微生物酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用

梁軼媛　梁應(yīng)城

摘 要：制漿造紙工業(yè)是我國的國民經(jīng)濟重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是我國環(huán)境污染的主要行業(yè)之一。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用也受到學(xué)者的重視及關(guān)注。文章綜述了微生物酶在制漿、紙漿漂白及造紙廢水處理等各工藝中的應(yīng)用并展望了其前景。

關(guān)鍵詞：微生物酶；造紙工業(yè)；降低污染

制漿造紙工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，但也是我國污染環(huán)境的主要行業(yè)之一，而我國的紙品需求仍在以每年10%的速度遞增，預(yù)計到2015年，紙產(chǎn)量達1億噸以上，所以以微生物技術(shù)運用于造紙行業(yè)，減少能源和化學(xué)品的消耗，提高紙漿得率，降低造紙廢液對生態(tài)環(huán)境和人類健康所造成的危害等問題的研究已逐漸成為學(xué)者們研究的熱題。

1 微生物酶運用于制漿

在自然界中，有些微生物種群能選擇性地分解木質(zhì)素化合物，在傳統(tǒng)化學(xué)或機械制漿前采用專一性微生物對造紙材料進行適當?shù)念A(yù)處理，用溫和的酶解替代高溫堿解，用生物轉(zhuǎn)化代替化學(xué)轉(zhuǎn)化，不但減少了化學(xué)試劑的用量，而且可以有效地降低機械消耗，節(jié)約能源。

1.1 漆酶在制漿中的應(yīng)用

造紙廠的煮漿過程就是用化學(xué)藥品溶出、脫除木素的過程，一般的化學(xué)制漿，不但成本高、能耗大，而且對環(huán)境污染也較為嚴重。而使用由白腐菌生產(chǎn)的漆酶將原料的木素降解成低分子木素，增加了木素的溶出和被抽提的能力，從而實現(xiàn)木素與纖維素、半纖維素的分離。用漆酶和介體HBT在蒸煮前對麥草進行預(yù)處理，可降低紙漿的Kappa值，提高紙漿的白度和強度[1]。Jujop的研究表明，在20～90%，pH值2-10條件下用漆酶進行預(yù)處理，可以對原料中的木素進行改性，磨漿能耗明顯降低，每噸漿能耗1300kW·h降至850kW·h，節(jié)省動力約30%，且機械漿的物理性能得到改善，紙漿質(zhì)量達到化學(xué)熱磨機械漿的水平[2]。

1.2 纖維素酶在制漿中的應(yīng)用

在機械制漿前加化學(xué)預(yù)處理，除去或改變一部分木素結(jié)構(gòu)，可以改善紙漿的強度，但降低了紙漿的得率，損害了紙漿的光學(xué)特性，廢水的排放量和污染負荷也相應(yīng)增加，而經(jīng)由木霉所產(chǎn)出的纖維素和半纖維素酶處理則結(jié)合了機械法制漿和化學(xué)機械法制漿的優(yōu)點，克服其缺點，除了可以增加紙漿的強度性能之外，還能顯著降低機械磨漿時的能量消耗[3]。

2 微生物酶用于紙漿漂白

傳統(tǒng)的含氯漂白產(chǎn)生大量有毒和強致癌性物質(zhì)對環(huán)境和人類造成極大危害，已逐漸被無氯漂白所取代，而以某些真菌產(chǎn)生的漆酶不僅能氧化非酚結(jié)構(gòu)，而且能使硫酸鹽漿脫木素和脫甲氧基。佐治亞大學(xué)的研究者[4]發(fā)現(xiàn)一株漆酶產(chǎn)菌-朱紅密孔菌（Pycnoporus cinnabarlnus），以產(chǎn)生自己的氧化還原中介物3-羥基鄰氨基苯甲酸（3-hydroxyanthranilic acid，3-HAA）。漆酶加3-HAA系統(tǒng)不僅能氧化非酚模式化合物，而且能降解合成的木素。通過篩選或誘變培育出假單胞菌（Pseudoznonas sp.）G6-2[5]枯草桿菌（Bacillus sp.）A[6]一30等木聚糖酶高產(chǎn)菌株進行了分離純化的酶學(xué)研究，其所產(chǎn)木聚糖酶運用于生物漂白技術(shù)，其結(jié)果表明木聚糖酶在多種漿種的不同漂白工藝中都有明顯的助漂作用。用于樺木漿CEH三段漂和ECF漂白，在保持白度、得率、強度基本不變的情況下，可減少近50%氯或二氧化氯用量，漂白漿的白度穩(wěn)定性也有所提高[7]。

3 微生物酶用于造紙廢水處理

在制漿和造紙生產(chǎn)過程中，造紙廢水可分為黑液、中段廢水和紙機白水。黑液是整個造紙過程中污染最為嚴重的廢水，木質(zhì)素是造成造紙工業(yè)排放黑液COD和色度形成的主要原因。白腐菌具有能降解木素和變性木素的酶活系統(tǒng)，能將漂白廢水中的有機氯化物轉(zhuǎn)變成無機氯和CO2，并破壞發(fā)色基團組織和結(jié)構(gòu)，降低漂白廢水中的TOCl、BOD、COD和色度[8]。范偉平等[9]利用微電解-白腐菌生物降解-絮凝沉降聯(lián)合處理系統(tǒng)對活性染料生產(chǎn)廢水進行處理，在最佳PH和溫度及接觸停留時間下，其COD去除率達90%以上，色度去除率在95%以上。另有研究表明，使用堅強芽孢桿菌產(chǎn)生的絮凝劑處理印染廢水和酵母廢水，可取得良好的絮凝效果[10]，由李云鵬等[11]從剩余污泥中制得微生物絮凝劑LBF經(jīng)實驗相比于PAC效果更好，其COD、SS、色度去除率都高于PAC處理的廢水樣。

4 微生物酶用于造紙工業(yè)中的其他用途

與常規(guī)堿法脫墨漿相比，微生物酶法脫墨漿有更高的游離度，且濾水性好、物理性能優(yōu)、白度高和殘余油墨量低，還可縮短脫墨時間。利用纖維素酶處理回收的廢紙，既可脫除油墨和化學(xué)處理難以去除的調(diào)色調(diào)，又可改善二次纖維的抄造和使用性能[12]。顧琪萍[13]等研究表明，在優(yōu)化條件下，廢報紙經(jīng)脂肪酶脫墨后，白度比原漿提高4.3%SBD，裂斷長、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)可分別提高11.4%，19.8%和17.5%。

由于傳統(tǒng)造紙工業(yè)是耗能和環(huán)境污染大戶，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物酶應(yīng)用于造紙工業(yè)的技術(shù)越來越受到廣大研究者的重視，其規(guī)模也在不斷提高。通過使用微生物技術(shù)或酶技術(shù)，不但能使資源充分利用，降低能耗與環(huán)境污染，而且能帶來良好的經(jīng)濟效益，對造紙工業(yè)與環(huán)境保護都具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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