CN103437230B

CN103437230B - 基于生物酶的中碱双回路浮选废纸脱墨工艺

Info

Publication number: CN103437230B
Application number: CN201310386144.0A
Authority: CN
Inventors: 万金泉; 孟庆林; 马邕文; 王艳; 黄明智; 陈杨梅
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: CN103437230A

Abstract

本发明公开了基于生物酶的中碱双回路浮选废纸脱墨工艺，属于制浆造纸工艺技术领域。其工艺特征为该工艺中中碱双回路中第一段中性回路采用中性混合脱墨剂脱墨，所述中性混合脱墨剂包括生物酶和中性脱墨剂。第二段碱性回路采用碱性过氧化氢脱墨，然后经浮选、洗涤后得到脱墨后的废纸浆料。本发明具有对废纸纤维强度和不透明度损伤小，白度增值大，污染负荷小，漂白浆不易反黄等优点。

Description

基于生物酶的中碱双回路浮选废纸脱墨工艺

技术领域

本发明涉及制浆造纸工艺技术领域，特别涉及生物酶用于废纸浆料中碱双回路浮选脱墨工艺。

背景技术

随着植物资源日益短缺和对环境保护的重视，废纸已成为造纸工业原料的重要来源，所占比重也越来越大，其回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径。脱墨是废纸回用的重要步骤，使用良好的脱墨技术脱除纸张的油墨并有效保护废纸纤维是废纸脱墨的关键。

废纸脱墨所采用的方法有机械法、化学法和生物酶法。化学法中传统的碱性脱墨是利用氢氧化钠和硅酸钠等化学药品在pH值为9-11条件下进行脱墨。但碱性药品的加入，增加了脱墨废水污染负荷，而且含有较多机械浆的废纸在碱法脱墨过程中会发生“碱变黑”现象，引起纸浆白度的降低。此外，碱法化学脱墨不利于纸浆滤水性能和强度性能的改善。中性脱墨是近年来发展起来的一种新型化学法脱墨技术，能有效降低油墨粒子的扩散，减少阴离子垃圾的产生，防止油墨粒子的再沉淀，具有脱墨及废水的处理成本低，污染程度小等优点。中性脱墨剂只由表面活性剂组成，主要为阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂，阴离子型表面活性剂去污性能好，发泡性好，泡沫细且稳定，价格较低；非离子表面活性剂分散乳化作用好，临界胶束浓度较低，可在低浓度下获得良好的脱墨效果，但其产生的泡沫较少，且不稳定，但它与其他类型表面活性剂相容性好。酶法脱墨是指利用酶处理废纸，并辅以浮选和/或洗涤除去油墨的工艺技术。生物酶法脱墨有两种途径，一种是利用酶直接攻击油墨使油墨降解，如脂肪酶、脂酶等；另一种是通过改变纤维表面或附近的联接键使油墨脱离，并借助洗涤、浮选或两者结合的方法将脱离下来的油墨粒子除去，如纤维素酶、半纤维素酶、木素降解酶等。与常规的化学法脱墨相比，生物酶法脱墨具有很多优点：提高了油墨的去除率，增加了废纸浆的白度，提高了纸浆的得率，增进了灰分的去除，改善纸浆的物理特性(如滤水性)，对纸浆强度没有什么负面影响，减少废纸处理过程中BOD和COD，大大降低脱墨和废水处理的化学品用量等。

目前，随着无压印刷、静电印刷等新型印刷技术的问世，油墨的种类和油墨配方也处于不断更新和变化中，例如，紫外光固油墨、激光印刷油墨、苯胺印刷油墨等，而传统的单一的脱墨工艺方法只能脱除胶版印刷常用的树脂型油基油墨，而对于新型油墨则难以有效脱除，这是造成脱墨困难的主要原因。这些油墨颗粒在碎解后变得十分细小，如苯胺油墨碎浆后油墨颗粒变为0.3-2um大小，在常规的浮选法中不能除去，继续悬浮于水中，这种油墨颗粒的存在使纸浆的白度降低6-10%ISO。

由法国纸业技术中心G.Galland等人提出的中性与碱性相结合的双回路废纸脱墨方法，主要就是为了解决传统碱性脱墨方法不能很好地脱除混合废纸中水性油墨的问题。这种脱墨方法的提出，主要是考虑先利用第一段中性回路除去苯胺油墨，以避免在碱性回路中的过于分散，再经第二段碱处理分离脱除传统胶印油墨，从而使混合废纸的油墨脱除效率提高。但传统的中性与碱性相结合的双回路废纸脱墨工艺第一段中性回路仅使用中性脱墨剂脱除苯胺印刷油墨，并不能完全脱除现有的新型油墨，导致第二段碱性回路需加入较多的碱性化学药品，会在脱墨过程中增加废纸纤维的损伤以及污染负荷。

综上所述，目前，传统的碱脱墨工艺和传统中碱双回路脱墨都有各自的缺点，本发明针对这些缺点，将生物酶与中间双回路脱墨工艺相结合，在一定程度上减少了传统脱墨的缺点，使得废纸纤维在脱墨过程中受到较小的损伤，并降低了脱墨废水的污染负荷。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于生物酶的中碱双回路废纸浮选脱墨工艺，在第一段中性回路中添加中性混合脱墨剂，中性混合脱墨剂包括生物酶和中性脱墨剂，第二段碱性回路采用碱性过氧化氢脱墨，即能够减缓传统脱墨工艺对废纸纤维的损伤，提高脱墨浆回用品质，又能有效脱除新型及传统油墨，提高浆纸白度，减少污染负荷。

本发明的目的通过以下技术方案实现：基于生物酶的中碱双回路废纸浮选脱墨工艺，该工艺中中碱双回路脱墨中第一段中性回路脱墨采用中性混合脱墨剂脱墨，所述中性混合脱墨剂包括生物酶和中性脱墨剂；第二段碱性回路脱墨采用碱性过氧化氢脱墨，具体工艺如下：

（1）碎浆：将废纸置于水力碎浆机中碎浆，得到纸浆；

（2）脱墨：在步骤（1）得到的纸浆中加入生物酶和中性脱墨剂，进行第一段中性回路脱墨，后进行第二段碱性回路脱墨，得到脱墨后浆料；

（3）浮选：将步骤（2）得到的脱墨后浆料稀释至浓度为1-2%wt后进行浮选，得到浮选后的浆料；

（4）洗涤：将步骤（3）所得的浮选后的浆料稀释到0.5%wt-1%wt的浆浓，洗涤浓缩得到脱墨浆。

上述工艺中，所述生物酶为脂肪酶，用量为占绝干浆质量的0.6-0.8u/g；所述中性脱墨剂由三种表面活性剂组成，包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、椰油酸二乙醇酰胺（6501）和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9），并且三种表面活性剂的质量比为1.5～2.5∶0.5～1.5∶0.5～1.5，中性脱墨剂用量为占绝干浆质量的0.5%-1%。

上述工艺中，步骤（1）所述碎浆的条件为：调节碎浆浓度为12-16%wt，碎浆时间35-45min，碎浆温度45-55℃，转速250-350r/min。

上述工艺中，步骤（2）所述第一段中性回路脱墨中脱墨温度为30-40℃，脱墨时间为35min-45min，控制浆浓为8%wt-10%wt。

上述工艺中，步骤（2）所述第二段碱性回路脱墨具体为：控制浆浓为8%wt-10%wt，NaOH用量为占绝干浆质量的1.5%-3%，H₂O₂用量为占绝干浆质量的1.5%-3%，Na₂SiO₃用量为占绝干浆质量的3%-4%，中性脱墨剂用量为占绝干浆质量的0.5%-1%，脱墨温度50-70℃，脱墨时间为60-70min。

上述工艺中，步骤（3）所述浮选的条件为：浮选温度45-60℃，浮选时间20-40min，加入占绝干浆质量0.1-0.2%的CaCl₂。

本发明的理论基础如下：

（1）生物酶对纤维表面细纤维的去除作用；生物酶对细小纤维或小的纤维组分的絮聚作用。这些作用对二次纤维性能有改善作用，保护纤维不受到严重损伤，提高纤维回用品质，并减少化学药品的使用，减少污染负荷。

（2）脂肪酶是一类特殊的脂键水解酶，可以部分降解油墨连接料和油脂键，将油墨团本身打碎使之从纤维上脱离。这种脱墨方式不必以切断纤维的方式来释放油墨离子，因而对纤维损伤小，脱墨后可提高纸浆白度，强度也较高。

（3）中性脱墨剂由阴离子型表面活性剂AES和非离子型表面活性剂6501、AEO-9复配而成，复配体系中AES具有的起泡性和捕集能力，能够使油墨粒子尽可能多的附集在气泡上，通过浮选去除泡沫达到脱除油墨的目的；6501、AEO-9具有乳化、分散能力，可以均匀分散从纤维上剥离下来的油墨粒子，防止油墨粒子的再沉积。此外，AES和6501、AEO-9在溶液中可形成具有更好表面活性的胶束，该胶束能进一步降低水的表面张力而加大对纤维的润胀程度，从而更有效促使油墨从纤维上脱离以取得更好的脱墨效果。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

（1）本发明采用基于生物酶的中碱双回路浮选脱墨工艺，具有对废纸纤维的强度性能和不透明度损伤比较小等优点，并降低了废水排放的污染负荷。

（2）本发明的基于生物酶的中碱双回路浮选脱墨工艺克服了传统脱墨方法无法有效脱除新型油墨的弊病，提出的新型中性复配脱墨剂能进一步提高脱墨效率，能获得具有高白度和低残余油墨量的高质量的再生纸浆。

（3）使用生物酶处理二次纤维，具有改善纸浆的滤水性，提高纸浆得率，改善成纸的某些强度性质等优点。

（4）本发明所述中性脱墨剂的复配方法步骤简单，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、椰油酸二乙醇酞胺(6501)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)所需化学药品价格便宜，具有良好的生物降解性，可广泛应用于一般的造纸厂。

（5）本发明适用于废旧新闻纸浆及混合办公废纸浆脱墨，也适用含有彩色印刷的废纸浆脱墨，对于废旧新闻纸和混合办公收废纸组成的混合废纸浆同样适用。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例取废旧新闻纸（ONP）200g（水分80%），采用以下步骤进行脱墨：

（1）碎浆：水力碎浆机中碎浆，碎浆条件为：碎浆浓度15%wt，碎浆时间35min，碎浆温度50℃，转速300r/min。

（2）脱墨：向经过步骤（1）处理的ONP浆中加入脂肪酶和由质量比为2∶1∶1的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、椰油酸二乙醇酰胺（6501）和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）组成的中性脱墨剂，脂肪酶和中性脱墨剂用量分别为0.7u/g和0.8%（均相对于绝干浆的质量），充分混合后脱墨，脱墨条件为：浆浓为10%wt，脱墨温度为35℃，脱墨时间为40min。废纸浆经第一段脱墨后，直接进行第二段碱性过氧化氢脱墨，脱墨条件为：NaOH用量为2%，H₂O₂用量为2%，Na₂SiO₃用量3%，中性脱墨剂用量1%（均相对于绝干浆的质量），脱墨温度60℃，脱墨时间为60min。

（3）浮选：脱墨后浆料稀释至浓度为1%wt进行浮选，浮选条件：浮选温度50℃，浮选时间30min，加入0.2%CaCl₂（相对于绝干浆的质量）。

（4）洗涤：浮选后的纸浆稀释到0.5%wt的浆浓，洗涤浓缩得到ONP脱墨浆。

所得浆样在密封袋中平衡水分后，一部分用于测定浆样得率，另一部分用于抄造纸页，所得纸页用于测定纸张的白度和各种强度性能。

表1 新脱墨工艺与传统脱墨工艺脱墨效果对比

表2 新脱墨工艺与传统脱墨工艺脱墨废水指标对比

本实施例所得废旧新闻纸脱墨浆的性能检测结果如下表所示：纸浆得率80%，白度62.8%ISO，与相同条件下常规脱墨工艺相比，纸浆白度提高4.32%，纸浆抗张指数提高16.59%，撕裂指数提高4.03%，耐破指数提高8.13%。

同时，在脱墨过程中，本发明中碱双回路脱墨工艺水耗为6.7t水/t浆，SS为16.4kg/t浆，COD为48.9 kg/t浆，BOD为10.4 kg/t浆，与相同条件下常规脱墨工艺相比分别下降了73.20%、81.26%、60.88%和49.51%，对缓解环境污染问题有重要意义。

实施例2

本实施例取混合办公废纸（MOW）200g（水分80%），采用以下步骤进行脱墨：

（1）碎浆：水力碎浆机中碎浆，碎浆条件为：碎浆浓度12%wt，碎浆时间40min，碎浆温度50℃，转速300r/min。

（2）脱墨：向经过步骤（1）处理的MOW浆中加入脂肪酶和由质量比为2∶1∶1的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、椰油酸二乙醇酰胺（6501）和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）组成的中性脱墨剂，脂肪酶和中性脱墨剂用量分别为0.8u/g和1%（均相对于绝干浆的质量），充分混合后脱墨，脱墨条件为：浆浓为10%wt，脱墨温度为40℃，脱墨时间为45min。废纸浆经第一段脱墨后，直接进行第二段碱性过氧化氢脱墨，脱墨条件为：NaOH用量为3%，H₂O₂用量为3%，Na₂SiO₃用量4%，中性脱墨剂用量1%（均相对于绝干浆的质量），脱墨温度65℃，脱墨时间为70min。

（3）浮选：脱墨后浆料稀释至浓度为1%wt进行浮选，浮选条件：浮选温度55℃，浮选时间35min，加入0.2%CaCl₂（均相对于绝干浆的质量）。

（4）洗涤：浮选后的纸浆稀释到1%wt的浆浓，洗涤浓缩得到MOW脱墨浆。

表1 新脱墨工艺与传统脱墨工艺脱墨效果对比

表2 新脱墨工艺与传统脱墨工艺脱墨废水指标对比

本实施例所得废旧新闻纸脱墨浆的性能检测结果如下表所示：纸浆得率80%，白度65.80%ISO，与相同条件下常规脱墨工艺相比，纸浆白度提高3.62%，纸浆抗张指数提高1.61%，撕裂指数提高5.70%，耐破指数提高14.70%。

同时，在脱墨过程中，本发明中碱双回路脱墨工艺水耗为7.3t水/t浆，SS为18.4kg/t浆，COD为50.5kg/t浆，BOD为11.3kg/t浆，与相同条件下常规脱墨工艺相比分别下降了70.80%、79.07%、60.85%、48.87%，对缓解环境污染问题有重要意义。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于生物酶的中碱双回路浮选废纸脱墨工艺，其特征是中碱双回路脱墨中第一段中性回路脱墨采用中性混合脱墨剂脱墨，所述中性混合脱墨剂包括生物酶和中性脱墨剂；中碱双回路脱墨中第二段碱性回路脱墨采用碱性过氧化氢脱墨，所述生物酶为脂肪酶，用量为占绝干浆质量的0.6-0.8u/g；所述中性脱墨剂由三种表面活性剂组成，包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、椰油酸二乙醇酰胺（6501）和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9），并且三种表面活性剂的质量比为1.5~2.5∶0.5~1.5∶0.5~1.5，中性脱墨剂用量为占绝干浆质量的0.5%-1%；具体工艺如下：

（1）碎浆：将废纸置于水力碎浆机中碎浆，得到纸浆；所述碎浆的条件为：调节碎浆浓度为12-16%wt，碎浆时间35-45min，碎浆温度45-55℃，转速250-350r/min；

（2）脱墨：在步骤（1）得到的纸浆中加入生物酶和中性脱墨剂，进行第一段中性回路脱墨，后进行第二段碱性回路脱墨，得到脱墨后浆料；所述第一段中性回路脱墨中脱墨温度为30-40℃，脱墨时间为35min-45min，控制浆浓为8% wt -10%wt；所述第二段碱性回路脱墨具体为：控制浆浓为8% wt -10%wt，NaOH用量为占绝干浆质量的1.5%-3%，H₂O₂用量为占绝干浆质量的1.5%-3%，Na₂SiO₃用量为占绝干浆质量的3%-4%，中性脱墨剂用量为占绝干浆质量的0.5%-1%，脱墨温度50-70℃，脱墨时间为60-70min；

（3）浮选：将步骤（2）得到的脱墨后浆料稀释至浓度为1%wt -2%wt后进行浮选，得到浮选后的浆料；所述浮选的条件为：浮选温度45-60℃，浮选时间20-40min，加入占绝干浆质量0.1-0.2%的CaCl₂；

（4）洗涤：将步骤（3）所得的浮选后的浆料稀释到0.5%wt -1%wt的浆浓，洗涤浓缩得到脱墨浆。