可藉由將塗佈表面放置在周圍狀態下一段時間以達成固化或者以光化學或熱加速之。
在另一個具體實例中，該環氧樹脂係衍生自表氯醇和雙酚A；及含有芳香族、脂肪族、環脂肪族、雜環主鏈及其組合的樹脂。
在另一個具體實例中，該硬化環氧樹脂係選自由下列所組成之群：甲酚-酚醛清漆環氧樹脂、酚-酚醛清漆環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、多核酚-環氧丙基醚衍生樹脂、四環氧丙基亞甲基二苯胺衍生樹脂、三環氧丙基-對胺酚衍生樹脂、三衍生樹脂及乙內醯脲環氧樹脂。
在另一個具體實例中，用以製備該硬化環氧樹脂之硬化劑係選自由下列所組成之群：短鏈脂肪族聚胺、經氧烷基化短鏈聚胺、長鏈聚胺加成物、芳香族聚胺、聚胺基醯胺、聚硫醇及其組合。
在另一個具體實例中，該塗料係衍生自一或多種可熱或UV-硬化之環氧樹脂。
在另一個具體實例中，該塗料聚合物含有矽氧橡膠。
在另一個具體實例中，該矽氧橡膠為室溫硫化性橡膠。
在另一個具體實例中，該塗料聚合物係由紙漿的化學組份所組成。
在另一個具體實例中，該紙漿的化學組份係選自由下列所組成之群：澱粉、木質素、纖維素、半纖維素、經化學改質的澱粉、木質素、纖維素、半纖維素及其組合。
本方法論可選擇地提供進行校正動作以改變一或多種程序參數或改變施用至程序的化學或其組合，以達成關於微生物沈積所欲的結果。
許多裝置和演算法可用來幫助沈積的監測。
在一個具體實例中，該監測係藉由使用具有一或多種塗料以增加或防止特定污染物沈積之感測器陣列/複數個感測器來實現，可選擇地其中該監測為線上監測方案。
在另一個具體實例中，感測器陣列包括含有有機物監測(對一類型的有機物種非特定)之塗料、含有用於微生物增加的營養素之塗料以及含有用來抑制微生物生長的除生物劑之塗料。
藉由使用許多類型的感測器和施用許多類型的塗料，技術領域中具有通常知識者可以創設一或多種用來區分許多類型的沈積物之方案，例如，許多類型的微生物沈積物可藉由供給用於抑制或表現存在於造紙系統的許多類型的微生物沈積物的充足介質來測量。此外，可創設一或多種方案以區分非生物沈積物與生物沈積物，例如，無機沈積物與不同類型的細菌。
使用複數個包括QCM感測器在內的感測器，某可有助於技術領域中具有通常知識者所欲達成的區分。
此外，區分包括在許多尺度水平，諸如在微觀/巨觀/奈米水平觀看生物、有機和無機物種之間的差異，例如，巨膠黏物相對於微膠黏物。
在一個具體實例中，感測器陣列包括一種含有用於有機物監測的組成物、一種含有用於微生物增加的營養素的組成物以及一種含有用於微生物生長抑制的除生物劑的組成物。
在另一個具體實例中，閉環微生物控制係以來自至少一個感測器，根據為微生物控制發展的演算法的資訊為基礎；可選擇地其中該控制包括調節抑制微生物生長的化學品饋入。技術領域中具有通常知識者應能夠發展所關注的演算法使得所欲的方案在所關注的程序中執行。可以該演算法程式化控制器，(例如程式邏輯控制器，其中該控制器處理該演算法以經由媒介展示所採取的一系列動作或該程序的處理器用來分析和反應的數據，或者該控制器可經由含有改變程序中所採取動作的手段(例如饋入策略)之媒介發信號。
以下實施例為預示性實施例。
實施例
在一個使用新穎偵測方法的例示性實驗中，使含有諸如瀝青和膠黏物的天然和人造有機污染物以及許多菌系的流動漿體通過QCM感測器陣列。使用QCM感測器表面上之特定、客製化的塗料來監測瀝青、膠黏物、整體生物膜和細菌的沈積。使用具有塗料的感測器陣列以增加或防止特定污染物的沈積，區分該沈積物，使得系統的即時監測成為可能。

Claims (21)

  1. 一種用於監測一或多種沈積物的方法，包括在浸入程序的水介質裡之表面上的微生物沈積物在內，該方法包含：a.提供一種與水介質接觸的石英晶體微量天平(QCM)，其中該QCM具有與水介質接觸的頂側表面，以及與水介質隔離的第二、底側表面；b.提供一種對於一或多種沈積物類型(包含微生物沈積物)具有選擇性的組成物，該組成物含有一或多種營養素及/或除生物劑且沒有使用抗原或抗體；c.將該組成物施用於該QCM表面的頂側；d.測量該沈積物從水介質到該QCM表面的頂側的沈積速率；及e.可選擇地進行校正動作以改變一或多種程序參數或改變施用至程序的化學，或其組合，以達成關於微生物沈積所欲的結果。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該程序為造紙程序。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該水介質為紙漿漿體及/或來自造紙程序中任何階段的水。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該營養素係選自由下列所組成之群：生物合成代謝物、碳水化合物、多醣、胺、有機酸、醇；無機氮、硫、鉀、鈉、鈣、鎂、磷、鐵、銅、錳化合物；及其組合。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該組成物含有一 或多種用來促進及/或抑制一或多種從水介質沈積至QCM表面的頂側或在QCM表面的頂側生長之微生物的微生物生長的成分。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中施用於QCM表面的組成物含有至少一種下列組成物：以鹵素為主的除生物劑、次氯酸鹽、次溴酸鹽、氯胺、溴胺、氯磺胺酸鹽、溴磺胺酸鹽、醛、對羥苯甲酸酯、酸-陰離子化合物、二胺、金屬、四級銨化合物、氯已定(chlorohexadine)、染料、醇、酚、甲酚、有機酸及酯。
  7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中施用於QCM表面的組成物含有一或多種抑制一或多種細菌生長速率之組份，且其中該組份係選自至少一種下列化學物質：除生物劑、界面活性劑、聚合物、有機酸及其組合。
  8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中施用於QCM表面的組成物促進一或多種微生物的生長，且其中該組成物係選自由下列所組成之群：絲狀細菌用之鐵鹽，硫酸鹽還原菌用之乳酸及/或硫酸鹽及常見於抄紙機積垢的物種用之澱粉和纖維素。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該絲狀細菌係選自由下列所組成之群：球衣菌屬(Sphaerotillus )、繡菌屬(Crenothrix )、纖毛菌屬(Leptothrix )及披毛菌屬(Gallionella )。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該組成物進一步包含一或多種塗料聚合物。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該塗料聚合物為硬化環氧樹脂，其含有一或多種環氧樹脂及一或多種硬化劑。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該環氧樹脂係衍生自表氯醇和雙酚A；及含有芳香族、脂肪族、環脂肪族、雜環主鏈及其組合的樹脂。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該硬化環氧樹脂係選自由下列所組成之群：甲酚-酚醛清漆環氧樹脂、酚-酚醛清漆環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、多核酚-環氧丙基醚衍生樹脂、四環氧丙基亞甲基二苯胺衍生樹脂、三環氧丙基-對胺酚衍生樹脂、三衍生樹脂及乙內醯脲環氧樹脂。
  14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中用以製備該硬化環氧樹脂之硬化劑係選自由下列所組成之群：短鏈脂肪族聚胺、經氧烷基化短鏈聚胺、長鏈聚胺加成物、芳香族聚胺、聚胺基醯胺、聚硫醇及其組合。
  15. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該塗料聚合物含有矽氧橡膠。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該矽氧橡膠為室溫硫化性橡膠。
  17. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該塗料聚合物係由紙漿的化學組份所組成。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中其中該紙漿的化學組份係選自由下列所組成之群：澱粉、木質素、纖維素、半纖維素、經化學改質的澱粉、木質素、纖維素、半 纖維素及其組合。
  19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該監測係使用具有該組成物之感測器陣列來實現，其中施用於QCM表面頂側的組成物增加或防止特定污染物的沈積，可選擇地其中該監測為線上監測方案。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該感測器陣列包括一種含有用於有機物監測的組成物、一種含有用於微生物增加的營養素的組成物以及一種含有用於微生物生長抑制的除生物劑的組成物。
  21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中閉環微生物控制係以來自至少一個感測器，根據為微生物控制發展的演算法的資訊為基礎；可選擇地其中該控制包括調節抑制微生物生長的化學品饋入。
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