一种制浆造纸工艺中溶胶物质生物处理的方法

摘要

一种制浆造纸工艺中溶胶物质生物处理的方法，属于制浆造纸技术领域。在漂白后的机械浆、废新闻纸脱墨浆或白水中加入果胶酶进行酶处理，果胶酶用量为20－160g/吨浆或1.0－40g/吨白水，酶处理温度40℃－80℃，时间1h－8h，PH 7.0－11.0。本发明的方法可以大幅度降低机械浆和废纸浆中的DCS的阳电荷需要量，从而大大降低生产中阳离子聚合物的加入量或取消这类阳离子聚合物的加入，提高了细小纤维的留着率和DCS在纤维上的吸附留着，降低生产成本，减少胶粘物的产生，提高纸机的运行性。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种制浆造纸工艺中溶胶物质生物处理的方法，具体涉及一种机械浆、废新闻纸浆和白水中溶胶物质生物处理技术，属于制浆造纸技术领域。

(二)背景技术

木材中的亲脂性物质在机械浆或废纸浆制浆和漂白中被可以分散在过程水中形成0.1-1.0um大小的胶体，这些胶体在一定条件下是稳定的。另外，在制浆漂白过程中还会产生大量的半纤维素、立格南(lignan)、低分子量木素和果胶类物质以及从原料和生产用水中引入的无机电解质，这些物质是溶解在过程水中的。分散在过程水或浆水体系中的亲脂性胶体物质以及溶解在水中的非纤维素物质被称为溶胶物质(Dissolved and Colloidal Substance，DCS)。这些DCS物质带有很高的负电荷，称为“阴离子垃圾”(anionic trash)。这些阴离子垃圾造成纸浆的阳电荷需要量增加。

由于生产成本、原料短缺、环境污染的问题，目前我国的新闻纸厂普遍采用机械浆和脱墨浆的混合浆为原料来生产新闻纸。从环境和生产成本方面考虑，要求新闻纸厂白水系统封闭循环，减少新鲜水的使用和废水排放，同时从循环白水中回收有用的纤维和填料，降低生产成本。但随着白水封闭循环程度的提高和白水循环次数的增加，白水中的有害物质也逐渐积累，主要的有害物质就是DCS，DCS的积累会降低助剂特别是阳离子助剂的作用效果，并产生胶粘物沉积(树脂障碍)等一系列问题，降低了纸机的运行性能和产品质量。

目前对于胶粘物沉积的控制主要有化学法和生物法。

化学法包括分散、吸附或脱粘、固着或助留剂、钝化剂等，这些方法在一定程度上能减少胶粘物沉积，但由于胶粘物的组成十分复杂，这些方法往往需要加入较多的化学品，同时并非对任何胶粘物都有效，因此在实际应用中都有其局限性。

利用生物技术解决纸厂中的树脂障碍的技术已在一些工厂中获得了应用。此种方法主要有两种方案：一是利用脂肪酶处理纸浆，通过水解甘油三酸酯(triglyderides，TG)，从而达到控制树脂沉积的目的。二是利用真菌处理木片，通过降低木片中树脂含量抑制树脂障碍的产生；或利用真菌处理白水，降低白水系统中树脂成分的浓度，以减少树脂沉积物的产生。

戴维等人研究表明使用酯酶(Esterase)处理废纸浆，可以减小胶粘物的尺寸，减少废纸回用中的胶粘物沉积问题。参见戴维等人，酯酶为使用回用纤维的造纸厂提供了一种控制胶粘物的方法，纸浆和纸，104(2)：28-31，2003(David R.Jones and James W.Fitzhenry，Esterase-type enzymes offer recycled mills an alternative approach to stickies control.Pulp and Paper，104(2)：28-31，2003)。另有专利文献(US)6471826，2002记载采用某种酶与脂肪酶的混合酶可以有效的控制废纸回用中的胶粘物。

漆酶也被开始用来研究对亲脂性抽出物的降解，斯蒂娜等人分别从Trameteshirsute和T.billosa提纯漆酶并用来处理树脂酸和脂肪酸，结果表明，两种漆酶均能对树脂酸和脂肪酸改性，漆酶处理后，亚油酸、油酸和松香酸减少，同时树脂酸中共轭树脂酸减少。参见斯蒂娜等人，漆酶与脂肪酸和树脂酸的反应性能，微生物应用技术，2001，55：317-320(Stina Karlsson，Bjarne Holmbom，Peter Spetz，al.，Trametes Reactivity of Trametes laccases with fatty and resin acids.Appl MicrobiolBiotechnol.2001，55：317-320)

果胶酸是DCS中一类重要的物质。果胶酸主要是在机械浆H₂O₂漂白过程中产生的，带有很高的负电荷，是漂白机械浆浆水系统中阴离子垃圾的重要来源。有研究表明，果胶酶对漂白后机械浆进行处理可以大大降低机械浆的阳电荷需要量，使用果胶酶或木聚糖酶或两者的混合酶处理机械浆或脱墨浆可以降低纸浆的阳电荷需要量。我们的研究发现，胶粘物的产生很大程度上是由于DCS中阴电荷使阳离子助留剂的作用效果降低造成DCS在纤维上的吸附减弱导致胶粘物沉积。因此，可以认为，对DCS中的果胶酸进行降解，减少DCS中的阴离子垃圾，提高助剂的作用效果，可能是减少胶粘物沉积的有效途径。

(三)发明内容

本发明主要是针对目前新闻纸厂采用脱墨浆和机械浆混合浆来生产的现状，纸浆和白水中溶胶物质(以下简称DCS)带来的危害以及现有处理技术的不足，提供一种制浆造纸工艺中溶胶物质生物处理的方法，具体是一种新型的机械浆和废新闻纸浆以及白水中DCS酶法处理方法，以降低纸浆或白水中阳电荷需要量提高阳离子助剂作用效果并减少胶粘物沉积，提高纸机的运行性能并提高产品质量。

本发明的一种制浆造纸工艺中溶胶物质生物处理的方法，技术方案如下：

在漂白后的机械浆、废新闻纸脱墨浆或白水中加入果胶酶进行酶处理，果胶酶用量为20-160g/吨浆或1.0-40g/吨白水，酶处理温度40℃-80℃，时间1h-8h，pH7.0-11.0。

优选的，所述果胶酶为碱性果胶酶，酶活为3000APSU。

所述的漂白后的机械浆、废新闻纸脱墨浆是过氧化氢处理过的机械浆或废新闻纸浆。

过氧化氢漂白工艺条件-般为：浆浓5％-18％，NaOH 1％-3％，Na₂SiO₃2％-4％，MgSO₄ 0.05-0.1％，乙二胺四乙酸(EDTA)0.05％-0.3％，温度40℃-80℃，时间2h-4h。均为重量百分比。

所述的白水包括制浆造纸生产中的过程水和纸机网下白水。

所述的机械浆是热磨机械浆(TMP)、化学热磨机械浆(CTMP)或磨木浆(GP)。

所述的废新闻纸脱墨浆的制备可采用现有技术。本发明提供如下方法：

(1)废新闻纸的碎解：是在装有废新闻纸和水的碎浆机中加入0.1％-2.0％的表面活性剂，工艺条件：NaOH 0.5％-3.0％，Na₂SiO₃ 0.5％-4.0％，H₂O₂ 0.5％-2.0％，二乙胺四乙酸(EDTA)0.04％-0.4％，浆浓4％-20％，温度30℃-75℃，碎浆时间10-40min。以上均为重量百分比。

上述表面活性剂选自脂肪酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯之一或它们的组合。

(2)浮选：在浮选槽中进行，将碎解后的浆稀释到浆浓1％，控制通气量为7-28m³/h，压力为0.1-1.0MPa，常温下浮选5-30min。

(3)洗涤：将稀释后的纸浆稀释到0.2％-0.5％的浓度，通过80目的铜网进行洗涤。得到废新闻纸脱墨浆。

本发明的方法处理过的纸浆与未经酶处理的纸浆对比实验时，是将酶处理后的脱墨浆悬浮液在2000-2200rpm下离心30-40min，上层清液中的物质为溶胶物质(DCS)。

与现有技术相比，本发明的优良效果如下：

与目前生产中采用大量的阳离子聚合物来中和机械浆和废纸浆中的DCS阴电荷的方法相比，采用果胶酶处理纸浆或白水，可以大幅度降低它们的阳电荷需要量，从而大大降低生产中阳离子聚合物的加入量或取消这类阳离子聚合物的加入，提高了细小纤维的留住率和DCS在纤维上的吸附留着，降低生产成本，减少胶粘物的产生，提高纸机的运行性。

(四)具体实施方式

下面实施例中所用的果胶酶均为诺维信(novozymes)公司产碱性果胶酶，酶活为3000APSU。

实施例1：

1、废新闻纸脱墨浆的制备：

废新闻纸的碎解是在装有美国8#废新闻纸和水的碎浆机中加入1.0％的表面活性剂，其他条件：NaOH 1.0％，Na₂SiO₃ 2.0％，H₂O₂ 1.0％，乙二胺四乙酸(EDTA)0.1％，浆浓4％-20％，温度30℃-75℃，碎浆时间10-40min。以上均为重量百分比。

浮选在浮选槽中进行，将碎解后的浆稀释到浆浓1％，控制通气量为7-28m³/h，压力为0.1-1.0MPa，常温下浮选5-30min。

将稀释后的纸浆稀释到0.2％-0.5％的浓度，通过80目的铜网进行洗涤。

2、过氧化氢漂白

对上述洗涤后的纸浆进行过氧化氢漂白，工艺条件为：浆浓5％-18％，NaOH 2％，Na₂SiO₃ 2％，MgSO₄ 0.05％，乙二胺四乙酸(EDTA)0.2％，温度40℃-80℃，时间2h-4h。均为重量百分比。

3、酶处理

对漂白后的废新闻纸脱墨浆中加入果胶酶，处理工艺为：果胶酶80g/吨浆，浆浓2％-20％，温度40℃-60℃，时间2h-6h，pH8.0-10.0。

酶处理后的脱墨浆悬浮液在2000rpm下离心30min，上层清液为DCS，与未经酶处理的纸浆相比，DCS的阳电荷需要量降低了50％。当聚乙烯亚胺(PEI)为2.0g/g，阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)0.4g/g时，细小纤维的留着率提高15％。利用采用多孔网旋转转子法测定胶粘物的重量，与未用酶处理的纸浆相比，纸浆经酶处理后胶粘物沉积量减少10％-40％。

实施例2：

对漂白后的化学热磨机械浆(CTMP)进行酶处理，处理工艺为：酶用量80g/吨浆，温度40℃-60℃，时间2h-6h，pH8.0-10.0。

酶处理后的机械浆悬浮液在2000rpm下离心30min，上层清液为DCS，与未经酶处理的纸浆DCS相比，阳电荷需要量降低40％，当聚乙烯亚胺(PEI)加入量为2.0g/g，阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)加入量为0.4g/g时，细小纤维的留着率提高20％，胶粘物沉积减少10％-40％。

实施例3：

使用废新闻纸脱墨浆和CTMP混合浆的新闻纸厂回用白水进行酶处理，处理工艺为：酶用量20g/吨水，温度40℃-60℃，时间2h-8h，pH8.0-10.0。

经酶处理后白水的阳电荷需要量降低50％，同时可使胶粘物沉积减少10％-40％。

实施例4：如实施例1所述，所不同的是废新闻纸为日本废新闻纸。

实施例5：如实施例1所述，所不同的是果胶酶的加入量为40g/吨浆。

实施例6：如实施例2所述，所不同的是果胶酶加入量为120g/吨浆。

实施例7：如实施例2所述，所不同的是酶处理的纸浆为漂白的热磨机械浆(TMP)。

实施例8：如实施例2所述，所不同的是酶处理的纸浆为漂白的磨木浆(GP)。