微生物酶在制漿造紙工業中的應用

梁軼媛　梁應城

摘 要：制漿造紙工業是我國的國民經濟重要支柱產業之一，也是我國環境污染的主要行業之一。隨著生物技術的發展，微生物酶在制漿造紙工業中的應用也受到學者的重視及關注。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用并展望了其前景。

關鍵詞：微生物酶；造紙工業；降低污染

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

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素化合物，在傳統化學或機械制漿前采用專一性微生物對造紙材料進行適當的預處理，用溫和的酶解替代高溫堿解，用生物轉化代替化學轉化，不但減少了化學試劑的用量，而且可以有效地降低機械消耗，節約能源。

1.1 漆酶在制漿中的應用

造紙廠的煮漿過程就是用化學藥品溶出、脫除木素的過程，一般的化學制漿，不但成本高、能耗大，而且對環境污染也較為嚴重。而使用由白腐菌生產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，節省動力約30%，且機械漿的物理性能得到改善，紙漿質量達到化學熱磨機械漿的水平[2]。

1.2 纖維素酶在制漿中的應用

在機械制漿前加化學預處理，除去或改變一部分木素結構，可以改善紙漿的強度，但降低了紙漿的得率，損害了紙漿的光學特性，廢水的排放量和污染負荷也相應增加，而經由木霉所產出的纖維素和半纖維素酶處理則結合了機械法制漿和化學機械法制漿的優點，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

傳統的含氯漂白產生大量有毒和強致癌性物質對環境和人類造成極大危害，已逐漸被無氯漂白所取代，而以某些真菌產生的漆酶不僅能氧化非酚結構，而且能使硫酸鹽漿脫木素和脫甲氧基。佐治亞大學的研究者[4]發現一株漆酶產菌-朱紅密孔菌（Pycnoporus cinnabarlnus），以產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等木聚糖酶高產菌株進行了分離純化的酶學研究，其所產木聚糖酶運用于生物漂白技術，其結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，木質素是造成造紙工業排放黑液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，能將漂白廢水中的有機氯化物轉變成無機氯和CO2，并破壞發色基團組織和結構，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-絮凝沉降聯合處理系統對活性染料生產廢水進行處理，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中的其他用途

與常規堿法脫墨漿相比，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、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處理難以去除的調色調，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，在優化條件下，廢報紙經脂肪酶脫墨后，白度比原漿提高4.3%SBD，裂斷長、耐破指數和撕裂指數可分別提高11.4%，19.8%和17.5%。

由于傳統造紙工業是耗能和環境污染大戶，隨著生物技術的發展，微生物酶應用于造紙工業的技術越來越受到廣大研究者的重視，其規模也在不斷提高。通過使用微生物技術或酶技術，不但能使資源充分利用，降低能耗與環境污染，而且能帶來良好的經濟效益，對造紙工業與環境保護都具有非常重要的現實意義。

參考文獻

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