CN113355933B

CN113355933B - 一种环保制浆造纸用组合物、改性剂及环保制浆、造纸方法

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Publication number: CN113355933B
Application number: CN202011147817.3A
Authority: CN
Inventors: 高树森; 高文勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2040-10-23
Also published as: CN113355933A

Abstract

本发明属于造纸领域，具体涉及一种环保制浆造纸用组合物、改性剂及环保制浆、造纸方法。该组合物由以下重量份的原料组成：氢氧化钾或氢氧化钠5‑10份，硫酸钠7‑14份，氧化钙5‑8份，双氧水5‑7份，白腐菌0.5‑1份。本发明的组合物中，氢氧化钾、氢氧化钠起到软化分解作用，硫酸钠起到渗透作用，氧化钙、双氧水具有强氧化、杀菌、消毒、保持原料不黑不腐的作用，白腐菌可降解木质素，提高制浆速度。使用时，上述组合物和水混合使用，各原料成分相互配合，对植物纤维原料具有良好的离解作用，可提高纸浆得率，降低废水处理难度。

Description

一种环保制浆造纸用组合物、改性剂及环保制浆、造纸方法

技术领域

本发明属于造纸领域，具体涉及一种环保制浆造纸用组合物、改性剂及环保制浆、造纸方法。

背景技术

纸浆，是以植物纤维为原料，经不同加工方法制得的纤维状物质。可根据加工方法分为机械纸浆、化学纸浆和化学机械纸浆；也可根据所用纤维原料分为木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆、竹浆、破布浆等。又可根据不同纯度分为精制纸浆、漂白纸浆、未漂白纸浆、高得率纸浆、半化学浆等。一般多用于制造纸张和纸板。

传统制浆是指利用化学方法、机械方法或两者结合的方法，使植物纤维原料离解变成本色或漂白纸浆的生产过程。通常采用的工艺过程是将植物纤维原料粉碎、蒸煮、洗涤、筛选、漂白、净化、烘干纸浆。

化学制浆法存在的问题是制浆废水中碱含量高，制浆废水以及后续造纸废水难以处理，而且得浆率较低。生物制浆法所用生物处理剂主要是某些生物菌群及其代谢物，对植物原料内的木素作用程度较轻，难以产出高质量的纸浆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保制浆造纸用组合物，可用于配制制浆造纸用改性剂。

本发明的第二个目的在提供一种环保制浆造纸用改性剂，其可对秸秆等植物纤维原料具有良好的离解作用，方便制备高得率纸浆，并降低废水的处理难度。

本发明的第三个目的是提供一种环保制浆、造纸方法。

为实现上述目的，本发明的环保制浆造纸用组合物的技术方案是：

一种环保制浆造纸用组合物，由以下重量份的原料组成：氢氧化钾或氢氧化钠5-10份，硫酸钠7-14份，氧化钙5-8份，双氧水5-7份，白腐菌0.5-1份。

双氧水为市售成品，质量浓度为25-30％。

本发明的环保制浆造纸用组合物，氢氧化钾、氢氧化钠起到软化分解作用，硫酸钠起到渗透作用，氧化钙、双氧水具有强氧化、杀菌、消毒、保持原料不黑不腐的作用，白腐菌可降解木质素，提高制浆速度。使用时，上述组合物和水混合使用，各原料成分相互配合，对植物纤维原料具有良好的离解作用，可提高纸浆得率，降低废水处理难度。

本发明的环保制浆造纸用改性剂的技术方案是：

一种环保制浆造纸用改性剂，由以下重量百分比的原料混合配制而成：氢氧化钾或氢氧化钠5-10％，硫酸钠7-14％，氧化钙5-8％，双氧水5-7％，白腐菌0.5-1％，余量为水。

本发明的改性剂中，以上原料成分相互配合，对植物纤维原料具有良好的离解作用，可提高纸浆得率，降低废水处理难度。

综合成本及应用效果，优选的，上述改性剂由以下重量百分比的原料混合配制而成：氢氧化钾10％，硫酸钠14％，氧化钙8％，双氧水7％，白腐菌1％，余量为水。

本发明的环保制浆方法的技术方案是：

一种环保制浆方法，包括以下步骤：

1)粉碎的植物纤维原料和改性剂在常温下混合改性，得到改性的植物纤维原料；所述改性剂由以下重量百分比的原料混合配制而成：氢氧化钾或氢氧化钠5-10％，硫酸钠7-14％，氧化钙5-8％，双氧水5-7％，白腐菌0.5-1％，余量为水；

2)经过改性的植物纤维原料常温下熟化，再进行机械制浆。

本发明的环保制浆方法，采用改性剂对植物纤维原料进行改性处理，使原料达到软化制浆条件，促进木素转化，提高制浆得率。对原料充分离解，降低后续废水的处理难度。

步骤1)中，粉碎的植物纤维原料的长度为3-5cm。所述植物纤维原料包括秸秆、芦苇、稻草中的一种或几种。

步骤1)中，所述混合改性是将粉碎的植物纤维原料浸渍到改性液中至吸附饱和；改性液由水对改性剂稀释得到，稀释的倍数为10-25倍。

步骤2)中，熟化即将原料自然堆放，期间渗出的改性液可回收循环使用。熟化时间视外界环境条件而定，一般而言，5h后原料自然升温，熟化10-72h即可达到效果。

机械制浆包括粗磨搓丝、挤浆、磨浆和压榨脱水。粗磨搓丝是将熟化反应后的碎片经搓丝机进行粗磨分丝，得到搓丝浆。挤浆是将搓丝浆经螺旋挤浆机挤压，形成固液分离，得到粗浆。磨浆是将粗浆磨成符合不同成品纸要求的精细浆。精细浆再经压榨脱水、洗浆等环节，即得纸浆。

本发明的环保造纸方法的技术方案是：

一种环保造纸方法，包括以下步骤：

2)经过改性的植物纤维原料常温下熟化，再进行机械制浆、造纸。

本发明的环保造纸方法，工艺简单，能耗低，无需蒸煮或使用大量化学品。步骤2)中，机械制浆、造纸产生的废水厌氧发酵，生产沼气；厌氧发酵后的液体固液分离，得到清水和沼渣，清水回用，沼渣生产有机肥。

原料经过充分离解形成的制浆废水，富含微量元素和有机质，回收利用的难度小，价值高，可以实现制浆造纸原料全利用，制浆造纸全过程无污染。

附图说明

图1为本发明实施例4的环保造纸工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，双氧水的质量浓度为27％。

一、本发明的环保制浆造纸用改性剂的具体实施例

实施例1

本实施例的环保制浆造纸用改性剂，由以下质量百分比的原料混合制成：氢氧化钾10％，硫酸钠14％，氧化钙8％，双氧水7％，白腐菌1％，余量为水。

将配方量的氢氧化钾、硫酸钠、氧化钙、双氧水、白腐菌和水在搅拌罐中搅拌反应1h，即得改性剂，搅拌中的改性剂外观为乳白色浑浊液，静置时为无色液体，少部分过氧化钙沉淀于改性剂底部。

实施例2

本实施例的环保制浆造纸用改性剂，由以下质量百分比的原料混合制成：氢氧化钾5％，硫酸钠7％，氧化钙5％，双氧水5％，白腐菌0.5％，余量为水。

将配方量的氢氧化钾、硫酸钠、氧化钙、双氧水、白腐菌和水在搅拌罐中搅拌反应2h，即得改性剂。

实施例3

本实施例的环保制浆造纸用改性剂，由以下质量百分比的原料混合制成：氢氧化钾7％，硫酸钠10％，氧化钙6％，双氧水6％，白腐菌0.8％，余量为水。

二、本发明的环保造纸方法的具体实施例

实施例4

本实施例的环保造纸方法，以秸秆(麦草)为植物纤维原料，工艺流程图如图1所示，具体包括以下步骤：

1)拆包、切草、除杂和筛分

在封闭的切草车间，用装载机将打包成捆的秸秆运送至预备切断工作台，秸秆原料湿基含水率为20％，用拆包机拆开，通过皮带输送机送进切草机，将秸秆切断成长度为3-5cm左右的碎段(以下统称“秸秆碎片”)后，由皮带输送机输送至六辊式除杂机除杂，除杂目的是去除不符合秸秆碎段长度要求的秸秆碎屑以及石块和砂砾。

除杂工序产生的秸秆碎屑以及石块和砂砾进入筛分机，筛分后的秸秆碎屑用于生物有机肥原料，石块和砂砾作为建筑材料外售。拆包、切草和除杂工序会产生噪声。拆包、切草、除杂、筛分以及皮带运输过程中会产生粉尘，此部分粉尘主要为有机质，粉尘经集气罩收集后引入脉冲式布袋除尘器处理后经15m高排气筒排放，除尘灰渣用于生物有机肥原料。

2)预浸

将除杂后的干净秸秆碎片经皮带输送机输送至盛有改性液的预浸机(预浸机为槽状，长30m，宽2m)，预浸机转轮叶板将秸秆碎片向下向前推动，在3-5分钟之内让秸秆碎片吸饱改性液，随即皮带输送机将秸秆碎片送出预浸机，进入脱水输送机(脱水输送机在运行中将秸秆碎片内多余的“改性剂”挤出，进入预浸机回用)，然后将秸秆碎片输送至熟化仓。

改性液：改性液由水对实施例1的改性剂稀释得到，稀释倍数为1:20(改性剂、水的体积比)。改性剂的调配在原液池中进行，稀释在复配池中进行，通过在复配池与预浸机之间安装输送调节系统，将改性剂输送至预浸机中。

3)熟化

在熟化仓内，预浸的秸秆碎片在自然环境下熟化，熟化程度以手搓秸秆碎片，易变成泥浆为宜，时间为24h。熟化过程中，改性剂有效成分起到软化、帚化秸秆纤维以及杀菌消毒的作用，秸秆仍然保持原色不变，不黑不腐。经改性熟化的秸秆碎片在自然堆放期间，熟化仓底部渗出的改性剂经回收池回收利用。

4)粗磨纤维提取

用装载机将“软化成熟”的秸秆碎片装入料斗，然后经皮带输送机输送至粗磨机，将秸秆粗磨搓丝制成粗纤维。

5)挤浆

将粗纤维经螺旋输送机输送至双螺旋挤压机进行挤压，形成固液分离，所分离出的液体进入沼气池发酵；得到的粗纤维含水率为75％，经螺旋输送机输送至高浓磨机。

6)高浓磨纤维提取

在高浓磨机中，通过主轴的拨料翼轮将喂料螺旋输送机输送来的粗纤维甩向两圆盘中间磨片的破碎区，然后依靠移动圆盘旋转线速度经粗、精磨区迅速将原浆料研磨成精良的纤维。

7)压榨脱水

将高浓磨机出料口排出的物料输送至压榨脱水机脱水后，得到本色成品浆。压榨过程产生的液体进入沼气池。

8)清洗、压榨脱水

本色成品浆送入清洗机清洗，清洗后产生的废清洗水进入沼气池厌氧发酵。经过清洗挤压后得到纸浆成品含水率为66％左右。

9)造纸

纸浆成品进入存浆池进行成品纸生产，生产过程中产生的余水，进入沼气池厌氧发酵。

经过以上造纸流程的工艺介绍可以看出，常规的蒸煮方法或化学制浆法，需要将木素大量溶出，造成得浆率低、废水处理难度大。实施例的方法实质上经过改性剂的预浸、熟化过程，木素在制浆内保留并转化，提高了得浆率，并降低了废水处理难度。

实施例的方法可使造纸纸浆的成本降低一半以上，最为重要的是整个工艺流程环保压力小，非常适用于在现代造纸工业推广应用。

以下对沼气生产工艺流程进行说明：

将造纸生产废水、固液分离、压榨脱水和清洗机产生的液体输入全封闭的沼气池，经过30天的厌氧发酵后，部分沼液通过气浮机固液分离，得到的沼渣(含水率为60％)进入有机肥配料系统。

气浮机分离出的水分全部回用于纤维提取生产线，其中部分水分用于复配改性剂及稀释改性剂，另外部分水分用于清洗压榨后的纤维。沼气池其余的沼液全部输入有机肥配料系统用于生产有机肥。

植物纤维原料经过了实施例的改性剂的充分离解和厌氧发酵，秸秆等原料中的氮、磷、钾、硼、铜、铁、钙、锌等微量元素，以及氨基酸、维生素、生长素、有益微生物抗生素等充分进入沼液中。沼液与沼渣以及植物纤维提取筛分工序中产生的秸秆碎屑混合，不仅为有机肥生产提供营养物质，同时提供了适量的水分，节约了新鲜水的使用量。

沼气池中剩余的沼液、沼渣、秸秆碎片以及除尘灰渣混合后形成生物有机肥原料，含水率约为60％，满足有机肥生产要求。

产生的沼气中含有0.25％的硫化氢气体，可以采用以氧化铁为脱硫剂的干法脱硫去除沼气中的硫化氢，脱硫效率为90％，满足净化后沼气硫化氢含量≤0.02％。干法脱硫是指在常温下沼气通过脱硫剂床层，沼气中的H₂S与活性氧化铁接触，生成硫化铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单质硫。这种脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。

整个脱硫过程产生的活性氧化铁循环使用，单质硫外售给物资回收公司。净化后的沼气储存于储气袋中，用作锅炉燃料或热风炉燃料。

火炬系统：在沼气处理区设火炬系统，火炬点燃高度10m，在沼气净化系统故障无法正常运转，及储气袋发生突发事故，需要紧急存放可燃气体等紧急情况下点燃沼气。

以下对有机肥生产工艺流程进行说明：

(1)配料、搅拌

将除尘器收集的灰尘、六辊式除杂机去除的碎屑杂质、沼渣和沼液进行配制，使得物料含水率为60％左右。配制完成后的物料经螺旋输送机送至搅拌机进行搅拌，在搅拌过程中加入发酵剂及畜禽粪便。

(2)发酵

通过堆肥发酵处理使有机物料含水率降低，有机物得到分解和矿化释放N、P、K等养分，同时使有机物料的性质变得疏松、分散。可以采用“生物+分子膜”静态好氧堆肥发酵技术，生物+分子膜”发酵技术是将分子选择膜覆盖在堆体上并将膜压实并形成气仓，由于分子选择膜具备透气、透湿和保温的功能，能确保堆体的水汽正常挥发，同时又能维持堆体一定的湿度和温度；北方地区可保持12个月持续处理能力，不受地域和气候的影响，确保处理产能稳定。

混合均匀后的物料通过皮带运输至有机肥车间，进行建堆，堆体长度控制在40米以内，宽度8米以内，高度2.0米以内。堆体内设空气或氧气供应管道，通过控制系统进行温度和时间自动控制。堆体整体温度起温均匀后，可将分子选择膜覆盖在堆体上并将膜压实并形成气仓；发酵周期一般为4周，进入陈化阶段。发酵过程会产生少量的NH₃和H₂S等臭气。

(3)陈化

经过第一次堆肥发酵后的有机固体废弃物尚未达到腐熟，需要继续进行二次发酵，即陈化。陈化的目的是将有机物中剩余大分子有机物被进一步分解、稳定、干燥。

堆肥阶段后期大部分有机物已被降解，由于有机物的减少及代谢产物的累积，微生物的生长及有机物的分解速度减缓，发酵温度开始降低，此时用装载机将露天场地的物料移至陈化车间进行二次发酵。在陈化车间采用静态陈化工艺，陈化周期约为0-25天，堆肥的温度逐渐下降，稳定在40℃时，堆肥腐熟，形成腐殖质。

(4)干燥、冷却

陈化后的有机肥经皮带送入干燥机，同时采用沼气作为主要燃料的热风炉送来的热风进行接触干燥，控制操作条件，使干燥后的物料含水率为30％。经干燥后的物料送至冷却机中进行冷却。在冷却机中，物料与空气逆流接触传热，冷却到一定的温度后包装、外运。干燥和冷却产生的含尘废气引入脉冲式布袋除尘器后经15m高排气筒排放。

(5)均料

将干燥后的有机肥通过装载机输送至均料器，均料器是一种安装在料仓顶部进口用作均匀物料的下落的设备，均料器两个摆臂上分别固定了两个匀料板，通过匀料板的平行摆动，扩大物料下落的范围，使物料能够更均匀的分布，避免了料仓里的塔形分布。均料器特点是壳体全封闭，防止粉尘外泄。

(6)包装

将料仓内颗粒尺寸大小均匀的有机肥输送至自动计量包装机完成包装。

实施例5

本实施例的环保造纸方法，以芦苇为植物纤维原料，与实施例4的造纸方法介绍的不同之处在于：步骤2)中，改性液由对实施例1的改性剂稀释得到，稀释倍数为1:10。

实施例6

本实施例的环保造纸方法，以稻草为植物纤维原料，与实施例4的造纸方法介绍的不同之处在于：步骤2)中，改性液由对实施例1的改性剂稀释得到，稀释倍数为1:25。

采用芦苇为植物纤维原料，所得纸浆的特点是色浅易漂白，是生产书写纸、卫生纸、新闻纸的优质浆料，稻草浆纤维长，拉力超强，是生产高强瓦纸的优质浆料，麦草浆品质高、品相好，是生产卫生纸、书写纸、高强瓦纸的优质浆料。

三、本发明的环保制浆方法的具体实施例中，与实施例4-6的制浆过程相同，这里不再赘述。

四、本发明的环保制浆造纸用组合物的具体实施例，对应实施例1-3中，除去水后各原料的配比组合。

五、实验例

实验例1

将实施例4制得的麦草(秸秆)浆送至国家纸张质量监督检验中心检验，结果如下表1所示。

表1实施例4所得麦草浆检测结果

由表1可知，实施例4所得麦草浆的抗张指数、耐破指数、环压指数良好，制浆的质量很好，为后续制造卫生纸、高瓦纸等创造了良好条件。

实验例2

将上述麦草浆送至农业农村部微生物产品质量监督检验测试中心(武汉)进行毒害物检测，主要技术指标如下：

表2造纸纤维的检测结果

由表2的检测结果可知，实施例的麦草浆中，铅、镉、汞、砷、铬等含量符合要求，可以用作卫生纸等生活用纸。

实验例3

将实施例4所得沼渣送至农业农村部微生物产品质量监督检验测试中心(武汉)进行检测，主要技术指标如下：

表3沼渣的测试结果

由沼渣的检测结果可知，采用实施例的方法制浆、造纸后，所得沼渣毒害物质的含量较少，可以用来生产有机肥。

实验例4

将实施例4制得的秸秆肥送至湖北省农药及农产品安全质量监督检验站进行检验，检测结果如下：

表4秸秆肥的检测结果

由表4可知，实施例生产的秸秆肥满足有机肥的使用要求。

Claims

1.一种环保制浆造纸用改性剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料混合配制而成：氢氧化钾或氢氧化钠5-10%，硫酸钠7-14%，氧化钙5-8%，双氧水5-7%，白腐菌0.5-1%，余量为水。

2.如权利要求1所述的环保制浆造纸用改性剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料混合配制而成：氢氧化钾10%，硫酸钠14%，氧化钙8%，双氧水7%，白腐菌1%，余量为水。

3.一种环保制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）粉碎的植物纤维原料和改性剂在常温下混合改性，得到改性的植物纤维原料；所述改性剂由以下重量百分比的原料混合配制而成：氢氧化钾或氢氧化钠5-10%，硫酸钠7-14%，氧化钙5-8%，双氧水5-7%，白腐菌0.5-1%，余量为水；

2）经过改性的植物纤维原料常温下熟化，再进行机械制浆。

4.如权利要求3所述的环保制浆方法，其特征在于，步骤1）中，所述混合改性是将粉碎的植物纤维原料浸渍到改性液中至吸附饱和；改性液由水对改性剂稀释得到，稀释的倍数为10-25倍。

5.如权利要求3或4所述的环保制浆方法，其特征在于，步骤2）中，所述熟化的时间为10-72h。

6.如权利要求3或4所述的环保制浆方法，其特征在于，步骤1）中，粉碎的植物纤维原料的长度为3-5cm。

7.如权利要求6所述的环保制浆方法，其特征在于，所述植物纤维原料包括秸秆、芦苇、稻草中的一种或几种。

8.一种环保造纸方法，其特征在于，包括以下步骤：

2）经过改性的植物纤维原料常温下熟化，再进行机械制浆、造纸。

9.如权利要求8所述的环保造纸方法，其特征在于，步骤2）中，机械制浆、造纸产生的废水厌氧发酵，生产沼气；厌氧发酵后的液体固液分离，得到清水和沼渣，清水回用，沼渣生产有机肥。