CN1267605C - 生物发酵法制纸浆工艺 - Google Patents
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Abstract
生物发酵法制纸浆工艺，属于利用微生物发酵法造纸的技术领域。所要解决的技术问题是利用生物发酵法取代当前的利用烧碱法，从而解决黑液污染环境问题。主要技术方案步骤是：切碎麦草、稻草或木料；用水湿润切碎的麦草、稻草或木料；接种细菌或放线菌，发酵升温；持续发酵；酶解出草浆或木浆。本发明利用未来八大技术之一的“生物工程技术”，完全抛弃原有的化学制浆工艺。本发明成本低，经济和社会效益显著，能够促进自然界的良性生物链循环。
Description
技术领域
本发明所属的技术领域是造纸领域，尤其是利用微生物发酵法造纸的技术领域。
背景技术
现在各造纸厂通用的造纸工艺技术普遍采用的是将麦草、稻草原料、烧碱、蒸煮剂在蒸球中加热、加压，经过一定时间后，使麦草、稻草原料中的木质素、多糖、果胶、蛋白质等复杂成份溶解在烧碱液中，使与纤维素分离而得到纸浆纤维的方法。此法最大的缺点是产生的黑液难以治理或治理费用很高。黑液排入河流中；造成对河流水源的严重污染。目前，黄、淮河流域的造纸污水污染下游水源的报道常见报端。黑液时刻危害着下游人民的生活和生命安全。国务院下文要求到2000年底淮河流水基本变清的目的至今仍未达到。各企业、各级政府都曾投入大量资金用于治污工程，但收效仍不理想。这已经成为中国第一治污大难题。对中小型造纸企业实行“关、停、并、转”，既给这些企业造成了极大的经济损失，同时也导致文化用纸的短缺。
关于造纸业的技术革新信息，申请人既进行了新闻检索又进行了专业的技术情报检索。新闻检索的结果中与本发明相关的报道是《光明日报》2001年5月19日刊登的标题为“山东大学实现‘211工程’建设目标”的文章。文章中报道说，山东大学开展的国家自然科学基金重点项目“微生物降解木质纤维素的机理研究”具有开创性的影响，已通过国家自然科学基金委专家组的结题验收，并获得国家教育部科技进步一等奖。申请人通过技术情报检索，找到了山东大学相关的专利申请资料：申请号为01107892.8，公开号为CN1310258A，发明名称为“生物预处理制备化学机械草浆的工艺”。其核心技术步骤为：①草料原料；②蒸煮灭菌；③微生物预处理；④化学预浸；⑤机械磨解；⑥无氯漂白；⑦漂白纸浆。其中仅仅是对草料作了微生物预处理，而不是用微生物彻底制出纸浆。其中仍然存在用烧碱进行化学预浸的步骤。值得注意的是，其利用的微生物是真菌类。
微生物包括细菌、真菌、病毒和放线菌等。本发明所利用的微生物是细菌和放线菌而不是真菌。
经检索，申请人还发现了利用微生物对纸浆进行无氯漂白的技术以及利用微生物治理黑液的技术。这些技术与本发明都存在着本质的区别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用微生物(细菌或/和放线菌)的特性对造纸原料进行发酵(发酵分解和酶分解)而生产出纸浆。
本发明控制多种菌种对纤维素、木质素的分解。尽量抑制菌种对纤维素的破坏，充分发挥分解木质素的酶的作用使木质素得到分解。分解脱除木质素靠的是微生物体内的木质素分解酶，而这种酶只有在微生物死之后才能从体内释放出来将木质素分解掉，所以控制温度是很重要的条件。
本发明的具体工艺步骤为：
①切碎麦草、稻草或木料；
②用水湿润切碎的麦草、稻草或木料；
③接种细菌或放线菌，发酵升温；
④持续发酵；
⑤酶解出草浆或木浆。
生产出草浆或木浆之后的工艺与原有造纸工艺相同。
所述草料为麦草、稻草或其混合物；所述木料为木片、木粉或其混合物；所述草料与木料两者之间可以互为替代使用。
所述菌种如：好热性放线菌、好热裂生孢放线菌、好热芽孢杆菌、好热芽孢梭菌、褐色好热链霉菌。由上述下位概念可以推出具有相同功效的其它细菌或放线菌。这些菌种可以混用，也可以单用。
所述麦草、稻草或木料与生产菌种的重量比例在100∶3至100∶15，较佳比例在100∶5至100∶10，实施例中最佳比例是100∶7。
所述升温过程是先利用生物发酵时自行放出的热量，使麦草、稻草或木料原料升温，把温度上升到50℃以上，最后控制在70-80℃之间，不能超过80℃。
所述持续发酵过程是指在温控在70-80℃之间发酵2-15天，不能超过15天。如果发酵时间过长，会使纤维素收率降低。
所述菌种的培养是现有技术。所述用水湿润的水量是本技术领域的技术人员能够根据具体情况而掌握的，比如1∶1至1∶1.5，当然也可以是其它合适的比例。
本发明的有益效果是完全抛弃原有的化学制浆工艺而采用生物发酵的方法。本发明与现有制浆工艺相比的优点具体表现在：①节约能源，免除蒸球设备对高温、高压等苛刻技术条件的要求；②不用烧碱，免除碱性废水(即黑液)对水源及河流环境的污染；③排出的废水可作为农田的灌溉用水，也可以作为种植莲藕的水源；④无需建造污水处理设备和资金的投入，以及治污设备高昂的运行费用。
需要着重说明的是生物发酵法制浆的废水处理问题。首先，生物发酵制浆后排出的废水可以综合利用。因为在发酵过程中不添加任何对环境有污染影响的化学物品，排出来的水接近中性。植物原料中的单糖、多糖、果胶、粘液质、半纤维素、蛋白质都是微生物可以利用的原料。微生物利用这些物质可以大量繁殖生长。大量生长的微生物最后释放出的木质素分解酶是分解木质素的有效酶类。这也是利用生物技术能制浆的重要所在。废水中含有大量的微生物尸体，而尸体中含有较高的蛋白质，所以这种废水用来灌溉农田时为农作物提供了很好的N元素，对作物生长非常有利。而其它有机物也可以改善农田因大量使用化肥造成的土壤板结问题。
大型造纸厂采用该技术后，产生的废水量大时，排入河流，可以在河流下游小流域内开发大面积莲藕种植基地，以调整农业产品结构，最终把废水消耗在农田里，而不会造成对下游的污染。这种情况最适合在缺水地区推广，以达到综合利用的目的。
具体实施方式
实施例1
取麦草100吨切碎；取100吨水对切碎的麦草进行湿润；把9吨好热性放线菌接种到麦草堆内，利用好热性放线菌发酵时自行放出的热量使草料升温，升温至70℃时控温发酵15天时间；制出草浆后按常规技术继续深加工。
实施例2
取稻草100吨切碎；取130吨水对切碎的稻草进行湿润；把6吨褐色好热链霉菌接种到稻草堆内，利用褐色好热链霉菌发酵时自行放出的热量使草料升温，升温至80℃时控温发酵14天时间；制出草浆后按常规技术继续深加工。
实施例3
取木片和木粉的混和物100吨；取150吨水对木料进行湿润；把7吨的好热裂生孢放线菌、好热芽孢杆菌和好热芽孢梭菌的混和物接种到木料堆内，利用菌种发酵时自行放出的热量使木料升温，升温至75℃时控温发酵15天时间；制出木浆后按常规技术继续深加工。
Claims (3)
1、一种生物发酵法制纸浆工艺，其方法步骤是：①切碎麦草、稻草或木料；②按照草料或木料与水的重量比为1∶1至1∶1.5的比例加水湿润切碎的草料或木料；③按照草料或木料与菌种的重量比为100∶3至100∶15的比例接种好热性放线菌、好热裂生孢放线菌、好热芽孢杆菌、好热芽孢梭菌或褐色好热链霉菌；④利用生物发酵时自行放出的热量使草料或木料升温，把温度上升到50℃以上，最后控制在70-80℃之间，温控在70-80℃之间发酵2-15天；⑤酶解出草浆或木浆。
2、根据权利要求1所述的一种生物发酵法制纸浆工艺，其特征是：草料或木料与菌种的重量比例在100∶5至100∶10。
3、根据权利要求1或2所述的一种生物发酵法制纸浆工艺，其特征是：草料或木料与菌种的重量比例在100∶7。
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