КИСЛОРОДНАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ И ПУЛЬПЫ ИЗ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ ИЛИ КАРТОНА Российский патент 2017 года по МПК D21C11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

(001) Настоящее изобретение относится к обработке воды и пульпы, используемых в производстве бумаги или картона.

Уровень техники

(002) В производстве бумаги и картона используют значительные количества воды. Вода применяется на всем протяжении процесса и составляет большую часть пульпы, из которой, в конечном итоге, получают бумагу и картон. Большую часть воды, использованной в процессе, вовлекают в рециркуляцию и повторно применяют на различных этапах процесса.

(003) Однако после процесса производства бумаги и картона в воде остается значительное количество органических соединений, например алифатических кислот, которые могут вести к росту как аэробных, так и анаэробных бактерий. Органическое вещество может обусловливать неприятный запах и вредную для окружающей среды атмосферу.

(004) Поэтому в технологии сохраняется потребность в усовершенствованиях обработки воды и пульпы из производства бумаги и картона.

Сущность настоящего изобретения

(005) Настоящее изобретение представляет усовершенствованные способы обработки воды и пульпы, используемые в процессе производства бумаги или картона. В одном варианте осуществления настоящего изобретения к воде или пульпе добавляют кислород и питательные вещества для повышения активности аэробных бактерий, приводящей к сокращению содержания органических веществ, таких как алифатические кислоты. Во втором варианте осуществления настоящего изобретения к воде или пульпе добавляют единственно кислород для снижения всей бактериальной активности.

Подробное описание изобретения

(006) Настоящее изобретение представляет способы обработки воды или пульпы из производства бумаги или картона. В частности, настоящее изобретение представляет способы обработки воды или пульпы из производства бумаги или картона с использованием кислорода.

(007) Соотношение «COD:N:P» (где COD представляет химическую потребность в кислороде, N представляет азотсодержащие питательные вещества, такие как мочевина, и P представляет фосфорсодержащие питательные вещества, такие как фосфорная кислота) в воде и пульпе из процесса производства бумаги является важным для роста или выживания аэробных и анаэробных бактерий. В частности, было показано, что соотношение «COD:N:P» должно составлять около «100:5:1» по весу для обработки аэробных бактерий, и около «250:5:1» по весу для обработки анаэробных бактерий. Поэтому регулированием количества кислорода в воде или пульпе можно контролировать активность и уровни содержания бактерий. Аэробные бактерии нуждаются как в кислороде, так и в питательных веществах (N и Р) для выживания, тогда как анаэробные бактерии погибают в присутствии кислорода, но нуждаются в гораздо более низких уровнях содержания питательных веществ для выживания.

(008) Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, желательно повышать уровень содержания аэробных бактерий без увеличения уровня анаэробных бактерий, чтобы снизить концентрацию алифатических кислот в воде или пульпе. Этот эффект может быть достигнут введением чистого кислорода (О₂) в воду или пульпу. Когда уровень содержания кислорода возрастает, аэробные бактерии становятся более активными и обильными, используя алифатические кислоты как питательные вещества. Когда уровни содержания алифатических кислот снижаются, уменьшается запах, и поэтому процесс становится более благоприятным для окружающей среды. Во многих случаях может быть желательным также добавление N- и Р-питательных веществ (например, мочевины и фосфорной кислоты) вместе с кислородом, чтобы повысить активность аэробных бактерий, и поэтому также интенсифицировать удаление алифатических кислот. В то же время повышение содержания кислорода в воде или пульпе снижает уровень анаэробных бактерий.

(009) Этот вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет ряд преимуществ. Как отмечено, снижение содержания алифатических кислот в воде или пульпе сокращает проблемы с запахом и обеспечивает более благоприятный для окружающей среды процесс. Метаболизация алифатических кислот аэробными бактериями приводит к выделению СО₂, который будет оставаться в воде или пульпе и действовать как буфер для процесса производства бумаги. В дополнение, снижение содержания алифатических кислот может иметь результатом повышение величины рН технологической воды, что является благоприятным для процесса производства бумаги или картона благодаря снижению уровней содержания кальция в воде.

(010) Дополнительные преимущества обеспечивает применение чистого кислорода вместо воздуха. В частности, при использовании чистого кислорода относительно легко повысить концентрацию О₂ в воде или пульпе до высоких уровней, например, от 15 до 20 мг/л или выше. В дополнение, кислород полностью растворяется в воде или пульпе. Напротив, применение воздуха для повышения концентрации кислорода требует использования очень больших объемов воздуха и может повысить концентрацию О₂ максимально только до уровня от около 3 до 7 мг/л. Это количество воздуха может оказывать вредное влияние на процесс производства бумаги. В частности, могут быть выпарены СО₂ или другие полезные соединения в воде или пульпе. Кроме того, ввиду большого количества азота в воздухе (78%), который не столь легко растворяется в воде и пульпе, в пульпе могут присутствовать пузырьки и микропузырьки, и может происходить кавитация в насосе или прочих зонах пониженного давления.

(011) Этот первый вариант осуществления настоящего изобретения может быть использован на всем протяжении процесса производства бумаги или картона, но может дать наиболее благоприятные результаты в процессе рециркуляции воды или, следовательно, в резервуарах для хранения.

(012) В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, к воде или пульпе добавляют единственно кислород. Назначение этого варианта осуществления состоит в подавлении активности и роста как аэробных, так и анаэробных бактерий. В частности, повышение концентрации кислорода в воде или пульпе будет подавлять рост анаэробных бактерий, и аэробных бактерий там, где они не имеют достаточного количества N- и Р-питательных веществ для роста. Поэтому кислород действует как благоприятный для окружающей среды биоцид.

(013) Этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает многие из тех же преимуществ, как в предшествующем варианте осуществления. В частности, происходит сокращение запаха, связанного с водой или пульпой, вследствие отсутствия образования алифатических кислот анаэробными бактериями. В начальных этапах дозирования некоторое количество кислорода будет преобразовываться аэробными бактериями в СО₂, который будет способствовать забуфериванию воды во время процесса производства бумаги или картона. В дополнение, может быть сокращено или устранено применение других биоцидов, приводя к сокращению расходов, а также к исключению экологических проблем, связанных с такими биоцидами.

(014) В дополнение, с этим вторым вариантом осуществления опять же избегают проблем, связанных с применением воздуха вместо чистого кислорода. В частности, чистый кислород может быть использован для повышения концентрации О₂ в воде или пульпе до высоких уровней, например, от 15 до 20 мг/л или выше, что не достигается при применении воздуха, где может быть достигнута максимальная концентрация О₂ от около 3 до 7 мг/л. В дополнение, кислород полностью растворяется в воде или пульпе, тогда как воздух не растворяется и может приводить к пузырькам или кавитации в насосе, которые оказывают вредное влияние на процесс производства бумаги. Применение кислорода может иметь результатом повышение уровней содержания СО₂ в воде или пульпе, чем обеспечивается благоприятное буферное действие, тогда как применение воздуха может вымывать СО₂ и другие полезные компоненты из воды или пульпы. Использованием кислорода вместо воздуха также избегают проблем, связанных с растворением азота в воде или пульпе.

(015) Этот второй вариант осуществления настоящего изобретения может быть использован на всем протяжении процесса производства бумаги или картона, но дает наиболее благоприятные результаты там, где больше всего требуется подавление анаэробных бактерий, например, в резервуарах для хранения пульпы или в разбавляющей воде, используемой для снижения консистенции пульпы перед хранением. В частности, избыточный кислород поддерживает пульпу в аэробных условиях (хотя аэробные бактерии могут не расти вследствие отсутствия питательных веществ) и подавляет рост анаэробных бактерий.

(016) Нижеследующие экспериментальные результаты показывают полезность настоящего изобретения.

(017) Эксперимент 1: технологическую воду из установки для изготовления картона поместили в маленький резервуар, и уровень содержания О₂ повысили до 20 мг/л непосредственным нагнетанием чистого кислорода. В течение 15-часового периода измеряли концентрацию О₂ и выявили очень малое снижение, показывающее, что уровни дыхания бактерий также были низкими. В частности, небольшое снижение концентрации О₂ на протяжении эксперимента, вероятно, обусловлено начальной активностью аэробных бактерий, которая сошла на нет по израсходовании всех доступных питательных веществ. Активность анаэробных бактерий подавляется, так как новые питательные вещества не образуются, приводя к гибели как анаэробных, так и аэробных бактерий.

(018) Эксперимент 2:8 литров технологической воды из установки для изготовления картона, имеющей начальную концентрацию О₂ от 3 до 4 мг/л, поместили в маленький резервуар. Добавляли О₂ и повысили концентрацию О₂ до около 15,5 мг/л. В течение 12-часового периода измеряли концентрацию О₂ и выявили очень малое снижение до около 9 мг/л, главным образом происходящее в первые часы эксперимента. Это опять же показывает, что уровни дыхания бактерий были низкими. Начальное снижение опять же может быть приписано первоначальной активности аэробных бактерий, которая сошла на нет по израсходовании всех доступных питательных веществ. Активность анаэробных бактерий подавляется, так как новые питательные вещества не образуются, приводя к гибели как анаэробных, так и аэробных бактерий.

(019) Эксперимент 3:8 литров пульпы из установки для изготовления картона, имеющей начальную концентрацию О₂ от 3 до 4 мг/л, поместили в маленький резервуар. Добавляли О₂ и повысили концентрацию О₂ до около 18,5 мг/л. В течение 12-часового периода измеряли концентрацию О₂ и выявили очень малое снижение до около 9,8 мг/л, главным образом происходящее в первые часы эксперимента. Опять же представляется, что уровни дыхания бактерий были низкими. Более высокое потребление О₂ в пульпе по сравнению с технологической водой, возможно, обусловлено начальными низкими уровнями содержания О₂ в волокнистом материале пульпы. В частности, волокна в основном спутаны между собой так, что внутри волокнистых частиц кислород присутствует в более низкой концентрации, позволяя анаэробным бактериям продолжать быть активными и создавать алифатические кислоты, которые обеспечивают питательными веществами аэробные бактерии в остальном растворе пульпы. Однако со временем О₂ постепенно просачивается в волокна, разрушая анаэробные бактерии и в конечном счете также замедляя активность аэробных бактерий.

(020) Может быть благоприятным введение кислорода в некоторые участки процесса производства бумаги, так как это может содействовать равномерному разрушению анаэробных бактерий на протяжении всего процесса. В частности, кислород может быть добавлен в поток пульпы, воду для разбавления или в смесительный ящик. Нагнетание кислорода может быть сделано с помощью любой из нескольких дозирующих систем, в том числе системы SOLVOX, производимой фирмой Linde AG.

(021) Настоящее изобретение представляет усовершенствованные способы обработки воды и пульпы, используемые в процессе производства бумаги или картона. Добавлением кислорода и питательных веществ к воде или пульпе и повышением активности аэробных бактерий может быть достигнуто снижение содержания органических веществ, таких как алифатические кислоты. В альтернативном варианте добавление единственно кислорода к воде или пульпе может обеспечивать сокращение или устранение всей бактериальной активности.

(022) Как представляется, другие варианты осуществления и вариации настоящего изобретения станут очевидными квалифицированному специалисту в свете вышеизложенного описания, и предполагается, что такие варианты осуществления и вариации точно так же являются включенными в пределы области изобретения, каковые изложены при пунктах прилагаемой патентной формулы.

Способы обработки воды и пульпы, используемых в процессе производства бумаги или картона. Регулируя количество кислорода и питательных веществ в воде или пульпе, можно контролировать уровень активности бактерий и не только удалять жирные кислоты и неприятный запах, но и способствовать образованию СО₂, который действует в качестве буфера в процессе производства бумаги. Кроме того, снижение содержания жирных кислот может привести к увеличению рН технологической воды, что благоприятно сказывается на процессе производства бумаги или картона за счет снижения содержания кальция в воде. 3 н. и 10 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки воды или пульпы из процесса производства бумаги или картона, причем способ включает стадию, в которой:

добавляют чистый кислород и азотсодержащие или фосфорсодержащие питательные вещества в воду или пульпу.

2. Способ по п. 1, в котором питательные вещества представляют собой азотсодержащие питательные вещества.

3. Способ по п. 2, в котором питательное вещество представляет собой мочевину.

4. Способ по п. 1, в котором питательные вещества представляют собой фосфорсодержащие питательные вещества.

5. Способ по п. 4, в котором питательное вещество представляет собой фосфорную кислоту.

6. Способ по п. 1, в котором добавление кислорода к воде или пульпе повышает концентрацию кислорода в воде или пульпе до уровня между 15 мг/л и 20 мг/л.

7. Способ по п. 1, в котором добавление кислорода к воде или пульпе повышает соотношение «COD:N:P», в котором COD представляет химическую потребность в кислороде, N представляет азотсодержащие питательные вещества, и Р представляет фосфорсодержащие питательные вещества, до уровня между 100:5:1 по весу и 250:5:1 по весу.

8. Способ по п. 1, причем способ применим к рециркулирующей воде или резервуарам для хранения воды.

9. Способ регулирования уровней аэробных и анаэробных бактерий в воде или пульпе из процесса производства бумаги или картона, причем способ включает стадию, в которой:

добавляют чистый кислород и азотсодержащие или фосфорсодержащие питательные вещества к воде или пульпе.

10. Способ по п. 9, в котором подавляют рост аэробных и анаэробных бактерий.

11. Способ по п. 9, в котором добавление кислорода к воде или пульпе повышает концентрацию кислорода в воде или пульпе до уровня между 15 мг/л и 20 мг/л.

12. Способ по п. 1, причем способ применим в резервуарах для хранения пульпы или в воде для разбавления.

13. Способ снижения уровня алифатических кислот в воде или пульпе из процесса производства бумаги или картона, причем способ включает стадию, в которой:

добавляют чистый кислород и азотсодержащие или фосфорсодержащие питательные вещества к воде или пульпе.