一种微生物控制系统及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及造纸工艺中的纸浆和/或水处理过程中的微生物控制领域。更具体而 言，本发明提供了一种微生物控制系统，其包含分离的第一组分和第二组分，所述第一组分 包含经稳定的含卤素杀菌剂（例如经稳定的次氯酸盐），且所述第二组分包含氨基磺酸类 试剂（例如氨基磺酸）。本发明还提供了一种用于在造纸工艺的纸浆和/或水处理过程中 控制微生物的方法，其包括使用本发明的微生物控制系统。
【背景技术】
[0002] 卤素化合物以及经稳定的含卤素化合物已广泛用于造纸工艺中的纸浆及水处理 过程中的微生物（例如细菌）控制。例如，已使用经稳定的次氯酸盐来控制造纸过程中微 生物生长引起的纸浆及造纸添加物的降解，生产效率降低及腐蚀等问题。之前已报道，含氮 化合物（例如，氨基磺酸、尿素、硫酸铵等）可用作稳定剂来稳定次氯酸盐。然而，此类经稳 定的次氯酸盐的使用也存在着一系列问题。
[0003] 例如，在酸性造纸过程中，经稳定的次氯酸盐（例如，硫酸铵稳定的次氯酸盐）的 使用受到了巨大的限制。这是因为酸性造纸过程中的pH值较低，易于形成二氯胺和三氯 胺。二氯胺和三氯胺是不期望的杀微生物试剂，因为其与单氯胺相比，较不稳定，具有高挥 发性，且毒性更高。
[0004] 此外，之前已报道，次氯酸钠等氧化剂的使用可能影响纸机系统的pH，造成pH的 波动，从而可影响纸机中的纤维及湿端添加剂（wet end additive)的使用效率。
[0005] 在造纸过程中按照pH的不同，可将纸机系统分类为三种类型：酸性系统，pH通常 为4. 5-6. 5 ;中性系统pH通常为6. 6-7. 5 ;以及碱性系统，pH通常为7. 5-8. 5。纸机系统的 pH对于木质组分的溶解度具有很大的影响，特别地，其可以影响溶解物质的相变。在pH增 大的情况下，木质组分的溶解度将会增加，导致阴离子干扰物质的增加，纤维上的表面电荷 及其他组分也将相应改变，并且树脂溶解度将会提高。当pH降低时，将易于形成难溶沉积 物。因此，保持纸机系统中的pH稳定对于造纸工艺（特别是对于纸机保留，成形）至关重 要。例如，可通过下述来调节纸机系统的pH :使用硫酸、S02或铝盐来降低系统pH，而使用 NaOH (作为碱），或者更常见地，使用0)2与NaOH，或Na 2C03 (作为缓冲体系）来提高系统pH。
[0006] 然而，在一些循环密闭系统中（例如，在碱性造纸工程中），次氯酸盐和经稳定的 次氯酸盐通常引起纸机系统pH值的升高，这对湿端添加剂造成了显著不利的影响，甚至 引起添加剂脱水或降解。例如，当纸机系统的pH值从中性升高至碱性时，施胶剂（sizing agent)例如烷基稀酮二聚体（Alkyl Ketene Dimer，AKD)和烯基琥泊酸酐（Alkenyl Succinic Anhydride，ASA)将发生脱水，并形成沉淀。此外，当系统的pH值高于8时，在 BCTMP(漂白化学热磨机械衆，Bleached Chemical Thermo-Mechanical Pulp)的制衆过程 中可能发生黄化问题。此外，系统的pH值的升高还导致聚合物的电子和电荷发生改变，这 可引起造纸系统的不良变化。例如，当造纸系统的碱性升高时，将易于形成结垢。
[0007] 因此，需要对造纸系统，尤其是湿端的pH值进行控制，以消除pH值的升高所带来 的不利影响。事实上，本发明人已尝试通过添加酸（例如，硫酸和柠檬酸）来控制系统的pH 值。然而，结果显示，硫酸和柠檬酸的添加虽然能够避免系统pH值的升高，但是也导致含卤 素杀菌剂和稳定的含卤素杀菌剂（例如次氯酸盐）的杀微生物活性和生物膜去除能力下 降，甚至丧失，无法有效控制微生物。
[0008] 本领域需要提供改良的微生物控制系统和控制微生物的方法，以在造纸工艺的纸 浆及水处理过程中，例如使用含卤素杀菌剂（例如次氯酸盐）的纸浆及水处理过程中，既避 免系统pH值的升高，又有效维持（或甚至增强）杀菌剂的杀微生物活性和生物膜去除能 力，从而实现微生物的有效控制，并消除系统pH值升高所带来的不利影响。
【发明内容】
[0009] 在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术 人员所通常理解的含义。然而，为了更好地理解本发明，下面提供相关术语的定义和解释。 并且，在冲突的情况下，以本说明书（包括，定义）为准。
[0010] 如本文中所使用的，术语"含卤素杀菌剂"是指含有卤族元素（例如，F，Cl，Br，I 等卤素）的、具有杀微生物活性的试剂。含卤素杀菌剂是世界上应用时间最古老、使用最广 泛、杀菌效果十分理想的消毒剂之一，具有价格便宜、使用方便、广谱杀菌等优点。此类试剂 包括，但不限于卤族元素的氧化物，卤族元素的含氧酸及其盐或酯。如本领域技术人员所熟 知的，此类试剂（例如卤族元素的氧化物、含氧酸及其盐或酯）在水中，通过不断释放出活 性的卤素离子（例如氟离子、氯离子、溴离子和碘离子），形成次卤酸，具有强烈氧化作用， 并且能够与微生物体内原生质结合，导致微生物死亡，从而此类试剂可用作杀菌剂，用于杀 微生物或控制微生物。在本申请中，"含卤素杀菌剂"包括但不限于，F，Cl，Br和I的氧化 物、含氧酸及其盐或酯，并且可例如选自，三氯异氰脲酸、二氯异氰脲酸、二氯异氰脲酸钠、 氯化磷酸三钠、氯胺T、四氯干脲、溴氯异氰脲酸、二氧化氯、溴酸海因和二溴海因等。然而， 特别优选的含卤素杀菌剂是，C1和Br的氧化物、含氧酸及其盐或酯，例如但不限于，次氯酸 及其盐。特别优选地，"含卤素杀菌剂"是次氯酸钠。
[0011] 如本领域技术人员所熟知的，一些"含卤素杀菌剂"（例如次氯酸）氧化性强，作 用效果快，在氧化需求量很高的环境中例如造纸过程的纸浆或水中快速失效，因此，通常需 要将其与稳定剂组合使用以延长其作用时间和效果。因此，如本文中所使用的，"经稳定的 含卤素杀菌剂"是指，用稳定剂稳定的含卤素杀菌剂，即，含有稳定剂和含卤素杀菌剂的组 合物或者混合物。含卤素杀菌剂的此类稳定剂是本领域所熟知的，例如但不限于，含氮稳定 剂，例如硫酸铵、尿素、氨基磺酸、氨基磺酸盐（例如氨基磺酸钠）、二甲基肼（DMH)、其它氮 源，或其组合。
[0012] 如本文中所使用的，术语"氨基磺酸类试剂"是指氨基磺酸（NH2-S02-OH)以及经取 代的氨基磺酸，其可由通式（&，R 2)-N-S02-OH来表示，其中&和R 2相互独立地表示Η或烃基 取代基。例如，此类烃基取代基可以选自，C1-C20烷基（例如Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、 C9、CIO、Cll、C12 烷基），C3-C20 环烷基（例如 C3、C4、C5、C6、C7、C8 环烷基），吗啉基，哌 啶基。氨基磺酸类试剂是本领域技术人员所公知的，其实例包括但不限于，甲基氨基磺酸、 乙基氨基磺酸、丙基氨基磺酸、丁基氨基磺酸、戊基氨基磺酸、辛基氨基磺酸、二辛基氨基磺 酸、十二烷基氨基磺酸、双（十二烷基）氨基磺酸、十八烷基氨基磺酸、双环己基氨基磺酸、 吗啉基氨基磺酸、哌啶基氨基磺酸，或其任意组合。
[0013] 本发明至少部分基于发明人的出人意料的发现：在造纸工艺的纸浆及水处理过程 中，含卤素杀菌剂，特别是经稳定的含卤素杀菌剂（例如，经稳定的次氯酸盐）和氨基磺酸 类试剂（例如氨基磺酸）具有协同作用。特别地，氨基磺酸类试剂的使用不仅避免了造纸 过程中系统pH值的升高，而且增强了经稳定的含卤素杀菌剂的微生物控制能力（即，维持 了含卤素杀菌剂的杀微生物活性，并且增强了含卤素杀菌剂的生物膜去除能力）。也即，本 发明人出人意料地发现，氨基磺酸类试剂在使用含卤素杀菌剂的微生物控制过程中，发挥 了双重作用：一方面，其发挥了 pH调节剂的作用，有效地维持了微生物控制系统的pH值； 另一方面，其发挥了增效剂的作用，增强了经稳定的含卤素杀菌剂的微生物控制能力（即， 其不仅有效地维持了含卤素杀菌剂（特别是经稳定的含卤素杀菌剂，例如经稳定的次氯酸 盐）的杀微生物活性，而且增强了含卤素杀菌剂（特别是经稳定的含卤素杀菌剂，例如经稳 定的次氯酸盐）的生物膜去除能力）。
[0014] 因此，在一个方面，本发明提供了一种微生物控制系统，其包括分离的第一组分和 第二组分，其中，
[0015] 第一组分包含含卤素杀菌剂，并且第二组分包含氨基磺酸类试剂。
[0016] 在一个优选的实施方案中，所述含卤素杀菌剂选自F，Cl，Br和I的氧化物、含氧酸 及其盐或酯，例如C1和Br的氧化物、含氧酸及其盐或酯。在一个特别优选的实施方案中， 所述含卤素杀菌剂是次卤酸或其盐，例如次氯酸或其盐。在一个优选的实施方案中，所述次 氯酸盐是次氯酸的金属盐，例如碱金属盐。特别优选地，所述次氯酸盐是次氯酸钠。
[0017] 在一个优选的实施方案中，所述含卤素杀菌剂包含经稳定的含卤素杀菌剂。在一 个优选的实施方案中，所述含卤素杀菌剂是用稳定剂稳定的含卤素杀菌剂。含卤素杀菌剂 的此类稳定剂是本领域所熟知的，例如但不限于，含氮稳定剂。因此，在一个优选的实施方 案中，所述稳定剂是含氮稳定剂。可用于稳定含卤素杀菌剂（例如次氯酸盐）的含氮稳定 剂是本领域技术人员熟知的（参见例如，美国专利申请13/289,578)，包括但不限于，硫酸 铵、尿素、氨基磺酸、氨基磺酸盐（例如氨基磺酸钠）、二甲基肼（DMH)、其它氮源，或其组合。 在一个优选的实施方案中，所述含氮稳定剂选自，硫酸铵、尿素和/或二甲基肼（DMH)。在一 个特别优选的实施方案中，所述含氮稳定剂是硫酸铵和/或尿素。在一个特别优选的实施 方案中，所述含氮稳定剂是尿素。在另一个特别优选的实施方案中，所述含氮稳定剂是硫酸 铵。在本发明的一个优选实施方案中，所述含氮稳定剂不是氨基磺酸。
[0018] 因此，在一个特别优选的实施方案中，所述含卤素杀菌剂是用硫酸铵、尿素、氨基 磺酸、氨基磺酸盐（例如氨基磺酸钠）稳定的含卤素杀菌剂（例如次卤酸或其盐，例如次氯 酸或其盐）。在一个特别优选的实施方案中，