CN102517947A - 利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其与机械加工结合，将破碎的原料浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，温度保持30-45℃，分解时间6-48小时。本发明方法生产过程中不用任何化学品，无污染、节约水、材料损耗小、能耗低、成本仅为现用的化学法制浆成本的40%，可以生产麦草、稻草、芦苇、龙须草、烟杆、甘蔗渣、竹子、木材等为原料的纸浆，并在同时实现造纸浆生产用水的零排放。其产出纸浆品质优良，无任何化学毒素，可用来制作食品包装纸、医药包装纸等日常用纸，且生产过程无污染。具有很高的经济效益和社会效益，是一项生态平衡的高科技高技术升值技术。

Description

利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法

技术领域

本发明涉及一种制造纸浆的工艺，特别是涉及利用褐腐菌生物分解与机械加工结合的纸浆生产方法。

背景技术

纸的发明极大的推动了文明社会的发展，目前世界年人均用纸81.4公斤，中国年人均用纸64.3公斤，中国用纸总量居世界第一位。中国2010年产纸8461万吨，其中进口纸浆3586万吨，其余纸浆主要是废纸回收。

现在普遍应用的造纸生产工艺主要是“碱法”、“亚硫酸盐法”，用大量化学原料来提取出麦草、稻草、芦苇、龙须草、烟杆、甘蔗渣、竹子、木材等原料中的木质素造纸浆。木质素是植物中粘结纤维素的物质，只有分解掉木质素使纤维散开团絮化才能造成纸浆。由此产生了大量化学原料残留物及反应物，这些残留物及反应物被排放到江河里造成污染，被污染水中含有大量悬浮物，COD、BOD，酸碱化合物等有毒物质，对生存环境造成极大污染，即便花费很大成本治理也难以从根本解决，尤其现有草浆生产工艺有70%的原料变成化学污染物排放到了自然环境中。

故而，由于传统造纸浆应用化学法生产工艺，产生大量污水，严重污染环境，全部净化治理需要昂贵的费用，而且制纸浆过程中需消耗大量水、煤、电等，目前普遍应用的传统造纸工艺技术问题亟待解决。

为了解决上述造纸浆的生产工艺问题，世界上1908年就开始了用生物分解的方法来分解各种造纸原料中的木质素的研究，以用生物法取代化学法造纸浆，实现造纸全过程水的零排放，从根本杜绝造纸工业对环境的污染。迄今为止，已发现的自然界中能够降解木质素的微生物种类极其有限，木质素的完全降解被认为是某些真菌和细菌共同作用的结果，其中真菌的作用是主要的，能有效地使木质素矿化的真菌主要是白腐菌和褐腐菌;软腐菌，黑腐菌也可以分泌一些降解木质素的醇类，但是它们分解木质素的能力不是很强，因此研究报道极少。

但由于木质素是无定形大分子结构，稳定性很强，单独白腐菌虽然能降解某些木质素，但其容易被杂菌污染，对环境要求很苛刻，既要潮湿又要通风，同时白腐菌分解木质素需要供给大量氧气，因浆料绝不能侵入水中，所以很难保证温度均匀，供氧均匀，造成成本加大。尽管如此，单独白腐菌降解木质素要在30天以上才能降解60%造纸原料中的木质素，白腐菌的生命周期太短，最长6天，最短5分钟，且白腐菌培养周期太长繁殖速度慢，因此未待降解完毕，白腐菌已经失效。故而单独白腐真菌降解木质素并不适于工业化生产。

鉴于上述生物方法造纸浆存在的难题，目前尚未有工业化的生产，因此该领域的研究空间很大，存有很大空白，如何解决工业化问题是其中首要解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述现有生物造纸浆方法因白腐真菌生命周期短且培养周期太长而不适于工业化生产的问题，而提出一种利用褐腐菌迅速选择性分解造纸浆原料中的多种木质素的生物分解的纸浆生产方法。

本发明是通过以下方案实现的：

上述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，是与机械加工结合，将破碎的原料浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该水池中褐腐菌的含量为17-35亿个/立方米水，温度保持30-45℃，分解时间6-48小时。

所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其中：该水池中另添加有白腐菌、软腐菌和黑腐菌三者中的一种以上，其中白腐菌的含量为7-14亿个/立方米水，软腐菌占的含量为5-10.5亿个/立方米水，黑腐菌的含量为3.5-7亿个/立方米水。

所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其中：所述水池中还含有适量菌种复壮营养液。

所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其中：所述菌种复壮营养液含量为200-450克/立方米水。

所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其加工工序为：破碎——褐腐菌生物分解——疏解——磨浆——筛浆——挤浆，该六道工序中的生产用水循环利用零排放。

所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，具体步骤如下：

首先，原料破碎

将竹子、木材类材料沿纤维方向压劈、压裂、压酥成碎块，草类材料切段；然后沿纤维方向撕开搓裂成碎条；

第二，生物分解

将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，温度保持30-45℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，以均匀分解和均匀温度；，池中菌水不排放，水不够时用其它工序废水补充；分解时间6-48小时，分解后的原浆料碎条中大量木质素被褐腐菌分解成少量CO₂和水，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

第三，疏解

将上述酥松的纤维束加水抽入疏解机，经疏解机中的多把高速旋转的刀将纤维束顺纤维方向劈扯成单根纤维或松散的小纤维团；

第四，磨浆

将上步的单根纤维或松散的小纤维团挤干后通过高浓磨浆机磨浆，使纤维团和单根纤维裂开，大部分成为团絮状并充分帚化成粗细混杂的纤维；其中挤出的水流回疏解池；

第五，筛浆

将粗细混杂的纤维加水用泵抽入高压旋翼筛，将细纸浆筛出来，剩余粗纸浆送回到磨浆工序重磨；

第六，挤浆

将细纸浆脱水挤干，制成含水量30%-50%的干浆，即得。

有益效果：

本发明方法的生产工艺过程中不用任何化学品，无污染、节约水、材料损耗小、能耗低、成本仅为现用的化学法制浆成本的40%，可以生产麦草、稻草、芦苇、龙须草、烟杆、甘蔗渣、竹子、木材等为原料的纸浆，并在同时实现造纸浆生产用水的零排放。其产出纸浆品质优良，无任何化学毒素，可用来制作食品包装纸、医药包装纸等日常用纸，且生产过程无污染。具有很高的经济效益和社会效益，是一项生态平衡的高科技高技术升值技术，填补了世界制纸浆史上一项空白。

综上所述，本发明的褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，是与机械加工结合，具有上述诸多的优越性和实用性，并在国内外同类产品的加工中没有类似和相同的生产工艺应用过和发表过，是在造纸制浆的技术和生产工艺上的一场革命，同时解决造纸制浆污染这一大难题。所以本发明生物分解褐腐菌与机械加工结合的纸浆生产方法，是新颖、先进、实用的新发明。

具体实施方式

本发明的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，是与机械加工结合，将破碎的原料浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该水池中褐腐菌的含量为17-35亿个/立方米水，温度保持30-45℃，分解时间6-48小时。

根据需要，该水池中可添加白腐菌、软腐菌和黑腐菌三者中的一种以上和适量菌种复壮营养液，其中白腐菌的含量为0（7）-14亿个/立方米水，软腐菌占的含量为0（5）-10.5亿个/立方米水，黑腐菌的含量为0（3.5）-7亿个/立方米水，菌种复壮营养液含量为0（200）-450克/立方米水。

采用本方法的加工工序为：破碎——褐腐菌生物分解——疏解——磨浆——筛浆——挤浆，该六道工序中的生产用水循环利用零排放。具体步骤如下：

首先，原料破碎

将竹子、木材、烟杆类材料沿纤维方向压劈、压裂、压酥成碎块，草类材料切段；然后沿纤维方向撕开搓裂成碎条。

第二，生物分解

将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，温度保持30-45℃；分解时间6-48小时；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，以均匀分解和均匀温度；池中菌水不排放，水不够时用其它工序废水补充；

分解后的原浆料碎条中大量木质素被褐腐菌分解成少量CO₂和水，碎条进一步裂解为酥松的纤维束。

根据原材料不同可选择加入少量软腐菌、白腐菌、黑腐菌及适量菌种复壮营养液中的任意一种以上，以进行复合分解。

第三，疏解

将上述酥松的纤维束加水抽入疏解机，经疏解机中的多把高速旋转的刀将纤维束顺纤维方向劈扯成单根纤维或松散的小纤维团。

第四，磨浆

将上步的单根纤维或松散的小纤维团挤干后通过高浓磨浆机磨浆，使纤维团和单根纤维裂开，大部分成为团絮状并充分帚化成粗细混杂的纤维；

挤出的水流回疏解池。

第五，筛浆

将粗细混杂的纤维加水用泵抽入高压旋翼筛，将细纸浆筛出来，剩余粗纸浆送回到磨浆工序重磨。

第六，挤浆

将细纸浆脱水挤干，制成含水量30%-50%的挤干浆，即制得无化工原料无污染的生态纸浆。

在上述整个加工过程中，生产用水循环使用零排放：由于进分解池的原料均是干的，而分解完的浆料都含水70%，所以生物分解工序需及时补充水，该补充水源是挤浆工序挤出水，把水挤回分解池，水循环使用，挤干浆料进入疏解池;疏解工序是把浆料和水从疏解池中一起抽入疏解机，疏解后直接进入挤浆机把水挤回疏解池，水循环使用，挤干浆料进行磨浆；筛浆工序是把浆料和水从筛浆池中一起抽入高压旋翼筛进行筛浆后，直接进入挤浆机，把水挤回筛浆池，实现水循环使用；由于该生产过程中，原材料进厂是干燥的，成品纸浆出厂是按需要含水30%-50%，生产过程中还要蒸发掉一部份水，所以连续生产过程中需要补充水，补充各工序损耗的水全部从挤浆工序挤出的水补充，挤浆工序剩余部份水回到筛浆池循环使用，筛浆池中所需的补充水全部用新水，这样筛浆池中永远保持有50%新水，也使成品浆在筛浆池最后清洗干净。由此整个生产过程中没有水的排放，只按需要每吨成品干浆需补充2--3吨左右新水。

下面以具体实施例进一步说明。

实施例一

首先，将木材类材料用挤轧机经数次挤轧，沿纤维方向压劈、压裂、压酥为长50mm左右的碎块，然后经搓裂机沿纤维方向撕开搓裂成碎条；

第二步进行生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌35亿个/立方米水、白腐菌14亿个/立方米水、软腐菌7.5亿个/立方米水、黑腐菌5亿个/立方米水和菌种复壮营养液300克/立方米水，温度保持38-45℃，池中每隔2小时用菌水循环浇一次；池中菌水不排放；分解时间48小时，分解后的原浆料碎条中大量木质素被褐腐菌分解成少量CO₂和水，碎条进一步裂解为酥松的纤维束； 

第三步疏解，将上述酥松的纤维束加水用泵抽入疏解机，经疏解机中的多把高速旋转的刀将纤维束顺纤维方向劈扯成单根纤维或松散的小纤维团；

第四步磨浆，将上步的单根纤维或松散的小纤维团挤干后通过高浓磨浆机磨浆，使纤维团和单根纤维裂开，大部分成为团絮状并充分帚化成粗细混杂的纤维；其中挤出的水流回疏解池；

第五步筛浆，将粗细混杂的纤维加水用泵抽入高压旋翼筛，将90%的细纸浆筛出来，剩余10%粗纸浆送回到磨浆工序重磨；

第六步挤浆，将细纸浆脱水挤干，制成含水量30%-50%的挤干浆，即得纸浆产品，该纸浆达到各种木材原料制成纸浆相对应的国家标准。

实施例二

原料为麦草、稻草、龙须草，将其切成长200mm左右的段，然后经搓裂机沿纤维方向撕开搓裂成碎条； 

第二步生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌25亿个/立方米水、白腐菌7亿个/立方米水、和菌种复壮营养液200克/立方米水；温度保持30-35℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，池中菌水不排放；分解时间6小时，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

之后的疏解、磨浆、筛浆及挤浆同实施例一，制得纸浆产品，该纸浆该纸浆达到麦草、稻草、龙须草，制成纸浆相对应的国家标准。

实施例三

原料破碎，芦苇切成100mm左右的段，经搓裂机沿纤维方向撕开搓裂成碎条； 

第二步生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌30亿个/立方米水、和菌种复壮营养液450克/立方米水；温度保持30-35℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，池中菌水不排放；分解时间38小时，碎条进一步裂解为酥松的纤维束

而后的疏解、磨浆、筛浆和挤浆同实施例一，制得纸浆产品，该纸浆达到芦苇原料制成纸浆相对应的国家标准。

实施例四

原料破碎，将烟杆、竹子类材料用挤轧机经数次挤轧，沿纤维方向压劈、压裂、压酥为长50mm左右的碎块，经搓裂机沿纤维方向撕开搓裂成碎条；

第二步生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐真菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌17亿个/立方米水、白腐菌10亿个/立方米水、软腐菌5亿个/立方米水和菌种复壮营养液300克/立方米水；温度保持40-45℃；池中每隔2小时压用菌水循环浇一次，池中菌水不排放；分解时间15小时，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

之后依次疏解、磨浆、筛浆及挤浆，制得无化工原料无污染的生态纸浆。该纸浆达到各种竹类原料制成纸浆相对应的国家标准。

实施例五

原料破碎，麦草、稻草、龙须草，切成200mm左右的段，芦苇切成100mm左右的段，甘蔗渣不切；然后将上述原料经搓裂机沿纤维方向撕开搓裂成碎条；

第二步生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐真菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌20亿个/立方米水、白腐菌8亿个/立方米水、黑腐菌7亿个/立方米水和菌种复壮营养液320克/立方米水；温度保持35-40℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，池中菌水不排放；分解时间6小时，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

之后同实施例四，依次疏解，磨浆，筛浆，挤浆，制得无化工原料无污染的生态纸浆，该纸浆达到麦草、稻草、龙须草、芦苇，原料制成纸浆相对应的国家标准。

实施例六

原料破碎，将竹子、木材类材料用挤轧机经数次挤轧，沿纤维方向压劈、压裂、压酥为长50mm左右的碎块；草类材料中麦草、稻草切成200mm左右的段，芦苇切成100mm左右的段，甘蔗渣不切；然后将上述原料经搓裂机沿纤维方向撕开搓裂成碎条。

第二步生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌25亿个/立方米水、软腐菌10.5亿个/立方米水和菌种复壮营养液400克/立方米水；温度保持35-42℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，池中菌水不排放；分解时间10小时，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

此后依次疏解，磨浆，筛浆，挤浆，制得无化工原料无污染的生态纸浆。该纸浆达到竹类、木材、麦草、稻草、芦苇、甘蔗渣原料制成纸浆相对应的国家标准。

实施例七

同实施例六，不同在于：生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌20亿个/立方米水、软腐菌5亿个/立方米水、黑腐菌3.5亿个/立方米水和菌种复壮营养液380克/立方米水；温度保持33-38℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，池中菌水不排放；分解时间10小时，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

实施例8

同实施例六，不同在于：生物分解，将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该池中含有褐腐菌28亿个/立方米水、黑腐菌5亿个/立方米水和菌种复壮营养液280克/立方米水；温度保持35-40℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，池中菌水不排放；分解时间10小时，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

结合上述实施例，可见采用本发明的生产方法，对现今同行业技术人员来讲均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。各种菌种可在自然界采集培养放大。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均属本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，是与机械加工结合，将破碎的原料浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，该水池中褐腐菌的含量为17-35亿个/立方米水，温度保持30-45℃，分解时间6-48小时。

2.如权利要求1所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其特征在于：该水池中另添加有白腐菌、软腐菌和黑腐菌三者中的一种以上，其中白腐菌的含量为7-14亿个/立方米水，软腐菌占的含量为5-10.5亿个/立方米水，黑腐菌的含量为3.5-7亿个/立方米水。

3.如权利要求1所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其特征在于：所述水池中还含有适量菌种复壮营养液。

4.如权利要求3所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其特征在于：所述菌种复壮营养液含量为200-450克/立方米水。

5.如权利要求1至4任一所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，其加工工序为：破碎——褐腐菌生物分解——疏解——磨浆——筛浆——挤浆，该六道工序中的生产用水循环利用零排放。

6.如权利要求5所述的利用褐腐菌生物降解木质素的纸浆生产方法，具体步骤如下：

首先，原料破碎

将竹子、木材类材料沿纤维方向压劈、压裂、压酥成碎块，草类材料切段；然后沿纤维方向撕开搓裂成碎条；

第二，生物分解

将搓裂后的碎条浸没入褐腐菌菌液的水池中进行生物分解，温度保持30-45℃；池中每隔2小时用菌水循环浇一次，以均匀分解和均匀温度；池中菌水不排放，水不够时用其它工序废水补充；分解时间6-48小时，分解后的原浆料碎条中大量木质素被褐腐菌分解成少量CO₂和水，碎条进一步裂解为酥松的纤维束；

第三，疏解

将上述酥松的纤维束加水抽入疏解机，经疏解机中的多把高速旋转的刀将纤维束顺纤维方向劈扯成单根纤维或松散的小纤维团；

第四，磨浆

将上步的单根纤维或松散的小纤维团挤干后通过磨浆机磨浆，使纤维团和单根纤维裂开，大部分成为团絮状并充分帚化成粗细混杂的纤维；其中挤出的水流回疏解池；

第五，筛浆

将粗细混杂的纤维加水用泵抽入高压旋翼筛，将细纸浆筛出来，剩余粗纸浆送回到磨浆工序重磨；

第六，挤浆

将细纸浆脱水挤干，制成含水量30%-50%的挤干浆，即得。