CN109821896B - 酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法，包括如下步骤：酶预处理，即水力碎浆：废纸原料经解包、挑拣和除杂后，采用水力碎浆机碎浆处理进行疏解碎浆，在水力碎浆过程中，用生物酶对废纸原料进行预处理，剥离并分离淀粉类物质，得到净化后浆料。本方法通过将淀粉类有机物提取出来，净化纸浆及纸机操作环境，降低造纸水处理系统负荷，提高造纸原料回用可持续性，促进造纸工业循环经济发展。

Description

酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法

技术领域

本发明属于造纸技术领域，尤其是一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法。

背景技术

废纸原料的多次回用会导致纤维的角质化问题，纤维经多次受热收缩，纤维结构紧实，纤维表面最细小的空隙被封闭，从而导致纤维弹性和润涨能力大幅减小，加之多次回用制浆导致纤维较短，因此导致纸页抄造困难，纸页强度较差，特别是大型高速纸机，需要大量增强助剂改善这一问题。

淀粉作为一种天然高分子材料，其分子结构与造纸纤维原料中纤维分子的结构极其相似，加之来源广，价格低廉，对环境污染小等优点，被广泛应用于造纸工业中。

淀粉及改性淀粉产品在制浆造纸工业中的应用，通常被用作表面施胶剂、湿部添加剂、涂布胶黏剂和层间增强剂，用量十分巨大。根据统计，目前国产废纸箱中约含有8％-12％的淀粉类物质，其中瓦楞纸和箱纸板生产中表面施胶剂中带入的淀粉约占50％。

大量淀粉在废纸中存在，给造纸抄造和废水处理带来很大问题，主要可分为两个方面，一是造纸湿部阴离子垃圾大量积累，增加了湿部化学的复杂性；二是增加了废水处理负荷，使废水处理系统难于应对。

淀粉类物质在造纸过程中大量使用，导致在回用过程中大量淀粉进入造纸水系统，不仅影响造纸湿部化学平衡，还会增加造纸助剂用量、影响纸机操作和纸张质量，并会对水处理造成很大压力，直接影响造纸循环经济发展。尤其是以国产废纸箱原料生产包装纸企业，这样问题更加突出。另一方面大量淀粉类有机物经水处理系统直接消耗掉，不仅造成资源浪费，还会增加水处理负担，得不偿失。

通过检索，发现如下两篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：

1、改进的废纸脱墨浆生产方法(CN101831825B)，废纸送入碎浆机中，按比例加入化学脱墨剂，经高浓除渣、压力粗筛、中浓除渣、压力细筛，其良浆进行前浮选后再经低浓除渣、压力精筛、前多圆盘浓缩、前螺旋挤浆、前热分散处理；在前热分散加入一定比例漂白化学品：模数为2.2～2.5的低模Na2SiO3，NaOH和氨基酸基绿色螯合剂二聚天门冬氨酸；处理后的浆料进入螺旋混合器，按比例加入H2O2进行漂白；漂白后浆料经后浮选、后多圆盘浓缩、后螺旋挤浆、后热分散后成浆加生物酶供抄纸用。生产白度达74～76％ISO脱墨浆替代部分漂白化学浆配抄轻量涂布纸优于国标。系统排出的清浊滤液等回收利用，节水60％以上。

2、一种废纸的脱墨处理工艺(CN108660838A)，公开了一种废纸的脱墨处理工艺，先将废纸制成碎浆，滴加处理剂进行碎解，碎解后的浆料稀释后导入浮选槽中进行浮选，洗涤浓缩，然后将浓浆加热，调节pH至6-7，加入混合酶液，混合均匀后静置，加入蒸馏水进行稀释，洗涤，即得；所述处理剂表面活性剂、EDTA、硅酸钠、次氯酸钠的混合液；所述混合酶液是纤维素酶、果胶酶、脂肪酶和木聚糖酶的混合液。本发明先对废纸浆进行预处理，然后采用混合酶液进行进一步脱墨，能有效提高脱墨效率，获得具有高白度和低残余油墨量的高质量的再生纸浆。

通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的新方法，该方法通过将淀粉类有机物提取出来，净化纸浆及纸机操作环境，降低造纸水处理系统负荷，提高造纸原料回用可持续性，促进造纸工业循环经济发展。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的新方法，包括如下步骤：

酶预处理，即水力碎浆：废纸原料经解包、挑拣和除杂后，采用水力碎浆机碎浆处理进行疏解碎浆，在水力碎浆过程中，用生物酶对废纸原料进行预处理，剥离和分离淀粉，得到净化后浆料。

而且，所述水力碎浆机碎浆处理的具体条件为：水力碎浆浆浓为5％-20％，温度为30℃-90℃，水力碎浆平均停留时间为10-120min。

而且，所述浆浓为10％-15％，温度在70℃-90℃，水力碎浆平均停留时间为30-60min。

而且，所述生物酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶及γ-淀粉酶中两种或两种以上组合，其中至少含有一种α-淀粉酶。

而且，所述α-淀粉酶为高温淀粉酶，最适作用温度在50℃-85℃；最适pH为中性或偏碱性淀粉酶酶种；α-淀粉酶酶的用量为废纸原料质量的0.05％-0.2％，生物酶总用量为废纸原料质量的废纸原料质量的0.05％-0.75％。

而且，所述酶预处理过程结束后，通过对浆料进行浓缩方式实现淀粉类有机物与纤维原料的分离，收集浓缩过程脱出液，为从废纸浆中提取得淀粉类有机物溶液或悬浊液，浆料浓缩倍数控制在浆浓从5％-20％浓缩到15％-30％，得净化后浆料。

而且，所述淀粉类有机物溶液或悬浊液的淀粉质量含量在1.0％-2.5％，淀粉提取率在 50％-90％，提取后浆料阳离子需求降低45％-75％，白水有机负荷降低40％-66％。

而且，所述浓缩方式为离心浓缩、挤压浓缩或过滤浓缩。

而且，所述离心浓缩为采用碟螺离心机浓缩，所述挤压浓缩为采用螺旋挤压洗浆机/装置进行浓缩，所述过滤浓缩采用多圆盘浓缩机浓缩。

而且，所述离心浓缩时采用2级离心，一级离心后加水洗涤，再进行第二次离心浓缩，收集两级离心分离液体为淀粉提取液；所述采用螺旋挤压洗浆机挤压浓缩采用逆流洗涤方式，分级浓缩，收集浓缩脱出液体为淀粉提取液。

本发明取得的优点和积极效果是：

1、本方法在废纸水力碎浆过程加入生物酶，通过采用生物酶预处理，使淀粉分子发生部分降解，有助于在碎浆过程中通过挤压、揉搓、摩擦等作用从纤维上剥离下来，然后通过浓缩浆料手段从废纸浆中将淀粉类物质提取出来，达到浆料净化和减轻水处理负荷的目的；提取得到的以淀粉类有机物溶液提取得到的以淀粉类有机物溶液淀粉含量一般在1.0％-2.5％,淀粉提取率在50％-90％，提取后浆料阳离子需求降低45％-75％，白水有机负荷降低40％-66％。

2、我国造纸原料短缺，造成废纸原料多次回用，导致纤维角质化严重，不得不使用大量助剂来提高纸张强度等。淀粉类添加剂由于其分子组成与纤维相似，且价格低廉，原料来源广泛被大量应用于造纸增强、施胶、层间粘结和胶黏剂，大量淀粉类物质的应用和添加，导致废纸原料中淀粉类物质含量激增。在废纸再生回用过程中，大量淀粉类物质会溶解到造纸系统水中，导致废水处理负荷增大，水处理系统压力过大；另外淀粉类物质在水系统中的积累增加了腐浆发生几率，导致水系统中阴离子垃圾含量增加，已经严重影响到了造纸湿部化学平衡，导致阳离子助剂使用效率下降，严重影响了纸机操作和纸张质量。本发明方法通过将淀粉类有机物提取出来，净化纸浆及纸机操作环境，降低造纸水处理系统负荷，提高造纸原料回用可持续性，促进造纸工业循环经济发展。提取的淀粉类物质用于厌氧发酵生产沼气或通过MFC处理，将生物质转化为电能，实现废弃生物资源能源化转化，可谓一举多得。

3、本发明方法提取的淀粉类有机物通过厌氧发酵或进一步糖化后采用微生物燃料电池 (MFC)进行处理，实现淀粉类污染物的生物质能源转换淀粉提取液用于厌氧发酵生产沼气或经进一步糖化后采用微生物燃料电池(MFC)处理，进行生物质能源转化，同步实现淀粉废液的净化处理。

具体实施方式

下面结合通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的新方法，步骤如下：

采用100％国产废纸箱原料再生制浆生产瓦楞原纸(废纸箱原料总淀粉类物质含量为 10％)，废纸箱原料经解包、挑拣除杂后，经链板输送到水力碎浆机，随废纸箱原料加入生物酶，在碎浆处理过程中采用生物酶对废纸原料进行预处理。

所用生物酶为α-淀粉酶(液化酶)、β-淀粉酶(糖化酶)，均为国内某酶制剂企业生产食品级固体酶制剂。生物酶总用量为废纸原料质量的0.10％，即每吨绝干废纸原料用量为 1.0kg，其中液化酶：糖化酶的质量比为3:1。投加方式按照每15分钟上原料量多少，计算出所需酶重量，每15min添加一次，直接加到废纸原料中，随链板进入水力碎浆机。

水力碎浆浆浓为12％，温度在65℃，水力碎浆平均停留时间为75min。

碎浆后，采用螺旋挤压逆流洗浆机进行浆料浓缩和洗浆，浆料浓缩从10％浓度浓缩到 20％。收集挤出液体为提取淀粉液，淀粉提取率可达80％，提取液淀粉类有机物含量约2％。

提取后浆料中的阳离子需求下降60％，白水COD减少60％，降低了废水处理负荷。

实施例2

一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的新方法，步骤如下：

采用100％国产废纸箱原料再生制浆生产瓦楞原纸(废纸箱原料总淀粉类物质含量为 12％)，废纸箱原料经解包、挑拣除杂后，经链板输送到水力碎浆机，随废纸箱原料加入生物酶，在碎浆处理过程中采用生物酶对废纸原料进行预处理。

所用生物酶为α-淀粉酶(液化酶)、糖化酶(含β-淀粉酶及γ-淀粉酶)，均为国内某合资企业生产液体酶制剂，为纺织工业退浆用酶。生物酶总用量为废纸原料质量的0.75％，即每吨绝干废纸原料用量为0.75kg，其中液化酶：糖化酶的质量比为4:1，糖化酶中γ-淀粉酶质量分数为β-淀粉酶的5％。投加方式按照每10分钟上原料量多少，计算出所需酶重量，每10min 将适当稀释的酶喷在废纸箱原料上，随链板加入水力碎浆机。

水力碎浆浆浓为15％，温度在70℃，水力碎浆平均停留时间为60min。

碎浆后，采用碟片是离心机离心分离浆料与液体，浆料浓缩从15％浓度浓缩到30％。一段离心后，吨原料再加入1吨清水洗涤后，再次离心收集两次离心液体为淀粉提取液。淀粉提取率可达80％，提取液淀粉类有机物含量约2.5％。

提取后浆料中的阳离子需求下降70％，白水COD减少66％，降低了废水处理负荷。

实施例3

一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的新方法，步骤如下：

采用100％国产废纸箱原料再生制浆生产本色挂面纸(废纸箱原料总淀粉类物质含量为 8％)，废纸箱原料经解包、挑拣除杂后，经链板输送到水力碎浆机，随废纸箱原料加入生物酶，在碎浆处理过程中采用生物酶对废纸原料进行预处理。

所用生物酶为α-淀粉酶(液化酶)、糖化酶(含β-淀粉酶及γ-淀粉酶)，均为国内某合资企业生产液体酶制剂，为纺织工业退浆用酶。生物酶总用量为废纸原料质量的0.5％，即每吨绝干废纸原料用量为0.5kg，其中液化酶：糖化酶的质量比为4:1，糖化酶中γ-淀粉酶质量分数为β-淀粉酶的5％。投加方式按照每10分钟上原料量多少，计算出所需酶重量，每10min 将适当稀释的酶喷在废纸箱原料上，随链板加入水力碎浆机。

水力碎浆浆浓为15％，温度在65℃，水力碎浆平均停留时间为50min。

碎浆后，采用多圆盘过滤浓缩方式收集淀粉提取液，浆料浓缩从15％浓度浓缩到25％，淀粉提取率可达60％，提取液淀粉类有机物含量约1.6％。

提取后浆料中的阳离子需求下降50％，白水COD减少45％，降低了废水处理负荷。

实施例4

一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的新方法，包括如下步骤：

酶预处理，即水力碎浆：废纸原料经解包、挑拣和除杂后，采用水力碎浆机碎浆处理进行疏解碎浆，在水力碎浆过程中，用生物酶对废纸原料进行预处理，得浆料。

较优地，所述水力碎浆机碎浆处理的具体条件为：水力碎浆浆浓为5％-20％，温度为 30℃-90℃，水力碎浆平均停留时间为10-120min。

较优地，为更好地提升酶预处理作用效果，优选浆浓为10％-15％，温度在70℃-90℃，水力碎浆平均停留时间为30-60min。

较优地，所述生物酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶及γ-淀粉酶中两种或两种以上组合，其中至少含有一种α-淀粉酶。

较优地，所述α-淀粉酶为高温淀粉酶，最适作用温度在50℃-85℃；最适pH为中性或偏碱性淀粉酶酶种；α-淀粉酶酶的用量为废纸原料质量的0.05％-0.2％，生物酶总用量为废纸原料质量的0.05％-0.75％。

较优地，所述酶预处理过程结束后，通过对浆料进行浓缩方式实现淀粉类有机物与纤维原料的分离，收集浓缩过程脱出液，为从废纸浆中提取得淀粉类有机物溶液或悬浊液，浆料浓缩倍数控制在浆浓从5％-20％浓缩到15％-30％，得净化后浆料。

较优地，所述淀粉类有机物溶液或悬浊液的淀粉质量含量在1.0％-2.5％，淀粉提取率在 50％-90％，提取后浆料阳离子需求降低45％-75％，白水有机负荷降低40％-66％。

较优地，所述浓缩方式为离心浓缩、挤压浓缩或过滤浓缩。

较优地，所述离心浓缩为采用碟螺离心机浓缩，所述挤压浓缩为采用螺旋挤压洗浆机/装置进行浓缩，所述过滤浓缩采用多圆盘浓缩机浓缩。

较优地，所述离心浓缩时采用2级离心，一级离心后加水洗涤，再进行第二次离心浓缩，收集两级离心分离液体为淀粉提取液；所述采用螺旋挤压洗浆机挤压浓缩采用逆流洗涤方式，分级浓缩，收集浓缩脱出液体为淀粉提取液。

较优地，所述提取的淀粉类有机物净化浆料用于厌氧发酵生产沼气或经进一步糖化后采用微生物燃料电池(MFC)处理，进行生物质能转化，同步实现有机物溶液净化处理。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (6)

1.一种酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

酶预处理，即水力碎浆：废纸原料经解包、挑拣和除杂后，采用水力碎浆机碎浆处理进行疏解碎浆，在水力碎浆过程中，用生物酶对废纸原料进行预处理；

所述水力碎浆机碎浆处理的具体条件为：水力碎浆浆浓为5％-20％，温度为30℃-90℃，水力碎浆平均停留时间为10-120min；

所述生物酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶及γ-淀粉酶中两种以上组合，其中至少含有一种α-淀粉酶；

所述α-淀粉酶为高温淀粉酶，最适作用温度在50℃-85℃；最适pH为中性或偏碱性淀粉酶酶种；α-淀粉酶酶的用量为废纸原料质量的0.05％-0.2％，生物酶总用量为废纸原料质量的0.05％-0.75％；

所述酶预处理过程结束后，通过对浆料进行浓缩方式实现淀粉类有机物与纤维原料的分离，收集浓缩过程脱出液，为从废纸浆中提取得淀粉类有机物溶液或悬浊液，浆料浓缩倍数控制在浆浓从5％-20％浓缩到15％-30％，得淀粉类有机物净化后浆料。

2.根据权利要求1所述的酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法，其特征在于：所述浆浓为10％-15％，温度在70℃-90℃，水力碎浆平均停留时间为30-60min。

3.根据权利要求1所述的酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法，其特征在于：所述淀粉类有机物溶液或悬浊液的淀粉质量含量在1.0％-2.5％，淀粉提取率在50％-90％，提取后浆料阳离子需求降低45％-75％，白水有机负荷降低40％-66％。

4.根据权利要求1所述的酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法，其特征在于：所述浓缩方式为离心浓缩、挤压浓缩或过滤浓缩。

5.根据权利要求4所述的酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法，其特征在于：所述离心浓缩为采用碟螺离心机浓缩，所述挤压浓缩为采用螺旋挤压洗浆机进行浓缩，所述过滤浓缩采用多圆盘浓缩机浓缩。

6.根据权利要求5所述的酶预处理从废纸浆中提取淀粉类有机物、净化浆料的方法，其特征在于：所述离心浓缩时采用2级离心，一级离心后加水洗涤，再进行第二次离心浓缩，收集两级离心分离液体为淀粉提取液；采用螺旋挤压洗浆机挤压浓缩采用逆流洗涤方式，分级浓缩，收集浓缩脱出液体为淀粉提取液。