CN103074258B - 一种复合菌群及其在生物菌液制浆工艺中的应用 - Google Patents

一种复合菌群及其在生物菌液制浆工艺中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合菌群及其在生物菌液制浆工艺中的应用。所述复合菌群包含保藏号为CGMCC No.5971的芽孢杆菌、保藏号为CGMCC No.5973的鲁氏不动杆菌、保藏号为CGMCC No.5974的荧光假单胞菌、保藏号为CGMCC No.5975的Wickerhamomyces anomalus。所述方法主要包含菌液的配置；原料处理；制浆，其包含疏解，生物降解，蒸汽杀菌，粗磨浆，细磨浆，浆料筛选，消潜、洗浆。采用该生物菌液制浆法制备的纸板达到AA级以上水平。在制浆过程中产生的废液可回收利用或转化为可作为能源的沼气或有机肥料。既节省能源又环保。

Description

一种复合菌群及其在生物菌液制浆工艺中的应用
技术领域
本发明涉及一种生物菌液制浆法，尤其涉及一种复合菌群及其生物菌液制浆法。
背景技术
制浆技术就是将植物的秸秆、树枝、树干等原料，通过降解（或解离）去除其中的木质素和果胶等物质，得到纤维物质的过程。纤维是造纸的主要成分。
在制浆过程中，要分离出纤维，首先要把这些非纤维物质溶出，得到纤维就是制浆目的所在。
根据中国目前制浆业的现状，应用于生产中主要以化学浆占主导地位，化学浆生产中产生的废液污染化境，破坏土地，污染空气；在制浆中加入大量的氢氧化钠（烧碱），漂白过程中也使用化学有害元素，产生废液无法全部回收利用。而且耗能高，耗电及用水量大；在整个生产过程中都在使用大量的电，致使成为耗电大户。废液排污量大；无法再利用的废液只能向外排放。不符合国家节能减排政策。物质不能达到有效循环再利用。化学制剂无法从废液中分离，有机物与化学制剂混合在一起，有机物也无法得到再利用，造成大量损失。
因此，有必要开发生物制浆技术，从根本上解决制浆造纸业的污染难题。虽然现有技术中也有采用生物制浆技术，但通常采用的生物菌是白腐菌或放线菌，其尽管相对于传统的化学制浆技术有所改善，但是仍存在反应时间长、制得的纤维纯度低、得率低的缺陷，很难应用于实际生产。因此，仍需进一步开发新的生物菌，改善生物制浆工艺，以克服上述缺陷，且同时实现节能减排，省水，降低生产成本且提高物质的使用率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的化学制浆法及生物制浆法的上述缺陷，提供一种新的制浆用生物菌。发明人通过长时间的筛选工作，获得了适合用于生物制浆的能够实现上述发明目的的生物菌。
具体地，本发明提供一种复合菌群，其包含保藏号为CGMCC No.5971的芽孢杆菌（Bacillus sp.）、保藏号为CGMCC No.5973的鲁氏不动杆菌（Acinetobacter lwoffii）、保藏号为CGMCC No.5974的荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、保藏号为CGMCC No.5975的Wickerhamomyces anomalus（该Wickerhamomyces anomalus菌在麦芽汁液体培养基中25℃培养三天，细胞球形、卵形、腊肠形，大小为（4.8-14.4）×（3.6-7.2）μｍ，有沉淀形成。麦芽汁琼脂斜面25℃培养一个月，菌落奶酪状，乳白色，表面平滑，不反光，边缘根状。玉米粉琼脂Dalmau平板培养，产生假菌丝）。
所述的复合菌群能够用于生物菌液制浆。
本发明还提供一种生物菌液制浆法，其主要包含步骤：
1）菌液的配置：将上述的复合菌群按照下述质量比配置成复合菌水溶液，即为菌液：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为1-3:1-2:1-2:2-3；
2）原料处理：将木本原料去皮后切段或切片，或将草本原料切成段，将切好的原料放入浸泡池中润胀；
3）制浆，其包含步骤：
疏解：将润胀的原料搓丝和/或挤碾；
生物降解：将疏解后的原料浸泡到配置好的菌液内；
蒸汽杀菌：将上述生物降解后的原料从菌液中捞出、沥水，通入水蒸汽灭菌；
粗磨浆：将灭菌后的原料进行一段粗磨浆，成为纤维束；
细磨浆：将上述一段粗磨浆进行二段细磨浆，使纤维束分散成单根纤维；
浆料筛选：筛选、过滤经过一段粗磨浆和二段细磨浆后的浆料中的纤维束，再次磨浆使其制成单根纤维；
消潜、洗浆：将上述制得的纸 浆在温水中浸泡，用于制纸板。
其中，步骤1）中形成的菌液的密度为6×107个/ml菌以上。
其中，步骤2）中，切好的木本原料长度为3-4cm，切好的草本原料长度为4-5cm。所述的润胀时间为10-12h。
其中，步骤3）所述的生物降解温度保持在35-40℃，时间30-34小时。疏解后的原料与菌液的质量比为1:6-8。所述的蒸汽灭菌为常压水蒸汽灭菌10-30分钟。
进一步地，步骤2）中浸泡原料后的浸泡液经絮凝、沉淀，上清液回收再利用，沉淀物输入沼气池发酵产生沼气。
本发明提供的生物菌液制浆法的优点是：1）不污染环境：废液直接转化成有机肥料，达到零排放，零污染。2）生物制浆对纤维能起到保护作用，与传统的化学方法相比，本方法能够将全纤维和半纤维都回收，因此提高了得浆率。比传统制浆降低能耗30%；纸浆得率提高20-25%。3）生物制浆是在常压下进行木素降解，节能、减排、低碳。4）生产成本低，经济效益高。采用该生物菌液制浆法制备的纸板达到AA级以上水平。
本发明的副产品输送到沉淀池絮凝、沉淀，上清液返回二次利用，再作预浸液使用。絮凝物中含有丰富的木质素等多种有机物和N、P、K等植物营养素，絮凝物再与老菌液（多次降解原料粘稠菌液，也含有N、P、K、Fe及微量元素）混合，酸化，然后一同排入沼气发酵池中，生产沼气。将沼渣、沼液与粉碎的锅炉灰混合造粒，制成颗粒有机肥，最后出厂，实现零排放。
本发明通过提供上述的发明人经过长时间的创造劳动获得的生物菌群，进一步完善了现有的生物制浆技术，降低了反应时间，提高了制得纤维的纯度和得率，使得该技术能在实际生产中大规模地推广应用。本发明应用生物菌在短时间内降解植物体中木质素生产纸浆、造纸，副产品二次转化成沼气，沼气供煤、气两用锅炉燃烧加热，节省用煤量。最后，沼渣制成有机肥料，形成了一个“物质有机转化”的经济循环新模式，达到无废物排放，也就是零排放。从根本上解决了制浆造纸业的污染难题。节能减排，省水，降低了生产成本，提高了物质的使用率。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的生物菌液制浆法的流程图；
图2是根据本发明的另一实施例的生物菌液制浆法的流程图。
具体实施方式
实施例1菌液的配置
本发明中采用的生物菌群已于2012年4月6日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC，北京市朝阳区北辰西路1号院3号）保藏，其包含保藏号为CGMCC No.5971的芽孢杆菌（Bacillus sp.）、保藏号为CGMCC No.5973的鲁氏不动杆菌（Acinetobacter lwoffii）、保藏号为CGMCC No.5974的荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、保藏号为CGMCC No.5975的Wickerhamomyces anomalus。
将上述的复合菌群按照下述质量比配置成复合菌水溶液，即为菌液：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为1-3:1-2:1-2:2-3；形成的菌液的密度为6×107个/ml菌以上，备用。
实施例2木本原料的生物菌液制浆
以柠条为原料，具体说明采用木本原料时的生物菌液制浆法。其余木本原料，例如杨树、桉树的生物制浆法可参照该工艺进行。
其中采用柠条时，复合菌群按照下述质量比进行配置：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为3:2:2:2；
采用杨树时，复合菌群按照下述质量比进行配置：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为3:1:2:2；
采用桉树时，复合菌群按照下述质量比进行配置：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为2:1:2:3。
具体请参照图1，生物菌液制浆法的流程分为三个阶段：准备阶段、制浆工段和副产品工段。
（一）准备阶段：1-4
1)-2）：将收割回来的柠条进行皮杆分离。采用风选机或其它机械分离均可。皮杆分离后，将皮输入有机饲料车间加工饲料，脱皮后的杆输入下一程序。
3）将杆在切割机上切段，长度为3-4㎝，斜口为好，以增大渗透面积。
4)将脱皮后的枝段输入浸泡仓或浸泡池中进行洗涤、冷浸，首先将原料外表泥土等杂物洗去，同时进行浸泡，水温为自然温度，时间以浸透、润胀为准，10-12h。经多次浸泡后的液体浑浊后，进行絮凝、沉淀后上清液还可以再次使用。沉淀物输入沼气池发酵，生产沼气。
以上四步可以是间歇式也可以是连动式。
（二）制浆工段：5-12
5)疏解：将润胀的枝段输入搓丝机或挤碾、揉搓机来改性木段结构，使之松散成木丝状，有利于生物菌渗透，发挥其降解作用。
6)生物降解：将疏解后的原料输入生物菌降解仓或罐中，浸泡在实施例1制备的菌液内，疏解后的原料与菌液的质量比为1:6，温度保持在35-40℃，时间30-34小时。在生物菌的条件下发生降解木素反应，发挥其专一作用。
7)蒸汽杀菌：原料预处理完成后，将原料从菌液中捞出、沥水，输入到蒸汽仓中，通入常压水蒸汽10-30分钟灭菌。下端将原料输入磨浆机。
8)粗磨浆：将灭菌后的原料输入高浓磨浆机中进行一段粗磨浆，成为粗纤维束。
9)细磨浆：从上述输出的粗浆料再进入高浓磨浆机进行细磨浆，使纤维束分散成单根纤维。
10)浆料筛选：经过两段磨浆后的浆料中，含有少数纤维束，需经过筛选、过滤纤维束，再次磨浆已达到单根纤维。
11)消潜、洗浆：经粗磨浆和细磨浆后的纸浆，受机械摩擦，大部分打弯、扭曲变形，经温水中浸泡消除磨浆造成的纤维挠曲，使之舒展。
12)制纸板：将上述制备的纸浆液输入抄纸机，经抄纸等工艺流程后制纸板。
（三）副产品阶段：A-C
A、3中分离出的柠条皮含有丰富的营养成分，发酵转化成牛、羊饲料。
B、4中经多次浸泡、洗涤的液体浑浊后，经絮凝、沉淀，上清液回收再利用，沉淀物输入沼气池发酵产生沼气，通入煤气两用锅炉做燃料，可起到节能降耗作用。
C、生物有机肥：经沼气池发酵后的沼渣、沼液是丰富的生物有机肥，液体作为农作物追肥和花卉营养液使用，固体造粒做基肥使用，均是绿色肥料。
磨浆后纸张物理性能指标测定结果请详见下表1，各项数据均已达到优等瓦楞纸AA级水平（表3）：
表1
实施例3草本原料的生物菌液制浆
以麦草为原料，具体说明采用草本原料时的生物菌液制浆法。其余草本原料，例如麦草、稻草、玉米秆的生物制浆法可参照该工艺进行。
其中采用麦草时，复合菌群按照下述质量比进行配置：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为2:1:2:3；
采用稻草时，复合菌群按照下述质量比进行配置：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为1:1:2:3；
采用玉米秆时，复合菌群按照下述质量比进行配置：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为2:2:1:3。
具体请参照图2，生物菌液制浆法的流程分为三个阶段：准备阶段、制浆工段和副产品工段。
（一）准备阶段：1、4
将麦草切成4-5cm的切段，输入浸泡仓或浸泡池中进行洗涤、冷浸，首先将原料外表泥土等杂物洗去，同时进行浸泡，水温为自然温度，时间以浸透、润胀为准，10-12h。经多次浸泡后的液体浑浊后，进行絮凝、沉淀后上清液还可以再次使用。沉淀物输入沼气池发酵，生产沼气。
（二）制浆工段：5-12和（三）副产品阶段：A-C同实施例2，其中所使用的生物菌如实施例1在此不再赘述，其中生物降解时，疏解后的原料与菌液的质量比为1:8。
磨浆后纸张物理性能指标测定结果请详见下表2。
表2
Figure BDA00002146001300081
表3瓦楞原纸的质量指标
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (7)

1.一种复合菌群，由保藏号为CGMCC No.5971的芽孢杆菌（Bacillussp.）、保藏号为CGMCC No.5973的鲁氏不动杆菌（Acinetobacter lwoffii）、保藏号为CGMCC No.5974的荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、保藏号为CGMCC No.5975的Wickerhamomyces anomalus组成，上述的复合菌群按照下述质量比配置成复合菌水溶液，即为菌液：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为1-3:1-2:1-2:2-3，形成的菌液的密度为6×107个/ml菌以上。
2.权利要求1所述的复合菌群在生物菌液制浆中的应用。
3.一种生物菌液制浆法，其特征在于，包含步骤：
1）菌液的配置：将权利要求1所述的复合菌群按照下述质量比配置成复合菌水溶液，即为菌液：
芽孢杆菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：Wickerhamomyces anomalus为1-3:1-2:1-2:2-3，菌液的密度为6×107个/ml菌以上；
2）原料处理：将木本原料去皮后切片，或将草本原料切成段，将切好的原料放入浸泡池中润胀，其中，所述木本原料是柠条、杨树或桉树，所述草本原料是麦草、稻草或玉米杆；
3）制浆，其包含步骤：
疏解：将润胀的原料搓丝和/或挤碾；
生物降解：将疏解后的原料浸泡到配置好的菌液内，疏解后的原料与菌液的质量比为1:6-8，降解温度为35-40℃，时间为30-34小时；
蒸汽杀菌：将上述生物降解后的原料从菌液中捞出、沥水，通入水蒸汽灭菌；
粗磨浆：将灭菌后的原料进行一段粗磨浆，成为纤维束；
细磨浆：将上述一段粗磨浆进行二段细磨浆，使纤维束分散成单根纤维；
浆料筛选：筛选、过滤经过一段粗磨浆和二段细磨浆后的浆料中的纤维束，再次磨浆使其制成单根纤维；
消潜、洗浆：将上述制得的纸浆在温水中浸泡，用于制纸板。
4.根据权利要求3所述的生物菌液制浆法，其特征在于，步骤2）中，切好的木本原料长度为3-4cm，切好的草本原料长度为4-5cm。
5.根据权利要求3或4所述的生物菌液制浆法，其特征在于，步骤2）所述的润胀时间为10-12h。
6.根据权利要求3所述的生物菌液制浆法，其特征在于，步骤3）所述的蒸汽灭菌为常压水蒸汽灭菌10-30分钟。
7.根据权利要求3所述的生物菌液制浆法，其特征在于，步骤2）中浸泡原料后的浸泡液经絮凝、沉淀，上清液回收再利用，沉淀物输入沼气池发酵产生沼气。
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