CN102926257A - 一种用生物酶进行废纸脱墨的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用生物酶进行废纸脱墨的方法，其要点是在在水力碎浆机内预先加入30-65℃的水，再按每吨绝干废纸加入0.3-10kg专用助剂、1.0-4.0kg氢氧化钠和2.5-6.0kg硅酸钠，充分混匀后，再按每吨绝干废纸加入0.1-1.0kg步生物酶，然后后加入废纸，控制浆浓为12-18％，废纸碎浆脱墨15-40分钟，再经除渣、浮选工序后得到脱墨浆。本发明在大幅度降低用碱量的条件下，不需要调节pH，配合专用助剂一并使用，酶适应性强、稳定性好。与现有技术碱法脱墨相比可减少约80-95％氢氧化钠和硅酸钠的使用量，成纸尘埃度低，大幅度降低了废水的BOD和COD的含量，减少了废水处理的费用。
Description
技术领域 本发明属于废纸脱墨技术领域，涉及一种用生物酶进行废纸脱墨的方法。
背景技术 当今世界，废纸回收利用在减少污染、改善环境、节约资源与能源方面产生了巨大的经济效益与环境效益，是实现造纸工业可持续发展以及社会可持续发展的一个重要的方面，有人称之为“城市的森林”工业。废纸的回收利用与林纸一体化已逐步成为现代造纸工业的两大发展趋势。
我国已取代美国成为世界造纸量最大的国家。预计从2011年到2015年，我国将成为世界纸消费的第一大国。到2030年前后，纸消费量可达到2亿吨。2009年全国造纸生产用浆中废纸浆已达4939万吨，比重已占到总用浆量的62％，折合废纸量约为6174万吨。其中国内回收的各类废纸接近3500万吨，进口的各类废纸2750万吨，进口废纸量占到总废纸总量的40％以上。但我国废纸回收利用率低，与世界平均水平及发达国家之间还有很大差距，反映出我国废纸回收利用存在着巨大潜力。与此同时，我国面临着对进口废纸资源依赖程度高等问题。伴随着我国经济的快速发展和纸张消费量的提高，废纸需求量还将进一步增加。为此我国政府加大了在政策、资金和技术上的支持力度，废纸回收利用产业将成为一个新兴的投资热点。
传统的废纸脱墨工艺使用大量化学药品，带来废水处理和环境污染的负担。而且，由于静电复印及激光打印技术的发展，传统化学法脱墨工艺对于热固性油墨及某些有机调色剂难以取得较好的脱除效果。利用生物酶对废纸进行脱墨是一种经济有效的脱墨方法，可以减少化学脱墨带来的环境污染问题，降低漂白化学药品的用量及改善浆料的滤水性能等优点。
目前常用的生物酶主要有为纤维素酶和木聚糖酶(90年代，国外就开始报道相关专利，详见US5364501A，WO9114819A1和US5525193A专利等)，利用生物酶的催化作用，进攻油墨或纤维表面，破坏纤维网状结构中纤维素大分子上的应力点，改变纤维表面或油墨粒子附近的连接键，使得油墨和纤维的连接变得松弛，然后在机械力的作用下，油墨被分散成一定大小的粒子从纤维表面分离下来，再用浮选法或洗涤法将分离下来的油墨粒子从纸浆中除去，从而达到脱墨的目的。利用生物酶法对废纸进行脱墨大幅度降低了对氢氧化钠和硅酸钠的使用量，碎浆段不加过氧化氢和螯合剂。脱墨后相对于常规化学法脱墨，尘埃度明显降低，脱墨废水COD和BOD含量明显降低25％以上，降低了设备腐蚀，给企业带来经济和环境效益。
目前国内多数造纸企业所用脱墨酶，基本以酸性纤维素酶和木聚糖酶为主，成分较为单一。国外除丹麦诺维信公司和美国杰能科公司能提供中性纤维素酶和木聚糖酶外，国内鲜有生物发酵公司能生产。而且多数生物酶对浆水体系pH值适应性(一般碎浆段pH为碱性范围)不够，受pH影响较大，造成脱墨效果不够稳定，影响正常生产。因此开发一种能适应于中性偏碱环境的生物酶法脱墨且充分降低成纸尘埃度的酶法脱墨新工艺具有重要的意义。
发明内容 本发明的目的是解决现有技术存在酶法脱墨难以达到良好的脱墨效果、生物酶使用稳定性不够、组成单一、成纸后尘埃度较高的技术问题，提供一种用生物酶进行废纸脱墨的方法，以克服现有技术的不足。
为了实现上述目的，本发明用生物酶进行废纸脱墨的方法，其要点是按下述工艺步骤进行：
(1)配制生物酶：将酶活力为600-1000U纤维素酶、1000-2500U木聚糖酶、8000-12000U脂肪酶、600-1500U淀粉酶和400-800U碱性果胶酶充分混合均匀，备用；
(2)配制专用助剂：将脂肪醇聚氧乙烯硫酸钠、烷基苯磺酸钠、油酸、烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和吐温80按质量配比8∶6∶12∶5∶7∶3配制而成，充分混合均匀，备用；
(3)废纸碎浆脱墨：在水力碎浆机内预先加入30-65℃的水，再按每吨绝干废纸加入0.3-10kg专用助剂、1.0-4.0kg氢氧化钠和2.5-6.0kg硅酸钠，充分混匀后，再按每吨绝干废纸加入0.1-1.0kg步骤(1)配制的生物酶，然后后加入废纸，控制浆浓为12-18％，废纸碎浆脱墨15-40分钟，再经除渣、浮选工序后得到脱墨浆。
本发明采用的生物酶为多种水解酶组成的复合酶制剂，采用的专用助剂与生物酶的“协同”脱墨作用效果好，也可间接提高生物酶的稳定性。
本发明在大幅度降低用碱量的条件下，不需要调节pH，配合专用助剂一并使用，酶适应性强(对浆水体系的pH和温度有较宽泛的适应性)，相对酶活力高，稳定性好。与现有技术碱法脱墨相比可减少约80-95％氢氧化钠和硅酸钠的使用量，成纸尘埃度低，大幅度降低了废水的BOD和COD的含量，减少了废水处理的费用。
具体实施方式 本发明用生物酶进行废纸脱墨的方法，具体参照下述实施例进行：
实施例1处理旧书刊及杂志纸
(1)废纸原料准备：将旧书刊纸撕成2cm×2cm的纸片，平衡水分后置于密闭容器中，备用。
(2)配制生物酶：将酶活力为800U纤维素酶、2000U木聚糖酶、10000U脂肪酶、1000U淀粉酶和6800U碱性果胶酶充分混合均匀，备用；
(3)配制专用助剂：将脂肪醇聚氧乙烯硫酸钠、烷基苯磺酸钠、油酸、烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和吐温80按质量配比8∶6∶12∶5∶7∶3配制而成，充分混合均匀，备用；
(4)废纸碎浆脱墨：在水力碎浆机内预先加入50℃的水，再按每吨绝干废纸加入0.5kg专用助剂、1.0kg氢氧化钠和2.5kg硅酸钠，充分混匀后，再按每吨绝干废纸加入0.2kg步骤(2)配制的生物酶，然后后加入废纸，控制浆浓为15％，废纸碎浆脱墨20分钟，再经除渣、浮选工序后得到脱墨浆。
碎浆及浮选工艺各参数：碎浆浓度15％，碎浆温度50℃，体系pH为6-10，碎浆时间为20分钟，生物酶用量为0.20kg/t绝干废纸，专用助剂用量为0.50kg/t绝干废纸。浮选浆浓0.1％，浮选时间15分钟，浮选温度45℃。
常规碱法脱墨工艺参数：碎浆浓度15％，碎浆温度50℃，再按绝干废纸加入质量比氢氧化钠1.0％，硅酸钠2.5％，脱墨剂0.4％。浮选时各参数同上述生物酶法脱墨一致。
两种脱墨方法脱墨效果结果如下：
表1常规碱法脱墨与生物酶法脱墨效果比较
| 常规碱法脱墨 | 生物酶法脱墨 | 增减值 | |
| 脱墨浆白度(％ISO) | 63.7 | 62.1 | -1.6 |
| 脱墨浆ERIC值(mg/kg) | 318.4 | 280.9 | -37.5 |
| 脱墨浆尘埃度(个/m2) | 51 | 43 | -8 |
| 得率(％) | 81.1 | 83.7 | +2.6 |
| 脱墨废水CODcr(mg/L) | 420.8 | 310.6 | -110.2 |
| 脱墨废水BOD5(mg/L) | 182.3 | 141.6 | -40.7 |
结果表明，生物酶法脱墨所得脱墨浆白度虽相比常规碱法脱墨浆略低1.6％ISO，但有效残余油墨量(ERIC值)和尘埃度明显低于碱法脱墨浆，分别降低11.8％和15.7％；得率也提高了2.6％。从脱墨后废水的CODcr和BOD5来看，生物酶法脱墨后明显降低，分别降低了26％和22％，这在很大程度上减少了废水处理费用，环境效益明显，同时也减轻了对设备的损失。
实施例2处理混合办公废纸
试验原料的准备和浮选工艺参数均同实施例1。
碎浆工艺各参数：碎浆浓度12％，碎浆温度45℃，体系pH为7-10，碎浆时间为20分钟，生物酶用量为0.25kg/t绝干废纸，专用助剂用量为0.60kg/t绝干废纸。
试验结果表明：生物酶法脱墨所得脱墨浆白度比常规碱法脱墨浆低1.5％ISO，脱墨浆ERIC值降低9.2％。脱墨后废水的CODcr和BOD5，生物酶法脱墨后分别降低了31％和27％，很大程度上减少了废水处理费用，环境效益明显。
实施例3根据实施例1，所不同的是废纸原料为废旧牛皮纸。生物酶用量为0.20kg/t绝干废纸，专用助剂用量为0.75kg/t绝干废纸。
实施例4根据实施例2，所不同的是废纸原料为旧书刊纸、旧杂志纸和废旧新闻纸比例为30％∶50％∶20％。
实践证明：影响生物酶用于废纸脱墨效果的几个重要因素：
1、碎浆pH值：在合适pH值下，酶具有最佳的作用能力，通过添加适量的氢氧化钠和硅酸钠来适当调节，pH值偏低或偏高，均会致使酶活力不同程度的降低。
2、碎浆温度：由于每种酶的性质不同，因而其作用温度范围存在差异。若碎浆时体系温度过低，酶活力作用效率则偏低；若温度过高，会使酶失活变性，其水解能力大大减弱，最终致使脱墨效果明显降低。
3、碎浆时间：碎浆时间根据碎解时油墨粒子的脱落程度而定，一般介于15-40分钟。时间过短，废纸碎解不充分；时间过长，经适当机械力及酶水解作用脱落下来的油墨粒子会重新吸附到纤维表面，造成后续浮选效率降低，导致成纸白度不高。
4、油墨粒子分离方式：洗涤法和浮选法。根据不同脱墨工艺流程及厂家对成纸质量要求不同，选择不同方式。
5、专用助剂的选型：根据废纸种类及印刷油墨成分不同，选择合适的与生物酶共同使用的专用助剂。
本发明所涉及的生物酶主要由山东康地恩生物科技有限公司生产。
生物酶的配制是按纤维素酶、木聚糖酶、脂肪酶、淀粉酶和碱性果胶酶各种酶的活力单位进行配比的。
Claims (1)
1.一种用生物酶进行废纸脱墨的方法，其特征是按下述工艺步骤进行：
(1)配制生物酶：将酶活力为600-1000U纤维素酶、1000-2500U木聚糖酶、8000-12000U脂肪酶、600-1500U淀粉酶和400-800U碱性果胶酶充分混合均匀，备用；
(2)配制专用助剂：将脂肪醇聚氧乙烯硫酸钠、烷基苯磺酸钠、油酸、烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和吐温80按质量配比8∶6∶12∶5∶7∶3配制而成，充分混合均匀，备用；
(3)废纸碎浆脱墨：在水力碎浆机内预先加入30-65℃的水，再按每吨绝干废纸加入0.3-10kg专用助剂、1.0-4.0kg氢氧化钠和2.5-6.0kg硅酸钠，充分混匀后，再按每吨绝干废纸加入0.1-1.0kg步骤(1)配制的生物酶，然后后加入废纸，控制浆浓为12-18％，废纸碎浆脱墨15-40分钟，再经除渣、浮选工序后得到脱墨浆。
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