| Papir in okolje | | Matej Šuštaršič | |
| Dandanes je ekologija ena izmed ved, ki je v središču znanstvenega razmišljanja. Dnevno uporabljamo znanstvene izsledke za zmanjšanje človekovega vpliva na okolje, organizme in odnose med njimi. Nemalokrat pa pozabljamo, da lahko izsledke uporabimo tudi pri reševanju kompleksnih mikrobioloških težav v industriji. Povsod, kjer so prisotni organizmi in ugodni pogoji okolja, so prisotne tudi interakcije med organizmi in okoljem. Ali najdemo takšne pogoje tudi v papirni industriji? | |
Proizvodnja papirja je kompleksen proces, ki poteka na papirnem stroju. Kljub kompleksnosti lahko s stališča ekosistema razdelimo papirni stroj na biotop in biocenozo. Biotop papirnega stroja predstavlja neposredno okolje in vključuje abiotske dejavnike (pH, T, redoks potencial …) papirnega stroja. Biocenoza papirnega stroja pa vključuje žive dejavnike, med katerimi so najpogosteje prisotne bakterije, plesni, kvasovke in alge.
Vstopna mesta mikroorganizmov
Proizvodnja papirja je vodno intenziven proces, pri katerem se uporabljajo celulozna vlakna (primarna ali sekundarna) in številni dodatki. Možnih točk vstopa organizmov v sistem papirnega stroja je običajno več, med najpomembnejšimi pa so vstopi preko:
• tehnološke vode. Za pripravo tehnološke vode se običajno uporablja rečna voda z že vzpostavljenimi združbami organizmov. Vodo pred vnosom v sistem papirnega stroja pripravijo z uporabo različnih kemikalij. Število organizmov v rečni vodi niha v odvisnosti od letnega časa in dosega višje vrednosti v poletnih in nižje v zimskih mesecih.
• dodatkov. Papirnice jih uporabljajo za izboljšanje procesa proizvodnje in želenih lastnosti končnega produkta. Mnogi od dodatkov so lahko mikrobiološko kontaminirani in pomenijo vstopno točko mikroorganizmov v sistem papirnega stroja.
• vlaknin. Vlaknine predstavljajo osnovno sestavo vsakega papirja. Primarne vlaknine (sveža celulozna vlakna) so mikrobiološko manj obremenjene od sekundarnih (recikliranih vlaken). Število in vrsta (mikro)organizmov sta odvisna tudi od pogojev skladiščenja, starosti vlaknin in drugih dejavnikov.
Organizme papirnega stroja bi lahko na podlagi zadrževalnega časa v papirnem stroju razdelili na dve skupini. Prehodno skupino organizmov sestavljajo predvsem organizmi surovin in vhodne vode. To so organizmi, ki v sam sistem papirnega stroja vstopajo, propadejo ali zapustijo sistem papirnega stroja ujeti v papirju ali odpadni vodi. Skupino prilagojenih in dalj časa prisotnih organizmov pa sestavljajo predvsem organizmi, pritrjeni na papirni stroj (organizmi v biofilmih, oblogah …).
Okolje (biotop) papirnega stroja
Zapiranje krogotokov in zmanjšanje porabe vode v proizvodnji papirja sta le dva dejavnika, ki sta vodila k naraščanju koncentracij snovi v procesni vodi in dvigu temperature. Prisotna organska snov, ugodna pH vrednost in temperatura so posledice, ki omogočajo hitro razmnoževanje številnim (mikro)organizmom.
Primerni pogoji za hitro razmnoževanje mikroorganizmov so prisotni predvsem v mokrem delu papirnega stroja. Tu najpogosteje izoliramo bakterije, glive in alge, ki preko tehnološke vode, dodatkov ali vhodnih vlaknin zaidejo na papirni stroj. Pri tvorbi papirja ostanejo organizmi ujeti v papirju in potujejo v sušilno skupino papirnega stroja. Visoke temperature povzročijo propad organizmov – preživijo lahko le organizmi, prilagojeni na biotop sušilne skupine. Ti organizmi ostanejo ujeti v papirju in se v papirnico ponovno vrnejo pri uporabi sekundarnih vlaknin.
Ekosistem
Čeprav so interakcije med organizmi in biotopom prisotne ves čas, ostajajo slabše raziskane. Bolje poznane so interakcije, ki vplivajo na zmanjšano proizvodnjo, poškodbe papirnega stroja ali kontaminacijo končnega izdelka. Tipičen primer ekosistemske interakcije papirnega stroja, ki povzroča smrad in korozijo, je kroženje žvepla.
Žveplo se lahko v sistem papirnega stroja vnese že preko tehnološke vode. Molekula žvepla predstavlja nov abiotski dejavnik papirnega stroja, ki ga lahko izkoristijo sulfat reducirajoče bakterije. Prisotnost nutrientov, biocenoze in ugoden redoks potencial lahko v odsotnosti kisika vodijo do nastanka reducirane oblike žvepla (H2S). Molekula H2S je v papirnicah nezaželena, saj predstavlja poleg korozije tudi nevarnost za zdravje človeka. Molekulo H2S lahko bakterije pretovorijo nazaj do oksidiranih oblik, kar vodi do kroženja žvepla v sistemu papirnega stroja. V naravi je takšno kroženje opredeljeno kot biogeokemijsko kroženje žvepla.
Glede na skupine organizmov, ki so prisotne v papirnem stroju, bi lahko ekosisteme razdelili na avtotrofne in heterotrofne ekosisteme. Avtotrofni ekosistemi vsebujejo pretežno primarne producente, ki iz anorganskih snovi sintetizirajo organsko snov. Alge so primer avtotrofnih organizmov (primarnih producentov), ki jih srečamo v področjih papirnega stroja, kjer so prisotni ugodni pogoji in vir svetlobe. Organsko snov heterotrofni organizmi oksidirajo, pri čemer se sprošča energija. Stranski produkt razgradnje organske snovi je CO2, ki ga porabljajo primerni producenti in ga v procesu fotosinteze reducirajo do organsko bogatih molekul (Slika 1).
Vplivi
Proizvodnja papirja je kompleksen in hkrati dinamičen proces. V papirnicah smo priča dnevnemu nihanju kakovosti vhodnih surovin, ki imajo za posledico hitro spreminjajočo se mikrobiološko sestavo. Tudi sam proces proizvodnje papirja z občasnimi zastoji nudi številne hitro spreminjajoče se pogoje biotopa, ki omogočajo preživeti le najbolj prilagojenim organizmom. Poleg omenjenega nihanja biocenoze vhodnih surovin in tehnološke vode sta med najpomembnejšimi dejavniki neposrednega vpliva na sestavo biocenoze še uporaba/neuporaba biocidnega sistema in čiščenje papirnega stroja.
Z zapiranjem krogotokov se je povečalo število mikroorganizmov v procesni vodi papirnega stroja. Posledično se je povečalo število oblog in pretrgov, kar za papirnice predstavlja motnje v proizvodnji. V želji zmanjšati število pretrgov so papirnice v svoj sistem pričele uvajati snovi za nadziranje števila organizmov – biocide. Biocidi predstavljajo dejavnik biotopa papirnega stroja, ki dodatno zaostruje pogoje za preživetje živim dejavnikom. Biocid je dodan prav z namenom spremembe biotopa na način, ki onemogoča preživetje določenega tipa organizmov. Spreminjanje samo enega dejavnika biotopa za zmanjšanje števila organizmov v procesnih vodah običajno ni dovolj, zato se papirnice odločajo tudi za občasno čiščenje papirnega stroja. S čiščenjem in uporabo različnih vrst pralnih sredstev vnesejo papirnice v sistem papirnega stroja nove, ekstremne pogoje, na katere biocenoza papirnega stroja ni prilagojena in zato propade.
Zaključek
Ekosistemi so prisotni v sistemu papirnega stroja. Čeprav ostajajo številne interakcije med organizmi in biotopom papirnega stroja nepoznane, so nekatere med njimi dobro poznane. Še več, nekatere povezave, kot je npr. kroženje žvepla, srečamo tudi v naravi. V takšnih primerih nam pri reševanju problema pomagajo znanja, pridobljena iz preučevanja organizmov v naravi. S preučevanjem odnosov med organizmi in papirnim strojem spoznamo specifične odnose in tako lažje podamo rešitve kompleksnejših mikrobioloških rešitev v industriji.
