一种用白腐菌对二次纤维脱墨的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用白腐菌对二次纤维脱墨的方法。
背景技术
二次纤维即回用纸张包括旧报纸、书刊杂志、包装纸箱等是重要的可再生资源，废纸的回收利用是解决造纸工业所面临的原料短缺、能源紧张和污染严重的有效途径。自从90年代以来，国际上高度重视二次纤维资源的利用，二次纤维的回收率和利用率逐年增长，目前，二次纤维利用已占制浆造纸总产量的50％左右，表明每年生产的浆与纸产品的一半以上是来自二次纤维。
二次纤维利用的关键步骤是脱墨，即将废纸张上的油墨粒迹脱除去净，以还原成和原生纸浆质量相近的纸浆。目前，大多数工厂的脱墨是碱法脱墨，即在加入苛性碱条件下，使用高浓度的化学药品，脱除油墨粒子，并使用浮选的方法除去脱离下来地油墨粒子。碱法脱墨的成本大，脱除效率较低，特别是在脱墨过程会排放大量的高COD负荷的废水，并且脱墨废水由于油墨物质性质十分稳定，很难用化学或生物方法降解，大部份都排放于自然环境中，造成了严重的环境污染，现有脱墨技术的缺点使得废纸脱墨技术需要不断的改进和完善。
近几年来，生物技术已与制浆造纸学科紧密地结合，形成生物制浆研究新领域，在国际上这一领域的研究进展越来越快，利用生物技术进行二次纤维脱墨的研究已形成为一个研究热点。研究表明，纤维素酶用于废新闻纸的的脱墨，取得了较好的研究结果，脱墨后纸浆残余油墨含量显著低于碱法脱墨，酶法脱墨避免了化学法脱墨所要求的碱性环境，节省了化学药品用理，降低了排放废水的COD负荷，脱墨浆的白度较化学法脱墨浆略有提高，但纸浆尘埃度显著降低。近几年来，生物脱墨的研究已扩展到对静电复印纸和激光打印等混合办公废纸上，尽管静电复印纸、激光打印和紫外固化油墨由于其载色体和干燥方法的特殊性，采用传统的化学脱墨方法不能取得满意的效果，而用生物技术脱墨可取得很好的效果，生物脱墨还能有效地除去油墨粒子，而且改善了纸浆的滤水性能，物理强度也有所提高。
尽管生物脱墨技术取得了很大的进展，到目前为止，生物脱墨多是使用纤维素酶、聚木糖酶、甘露聚糖酶、蛋白酶抑或脂肪酶，这些酶的生产较为复杂，提取纯化困难，成本较高，而且，酶在脱墨的同时，也降解了部份纤维，使得脱墨浆的得率降低较多，影响了工厂运行的经济效益。此外，酶脱墨的油墨粒子化学结构及性能没有改变，它们被脱除后进入废水中仍不容易生物降解，对环境仍有较大的污染。
因此，发展具有自主知识产权的生物脱墨新技术对于清洁高效利用二次纤维(回用纸浆)资源，推动造纸清洁生产具有重要意义。
【发明内容】
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种用白腐菌对二次纤维脱墨的方法。本发明所利用的白腐菌能一方面降解二次纤维(如废报纸)中的残余木素，使油墨粒子吸咐基质松浮，在后续浮选过程中脱除；另一方面，白腐菌产生的复杂酶系对油墨粒子本身也有降解能力，因此，白腐菌脱墨是通过降解油墨粒子本身以及纸浆中与油墨结合的木素结构达到脱墨的效果，这是一种全新的生物脱墨技术。
为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种用白腐菌对二次纤维脱墨的方法，具体由以下步骤组成：
(1)二次纤维碎浆后接种白腐菌，固体发酵培养；
白腐菌类型：有木素降解活性的担子菌(Basidiomyceteous fungi)。
二次纤维类型：旧报纸、混合办公废纸、包装箱纸板等。
二次纤维培养浓度：30～80％。
培养温度：30～50℃，培养pH值：2.0～6.5，培养时间：3～12天。
生长调节因子：黎芦醇：0.0001～0.1mol/L；抗坏血酸：0.01～0.1mol/L。
培养基组成：0.1～10g/L K2HPO4、0.1～10g/L KH2PO4、0.1～10g/L MgSO4、0.1～10g/L CaCl2、0.01～0.1g/L NaCl、0.1～10g/L FeSO4·7H2O2、0.01～1g/L ZnSO4·7H2O2、0.01～1g/L CuSO4·5H2O2、0.01～1g/L MnSO4·H2O2、0.01～1g/L CoCl2、0.01～1g/L盐酸吡哆醇、1～10g/L葡萄糖和1～10g/L酒石酸铵。
(2)白腐菌选择性降解木素和油墨粒子；
将白腐菌接种(以喷雾方式)于二次纤维培养基中。在上述条件下培养3～12天，白腐菌对木素的降解率在30～70％，特别是对二次纤维表层木素降解明显，从而使吸咐粘着于纤维表面的油墨粒子解离下来，经浮选后除去。油墨脱除率在60～90％之间。
(3)筛浆和压榨；
(4)脱墨废水处理；
(5)消除脱墨废水污染，实现废水清洁回用。
(3)、(4)及(5)处理步骤皆为常规处理步骤，为本领域普通技术人员所熟知，可按一般的作法进行。
以下结合具体的实验数据来说明本发明的优点所在：
本发明进行了白腐菌脱墨和传统化学脱墨过程的比较：
传统碱脱墨条件：
NaOH用量1～5％；Na2SiO3用量2-6％；表面活性剂为脂肪酸、皂土类、Tween等，用量0.01～3％。
白腐菌脱墨条件如前所述。
白腐菌脱墨与传统脱墨效果比较：
白度：29～53％ISO(较传统碱性脱墨白度减少1～15％)；
撕裂指数：1.5～3.0mN.m2·g-1(较传统碱性脱墨浆提高10％以上)；
耐破指数：4.1～7.1kPa·m2·g-1(较传统碱性脱墨浆提高10％以上)；
裂断长：4.8～6.7km(较传统碱性脱墨浆白度提高10％以上)；
残余油墨粒子浓度下降60％以上；
脱墨废水污染负荷COD下降60％以上，废水经一级生化处理后即可达到排放标准；
由上述对比可知，本发明提出白腐菌脱墨方法与传统的碱法脱墨方法比较，有突出的优点，脱墨效果好，污染负荷低，易处理。因此，本技术可作为一种完整的脱墨新技术体系，具有现实的应用前景，为二次纤维的高效清洁脱墨生产提供新的工艺路径。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的说明：
实施例1
白腐菌为射脉侧菌Phlebia radiate I-5-6；二次纤维类型：箱板纸；二次纤维培养浓度：53％；培养温度39℃；培养pH值：4.5；培养时间：分别为3、5、7、9、12天；生长调节因子：黎芦醇：0.07mol/L；抗坏血酸：0.08mol/L。培养基组成：0.5/L K2HPO4、0.5g/L KH2PO4、5g/L MgSO4、5g/L CaCl2、0.1g/L NaCl、0.5g/L FeSO4·7H2O2、0.07g/L ZnSO4·7H2O2、0.07g/L CuSO4·5H2O2、0.81g/L MnSO4·H2O2、0.07/L CoCl2、0.06g/L盐酸吡哆醇、2g/L葡萄糖和3g/L酒石酸铵。脱黑效果见表1。
表1.
天数 白度 脱墨率 抗张指数 裂断长 撕裂指数
(d) (％ISO) (％) (N.m/g) (km) (mN.m2/g)
对照 44.6 0 30.3 3.264 7.98
3d 43.9 64 38.0 3.527 8.31
5d 43.8 75 35.2 3.498 8.36
7d 42.4 78 34.2 3.651 8.59
9d 42.6 81 34.4 3.637 8.66
12 43.1 87 34.2 3.623 8.61
实施例2
白腐菌为射脉侧菌Phlebia radiate I-5-6；二次纤维类型：旧报纸；二次纤维培养浓度：50％；培养温度31℃；培养pH值：3.5；培养时间：分别为3、5、7、9、12天；生长调节因子：黎芦醇：0.007mol/L；抗坏血酸：0.03mol/L。培养基组成：0.2g/LK2HPO4、0.3g/L KH2PO4、0.5g/L MgSO4、0.5g/L CaCl2、0.01g/L NaCl、0.05g/L FeSO4·7H2O2、0.01g/L ZnSO4·7H2O2、0.03g/L CuSO4·5H2O2、0.13g/LMnSO4·H2O2、0.04/L CoCl2、0.02g/L盐酸吡哆醇、1g/L葡萄糖和1g/L酒石酸铵。脱黑效果见表2：
表2
天数 白度 脱墨率 抗张指数 裂断长 撕裂指数
(d) (％ISO) (％) (N.m/g) (km) (mN.m2/g)
对照 44.6 0 30.3 3.264 7.98
3d 44.1 62 37.1 3.432 8.21
5d 43.9 73 36.1 3.478 8.27
7d 43.7 75 33.8 3.557 8.48
9d 44.2 78 32.2 3.612 8.53
12 44.3 83 31.9 3.634 8.65
实施例3
白腐菌为射脉侧菌Phlebia radiate I-5-6；次纤维类型：旧报纸；二次纤维培养浓度：65％；培养温度38℃；培养pH值：3.1；培养时间：分别为3、5、7、9、12天；生长调节因子：黎芦醇：0.09mol/L；抗坏血酸：0.09mol/L。培养基组成：0.9g/LK2HPO4、0.9g/L KH2PO4、0.5g/L MgSO4、0.5g/L CaCl2、0.2g/L NaCl、0.9g/L FeSO4·7H2O2、0.09g/L ZnSO4·7H2O2、0.09g/L CuSO4·5H2O2、0.99g/L MnSO4·H2O2、0.09/L CoCl2、0.08g/L盐酸吡哆醇、3g/L葡萄糖和3g/L酒石酸铵。脱黑效果见表3：
表3
天数 白度 脱墨率 抗张指数 裂断长 撕裂指数
(d) (％ISO) (％) (N.m/g) (km) (mN.m2/g)
对照 44.6 0 30.3 3.264 7.98
3d 42.7 61 37.9 3.532 8.11
5d 42.4 72 36.2 3.511 8.09
7d 41.9 73 35.8 3.507 8.32
9d 41.5 79 34.6 3.497 8.26
12 41.1 88 33.9 3.452 8.11
由上述实施例可知道，本发明具有如下优异的效果：
白腐菌脱墨与传统脱墨效果比较：
白度：29～53％ISO(较传统碱性脱墨白度减少1～15％)；
撕裂指数：1.5～3.0mN.m2·g-1(较传统碱性脱墨浆提高10％以上)；
耐破指数：4.1～7.1kPa·m2·g-1(较传统碱性脱墨浆提高10％以上)；
裂断长：4.8～6.7km(较传统碱性脱墨浆白度提高10％以上)；
残余油墨粒子浓度下降60％以上；
脱墨废水污染负荷COD下降60％以上，废水经一级生化处理后即可达到排放标准。
由上述对比可知，本发明提出白腐菌脱墨方法与传统的碱法脱墨方法比较，有突出的优点，脱墨效果好，污染负荷低，易处理。因此，本技术可作为一种完整的脱墨新技术体系，具有现实的应用前景，为二次纤维的高效清洁脱墨生产提供新的工艺路径。