酶能大規模應用嗎？酶技術用于制漿造紙前景可期

　　造紙的工藝流程

　　主要包括：制漿—抄紙—涂布—加工。其中，制漿階段是利用機械磨解、化學處理或化學處理與機械磨解相結合的方法，將植物原料分離為單根纖維形態，并使之達到符合使用要求的潔凈程度。這一階段的污染負荷較重。

　　制漿工藝流程

　　備料(可以采用生物酶解)→蒸煮分離纖維→洗滌→漂白→洗滌篩選→濃縮或抄成漿片

　　草漿造紙對環境最大的污染來自于草漿黑液。草漿黑液含硅量大、粘度高、濾水性差，造成提取率低，一般只有80%~85%，而木漿可達到95%以上。其次，堿回收率低，一般只有65%~75%，而木漿可達98%。第三，用水量大。所有這些造成草漿廠中段廢水排放的污染物量比木漿高6~7倍。

　　盡管整治多年，禾草化學制漿行業污染依然負荷沉重，末端治理經濟壓力大，導致行業一直未能徹底摘下污染的黑帽子。

　　發達國家經驗表明，應用在造紙產業鏈不同階段的各類酶制劑，正在顯著改善行業形象。而國內制漿造紙行業近年來也一直努力尋求生物技術、酶技術的突破。“研發成果大部分還只停留在實驗室或產前階段，真正大規模進入造紙企業正常應用的成功案例并不多。”中國造紙協會常務副理事長曹樸芳說。

　　如何推動生物技術在造紙行業的成熟應用，也是中國造紙行業重點關注的問題。湖南沅江浣溪沙酶技術有限公司在酶耦合化學制漿產業化應用方面已經進行了十數年探索，其產品已經在多個禾草制漿生產線上得到應用，其顯著減少化學品使用、提升紙漿質量、節能減排、降低成本的效果已得到初步驗證。但這項環境、經濟效益雙贏的技術如何趨向成熟，得到推廣、應用，提升制漿行業清潔化水平，仍面臨諸多挑戰。

　　前端能否少用化學品?

　　降低堿等化學品用量是制漿造紙向清潔化生產轉型的重要途徑，生物酶可以取代和減少化學品在造紙工業中的應用，達到減少排放、降低成本的目的

　　禾草制漿為什么摘不掉污染黑帽子?曹樸芳接受本報記者專訪時介紹，對木纖維來源少、禾草等資源相對豐富的中國而言，每年700萬噸的草漿仍然是造紙工業不可或缺的一部分。她說，近年來，草漿在堿回收、清潔生產等方面取得了很大進步。但由于投資和治理費用高，導致目前只有少數大中型造紙企業能夠做到深度處理，多數小企業污染治理手段簡單，行業的污染問題依然比較嚴重。

　　傳統行業末端治理的高負荷、高成本問題何解?從發達國家經驗來看，源頭削減、過程控制是關鍵。而對于造紙行業來說，根本的解決之道在于生產環節盡量少使用化學品、少產生污染。湖南沅江浣溪沙公司總經理李忠興一直堅持這樣的觀點：“從前端入手如同淘米，而末端治理則是要從粥里找出雜質，難度要大得多。在前端減少化學品的使用，對化學制漿法進行清潔化改造已經勢在必行。”

　　近年來，隨著資源環境壓力的加大，制漿行業沿用多年的純化學法制漿法已經日益暴露其缺點：化學藥品消耗量大、能耗高、設備投資高，特別是制漿與漂白過程所排出的廢水，具有極高的BOD、COD負荷，而且其中還含有有毒有害甚至是致癌物質，環境危害較大。

　　據李忠興介紹，堿法制漿時，用堿量的25%~30%用于脫出并降解原料中木質素與打斷木質素和纖維素、半纖維素之間的鏈接鍵，其中的15%~20%成為殘堿，紙漿得率僅為理論值的60%~68%，污染物處理難度大。而為了回收制漿黑液中的堿，不得不以高投入及產生大量白泥為代價進行堿回收，還要在中段廢水處理設施建設和運行上進行高投入。

　　因此，降低堿等化學品用量是制漿造紙向清潔化生產轉型的重要途徑。而國內外的實驗表明，生物酶可以對植物纖維原料預處理，取代和減少化學品在造紙工業中的應用，從而達到減少排放、降低成本的目的。

　　李忠興介紹說，紙漿酶的作用原理是，通過降解原料中高耗堿的非纖維物質從而直接降低堿消耗，通過排除堿直接作用于木質素的障礙，提高堿的使用率，通過大幅降低堿等化學品的使用，減少其對半纖維素、纖維素的破壞，提高紙漿的收得率。

　　河南造紙協會副秘書長耿海燕告訴記者，對禾草制漿，此前國家一直采取的是保持規模、淘汰落后的態度。近一兩年來，隨著農林剩余物工業化的發展，適度科學發展清潔禾草制漿也成為選擇之一。目前，在山東、東北等地已有10萬噸級以上規模的清潔禾草制漿生產線獲批。“據了解，很多項目都應用了酶技術，預計河南省將來也有可能布點。”

　　少用一半堿有啥好處?

　　復合紙漿酶幫助禾草制漿減少40%~50%的用堿量，促進白泥減量化，降低污染負荷，節能降耗提效作用較明顯，噸漿成本節約100元左右

　　2012年7月，中國輕工業聯合會在河南舞陽主持召開了“紙漿酶的制造及其在造紙制漿工業中的應用技術”項目技術鑒定會。浣溪沙公司提出的酶化學制漿項目通過了鑒定委員會的一致認可。

　　浣溪沙公司的研發團隊此前重點針對非木纖維化學制漿特點開發了堿性果膠酶、堿性木聚糖酶、堿性甘露聚糖酶、堿性木質素酶，設計并制造了用于制漿的新的復合紙漿酶，并申報了國家ZL。“應用復合紙漿酶對禾草原料進行預處理，我們稱之為酶化學制漿法，可以顯著降低燒堿等化學品的使用。”李忠興說。

　　經過了2000多批次的大試，河南銀鴿、湖南華耀、北京嘉禾木濟源分公司等6家企業一年多時間使用證實，技術穩定可靠，使用方法簡便，只需要把酶解溫度、酸堿值、反應時間控制在一定范圍內，就能達到酶解效果。“能夠降低制漿蒸煮過程中約50%的用堿量，而1噸漂白化學漿通常需要380~400公斤燒堿。”

　　河南銀鴿集團第四生產基地副總韓紅生自稱是第一個吃螃蟹的，他們是首家與浣溪沙研發團隊合作適用技術的造紙企業。他表示，通過在麥草制漿中的實際使用，確實帶來某些單項指標的降低，比如用堿量降低50%，制漿對應的廢液中有效堿降低75%，污染負荷也有顯著下降。

　　而這一結果也得到了耿海燕的認可：“省堿的效果比較明顯，一般都能減少40%~50%的用堿量，因此在白泥減量化方面也有效果。而從總體成本上，帶來噸漿100元左右的節約是確定無疑的。”

　　少用一半的堿，帶來的是末端污染負荷的降低。據李忠興介紹，他們在企業的試驗結果表明，中段水COD濃度可以從1500毫克/升降至1200毫克/升;造紙黑液COD下降幅度更為明顯，可以從2.8萬~3萬毫克/升的水平下降到1.4萬毫克/升左右。

　　同時，節能降耗提效的作用也較為明顯。實驗表明，原料經酶解后制漿，噸漿用水可以從85噸下降到55噸，蒸煮時間從4~5個小時降低到90分鐘;而因為減少了化學品對纖維的破壞，還帶來了紙漿收率的提高，平均提升5%~8%，實際可以到10%左右。

　　李忠興特別提及用堿量減少帶來的固廢產生量降低。“白泥是堿回收環節的副產品。大概每回收1噸堿，要產生1噸白泥，生產1噸化學紙漿大約要產生400公斤白泥，而我國造紙白泥的回收利用由于規模等問題，得到妥善處置的比例不高，隨意傾倒造成新的污染。”

　　酶應用還有哪些困難?

　　酶種的選擇、精確控制以及如何融入自動化程度較高的連續工藝，仍存在很多問題;在技術與經濟可行性方面還需要進行大量的探索與實踐

　　曹樸芳也參加了對浣溪沙技術項目的鑒定會。在現場，她提出了要對技術、產品進一步精確定位、完善標準的建議。她表示，生物技術、酶技術的應用在造紙行業內已經探索多年，包括科研院所、企業都有研發。目前，生物脫墨酶、生物施膠酶等已在生產中得到應用，但酶在造紙行業中實現大規模應用尚有待進一步開發。

　　“將生物酶應用于原生纖維原料預處理，普遍還在研發階段，實際應用較少。”曹樸芳說，從研究來看，酶解技術的應用在減少化學品使用、提高紙漿質量、降耗減排方面有效果;但實際應用中，在穩定性、配套設備、連續生產等方面挑戰較大。

　　曹樸芳肯定了酶技術在造紙行業的未來，特別是其在節能減排上的潛力。但她表示，這條道路上困難很多。“造紙工業的原料、制漿方法、工藝流程、設備型號、產品品種等復雜多變，彼此差異大，相應的酶種選擇、精確控制，如何融入自動化程度較高的連續工藝，仍存在較多問題;在技術與經濟可行性方面還需要進行大量的探索與實踐。”

　　當時，她在現場會上針對浣溪沙企業當時沒開發應用的情況給出的建議是，要從間歇的蒸球原料預處理轉向在連續蒸煮生產線和化學機械法制漿等先進工藝上做嘗試，需要開發酶解設備。

　　李忠興表示，此前技術只是在蒸球使用上取得了效果，但這種工藝正在面臨淘汰。而在先進的連續蒸煮生產線上、化學機械制漿(注)方面，還沒有得到驗證。

　　同時，他對技術存在的缺陷也并不避諱：在蒸球試用的結果表明，會導致蒸球裝量不足的問題。來自造紙企業的反饋也是如此。“裝鍋量會減少7%~10%，在趕產時可能會對生產有影響。”耿海燕表示。

　　韓紅生在接受記者采訪時表示，“生物技術在造紙上的應用才剛剛開始，應該在木材制漿、機械漿方面加強研究，并擴展至造紙磨漿系統，同時應注重輔料制備系統的研發。”

　　近一兩年來，李忠興和他的研發團隊將技術研發試用的重點放在了化學機械制漿和連續蒸煮生產線上。不久前，他在泰格林紙(中貿圣元公司)忙著酶解裝置工程驗收，這家從事化機漿生產的企業即將開展酶解技術的大試。

　　他介紹說，酶解技術不僅可以帶來常規的節能減排效果，還可以幫助化機漿解決紙漿反黃的難題，顯著提升紙漿白度，從而提升產品的附加值，這是相關企業最為看重的方面。

　　“化機漿是國內目前發展速度較快的工藝，更有可能大規模應用酶解技術。這種工藝能耗大，噸漿能耗達1200~1300千瓦時，此前的小試已經取得了效果，我們的目標是節電15%~20%，節省近1/3的化學品使用，紙漿提升兩個白度。”李忠興說。

　　而酶解設備的研發也已經交給專業的造紙設備企業穩步推進。“酶解裝置可以解決裝量不足的問題，更重要的是可以與自動生產線進行對接。”李忠興說，此前連蒸連煮工藝對酶使用的挑戰主要是溫度，130度的生產溫度會破壞酶的活性使其失效。而現在可以在原料進入生產線之前，預先在酶解裝置中實現反應。

　　“現在是萬事俱備，只欠酶解裝置。”耿海燕說，經過近年來的調整，河南擁有禾草制漿企業7家，已經逐步淘汰蒸球工藝，現在都是單條5萬噸以上的規模，應用連續生產線。因此，需要研發酶解裝置，與連續蒸煮生產線順利對接。

　　據他透露，協會和企業都會持續關注技術的進展。而當地的銀鴿和興泰兩家造紙企業都明確表示將繼續試用酶解技術。特別是興泰更為積極，因為其新上產能對應的堿回收能力不足，酶的應用可以大大緩解壓力。“5萬噸生產線配套的堿回收裝置，投資就需要幾千萬元，而且廠內空間也很有限。”