制漿造紙工業(yè)中的微生物及其酶

何 強(qiáng)

(江蘇新大紙業(yè)有限公司 江蘇 新沂 221400)

引言

社會(huì)的生產(chǎn)與生活對(duì)于造紙類的產(chǎn)品有著較高的需求，因?yàn)樵旒埞I(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為了適應(yīng)人們生產(chǎn)生活需求的重要行業(yè)，在2020年時(shí)，綠色低碳的環(huán)保理念對(duì)于紙張的需求仍然呈現(xiàn)出了弱復(fù)蘇的表現(xiàn)。在紙張生產(chǎn)期間，廢水成為了污染環(huán)境的重要原因，大多數(shù)的造紙廢水中存在大量無法降解的纖維素和木質(zhì)素，這一些物質(zhì)會(huì)對(duì)水體形成嚴(yán)重的污染，同時(shí)因?yàn)閭鹘y(tǒng)化學(xué)技術(shù)雖然能夠處理含氯有機(jī)物，但是這一種方式可能會(huì)導(dǎo)致水體的二次污染，所以如何改進(jìn)與優(yōu)化造紙工業(yè)的生產(chǎn)模式顯得非常重要。對(duì)此，探討制漿造紙工業(yè)中的微生物及其酶具備顯著實(shí)踐性價(jià)值。

1 制漿造紙工業(yè)中的微生物

1.1 通過真菌實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的處理

真菌屬于一種存在在生物界當(dāng)中的重要生物類型，其自身有著獨(dú)特的起源與發(fā)展歷史，真菌種類有著多樣化特征，其分布在生活各個(gè)地方，有研究調(diào)查認(rèn)為，目前全世界的真菌物種基于定名后已經(jīng)超過了十萬(wàn)多種，對(duì)于未知的真菌類型仍然有20萬(wàn)種以上，真菌雖然不是活性污泥、生物膜技術(shù)的應(yīng)用主體，但是自身特征也需要采用在造紙廢水處理期間，大多數(shù)的真菌可以借助降解作用對(duì)于造紙廢水當(dāng)中的有機(jī)氯化物和其他纖維物質(zhì)進(jìn)行降解，從而呈現(xiàn)較高處理的效率[1]。

首先，可用于造紙廢水處理的真菌類型。通過微生物實(shí)現(xiàn)造紙廢水的處理有著較高的可行性，有研究者認(rèn)為，在構(gòu)建活性污泥的基礎(chǔ)上完成真菌分離，可以基本分離出百多種酵母菌和類酵母菌，其中有許多主要優(yōu)勢(shì)的真菌類型[2]。也有研究者認(rèn)為，大多數(shù)的生物濾池當(dāng)中生物膜有著大量的微生物，其中約有30%屬于真菌，同時(shí)有著較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的真菌種群，基于初步實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)真菌可以充當(dāng)絮凝劑并用于造勢(shì)廢水處理作業(yè)中，可以直接作為污染物進(jìn)行降解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水當(dāng)中纖維素和有機(jī)物的降解。

其次，真菌在造紙廢水處理方面的應(yīng)用中，為了驗(yàn)證真菌是否有處理造紙廢水的功能，有研究者認(rèn)為應(yīng)用白腐真菌為主的大型真菌作為降解真菌，其中涉及到粗毛革孔菌、變色云芝、毛栓菌以及洋蘑菇等，對(duì)于造紙廢水當(dāng)中的微生物處理，白腐真菌當(dāng)中的污水對(duì)于紙制品當(dāng)中偶氮染料的污染物可以發(fā)揮有效降解作用，因?yàn)榕囵B(yǎng)方式的原因研究大多以黃孢原毛平革菌的為主。

1.2 基于細(xì)菌實(shí)現(xiàn)對(duì)造紙廢水的處理

目前通過生物法對(duì)造紙廢水處理技術(shù)主要是基于活性污泥、生物膜、厭氧池消化等多種技術(shù)為主，這一些技術(shù)中主要是以細(xì)菌為主，是帶有一定價(jià)值的左永軍，大多數(shù)的細(xì)菌還可以劃分為好氧與厭氧兩種。

對(duì)于好氧菌，在污水處理方面主要涉及到生物膜法和活性污泥法，其中活性污泥法當(dāng)中所用的好氧細(xì)菌屬于專性好氧菌，其中涉及到大量的大腸桿菌、變形桿菌和產(chǎn)氣氣桿菌，菌膠團(tuán)細(xì)菌屬于主要成分，其表面面積較大同時(shí)有著較高的站福星，其可以在非常短時(shí)間內(nèi)快速吸附污水當(dāng)中懸浮的有機(jī)物質(zhì)和重金屬例子，同時(shí)衣服效率可以達(dá)到30%到90%[3]。大多數(shù)好氧細(xì)菌在污水處理方面都需要在好氧環(huán)境之下，例如芬蘭某企業(yè)通過活性污泥結(jié)合污泥曝氣再生技術(shù)方式對(duì)硫酸鹽紙漿廢水進(jìn)行處理，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)BOD成分的順利去除，COD的去除率可以達(dá)到84%。有研究者認(rèn)為，對(duì)于混凝土處理后的廢紙脫墨廢水，可以通過活性污泥技術(shù)方式進(jìn)行論證，基于活性污泥處理后廢水當(dāng)中的有機(jī)物可以有效清理，同時(shí)也能夠有效提高COD和BOD5的清除率。

對(duì)于厭氧菌，其廣泛應(yīng)用在造紙污水處理方面，其可以基于甲烷細(xì)菌、產(chǎn)酸細(xì)菌為主，其中產(chǎn)酸細(xì)菌可以基于專性厭氧菌、兼性厭氧菌兩種構(gòu)成，其中常見的轉(zhuǎn)性厭氧菌主要涉及到雙歧桿菌、梭狀芽孢菌屬等，其對(duì)于廢水當(dāng)中的有機(jī)物可以實(shí)現(xiàn)有效降解[4]。對(duì)于兼性厭氧菌可以劃范圍內(nèi)假單胞菌屬、芽孢桿菌屬以及黃桿菌屬，這一類型的厭氧菌有著相對(duì)嚴(yán)格的厭氧生長(zhǎng)條件。一般而言，通過厭氧細(xì)菌完成生物降解，其第一步驟在水解，在污水當(dāng)中加入水解菌，并將不溶于水的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為可溶性物質(zhì)，然后是酸化處理，這一過程中可以基于水解菌溶解后的有機(jī)物進(jìn)行自然揮發(fā)從而形成揮發(fā)酸。這一過程的效果會(huì)因?yàn)樘幚憝h(huán)境、細(xì)菌活性而遭受影響，同時(shí)葡萄糖會(huì)將預(yù)酸化池當(dāng)中的丙酸氫、抑酸和丁酸等講解出來。之后是產(chǎn)氫產(chǎn)酸的階段，然后通過產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

1.3 其他生物在造紙廢水中的處理

目前采用造紙廢水處理的生物技術(shù)中，除了大量細(xì)菌與真菌物質(zhì)，還有系列的原生動(dòng)物和藻類植物。國(guó)內(nèi)、國(guó)外也有許多的研究認(rèn)為，可以通過人工濕地實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的有效處理，例如通過人工濕地塘可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的有效過濾，其能夠有效清理造紙廢水當(dāng)中的COD和BOD，同時(shí)能夠?qū)⑻幚砗蟮膹U水灌溉蘆葦，從而有效降低土壤的鹽漬化表現(xiàn)。與此同時(shí)，因?yàn)辂u味本身也可以作為造紙的原材料，可以實(shí)現(xiàn)二次利用，這一種方式可以在小范圍以內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水與廢水處理的循環(huán)應(yīng)用。蘆葦在生長(zhǎng)期間，不僅可以吸收大量的殘留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還有利于對(duì)重金屬物質(zhì)的吸收，根莖所需要的養(yǎng)分也能夠滿足微生物生長(zhǎng)需求，從而達(dá)到有效的降解與繁殖支撐作用。

2 制漿造紙工業(yè)中的微生物酶

2.1 在制漿方面的應(yīng)用

在自然界當(dāng)中部分微生物種群可以選擇性的分解木質(zhì)素化合物，在傳統(tǒng)化學(xué)和機(jī)械制漿開始之前可以通過專一性的微生物實(shí)現(xiàn)對(duì)造紙材料的預(yù)處理，并結(jié)合應(yīng)用溫和酶進(jìn)行降解，采用生化轉(zhuǎn)化的方式替代傳統(tǒng)化學(xué)轉(zhuǎn)換，不僅可以有效降低化學(xué)試劑的使用量，還能夠進(jìn)一步降低襲擊誒消耗問題，從而達(dá)到能源的節(jié)省目的。在漆酶方面,造紙廠的煮漿過程主要是基于化學(xué)用品的溶出、脫出木素的作用，一般的化學(xué)制漿成本比較低但是能耗非常高，同時(shí)也存在相當(dāng)嚴(yán)重的環(huán)境污染問題[5]。應(yīng)用白腐菌生產(chǎn)的漆酶可以將原料當(dāng)中的木素講解成為低分子木素，可以有效提升木素的溶出與被抽取功能，從而達(dá)到木素、纖維素和半纖維素的有效分離。通過漆酶與介體HBT在蒸煮開始之前對(duì)麥草進(jìn)行預(yù)處理，可以有效降低紙漿KAPPA數(shù)值，從而提升紙漿的強(qiáng)度與白度。有研究認(rèn)為，在20%到90%，PH在2至10條件之下采用漆酶進(jìn)行預(yù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原料當(dāng)中木素的改性處理，磨漿時(shí)的能耗也可以得到有效降低，動(dòng)力節(jié)省率約為30%，可以有效提高化學(xué)熱磨機(jī)械漿的綜合運(yùn)行水平。

纖維素酶在制漿方面的應(yīng)用中，主要是在制漿之前增加化學(xué)預(yù)處理，去除或改變部分的木素結(jié)構(gòu)，可以有效提高紙漿的強(qiáng)度并降低紙漿的得率，損害紙漿光學(xué)特征，廢水的排放量與污染負(fù)荷也會(huì)隨之增長(zhǎng)，此時(shí)可以基于木霉所形成的纖維素與半纖維素酶進(jìn)行處理，這一種方式直接結(jié)合機(jī)械法制漿、化學(xué)機(jī)械法制漿的優(yōu)勢(shì)，可以消除對(duì)應(yīng)的缺陷，在提升紙漿強(qiáng)度的同時(shí)可以有效降低機(jī)械磨漿的能源消耗。

2.2 在紙漿漂白方面的應(yīng)用

以往含氯漂白形成的大量有毒與強(qiáng)致癌性物質(zhì)對(duì)于環(huán)境與人類存在相當(dāng)明顯的危害與影響，目前已經(jīng)逐漸被無氯漂白技術(shù)所替代，此時(shí)部分真菌形成的漆酶不僅可以有效氧化非酚結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能夠讓硫酸鹽漿脫木素。國(guó)外有研究發(fā)現(xiàn)漆酶產(chǎn)均—朱紅密孔菌，其能夠形成自身的氧化還原中介物，漆酶當(dāng)中加入3-羥基鄰氨基苯甲酸，不僅可以氧化非酚化合物，還可以有效降低合成木素。借助篩選、誘變培養(yǎng)獲得假單胞菌，其形成的木聚糖酶可以用于生物漂白，其結(jié)果認(rèn)為木聚糖酶在多種漿種的不同漂白工藝中有著明顯的輔助作用。

2.3 在造紙廢水處理方面的應(yīng)用

在制漿與造紙生產(chǎn)方面，造紙廢水可以劃分為黑液、紙機(jī)白水、中段廢水，其中黑液屬于整個(gè)造紙中污染最為嚴(yán)重的廢水，木質(zhì)素則是導(dǎo)致造紙工業(yè)排放黑液以及色度發(fā)生的根本原因。白腐菌有著講解木素、變性木素的酶活系統(tǒng)，可以將漂白廢水當(dāng)中有機(jī)氯化物轉(zhuǎn)變成為無機(jī)氯與二氧化碳，其能夠直接破壞發(fā)色基團(tuán)組織與結(jié)構(gòu)，可以有效降低漂白廢水當(dāng)中的色度以及COD、BOD等含量。近些年有研究發(fā)現(xiàn)，通過微電解、白腐菌生物降解以及絮凝沉降的結(jié)合處理方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活性燃料廢水的合理處理，可以在最佳PH值、為目的和接觸停留時(shí)間之下，促使COD的去除率、色度去除率達(dá)到90%以上。另外，應(yīng)用堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌所型號(hào)層泵的絮凝劑可以有效處理印染廢水與酵母廢水，其能夠達(dá)到比較明顯的絮凝作用。從殘留污泥當(dāng)中制作獲得微生物絮凝劑通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，PAC的處理效果相對(duì)于LBF更加明顯，同時(shí)COD、色度的去除率也明顯超過PAC出力的廢水樣本。

2.4 造紙工業(yè)其他方面的應(yīng)用

和常規(guī)堿法的脫墨漿技術(shù)相比，微生物酶技術(shù)方式下的脫墨漿有著更高的有力度，同時(shí)濾水性能更好、物理性質(zhì)更加優(yōu)秀、白度更高同時(shí)殘留的油墨量更少，并且還可以有效的縮短脫墨的時(shí)間。通過纖維素酶的處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢紙的回收，其不僅可以脫出油墨與化學(xué)處理難度較高的色調(diào)，還可以有效改善二次纖維的應(yīng)用性能。在優(yōu)化條件背景下，廢報(bào)紙基于脂肪酶脫墨處理后，白度相比原漿提升率約為4.3%，斷裂長(zhǎng)、耐破、撕裂等指數(shù)提升率均達(dá)到了12%以上。

3 總結(jié)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，造紙行業(yè)的環(huán)保處理也在不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新，目前應(yīng)用微生物與微生物酶可以實(shí)現(xiàn)綠色化的廢水處理，這也是目前的主要研發(fā)任務(wù)，大量的真菌、細(xì)菌以及衛(wèi)生動(dòng)物均能夠有效的落實(shí)對(duì)造紙廢水中有機(jī)物、金屬元素的過濾與降解。與此同時(shí)，通過微生物可以實(shí)現(xiàn)可循環(huán)的污水處理，其不僅可以提高整體經(jīng)濟(jì)效益，還有利于節(jié)省資源降低對(duì)于環(huán)境的負(fù)面影響，從而積極推動(dòng)造紙廢水的生態(tài)化處理，從而滿足社會(huì)的發(fā)展與環(huán)保的雙重性要求。