生物技術(shù)應(yīng)用在高得率漿中科學(xué)應(yīng)用

1、生物技術(shù)應(yīng)用在高得率漿中科學(xué)應(yīng)用主要內(nèi)容 一、節(jié)能減排現(xiàn)狀及政策 二、化學(xué)機(jī)械漿工藝介紹 三、生物技術(shù)在高得率漿中的應(yīng)用 四、高得率制漿的節(jié)能 五、制漿過程中的節(jié)水減排1、節(jié)能減排現(xiàn)狀及政策1.1現(xiàn)狀1國產(chǎn)裝備制造業(yè)得到快速開展 傳統(tǒng)造紙工業(yè)是污染排放的重點(diǎn)行業(yè)，也是能耗大戶。目前國內(nèi)制漿造紙裝備制造企業(yè)采用多項(xiàng)新技術(shù)，已能夠提供年產(chǎn)10至15萬噸漂白硫酸鹽木竹制漿和堿回收成套等設(shè)備，已具備為中小企業(yè)技術(shù)改造提供先進(jìn)、適用技術(shù)裝備的能力。與此同時(shí)，相應(yīng)配套的脫水器材和化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)也取得顯著的技術(shù)進(jìn)步。2環(huán)境保護(hù)裝備和技術(shù)開展提速 由于嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的公布，造紙行業(yè)普遍采用了廢水三級(jí)處理工

2、藝，采用了大量西方國家沒有采用的技術(shù)和工藝。如化學(xué)絮凝工藝和針對(duì)廢水生物處理后剩余有機(jī)物的深度氧化處理，廢水處理剩余營(yíng)養(yǎng)鹽的控制，制漿和生物污泥的資源化處理等。1.2 政策 “十二五期間造紙行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能任務(wù)依然艱巨，要進(jìn)一步加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)投資行為，遏制低水平重復(fù)建設(shè)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康開展。 由中國造紙協(xié)會(huì)舉辦的“第二屆中國造紙工業(yè)綠色開展論壇上，造紙業(yè)“十二五期間綠色開展目標(biāo)出爐。據(jù)悉，“十二五期間，我國造紙行業(yè)將堅(jiān)決完成節(jié)能減排方面制定的約束性指標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)噸漿紙平均綜合能耗比“十一五末降低 18%、平均取水量降低 18%、全行業(yè)化學(xué)需氧量排放總量下

3、降 10%、生物質(zhì)能源比例占全行業(yè)能源消費(fèi)20%。 2、高得率漿2.1化學(xué)機(jī)械漿的特點(diǎn) 高得率化學(xué)機(jī)械漿是通過化學(xué)或生物)的、熱的和機(jī)械的方法或三者之間相互結(jié)合的方法使纖維原料別離，得率一般在80 %90 %之間的漿種。它包括近年開展起來的各種化學(xué)機(jī)械漿(CMP)即化學(xué)熱磨機(jī)械漿(CTMP)、堿性過氧化氫機(jī)械漿(APMP、APP或PRC-APMP)、生物機(jī)械漿(Bio-MP)以及磺化化學(xué)機(jī)械漿(SCMP)等，其特點(diǎn)： 1良好的紙張松厚度和不透明度。 2良好的強(qiáng)度和光學(xué)性能。 2.2 化學(xué)機(jī)械漿工藝介紹 1CTMP典型的工藝流程： 原料常壓汽蒸化學(xué)預(yù)浸漬預(yù)熱壓力磨漿常壓磨漿未漂CTMP CTMP

4、是在TMP生產(chǎn)線前面增加一段化學(xué)處理，即汽蒸木片利用化學(xué)藥品短時(shí)間浸漬后，再按TMP生產(chǎn)方法磨解成漿。 在CTMP制漿過程中纖維損傷較少，長(zhǎng)纖維多而細(xì)小纖維含量低。并且由于CPMP漿的纖維別離比較完全，其游離度也比GW和TMP高得多，而且纖維束含量維持在較低的水平。2BCTMP的工藝流程 漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿(BCTMP)是用溫和的化學(xué)品浸漬，經(jīng)精磨、漂白后的一種高得率木漿。 典型的商品BCTMP工藝流程圖：木片 常壓汽蒸 堿性亞硫酸鈉預(yù)浸 反響倉80-90。C 30-60min 壓力預(yù)熱器120-130。C 一段磨 二段磨 一段漂漂濃：12%二段漂25%-35%成漿 與CTMP相比，BCTMP

5、具有較高的松厚度、不透明度和挺度。由于采用堿性漂白條件，BCTMP的樹脂含量更低。3堿性過氧化氫化學(xué)機(jī)械漿(APMP) APMP制漿最大的優(yōu)點(diǎn)就是將制漿和漂白合二為一，制漿的同時(shí)完成漂白過程。流程如下： 木片 常壓汽蒸10min螺旋擠壓壓縮比1：4 堿性過氧化氫浸漬H2O2：2%-5%NaOH：1%-3%溫度：70-80。C根據(jù)最終產(chǎn)品可反復(fù)擠壓，浸漬1-3次 常壓磨漿 漂白漿得率：85%-92%白度：65%-83% 在APMP制漿過程中，堿性過氧化氫浸漬實(shí)際上包括兩個(gè)作用，其一是用堿潤(rùn)脹纖維，提高成漿強(qiáng)度；其二是用過氧化氫漂白木片，提高成漿白度。4溫和的化學(xué)預(yù)處理加盤磨化學(xué)處理、堿性過氧化氫

6、漂白機(jī)械漿(P-RC APMP或簡(jiǎn)稱PRC) PRC工藝有2個(gè)重要特征使其區(qū)別于APMP工藝：木片在預(yù)浸時(shí)只經(jīng)過溫和的化學(xué)處理，溫度較低(4050)，降低了前期木片漂白反響； 主要的漂白反響在一段磨和反響塔中進(jìn)行，漿漂白代替了木片漂白。兩段預(yù)浸和兩段壓力磨的PRC工藝如下：5三種高得率制漿工藝磨漿能耗的比較、BCTMP和PRC這3種工藝流程的相同點(diǎn)是木片的篩選、木片的預(yù)汽蒸、浸漬前的木片洗滌以及磨漿后的消潛和洗滌；不同點(diǎn)是浸漬藥品的種類和漂白反響在流程中的位置不同，從而導(dǎo)致磨漿能量消耗以及漂白化學(xué)藥品本錢的差異。BCTMP和PRC的主要化學(xué)品用量和磨漿能耗見表34。3、生物技術(shù)在高得率漿中的應(yīng)

7、用.生物機(jī)械漿(Bio-MP) Bio-MP制漿是近20年開展起來的一種新的制漿方法。首先利用微生物預(yù)處理木片以降解木片中的局部木素，然后進(jìn)行磨漿，從而到達(dá)降低磨漿能耗及提高紙漿強(qiáng)度的目的，同時(shí)減輕制漿過程所帶來的環(huán)境污染。菌絲生長(zhǎng)和生物預(yù)處理可使木片結(jié)構(gòu)發(fā)生以下作用：潤(rùn)脹作用；對(duì)鞏固管狀細(xì)胞起到軟化和松馳作用；菌絲生長(zhǎng)的地方使細(xì)胞壁變薄。以上作用致使木片結(jié)構(gòu)的變化使磨漿變得容易，降低了磨漿能耗。菌處理后，增加了纖維的柔韌性，同時(shí)潤(rùn)脹作用使得纖維間的結(jié)合能力提高，從而大大增強(qiáng)紙漿強(qiáng)度性能。生物機(jī)械漿的物理性質(zhì)和能耗如表3-5所示。.生物酶技術(shù)雖然原木片不容易用生物酶改性，但是在盤磨運(yùn)轉(zhuǎn)后參加生

8、物酶能夠起很好的作用，高得率漿在第一段磨漿后，纖維結(jié)構(gòu)更加開放，再用錳過氧化物酶、漆酶、半纖維素酶和纖維素酶等生物酶進(jìn)行處理，能夠獲得更好的效果。酶對(duì)機(jī)械漿的作用效果在很大程度上取決于它們對(duì)紙漿的滲透。相比于真菌處理，只需要幾小時(shí)的酶法處理更加符合生產(chǎn)的要求。 (1)木素降解酶處理機(jī)械漿錳過氧化物酶能夠顯著脫除微細(xì)纖維間的結(jié)合物質(zhì)，從而有利于微細(xì)纖維的別離。 (2)纖維素酶與半纖維素酶處理機(jī)械漿由于纖維素酶和半纖維素酶可能在將木質(zhì)纖維素，尤其是一些生物廢棄物，轉(zhuǎn)化為葡萄糖以及其他的一些可溶性的單糖方面有巨大的潛力，.生物預(yù)處理機(jī)械漿與CMP和CTMP不同，生物機(jī)械漿是以生物處理代替化學(xué)處理，其

9、污染負(fù)荷要低得多。研究說明，生物機(jī)械漿廢水的污染負(fù)荷只有其他高得率漿(CMP，CTMP)廢水污染負(fù)荷的112。在生物機(jī)械漿制漿中，污染負(fù)荷總發(fā)生量BODCOD45，pH值高于7，氮、磷含量低，廢水容易生化處理。研究說明，用活性污泥法處理生物機(jī)械漿廢水，只需較短的水力停留時(shí)間(34h)即可去除79的COD和98的BOD，紫外分光光度研究說明，處理后的生物機(jī)械漿廢水的木素含量降至處理前的36。四由于機(jī)械漿得率高，藥品、蒸汽單耗低，所以不僅生產(chǎn)本錢低，而且開展高得率制漿本身就意味著節(jié)省能源。在實(shí)施高得率制漿過程中，采取一些措施，還可以進(jìn)一步降低能耗、提高漿的質(zhì)量。.通過改善磨漿機(jī)來降低能耗磨漿機(jī)型號(hào)

10、的選擇正確的磨漿機(jī)選型能在不損失纖維性能的前提下，降低空載功率的需求，從而節(jié)約電力本錢。節(jié)能首先要從優(yōu)化磨漿機(jī)的操作速度、型號(hào)和設(shè)計(jì)開始，如選擇型號(hào)最小的、最經(jīng)濟(jì)的磨漿機(jī)，并盡量在最低的速度下操作。四、高得率制漿的節(jié)能磨木機(jī)適當(dāng)提高磨石線速，可以到達(dá)節(jié)能、增產(chǎn)的效果。例如我國某造紙廠，磨木機(jī)磨石的轉(zhuǎn)速由250r/min提高到300r/min，線速由19.6m/min提高到24.4m/min。線速改造前后能耗、產(chǎn)量及漿的質(zhì)量見下表。線速電流產(chǎn)量電耗紙頁裂斷長(zhǎng)(m/min)At/hkW.h)/tm19.6134.70.5672575.5283524.4177.81.2613332021B/A1.2

11、451.3202.2220.5180.709注：改造前改造后由表可見，磨木機(jī)經(jīng)改造，線速提高后，使?jié){產(chǎn)量提高，電耗降低，紙業(yè)的裂斷長(zhǎng)稍有降低，但仍可滿足工藝要求。通過刻石刀的刀號(hào)和控制刻石壓力的輕重而決定磨石刻紋的深淺。一般說來粗刻石產(chǎn)量大，電耗低，但紙業(yè)的裂斷長(zhǎng)低，所以可根據(jù)漿的要求，控制適當(dāng)?shù)目淌绞?，在滿足漿的質(zhì)量前提下，降低能耗，提高漿的產(chǎn)量?？刂瓶淌绞焦?jié)能 加壓磨石磨木漿節(jié)能 在雙袋式磨石磨漿機(jī)上封閉加壓0.2-0.3MP以提高磨區(qū)溫度，同時(shí)噴水溫度也相應(yīng)提高，從而使木素軟化，纖維細(xì)纖化程度提高，漿的強(qiáng)度提高，電耗有所下降。五、制漿過程中的節(jié)水減排高得率制漿工藝用水主要是在原料化學(xué)

12、預(yù)處理(對(duì)化學(xué)機(jī)械漿)、漿料洗滌、篩選和漂白等工序。本節(jié)主要介紹高得率漿生產(chǎn)過程水的分類以及循環(huán)使用。.高得率漿生產(chǎn)過程水的分類新鮮水及一般用量主要用途包括：泵等部件機(jī)械密封(1015m3t)；生活區(qū)和化驗(yàn)室用水(024m3t)；各種稀釋水(最新BCTMP工藝需68m3t，較好水平為914m3t)；化學(xué)品制備和預(yù)處理(BCTMP漿需0935m3t)；鍋爐用水(O3O6m3t)。冷凝水機(jī)械漿廠的大局部冷凝水來自磨漿機(jī)產(chǎn)生的蒸汽，它們?cè)谡羝?、預(yù)熱器內(nèi)被冷卻下來，有的甚至直接和過程水接觸而冷凝。壓榨水、過濾水等壓榨水指壓榨設(shè)備從漿料、濕紙頁、污泥等脫出來的水。過濾水那么是通過織物(如各種濾網(wǎng))從漿

13、料中脫出的富含懸浮固體的水。滲透水那么是由膜別離產(chǎn)生的。至于離心濾液，那么是由離心泵產(chǎn)生的。選用高效、低本錢的脫水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)壓濾液和過濾液的盡可能回用，是減少新鮮水消耗的最關(guān)鍵因素。在一定條件下，過程用水被凈化的程度，決定著生產(chǎn)用水封閉循環(huán)的程度與可行性。生產(chǎn)用水實(shí)現(xiàn)全封閉，亦稱零排放，對(duì)于機(jī)械漿制漿系統(tǒng)來說，技術(shù)上可行，只是費(fèi)用太高。但隨著更多的回用壓榨水和過濾水方案的實(shí)施，系統(tǒng)會(huì)逐漸接近這一目標(biāo)。生產(chǎn)過程中壓榨水和過濾水的來源和使用情況見下表。清白水清白水的固含量通常在001003(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之間，主要來自漿料在重力、真空、甚至是壓力下脫出的水(如多圓盤和圓網(wǎng)過濾機(jī)的濾液)。清白水中所含的

14、細(xì)小懸浮物7585可通過200目，可以用于造紙機(jī)網(wǎng)子的高壓洗滌和濕部噴淋管用水。清白水的典型用途如下所述：各式漿料洗滌過濾機(jī)的漿料稀釋和噴淋水；磨盤機(jī)漿料稀釋用水，用清白水替換濁白水，可以減少白水中的微粒對(duì)打漿的影響；木片浸漬機(jī)的液位控制(只要清白水的pH值和化學(xué)性質(zhì)與所需的浸漬條件相容就可以)；篩選、凈化后漿料的稀釋；用于纖維回收機(jī)漿料稀釋，可以減少纖維的流失；應(yīng)優(yōu)先考慮最大限度回用濃白水，多余清白水可以用于木片洗滌。濁白水機(jī)械漿造紙過程濁白水的固含量在004O08(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之間，也是漿料在重力、真空、有時(shí)是壓力作用下的濾液，如漿料通過多圓盤真空過濾機(jī)或轉(zhuǎn)鼓機(jī)形成的濾液。濁白水中小于200

15、目的微粒大約占6065(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。濁白水通常用于消潛池漿料稀釋以及沖漿前漿料篩選、凈化的稀釋。廢水對(duì)于SGW生產(chǎn)，需要稀釋的地方主要是磨木段，需要外排凈化的主要是來自濃縮機(jī)的濾液(亦稱磨木白水)。.高得率漿生產(chǎn)過程水的使用制漿造紙節(jié)水技術(shù)的核心是水循環(huán)利用，開發(fā)廢水作為重要的水資源。水循環(huán)利用可以把造紙工業(yè)這個(gè)用水大戶變?yōu)橛盟畼O少的行業(yè)，把重污染的行業(yè)變?yōu)闊o水污染的行業(yè)，使造紙業(yè)在用水和水污染從概念上發(fā)生本質(zhì)的變化。在循環(huán)使用水的過程中，需要考慮諸多因素。稀釋水使用稀釋水的一個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)是低的溶解固體含量；同時(shí)，應(yīng)考慮稀釋水如下一些主要指標(biāo)。色度 假設(shè)漿料需要調(diào)色，那么必須考慮這個(gè)因素，如果多

16、余的白水不能用于漿料的稀釋洗滌，它們要么直接被排到下水道，要么用膜別離或其他方法進(jìn)行脫色，然后加以回用。氯化物 來自外部水源的氯化物和其他溶解污染物，有時(shí)候會(huì)嚴(yán)重污染水質(zhì)。由于水分的蒸發(fā)，可能會(huì)在磨漿機(jī)中產(chǎn)生蝕損斑、裂縫腐蝕，在高溫下甚至?xí)霈F(xiàn)應(yīng)力裂紋。引起問題時(shí)確切的氯化物含量很難確定。懸浮固體 懸浮固體包括紙機(jī)濾液中的填料、細(xì)小纖維、樹脂和膠黏物等，它們對(duì)于稀釋洗滌或置換洗滌的用水選擇，都是很重要的。PH值 洗滌用水pH值要和生產(chǎn)工藝相結(jié)合考慮。例如，來自酸性抄紙的白水，在用過氧化氫漂白之前應(yīng)加堿，把pH值調(diào)到堿性范圍。稀釋水化學(xué)組成比方，有時(shí)在紙機(jī)濕部形成的亞硫酸鈉和亞硫酸，當(dāng)含有這些物

17、質(zhì)的紙機(jī)白水稀釋漿料時(shí)，可能會(huì)中和一局部過氧化氫。稀釋水參加點(diǎn)稀釋水使用前應(yīng)當(dāng)防止與高溶解固體含量的濾液混合。細(xì)小微粒 如果稀釋水體選擇不當(dāng)，白水中積累的細(xì)小微粒就會(huì)帶來負(fù)面影響。其相關(guān)選用規(guī)那么是：磨漿機(jī)的稀釋應(yīng)使用清白水；濃縮機(jī)出漿的稀釋也應(yīng)使用清白水；防止由一個(gè)白水貯存罐向多個(gè)不同漿料生產(chǎn)線提供稀釋用水；綜合紙漿廠紙機(jī)濃白水，應(yīng)優(yōu)先考慮用于紙機(jī)供漿系統(tǒng)的稀釋及損紙漿的稀釋；一般說來，螺旋喂料器的壓濾水不宜用作稀釋水。噴淋管清洗用水噴淋管在機(jī)械漿廠應(yīng)用廣泛，比方多圓盤纖維回收機(jī)、脫水機(jī)、轉(zhuǎn)鼓過濾網(wǎng)、雙網(wǎng)脫水機(jī)濾網(wǎng)以及輥的洗滌、雙輥壓榨空隙的洗滌、磨石外表的清洗、除節(jié)篩的沖洗等。新鮮水不應(yīng)用

18、于這些噴淋洗滌，即使是漿料的最后一段濃縮，也最好不用清水。在綜合紙漿廠，噴淋管使用清水是沒有問題的，這些水可通過制漿廠加以回用。評(píng)定噴淋用水可行性的標(biāo)準(zhǔn)是細(xì)小纖維含量。只要有多余的清白水，就可以用作噴淋管水。但是在許多使用場(chǎng)合，要求先將白水過濾處理，例如，使用帶有自清潔功能的噴嘴，并使用纖維填料床對(duì)白水進(jìn)行過濾。.高得率漿廢水零排放零排放的概念指生產(chǎn)全過程沒有被污染的廢水排到生產(chǎn)系統(tǒng)外。對(duì)高得率制漿工藝來說，有幾種方案可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。把漿廠混合污水濃縮到一定濃度，再把它們完全氧化成無機(jī)灰燼；進(jìn)行膜別離，然后用熱化學(xué)或生物方法去除濃縮液中的溶解有機(jī)物，并進(jìn)一步別離產(chǎn)生無機(jī)物；把污水用于農(nóng)田灌溉。風(fēng)險(xiǎn)較大，不宜選擇實(shí)施前兩種方案時(shí)，應(yīng)考慮如下建議方法。運(yùn)用蒸發(fā)器把全部污水濃縮到一定濃度，然后采用硫化床燃燒、高溫分解或在回收爐、焚化爐中燃燒，或采用超臨界水氧化(SCWO)；先用膜別離把污水濃縮到一