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        微生物酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用

        2014-07-09 13:42:09梁軼媛梁應(yīng)城
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年20期

        梁軼媛 梁應(yīng)城

        摘 要:制漿造紙工業(yè)是我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)之一,也是我國(guó)環(huán)境污染的主要行業(yè)之一。隨著生物技術(shù)的發(fā)展,微生物酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用也受到學(xué)者的重視及關(guān)注。文章綜述了微生物酶在制漿、紙漿漂白及造紙廢水處理等各工藝中的應(yīng)用并展望了其前景。

        關(guān)鍵詞:微生物酶;造紙工業(yè);降低污染

        制漿造紙工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一,但也是我國(guó)污染環(huán)境的主要行業(yè)之一,而我國(guó)的紙品需求仍在以每年10%的速度遞增,預(yù)計(jì)到2015年,紙產(chǎn)量達(dá)1億噸以上,所以以微生物技術(shù)運(yùn)用于造紙行業(yè),減少能源和化學(xué)品的消耗,提高紙漿得率,降低造紙廢液對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康所造成的危害等問(wèn)題的研究已逐漸成為學(xué)者們研究的熱題。

        1 微生物酶運(yùn)用于制漿

        在自然界中,有些微生物種群能選擇性地分解木質(zhì)素化合物,在傳統(tǒng)化學(xué)或機(jī)械制漿前采用專(zhuān)一性微生物對(duì)造紙材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,用溫和的酶解替代高溫堿解,用生物轉(zhuǎn)化代替化學(xué)轉(zhuǎn)化,不但減少了化學(xué)試劑的用量,而且可以有效地降低機(jī)械消耗,節(jié)約能源。

        1.1 漆酶在制漿中的應(yīng)用

        造紙廠的煮漿過(guò)程就是用化學(xué)藥品溶出、脫除木素的過(guò)程,一般的化學(xué)制漿,不但成本高、能耗大,而且對(duì)環(huán)境污染也較為嚴(yán)重。而使用由白腐菌生產(chǎn)的漆酶將原料的木素降解成低分子木素,增加了木素的溶出和被抽提的能力,從而實(shí)現(xiàn)木素與纖維素、半纖維素的分離。用漆酶和介體HBT在蒸煮前對(duì)麥草進(jìn)行預(yù)處理,可降低紙漿的Kappa值,提高紙漿的白度和強(qiáng)度[1]。Jujop的研究表明,在20~90%,pH值2-10條件下用漆酶進(jìn)行預(yù)處理,可以對(duì)原料中的木素進(jìn)行改性,磨漿能耗明顯降低,每噸漿能耗1300kW·h降至850kW·h,節(jié)省動(dòng)力約30%,且機(jī)械漿的物理性能得到改善,紙漿質(zhì)量達(dá)到化學(xué)熱磨機(jī)械漿的水平[2]。

        1.2 纖維素酶在制漿中的應(yīng)用

        在機(jī)械制漿前加化學(xué)預(yù)處理,除去或改變一部分木素結(jié)構(gòu),可以改善紙漿的強(qiáng)度,但降低了紙漿的得率,損害了紙漿的光學(xué)特性,廢水的排放量和污染負(fù)荷也相應(yīng)增加,而經(jīng)由木霉所產(chǎn)出的纖維素和半纖維素酶處理則結(jié)合了機(jī)械法制漿和化學(xué)機(jī)械法制漿的優(yōu)點(diǎn),克服其缺點(diǎn),除了可以增加紙漿的強(qiáng)度性能之外,還能顯著降低機(jī)械磨漿時(shí)的能量消耗[3]。

        2 微生物酶用于紙漿漂白

        傳統(tǒng)的含氯漂白產(chǎn)生大量有毒和強(qiáng)致癌性物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)造成極大危害,已逐漸被無(wú)氯漂白所取代,而以某些真菌產(chǎn)生的漆酶不僅能氧化非酚結(jié)構(gòu),而且能使硫酸鹽漿脫木素和脫甲氧基。佐治亞大學(xué)的研究者[4]發(fā)現(xiàn)一株漆酶產(chǎn)菌-朱紅密孔菌(Pycnoporus cinnabarlnus),以產(chǎn)生自己的氧化還原中介物3-羥基鄰氨基苯甲酸(3-hydroxyanthranilic acid,3-HAA)。漆酶加3-HAA系統(tǒng)不僅能氧化非酚模式化合物,而且能降解合成的木素。通過(guò)篩選或誘變培育出假單胞菌(Pseudoznonas sp.)G6-2[5]枯草桿菌(Bacillus sp.)A[6]一30等木聚糖酶高產(chǎn)菌株進(jìn)行了分離純化的酶學(xué)研究,其所產(chǎn)木聚糖酶運(yùn)用于生物漂白技術(shù),其結(jié)果表明木聚糖酶在多種漿種的不同漂白工藝中都有明顯的助漂作用。用于樺木漿CEH三段漂和ECF漂白,在保持白度、得率、強(qiáng)度基本不變的情況下,可減少近50%氯或二氧化氯用量,漂白漿的白度穩(wěn)定性也有所提高[7]。

        3 微生物酶用于造紙廢水處理

        在制漿和造紙生產(chǎn)過(guò)程中,造紙廢水可分為黑液、中段廢水和紙機(jī)白水。黑液是整個(gè)造紙過(guò)程中污染最為嚴(yán)重的廢水,木質(zhì)素是造成造紙工業(yè)排放黑液COD和色度形成的主要原因。白腐菌具有能降解木素和變性木素的酶活系統(tǒng),能將漂白廢水中的有機(jī)氯化物轉(zhuǎn)變成無(wú)機(jī)氯和CO2,并破壞發(fā)色基團(tuán)組織和結(jié)構(gòu),降低漂白廢水中的TOCl、BOD、COD和色度[8]。范偉平等[9]利用微電解-白腐菌生物降解-絮凝沉降聯(lián)合處理系統(tǒng)對(duì)活性染料生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理,在最佳PH和溫度及接觸停留時(shí)間下,其COD去除率達(dá)90%以上,色度去除率在95%以上。另有研究表明,使用堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌產(chǎn)生的絮凝劑處理印染廢水和酵母廢水,可取得良好的絮凝效果[10],由李云鵬等[11]從剩余污泥中制得微生物絮凝劑LBF經(jīng)實(shí)驗(yàn)相比于PAC效果更好,其COD、SS、色度去除率都高于PAC處理的廢水樣。

        4 微生物酶用于造紙工業(yè)中的其他用途

        與常規(guī)堿法脫墨漿相比,微生物酶法脫墨漿有更高的游離度,且濾水性好、物理性能優(yōu)、白度高和殘余油墨量低,還可縮短脫墨時(shí)間。利用纖維素酶處理回收的廢紙,既可脫除油墨和化學(xué)處理難以去除的調(diào)色調(diào),又可改善二次纖維的抄造和使用性能[12]。顧琪萍[13]等研究表明,在優(yōu)化條件下,廢報(bào)紙經(jīng)脂肪酶脫墨后,白度比原漿提高4.3%SBD,裂斷長(zhǎng)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)可分別提高11.4%,19.8%和17.5%。

        由于傳統(tǒng)造紙工業(yè)是耗能和環(huán)境污染大戶(hù),隨著生物技術(shù)的發(fā)展,微生物酶應(yīng)用于造紙工業(yè)的技術(shù)越來(lái)越受到廣大研究者的重視,其規(guī)模也在不斷提高。通過(guò)使用微生物技術(shù)或酶技術(shù),不但能使資源充分利用,降低能耗與環(huán)境污染,而且能帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)造紙工業(yè)與環(huán)境保護(hù)都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        參考文獻(xiàn)

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