JPH10512189A - 水回路における過度のスライム堆積物を減少させるための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 微生物の添加によって水回路におけるスライムの堆積を調節する方法の効率を改善した。これを、ＮおよびＰ化合物の含有量を０.０２〜１ppmに設定することによって達成した。

Description

【発明の詳細な説明】 水回路における過度のスライム堆積物を減少させるための方法 本発明は、水が循環している特に製紙工業における機械上の被覆およびスライ ムの形成を減少させるための方法に関する。 水回路、特に、ますます一般的になっている製紙機械の白水系が密閉された水 回路において、および冷却水回路において、スライムおよび／または被覆が硬表 面上および液相中に一貫して形成される。 製紙機械において実用されることが増えている白水系の密閉によって、微生物 は、白水中に存在する大量の炭素により極めて好ましい増殖条件、ならびに好ま しい周囲環境、例えば高温、中性に近いpＨ値および酸素の導入などに出会う。 多くの微生物は回路水中の浮遊生物として存在するのではなく、繊維、充填剤お よび微細物質上ならびに機械部品(例えば、パイプ、容器およびポンプ)の表面上 に蓄積するので、望ましくないスライムおよび被覆が形成される。これら表面か らのスライムまたは被覆の除去は、節を形成させる結果になり、次いでこれが紙 組織中の穴を導くことがある。紙組織がこのようにして弱くなり、換言すると紙 組織が破れることがあり、機械を停止させる結果になる。スライムおよび被覆の 形成を防止するために、殺生物剤、リグノスルフェートまたは酵素を白水に添加 してよいことが知られている。特に白水回路に酵素を添加して、スライムおよび 被覆の形成の原因となる高分子量ポリマーを、スライムおよび被覆の形成に関与 しない低分子量分子に変換する。 この方法は環境的に好ましいが、専門家は他の代替方法を求めている。 欧州特許出願 372 520によれば、微生物を回路水、特に製紙工業における回路 水に加える。これにより置換反応が起こり、これらの微生物は他のスライム形成 生物が広がるのを抑制すると考えられる。この引用した欧州特許出願は、微生物 の添加量および微生物の添加条件について極めて不明瞭である。特に、Ｎおよび Ｐ供給源の含有量がこの方法の結果にどのように影響を与えるかについては何も 示されていない。 最後に、ドイツ特許 DE 38 32 046において、微生物の増殖を促進するが同時 にスライム様の多糖の生成を減少させる肥料物質を、自動車工業における車体の 塗装中に生成する塗料霧を洗い落とすために用いる水に添加することを提案して いる。このドイツ特許の基本的な考えは、スライム形成は微生物のストレス反応 であり、実際にＰおよびＮ供給源または他の微量元素の供給制限によって起こる ように、増殖条件が悪化したときにのみ起こるという観察にある。この引用した ドイツ特許に記載されている方法は、塗料キュービクル排水の粘度を全体として 低下させると言われている。従って、この指向された課題は、製紙工業において 普及している上記の条件と比較することができない。この理由は、紙回路水にお ける目的は全体の粘度を低下させることではなく、機械部品上でのスライム形成 微生物の増殖を防止することであるためである。ドイツ特許 DE 38 32 046には 、回路水中に生存微生物を導入することについては何も示していない。 未だ公開されていないドイツ特許出願 P 43 31 022.2によれば、肥料物質を、 所望により微生物と共に、ある量で製紙工業における回路水に添加する。しかし 、このドイツ特許出願は、添加した微生物の数をあるレベルにどのように維持す るのが有利であるかについては記載していない。 この従来技術の背景に対して、本発明者らは、壁上の微生物増殖による問題が 存在する回路において、ＮおよびＰ化合物の濃度ならびに添加する微生物の量を ある範囲内に維持することによって、予想外の上記の平均効果が得られることを 認識した。説明のために言及すると、添加した生存している非スライム形成微生 物は、導入したＮおよびＰ含有化合物により、スライム中に定着したスライム形 成微生物よりもはるかに増殖し、こうしてこれらを置換するものと考えられる。 他方において、これは、「ストレス反応」とみなされることもあるスライム形成 が肥料化によって減少する要因になりうる。 即ち、本発明は、回路水、特に製紙工業における回路水においてスライム状物 質の堆積を制御するための方法であって、以下を特徴とする方法に関する： 回路水の全重量を基準に、 ・回路中の微生物同化が可能な窒素(Ｎと表す)の含有量を、０.０２〜１,５００ ppmの値に調節し、 ・回路中の微生物同化が可能なリン(Ｐと表す)の含有量を、０.００５〜５００p pmの値に調節し、そして ・硬表面において増殖する傾向を持たない非病原性の菌株を、エーロモナス(Aer omonas)、アシネトバクター(Acinetobacter)、アルカリゲネス(Alcaligenes)、 アルスロバクター(Arthrobacter)、ファネロバクター(Phanaerobacter)、シュー ドモナス(Pseudomonas)、バシラス(Bacillus)、ラクトバシラス(Lactobacillus) 、ミクロコッカス(Micrococcus)、スタフィロコッカス(Staphylococcus)、ゲオ トリチュム(Geotrichum)、ムコール(Mucor)、カンジダ(Candida)またはサッカロ ミセス(Saccharomyces)属のいずれかから選択し、この菌株を増殖させ、この菌 株の微生物を、回路水１mlあたり微生物１０²〜１０⁹個の数になるような量で、 連続的にまたはバッチ式で回路水に添加する。 即ち、本発明の考えは、上記した種々の既知の方法の組合せにあり、これは、 基本的に専門家が考え及ばなかった組合せである。 ＰおよびＮの改善された栄養供給と、増殖傾向を持つ微生物を液中で自由に動 く他の生存微生物によって置換することとを組合せることにより、スライム量の 予想外の減少が相乗的に達成される。本発明の教示の最も重要な点は、２種類の 制限性栄養物質供給源の制御された添加ならびに規定された上限および下限の維 持によって、増殖傾向を持つスライム形成微生物を、水相中で自由に動く他の微 生物により置換することである。 本発明の方法のための２種類の制限性元素は、窒素、リン、および所望により 、発酵の分野で普通に使用される微量元素を含有する他の栄養分である。Ｎおよ びＰを含有する栄養分の量を、ＮおよびＰとして表す。これは、窒素およびリン の分析測定含有量に相当する量で栄養分が添加されることを意味する。本発明の 好 ましい態様においては、窒素化合物は、回路水の重量を基準に０.５〜１,５００ ppmの量で添加される。換言すると、０．５〜１,５００重量部を１００万重量部 あたりに使用しなければならない。これは、メートルトンあたり０.５〜１,５０ ０gに相当する。従って、１０％のＮを含有するタンパク質は、メートルトンあ たり５g〜１５kgの量で使用しなければならない。同様に、本発明は、リンの含 有量を０．００５〜５００ppmの値に調節することを必要とする。Ｎの好ましい 下限は１０ppmであり、好ましくは５０ppmであり、より好ましくは１００ppmで ある。Ｐの好ましい下限は２ppmであり、好ましくは１０ppmであり、より好まし くは５０ppmである。 本発明の教示の基礎となる研究は、上記種類の異なる栄養供給源の作用により 、これら供給源をおおまかに２つの群に分けうることを示した。第１の群は、微 生物により迅速に同化されうる形態のＰおよび／またはＮを含有する無機および ／または有機の好ましくは水溶性のリンおよび／または窒素の化合物からなる。 さらに、本発明に対応する栄養分の第２の群においては、Ｎおよび特にＰは、比 較的遅く同化されうるこれら制限性栄養物質の供給源の形態で存在する。 本発明の別の好ましい態様は、水溶性または水分散性のＰおよびＮ化合物の使 用を特徴とする。特に紙回路においては、回路水中に存在する固体と共に大量に 排出され、紙組織中に一体化される物質を使用しないのが好ましい。本発明の他 の態様は、より遅く同化されうる有機リンおよび／または窒素化合物の使用を特 徴とする。これは、特に、比較的長い時間間隔で化合物を添加するのが好ましい 場合に言える。 本発明の１つの特定の態様においては、請求の範囲に記載の教示は、上記２群 の化合物からの上記種類の制限性栄養物質供給源の使用を組合せる。即ち、迅速 に作用するＮおよび／またはＰ供給源と、対応して遅延放出するこのような供給 源の両方を、互いに混合して用いる。 本発明が指向する課題との関連において、迅速作用および好ましくは直接作用 するＮ供給源の最も重要な代表例は、好ましくは易水溶性の無機塩としてアンモ ニウムイオンの形態で窒素を含有する供給源、および／または、選択した水溶性 の有機窒素化合物(これについては尿素が特に重要である)を含有する供給源であ る。迅速に同化されうるリンの適当な供給源は、特に、オルトリン酸の易水溶性 の塩である。これについては、オルトリン酸の部分塩が特に好結果を与え、本発 明の教示との関連では、特にリン酸二水素アンモニウムおよびアルカリ金属が最 も重要な代表例である。比較的遅く作用するＰ供給源の特徴的な代表例は、比較 的低い水溶性を示すオリゴホスフェート化合物および／またはオルトリン酸の塩 、例えばリン酸カルシウムであるが、この後者は堆積の危険のゆえに好ましさに 劣る。遅延放出のＰ含有栄養供給源の最も重要な代表例は、ポリホスフェート、 例えばトリポリリン酸アンモニウムまたはアルカリ金属などであり、より具体的 にはトリポリリン酸ナトリウムである。既に挙げた無機塩に基づくＮ供給源の代 表例は、アルカリ金属硝酸塩もしくは亜硝酸塩、例えばＮaＮＯ₃もしくはＮaＮ Ｏ₂、またはアンモニウム塩、例えば硫酸アンモニウムもしくは重硫酸アンモニ ウムである。しかし、ヒドロキシルアミンおよび／またはヒドラジン、その塩、 およびアジドも適している。窒素を遅延放出するＮ供給源は、具体的には有機窒 素化合物であり、より具体的には天然および／または合成起源のアミノカルボン 酸、例えばグルタミン酸である。しかし、基本的に有機結合した窒素を含有する あらゆる他の成分も、それらがどのような毒性および／または殺生物作用をも示 さない限り適している。 本発明の１つの重要な態様は、イオウまたはイオウ化合物を含まない回路水用 の添加剤を用いる。基本的に硫酸の対応する易水溶性の塩、例えば硫酸アンモニ ウムは粘度調節作用を示すが、このようなイオウ含有塩を使用すると、２次的な 微生物過程によって臭気の放出が起こりうる。本発明の教示のためには、イオウ またはイオウ化合物を含まない添加剤を使用して、あらゆるこのような２次的な 問題を除くのが好ましい。 特に好ましい結果は、制限性ＰおよびＮ栄養物質供給源が実質的に等しい量の ＰおよびＮを与えるときに得ることができる。しかし、これは必須ではなく、制 限性栄養物質供給源を対応する量で添加するのが好ましい。しかし、１つの特に 適切な態様においては、特に、迅速作用および遅延放出のＰ供給源を同時に用い る場合には、ある過剰量のＰを用いることもできる。 本発明の他の態様によれば、回路中に存在するＰおよびＮ化合物の量を概略で のみ評価するかまたは無視し、次いで、Ｐの場合には０.５〜５００ppmの範囲内 およびＮの場合には１０〜５００ppmの範囲内の添加ＰおよびＮ含有量が回路水 において達成されるような量でＰおよびＮ化合物を添加するのが、特に実用のた めに有用であることがわかった。好ましい含有量は、添加されるＮの場合には１ ０〜２５０ppmの範囲内であり、添加されるＰの場合には１〜１５０ppmの範囲内 であり、２０〜１００ppmの添加Ｎおよび５〜５０ppmの添加Ｐの含有量が特に好 ましい。また、実用的には、回路中の添加Ｐと添加Ｎの量をＰ：Ｎの比が１：５ 〜５：１になるように調節するのが好ましいことがわかった。 本発明の別の態様は、増殖傾向を持たない生存している非病原性微生物を添加 することを特徴とする。適当な微生物は、特に、エーロモナス、アシネトバクタ ー、アルカリゲネス、シュードモナス、バシラス、ラクトバシラス、ミクロコッ カス、スタフィロコッカス、カンジダまたはサッカロミセス属に属する。適当な 菌株を選択するために、専門家は保存収集物の公共部分において入手できる菌株 を利用することができる。簡単な試験を行うことによって、選択した菌株が処理 しようとする回路水において迅速に増殖しうるか否かを調べることができる。厳 格な選択基準は、非病原性および非固着性の増殖である。一般的な増殖および発 酵条件を考慮するのが好都合であろう。即ち、実際的には、工業的スケール(例 えば、食品工業において)で既に使用されている微生物を用いて始めるのが得策 である。対応する微生物を含む調製物が、食品工業への供給者によって工業的ス ケールで市販されている。本明細書に記載した効果は広範囲にわたって有効であ るので、専門家なら、経済的に最良の入手可能な微生物由来の調製物を選択でき ることが多いであろう。 本発明の目的に特に好ましい微生物は、アルスロバクター属の細菌である。 本発明の方法を実施するためには、回路水１mlあたりの添加微生物数が１０² 〜１０⁹個、好ましくは１０⁵個以上、特に１０⁷個／ml以上になるような量で微 生物を用いる。これらのレベルに到達しないときには、単に、微生物をさらに多 量に添加するか、またはＮおよびＰ化合物をさらに多量に添加する。上記の微生 物の数が超過したときには、この添加を停止するだけでなく、ＰおよびＮ化合物 の量を減少させるのが望ましい。 実用のためには、発酵分野で周知かつ使用されているＮまたはＰ化合物を使用 するのが特に有用であることがわかった。本発明の１つの特に好ましい態様にお いては、添加する微生物を、ＰおよびＮ化合物と共に水性懸濁物の形態で使用す る。別の特に好ましい態様においては、ＰおよびＮに比較的富む発酵ブロス(こ れは、微量元素、必須活性物質、例えばビタミン、および発酵分野において普通 に使用される他の添加剤を含有していてもよい)において微生物を調製し、この ように調製した発酵ブロスまたはこれから沈澱、乾燥などによって得た調製物を そのまま使用することができる。 本発明の他の態様においては、この栄養溶液を酵素と共に使用することもでき る。好ましい酵素は、ヒドロラーゼ、より具体的には、US 3,773,623およびUS 4 ,684,469においてこの特定の応用に対して記載されているレバン(levan)ヒドロ ラーゼである。他の適当な酵素は、ヘミセルラーゼ、さらにプロテアーゼおよび アミラーゼである。従って、本発明の別の態様においては、このようなヒドロラ ーゼを生成する微生物を、上記の微生物と共に使用してよい。 本発明の他の態様においては、界面活性剤を添加して、微生物および他の固体 の両方の分散を改善することができる。適当な界面活性剤は、回路において、よ り具体的には製紙工業において広く使用されている界面活性剤である。このよう な界面活性剤には、リグノスルホネート、陰イオン界面活性剤および陽イオン界 面活性剤が含まれる。陽イオン界面活性剤に関する限り、これらは微生物の増殖 を妨げることが多いので、専門家なら、殺生物剤と同様にこれらを少量でのみ使 用することを確実にするであろう。 本発明の方法の別の態様においては、この微生物増殖の制御を、殺生物剤の添 加と関連させる。この点については次の知見が関係する：多数の既知の殺生物剤 が製紙工業において使用されており、これらには、例えば陽イオン界面活性剤、 ＤＢＮＰＡ(ジブロモニトリロプロピオンアミド)、有機ブロモニトロ化合物[ブ ロノポール(Bronopol)およびブロニドックス(Bronidox)として市場で知られてい る]、アルデヒド[例えば、グルタル(ジ)アルデヒド]、ＭＢＴ(メチレン-ビス-チ オシアネート)、およびイソチオアゾリノン化合物[「カーソン(Kathon)」の名称 で市販されている]が含まれる。基本的には、例えば関連文献に記載されている あらゆるスライム制御剤を使用することができる。しかし、既に記載したように 、これらの殺生物剤は、過度の微生物増殖を、特に単一の処理によって制御すべ きであるときに使用されるにすぎない。このような追加の処理または対策が必要 になるのは、例えば、微生物増殖およびスライム形成が既にかなりの程度で発生 しているときに既存の過程に本発明の処方を導入するときであろう。このような 場合、単一の殺生物剤処理による制御が有用な対策となり、これに続いて、本発 明の教示に従って採用される工程に引き継ぐ。しかし、本発明の方法は、装置を 清浄にした後に開始するのが好ましい。 １つの好ましい方法においては、粗原料と共に導入され、回路水中に既に存在 する殺生物剤を許容する。しかし、殺生物剤の合計量は増加させない。 本発明に従って提案された濃度を維持するために、栄養分は溶液または懸濁液 の形態で添加するのが好ましく、一方、微生物は水中懸濁液の形態で添加するの が好ましい。周囲状況に依存して、この溶液または懸濁液を、撹拌タンクからポ ンプによって連続的または断続的に添加することができる。濃度または量は、簡 単な分析手段によってモニターすることができる。 断続的に添加する場合、溶液または懸濁液は、その量が上記限界を越えるかま たはそれ以下に低下するのを防止するために、１週間に少なくとも２回、好まし くは１日に少なくとも１０回、より好ましくは１時間に２〜５回加えるのが有利 である。 このようにして、これまで添加されていた大量の殺生物剤を使用することなく 、長期にわたりスライム形成微生物を少なくとも実質的に含まない紙回路を維持 することができる。 実施例 紙回路からの回路水約１０kgを、空気は存在するが光は存在しないガラス装置 において７日間、ポンプによって循環させる。７日後に、このガラス壁に被覆を 明瞭に観察することができる。 別の試験(比較試験)において、微生物アルスロバクター・オキシダンス(Arthr obacter Oxidans)ＤＳＭ２０１９株(透析により、付着しているＰおよびＮ化合 物を含まないようにした)を、１０⁵〜１０⁷個の微生物数に達するような量で毎 日添加する。７日後の被覆の減少は有意ではない。 本発明に従う試験においては、同一の微生物を添加するが、このときに４００ ppmのリン酸水素アンモニウムおよび２００ppmの尿素を一緒に添加する。７日後 に被覆はほとんど観察されない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回路水、特に製紙工業における回路水においてスライム状物質の堆積を制 御するための方法であって、以下を特徴とする方法： 回路水の全重量を基準に、 ・回路中の微生物同化が可能な窒素(Ｎと表す)の含有量を、０.０２〜１,５００ ppmの値に調節し、 ・回路中の微生物同化が可能なリン(Ｐと表す)の含有量を、０.００５〜５００p pmの値に調節し、そして ・硬表面において増殖する傾向を持たない非病原性の菌株を、エーロモナス、ア シネトバクター、アルカリゲネス、アルスロバクター、ファネロバクター、シュ ードモナス、バシラス、ラクトバシラス、ミクロコッカス、スタフィロコッカス 、ゲオトリチュム、ムコール、カンジダまたはサッカロミセス属のいずれかから 選択し、この菌株を増殖させ、この菌株の微生物を、回路水１mlあたり微生物１ ０²〜１０⁹個の数になるような量で、連続的にまたはバッチ式で回路水に添加す る。 ２．該微生物の数が超過したときに、ＮおよびＰの量を該制限範囲内に低下さ せることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．ＰとＮの比が１：５〜５：１であることを特徴とする請求項１または２に 記載の方法。 ４．微生物、Ｎ供給源およびＰ供給源を、水性懸濁液の形態で、より具体的に は発酵ブロスの形態で一緒に添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか に記載の方法。 ５．発酵分野で既知のＮおよびＰ供給源をＮおよびＰ化合物として使用するこ とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６．紙回路の場合、回路水の重量を基準に、０.５〜５００ppm、好ましくは２ 〜２５０ppm、より好ましくは２０〜１００ppmの窒素化合物(Ｎと表す)および０ .１〜５００ppm、好ましくは１〜１５０ppm、より好ましくは５〜５０ppmのリン 化合物(Ｐと表す)を、回路中に存在する窒素およびリンとは別に添加することを 特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。 ７．迅速に同化されうる無機および／または有機の、好ましくは水溶性の窒素 およびリン化合物を、所望により、比較的ゆっくり同化されうる制限性栄養物質 供給源と組合せて添加することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方 法。 ８．窒素を、特に無機アンモニウム塩の形態でおよび／または尿素として添加 し、一方、ホスフェートおよび／またはポリホスフェートを用いてリン含有量を 制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。 ９．食品工業において使用される微生物菌株を使用することを特徴とする請求 項１〜８のいずれかに記載の方法。 10．回路水の条件下で迅速増殖しうる微生物を選択することを特徴とする請求 項１〜９のいずれかに記載の方法。 11．酵素、より具体的にはヘミセルラーゼ、レバンヒドロラーゼ、および所望 によりアミラーゼまたはプロテアーゼを、追加の添加剤として使用することを特 徴とする請求項１〜10のいずれかに記載の方法。 12．他の普通の助剤、より具体的には界面活性剤または少量の殺生物剤を使用 することを特徴とする請求項１〜11のいずれかに記載の方法。