生物制浆与生物漂白
生物制浆技术(1万吨)
零排放无污染免切草免加热生物纸浆可行性报告第一章项目概况1.1项目研究单位柏华国际农业发展（北京）有限公司植物纤维制品研究所1.2 项目产品和规模日加工龙须草、稻草、麦草、芦苇、麻类等原料45吨，日生产纸浆30吨，年产1万吨生物纸浆。
1.3 项目收益（按售价最低的稻麦草纸浆计算）年产值4000万元税后利润1760万元（达产年平均值）税金787万元（达产年平均值）销售利润率（达产年）为44%销售利税率（达产年）为63.7%全部投资内部收益率（税后）为88%本项目的静态投资回收期（税后）为2.63年，静态投资回收期（税前）为1.95年。
1.4 项目内容造纸行业的污染主要是在制浆生产过程中产生的，目前传统的都是应用化学制浆法，产生大量的污水，据“中国造纸工业2004年度报告”显示：2003年造纸行业废水排放量为31.8亿吨，占全国重点统计企业废水排放量的18.4%，化学需氧量COD排放量152.6万吨，占全国工业废水污染物排放量的30%左右，但无论应用多么先进的治污工艺技术和设备，花费多高的治污费用，还是或多或少总要排放含有COD、BOD的具有污染性的污水。
要想彻底解决造纸行业的污染，惟有改变传统的化学制浆法。
生物制浆法是应用柏华国际农业发展（北京）有限公司专家经多年研究成功的“生物分解（HYH7黑腐菌）与机械加工结合的纸浆生产工艺技术、生物漂白及漂白用水零排放的纸浆漂白生产工艺技术、生物分解（FYR6软腐菌）与机械加工结合的纸浆生产工艺技术、生物分解（LYH9褐腐菌）与机械加工结合的纸浆生产工艺技术、生物分解（ZYB5厌氧白腐菌）与机械加工结合的纸浆生产工艺技术可实现零排放，整个制浆工艺过程中的水是循环使用，不存在COD、BOD和悬浮物SS，因为在生物分解过程中，真菌把植物秸秆中纸浆不用的木素、淀粉、果胶、果糖等物质分解生成H2O和CO2，H2O和CO2又生成碳酸，碳酸进一步软化植物木素利于真菌分解木素，没有废物排出。
什么是制浆
什么是制浆？答：制浆——由植物纤维原料分离出纤维而得纸浆的过程(把植物纤维原料离解变成单根纤维的过程)制浆的几种方式及其特点制浆一般有三种方式，机械法、化学法和化学机械法。
除此之外，还有近些年的新工艺——生物制浆一、机械法：利用机械磨制植物原料（主要是木材）从而制成纸浆，制成的木浆被称为机械木浆。
特点：该方法得浆率较高，达到90～95%，且成本较低；不使用化学药品。
制的的纸浆具有较好的弹性和塑性，主要用于制造包装用纸和纸板，但强度不高。
二、化学法：采用化学药品和原木在蒸球内共同蒸煮，通过药品的作用去除非纤维素物质从而制成的木浆，制成的木浆被称为化学木浆。
特点：利用化学法制浆的种类较多，不同种类有不同特点：①酸法木浆（亚硫酸盐）（H2SO3、Ca(HSO3)2）特点：制的的纸浆纤维较长，性质柔软而富有强度，有良好的结合力，易漂白，但得浆率较低（50%）②碱法木浆（硫酸盐）特点：纤维损失比较少，纸浆的纤维强韧而有力；但漂白较困难，主要用于制造牛皮纸及强度较高的包装纸袋。
③化学草浆定义：用草料和氢氧化钠（NaOH）的水溶液共同蒸煮而成的纸浆。
特点：纤维组织均匀且较紧密，表面较平整，具有良好的印刷性能；但纸张的强度较差。
可制成包装纸及各类包装纸板。
③苇浆常用硫酸盐法或亚硫酸盐法制得，纤维形态和纸浆质量与一般草浆差不多，但杂细胞含量较少，滤水性和机械强度也较好。
漂白的苇浆可用于制造一般书写纸的印刷纸等。
⑤ 破布浆定义：主要采用烧碱法制浆，利用破布和废棉﹑麻等经过除尘﹑拣选和切碎，然后和药液蒸煮而成的纸浆。
特点：强度大，没有木质素，纤维柔软而富有弹性，交织能力强。
三、化学机械木浆：将化学方法和机械方法配合在一起，形成两段制浆法，第一段先将植物纤维原料进行一定的化学处理，松散纤维间的结合力；第二段采用机械研磨拆分，以此得到纸浆。
特点：纸浆质量介于机械法和化学法纸浆之间，得率也介于二者之间。
四、生物制浆随着科技的发展，近年来出现了一种更为环保的制浆方法——生物制浆。
漂白的现状与发展趋势
漂白的现状与发展趋势随着人类的文明的发展，进步人们需求的物质越来越多、好。
在这里我只讲述在造纸中的漂白的现状与发展趋势，是造纸的一个渺小部分，国家的发展、繁荣富裕、人们生活越来越好，人们用纸量越多，要求越好。
所以在造纸中要求，纸的白度要求更高，为了提高纸的白度人类在这一方面从不止步的寻找的物质，为什么人类为纸的白度而不断努力呢？纸的白度要求真的这么重要吗?纸浆为什么要进行漂白呢？道理很简单纸浆是用机械方法或化学方法分离植物纤维制成的。
而植物纤维的原料是由纤维素、半纤维素、木素、淀粉、果胶以及树脂、丹宁等组成。
这些组分中除纤维素、半纤维素是白色外，其余均带有颜色。
所以，无论用哪种方法生产，大多带有一定的颜色，呈淡黄色以至褐色，这种浆叫做本色浆。
本色浆主要用于生产各种本色纸，如包装纸，水泥袋纸瓦楞原纸等。
但是生产白纸的纸浆需要一定的白度，这是因为白色的纸，会给人一种舒适的感觉，在印制和书写时会给人的好感、清晰。
有些生产颜色纸的纸浆，为了使纸的色泽鲜艳，对纸浆也要求有一定的白度外至于制造硝化纤维、粘胶纤维等溶解浆，除要求一定的白度外，还要求纯化纸浆，以获得a-纤维素含量高和半纤维、木素、树脂、灰分等含量低的纸浆。
因此，多数纸浆都需要漂白。
漂白的目的是提高纸浆的白度和白度的稳定性。
改善纸浆的物理化学性质，纯化纸浆，提高纸浆洁净度。
纸浆漂白在纸浆造纸生产过程中占有重要地位，与纸浆和成纸的质量、物料、能量消耗及对环境的影响有密切关系。
除去纸浆中的有色物质，或改变其化学组成使之脱色，或进一步除去木素和其它不钝物，以满足高纯度精制浆的要求。
（纸浆技术问答摘要292页）漂白的历史及发展趋势，18世纪中叶以前，采用借用与日光的自然漂白。
1784年瑞典的Scheele发现了氯及其对植物纤维的脱色作用，从人们开始利用了绿的漂白，到了1798年Charles用石灰乳液吸收氯制来制备次氯酸钙，到了1800年漂白粉用于纸浆的漂白。
生物技术在制浆造纸中的应用与研究进展
６ 酶处理改善浆料的性能 近年来， 广大研究者致力于利用酶改善纤维性
能、提高纸浆的滤水性能和纸浆强度的研究。传统方 法是利用纤维素酶和半纤维素酶来对纤维进行改性。 但是， 经过改性后的纸浆的滤水性能有所下降。最近， 利用木素降解酶中的漆酶对纤维进行改性， 以提高纸 浆强度已广为关注。
据国外报道［７］， 用漆酶介体体系来改善未漂硫酸盐 浆的性能， 结果发现， 纸浆的湿强度有显著地提高。汤 镇江［８］等用漆酶处理磨石磨木浆， 发现纸张强度及增干 强度效果明显。ＧａｔｅｎｈｐｌｍＰ［９］等发现， 漆酶与纤维表面 的酸基进行接枝作用可以改善纸浆强度和润胀性能。
化学药品消耗量大能耗高设备投特别是制浆与漂白过程所排出的废水具有极高的bodcod负荷而且其中还含有剧毒性荷强致59marketvol16no32009太阳能加工果蔬技术获突破享誉中外的绿珍珠新疆绿葡萄干将和其它很多果蔬干一起告别灰头土脸晋级高品质产品行列这是农业部规划设计研究院的科研新成果
纸浆漂白技术的新发展
江苏造纸
2007 年第 1 期
论
文
时使与浆中残余木素连接的半纤维素降解, 破 坏 L CC, 形成脱木素或有利 于脱木素的状态。 通过木聚糖酶的预处理 , 不仅可以提高浆的白 度, 降低打浆的能耗 , 改善浆料的强度性能, 而 且可以减少后继工序漂剂的用量, 降低废液的 毒性 , 减轻环 境污染。刘书钗 [ 9] 等研 究发现 : ( 1) 木聚糖酶处理后的碱处理有助于提高预处 理的效果, 木聚糖酶预处理应包括木聚糖酶处 理段和碱处理段。 ( 2) 反应温度和酶用量是影 响木聚糖酶预处理效果最主要的因素。木聚糖 酶预处理最佳的工艺条件是: 酶用量 1IU/ g 绝 干浆 , 温度 50 , pH 7. 0, 反应 浆浓 5% , 时 间 2h 。( 3) 麦 草浆 经木 聚糖 酶预 处 理后 发生 了 立即增白! , 白度增加了 10 5% , 脱木素 率高 达 28% , 粘度提高 , 返黄值降低。 ( 4) 麦草化学 浆的木聚糖酶预处理有助于降低打浆能耗, 提 高浆料的滤水性能。 ( 5) 木聚糖酶预处理有利 于改善漂前浆料的强度性能。 在许多已发表的研究结果中, 都用木聚糖 酶处理漂前洗涤未漂浆。木聚糖酶处理的典型 工艺条件为: 在 50 , pH 5 时处理 18 小时。其 结果表明 , 可增加碱抽提木素的量。其处理后 的 Kappa 值比未 处理浆低 2~ 4 单位。 Palce 等人用酶处理后纸浆所做的手抄纸试验表明 , 处理后对游离度、 耐破度、 撕裂及抗张强度都没 有损害 。 4 2 新型的无氯漂白剂 近期在实验室研究中取得具有明显漂白效 果的无氯漂白剂有 : ( 1) 活性氧 ( 二甲基二环氧 乙烷 ) : 加拿大制浆造纸研究所通过丙酮和过氧 硫酸 ( H 2 SO5 ) 作用生成二甲基二环氧乙烷 , 利 用此活性氧, 结合氧和过氧化氢可将针叶木硫 酸盐浆漂至 70~ 90% 白度。 ( 2) 过氧乙酸 : 该 酸和其盐类可用于脱木素或漂白, 有过氧化氢 漂白的效果, 漂浆具有很高的粘度。上世纪 90 年代以来 , 过氧乙酸 ( Pa) 、 过氧硫 酸 ( P x ) 和混 合过氧酸 ( Px a) 已在工厂试验 应用, 但大 多数 用于 T CF 漂白。与氧和碱性过氧化氢相比, 过 氧酸是更有效和更 有选择性的脱 木素剂。因 28
生物技术在制浆造纸工业的应用与研究进展
智能制造与设计今 日 自 动 化Intelligent manufacturing and DesignAutomation Today32 ｜ 2020.12 今日自动化2020年第12期2020 No.12制浆造纸是现代造纸企业进行纸张加工生产的主要方式，从工艺上看，它可以分为制浆和造纸两个方面。
制浆过程主要是提取植物纤维原料，通过机械法、化学法等手段分解为纸浆的过程。
造纸过程则是通过打磨、加胶填充等方式将纸浆变成纸张的状态。
造纸是起源于我国的工艺技术，传统造纸技术的工艺流程比较复杂，涉及到的技术较多，需要耗费大量的时间和精力。
在现代科学技术的发展下，造纸工艺与过去相比实现了各个环节上的简化，并且引入了全新的生产设备以及原料进行操作，形成了一种集成化和系统化的生产模式，实现了专业上的创新和优化，尤其是生物技术的应贯穿于造纸的整个加工流程，包括原料提取、漂白、脱墨等环节，使得制浆造纸在效率和质量上得到了相应的发展。
1 现代制浆造纸的基本流程1.1 制浆过程制浆是造纸生产中的第一步，主要是将原材料转化为浆料的过程，一般情况下，它可以分为机械法、化学法以及化学机械结合的方法。
机械法制浆是利用机械设备对原料进行旋转摩擦使其变成预期性状的一种方式。
它需要根据实际情况选择合适的方法，包括磨石磨木浆、褐色磨木浆以及盘磨机械浆等，尽量提高纸浆的纯净度，再经过筛选、沉淀等方法对其进行净化。
化学法制浆是指在原材料中掺入相应的化学药剂，包括纤维素、半纤维素、木质素等和化学药剂等，使其发生不同的化学反应，从而得到特定性能的纸浆。
化学药剂在选择的过程中需要结合原料的特点，通常来说包括减法制浆以及亚硫酸盐制浆两种类型。
在完成蒸煮等反应后，同样需要进行净化工作。
化学机械制浆是结合二者之间的优点，通过化学药剂对原料进行软化等工作，然后进行机械加工，这样可以提高它的工作效率和质量，满足性能上的要求。
在时代的发展下，生物技术逐渐应用在制浆过程中，并且起到了不同的作用。
制浆技术的发展状况
苛化系统的控制变得越来越重要，主要表 现在绿液处理(去除非工艺元素)、绿液消 化和苛化控制(控制白液苛化度、白泥过滤 性能等)、白液澄清度控制(获得高质量的 白液)等。绿液过滤、绿液冷却、白液过滤、 白液后处理等设备也应运而生，取代了传 统的重力式澄清设备。
蒸发设备向高效、节能发展。板式降膜蒸 发器和管式降膜蒸发器(蒸气在管外，黑液 在管内)占据了蒸发设备市场的主要份额， 另一种新型管屏式蒸发器(黑液在管外，蒸 汽在管内)也初露端倪，更多地扮演增浓器 的角色。
非木浆蒸煮黑液高效碱回收技术
非木浆黑液由于具有含硅量高、粘度高、 不易蒸发、入炉浓度低、热值低、含灰量 大、易积灰等特点，因此，多年来草浆黑 液的碱回收技术是国内的研究重点，经过 多年研究已取得重大进展，但黑液浓度还 在60%以下，碱回收率还不高，如能研究出 草浆黑液高效碱回收技术，将推动我国造 纸工业的发展。
北欧1999年TCF漂白纸浆已占62%
（3）中高浓纸浆全无氯漂白技术 （称TCF漂白）
以过氧化氢漂白为主的技术
（4）作为辅助工艺技术的 制浆漂白生物技术
A.生物辅助漂白技术
聚木糖酶预处理
除去纸浆中有色物质； 除去纸浆中木素与碳水化合物复合体中的碳水化合物， 使木素在漂白中容易脱离；
影响聚木糖酶作用的因素
（1）中浓纸浆氧脱木素技术
现在硫酸盐制浆生产线采用氧脱木素已成为标 准。对于阔叶木浆和针叶木浆已开始使用具有 成本低、选择性强的两段氧脱木素工艺 C=10%~12% T=90 ℃ ~110℃ P≥0.6mPa(第一塔顶的压力) P≥0.4mPa(第二塔顶的压力)
（1）中浓纸浆氧脱木素技术
中浓纸浆氧脱木素单升流塔流程
酶预处理条件：pH值、温度、用量、浆浓、处理时间、 纸浆特性
生物酶制浆工艺流程
生物酶制备纸浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将农作物秸秆进行切段处理；步骤二：进行膨化处理，将切好的秸秆加入水，然后进入离心膨化机膨化处理；步骤三：将生物酶制备液加入到膨化后的秸秆中搅拌，然后放在容器中进行保温发酵，发酵终止后再将发酵液放回发酵液贮存池备用；所述生物酶制备液中生物酶组分的质量百分比含量为：纤维素酶20%，半纤维素酶10%，木素降解酶10%，淀粉酶20%，脂肪酶5%，果胶酶和漆酶20%；步骤四：将发酵好的浆料用螺杆挤浆机进行挤浆，挤出的水放回发酵液贮存池备用；步骤五：洗浆，将挤出的成浆放入碎浆机中进行洗涤，步骤六：选浆，洗好的浆料用振框筛进行筛选，筛出的粗渣再回到步骤三中进行再次发酵；步骤七：磨浆，通常用高浓磨，中浓磨，双盘磨或疏解机进行磨浆；步骤八：筛选，用离心筛或压力筛进行再次筛选，成浆进入成浆池抄纸或漂白，筛出的浆渣再回到步骤七重新磨浆。
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2 生物制浆过程中存在的主要困难
（1）木素生物降解的困难性 ①木素是植物组织进化的产物，它使树干的化 学和物理性能得以强化，以增强对恶劣环境的 抵抗能力，因此对生物降解有较强的抵抗性。
②木素难以被微生物利用
木素是多种酚类单体的聚合体，结构不均一， 分布不均一，理化性质相对稳定，生物降解很 困难。
三、生物制浆技术最新应用研究进展
生物制浆技术最新应用研究进展
陶杨， 廖俊和， 罗学刚 (西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010) 摘要：介绍了生物制浆的机理，综述了生物技术在制浆行 业中的最新应用研究进 展，提出了解决制浆造纸行业的环境污染问题的新途径。 关键词：白腐菌：木素；降解；制浆 中图分类号：0636．2：TS743 文献标识码：A
这种无污染零排放的生产工艺技术无疑是项国际 领先专利技术，符合国家的各项政策导向： 1、是环保项目：消除造纸行业污染，净化国土、造福于 子孙后代。 2、是节能项目：节省大量水、电、煤。 3、是扶贫项目：增加全国各地农民收入、变废为宝，过 去很多地区的农民将稻麦草烧掉、污染环境。 4、是替代进口节省外汇项目，纸浆进口花费大量国家外 汇，生物制浆提高纸浆质量，可用草浆代替进口木浆。 5、可实现农业可持续发展：草类资源是循环再生永久性 持续资源，稻草、麦草、芦苇、甘蔗渣、玉米秸、、 龙须草、竹子、速生林等各种植物都是生物制浆的原 料。 6、增加各乡、镇、地、市的财政税收。
2）利用木聚糖酶制剂作为纸浆漂白助剂，既可 以减少漂白废液污染，又可减少漂白剂用量，降 低生产成本，效益显著，且易于工业化。
生物制浆与常规化学制浆各项指标对比一览表
生物制浆
与化学法相比，机械法制浆可以大大的 提高纸浆得率，从而节约大量林木资源。 但是，磨木浆的能量消耗很大，而且成 品纸的强度等质量性能不如硫酸盐浆， 因而限制了这项技术的发展。然而生物 技术的引入有助于解决这些问题。
生物漂白
一、什么是生物漂白 二、生物漂白的现状 三、生物漂白的几种酶
1、木聚糖酶的辅助漂白作用 2、漆酶的结构和催化机理 3、锰过氧化物酶 4、利用木素降解酶的生物漂白 四、生物漂白的前景
一、生物漂白
生物漂白过程就是以一些微生物产生的酶与制 浆中的某些成分作用，形成脱木素或有利于脱木 素的情况，并改善制浆的可漂性或提高制浆白度 的过程。生物漂白的目的，主要是节约化学漂剂 的用量，改善制浆的性能以及减少漂白的污染。
二、 生物漂白的现状
由于缺乏合适的底物和酶合成水平较低,目前 尚难以生产象聚木糖酶那样能进入工业化应用 的大规模的酶数量,单纯依靠菌种的筛选和诱 变可能难以满足这一要求,通过分子生物学技 术如基因工程技术可能是一种有希望的途径。
酶需要一个适宜的催化环境,在这个环境中酶 表现出降解木素的活性,但在有活性的催化环 境中酶又很容易出现失活,因此,建立一个适宜 的催化环境是木素酶生物漂白中十分重要的问 题。
木素的生物降解包括氧化还原过程和水解过程。 各种酶活力高低与酶作用环境适宜性的不同使 木素生物降解较困难。
自然界中具有木素降解能力的微生物较少。
③木素降解酶活力较低
相对多糖降解酶产生菌而言，木素降解酶产 生菌生长缓慢，扩大培养困难；另外，野生型菌 株产生的木素降解酶酶活力低，产酶受诸多因素 的限制。通常白腐菌对木片进行生物制浆预处理 需要10天以上的时间。
（1）木素生物降解的困难性 （2）木素降解酶产生菌扩大培养的困难性 （3）生物制浆过程中伴有纤维素的降解
1 木素的存在状况
木素的含量与结构随原料种类不同而不同。原 料细胞壁中，不同区域的木素含量与结构也不同。 木素和半纤维素的混合物填充于微细纤维之间，木 素与半纤维素之间存在化学连接，形成木素与碳水 化合物复合体（LCC）。
生物制浆与生物漂白
造纸工业中的制浆和漂白工序是污染物产生的 主要工序。
制浆造纸工业是国民经济的重要支柱产业之一， 但也是森林、能源、化学品等资源消耗和环境污 染的大户。为了保护环境，发达国家投入大量的 资金对制浆造纸工艺进行改造。常用的方法有：
1）利用木素降解菌处理纤维原料，来降低机械 法制浆的能耗，代替或部分代替污染严重的化学 法制浆；
生物制浆
生物制浆是利用微生物所具有的分解木素的 能力，来除去制浆原料或纸浆中的木素，使植物 组织与纤维彼此分离制成纸浆的过程。
目前，生物法制浆是指借助于微生物或微生 物所产生的酶的作用，进行生物预处理，再与相 应的制浆过程相结合而生产纸浆的过程。
生物制浆的优点 减少制浆的能耗、提高纸质量和设备生产能
力、减少制浆对环境的污染等。
生物制浆
对微生物的要求 繁殖速度快，分解木素能力极强，尽可能少分解 或不分解纤维素等。目前从自然界分离到的白腐 菌菌株及经诱变处理选育得到的木素降解酶产生 菌，其降解木素的能力还远没有达到生物制浆的 要求。
生物制浆池
一、生物制浆存在的问题
1 木素的存在状况 2 生物制浆过程中存在的主要困难
三、 生物漂白的几种酶
（一）、木聚糖酶的辅助漂白作用 1、 原料和纸浆中的半纤维素 （1）原料中的LCC （2）纸浆中的半纤维素以及半纤维素的回吸
在蒸煮后期，伴随药液浓度降低，溶出的半 通透性，对纸浆洗涤和漂白过程中的残余木素溶出起到了 屏蔽作用。除此以外，部分回吸的半纤维素分子与残余木 素分子形成化学键合的LCC，使残余木素更难去除。
④木素降解酶是复合酶系，受到多种调节因子的控 制
⑤制备天然木素困难，难以测定真正的木素生物降 解活力。
（2）木素降解酶产生菌扩大培养的困难性
①木素化学结构复杂，增加了了解木素生物降解 机制的难度；
②自然界能降解木素的微生物不多； ③木素降解酶产生菌多为真菌担子菌纲，生长缓
慢，扩大培养较困难； ④菌株对被分解介质的选择性较差，造成碳水化
合物损失； ⑤白腐菌分泌木素降解酶对培养介质要求较苛刻；
⑥木素分解代谢产物不能成为白腐菌生长或产酶 的有效碳源和能源，必须补加葡萄糖等容易利 用的碳源；
⑦由于对木素生物降解的机制不十分了解，所以 在利用基因工程手段对该菌进行改良与菌株筛 选方面较欠缺；
⑧发酵工业规模远小于制浆工业。
二、对生物制浆的评价