Novel applications of peracetic acid as a biocide in the pulp and paper industry

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Technology | Doctoral thesis (monograph) | Defence date: 2016-04-22
Date
2016
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
271
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 42/2016
Abstract
Environmentally toxic chemicals have traditionally been utilized for preventing microbiological contamination in industrial water circulations. In recent years the search for novel solutions to replace the most toxic chemicals has gained momentum. Peracetic acid technology has been applied in industries ranging from food to pulp and paper. Peracetic acid has strong oxidizing and biocide properties. Therefore, it was hypothesized and experimentally verified that peracetic acid could be utilized as a disinfectant in the paper industry. Repeated doses from 10 to 20 mg/l of peracetic acid that would remain sub-lethal for numerous microorganisms were successfully applied to destroy the biofilm structure and prevent the growth of microorganisms in water circuits. The effectiveness of the applied technique was confirmed based on the literature, and in a series of laboratory and full-scale industrial studies, 12 % peracetic was shown to be the most suitable for disinfection in paper mill targets. The results further facilitated the work for developing completely closed water circuits of paper mills. The decomposition properties of peracetic acid were also studied, indicating that no active chemical remains 30 minutes after dosing. It was demonstrated for the first time that the use of chlorine in industrial untreated fresh raw water can be replaced by peracetic acid in the pulp and paper industry. Peracetic acid decreased the count of microorganisms and had no adverse effects on auxiliary chemicals such as pigments, clays or starch, which have been utilized as binding chemicals in papermaking. In deinking plants, peracetic acid and hydrogen peroxide were studied for inhibition of the activity of the enzyme catalase. Peracetic acid is also crucial in limiting pathogenic bacteria and spores in food-contact paper or packaging. The results presented in this dissertation indicate that the activity of catalase enzyme can be controlled by using peracetic acid solution as a biofilm destroying biocide, rather than by direct disinfection. Understanding the behavior of peracetic acid in the environment of catalase activity supported understanding of its effects in paper machines. Concern about toxic residues that might disturb the wastewater treatment plant led to an investigation of peracetic acid reactions in wastewater. It was observed that wastewater treatment plants suffering from sludge bulking were befitted from peracetic acid oxidation within one week of the dosing scheme. The results presented indicated that 100 mg/l of peracetic acid is an environmentally acceptable solution for sludge bulking problems. Another wastewater-based innovation was odor control with peracetic acid. The corrosive and oxidizing properties of the chemical can be controlled with appropriate maintenance and suitable materials.

Ympäristölle myrkyllisiä kemikaaleja on käytetty estämään mikrobiologista saastumista teollisissa vesikierroissa. Viime vuosina on kuitenkin pyritty etsimään uusia ratkaisuja myrkyllisimpien kemikaalien tilalle. Peretikkahappoa on käytetty laajasti elintarvike- sellu- ja paperiteollisuudessa. Peretikkahappo on vahva ja hapettava biosidi, mutta tässä työssä todistettiin kokeellisesti, että peretikkahappoa voidaan turvallisesti käyttää paperiteollisuuden desinfiointiaineena.Peretikkahappo torjuu toistuvina annoksina (10 - 20 mg/l) subletaalisesti monia mikro-organismeja poistamalla biofilmiä ja estämällä mikro-organismien kasvua. Käytetyn menetelmän toimivuus vahvistettiin perustuen kirjallisuuteen, laboratoriokokeisiin ja teollisuuskoeajoihin. Voimakkuudeltaan 12 %:n peretikkahapon tasapainoliuoksen osoitettiin olevan sopiva moniin paperitehtaan desinfiointisovelluksiin ja tulokset helpottavat suljetun paperitehtaan kehittämistä. Peretikkahapon hajoamisominaisuuksien tutkiminen osoitti, että kemikaalia ei ole jäljellä 30 minuutin päästä annostelun lopettamisesta.Tässä työssä osoitettiin ensimmäistä kertaa, että kloorin käyttö voidaan korvata peretikkahapolla raakaveden desinfioinnissa. Peretikkahappo vähensi saven, pigmenttien ja tärkin mikro-organismeja ja sillä ei ollut haitallista vaikutusta niiden ominaisuuksiin. Siistauslaitoksilla peretikkahappoa ja vetyperoksidia kokeiltiin katalaasiaktiivisuuden vähentämiseksi. Peretikkahappo pystyi poistamaan patogeeniset bakteerit ja itiöt elintarvikepaperin ja -pahvin valmistuksessa. Tutkimus osoitti, että katalaasiaktiivisuutta voidaan hallita käyttämällä peretikkahappoa. Katalaasiaktiivisuuden hillitseminen auttoi peretikkahapon desinfiointikäyttöä paperikoneilla.Mahdolliset jätevesilaitoksen peretikkahappojäämät johtivat jätevesi-tutkimuksiin. Jätevedenpuhdistamot kärsivät paisuntalietteestä, jota voitiin torjua peretikkahapolla. Tulokset osoittivat, että 100 mg/l peretikkahappoa on ympäristön kannalta hyväksyttävä ratkaisu paisuntalietteen torjuntaan. Toinen uusi innovaatio oli käyttää peraetikkahappoa jätevesiympäristössä hajujen torjuntaan. Kemikaalin hapettavat ja korrodoivat ominaisuudet eivät ole ongelma prosessissa, jos käytetään oikeita materiaaleja ja annosteluja.
Description
Supervising professor
Ojamo, Heikki, Prof., Aalto University, Department of Biotechnology and Chemical Technology, Finland
Thesis advisor
Granström, Tom, Dr., St1 Biofuels Oy, Finland
Keywords
APT, bacteria, biofilm, biocide, bulking, catalase, chemical, cooling water, disinfectant, environmental, hydrogen peroxide, micro-organism, odor, oxidation, paper machine, peracetic acid, sanitation, slime, sludge, debulking, wastewater, bakteerit, biofilmi, biosidi, paisunta, katalaasi, kemikaali, jäähdytysvesi, desinfiointi, ympäristö, vetyperoksidi, mikro-organismi, mikrobiologia, haju, hapetus, paperikone, peretikkahappo, sanitatointi, lima, liete, paisuntalietteen torjunta, jätevesi
Other note
Citation