生物酶“洗礼”造纸工业

　　   如果将现在的纸张与过去进行对比，不难发现这些年来纸质越来越好，也显得越来越白了。

　　然而，维系外表光洁白皙的纸张背后的造纸工业，却一直难以摆脱其高污染、高能耗的“原罪”。

　　而今，生物技术的介入使这一现状正在发生改观。应用在造纸产业链不同阶段的各类酶制剂，正为该产业带来一场革命性的“洗礼”。

　　白纸的背后

　　中国造纸协会调查资料显示，2010年我国制浆造纸工业废水排放量占全国废水总排放量的18.58%，居第三位;排放废水中化学耗氧量(COD)约占全国工业COD排放量的26.04%，居第一位。

　　制浆造纸工业多个环节都有可能对水环境造成污染。

　　据中国制浆造纸研究院教授级高级工程师冯文英博士对《中国科学报》记者介绍，在化学纸浆漂白过程中，传统的漂白法是采用氯或氯化物对纸浆漂白，这些含氯漂白废液因含有很多有毒的有机氯化物(如二恶英等)，它们易于在生物体内积累，具有致癌、致突变、致畸等倾向，也会对环境和生态造成破坏。

　　除漂白以外，传统造纸工艺的其他环节也都因大量使用化学品，从而致使造纸工业成为污染环境的主要行业之一。

　　此外，造纸亦是高能耗产业。

　　中国制浆造纸研究院教授级高级工程师李威灵曾撰文介绍，制浆造纸工业在我国是重点耗能行业之一，制浆造纸生产过程中消耗大量热能、电能和水。2007 年我国制浆造纸工业能源消费总量3342. 68 万吨标准煤，行业能耗占整个工业部门能耗量的2%左右，居轻工业能耗之首。

　　而与此同时，我国的纸品需求仍处在快速增长阶段，近10年来年均增速高达11.99%，2012年全年纸和纸板产量及消费量都将突破一亿吨。

　　生物酶介入

　　实际上，在成本和环境的双重压力下，造纸业亦渴求能从污染大户转型为节能减排典范。

　　面对如何使高污染、高耗能的造纸业巨兽“改邪归正”的问题，生物酶制剂正在发挥着越来越大的作用。

　　全球最大酶制剂供应商诺维信的造纸行业技术专家章海涛对《中国科学报》记者表示，在磨浆工段，生物酶可对浆料纤维的细胞壁进行改性处理，使纤维加速润涨、松软，促进磨浆的作用效果，降低磨浆能耗、提高成纸强度等。

　　据统计，生物酶可使磨浆能耗吨浆降低120度电，磨浆能耗降低41.4%。

　　冯文英表示：“制浆过程中加入生物酶，还可减少后续漂白化学药品用量和减轻漂白废水污染负荷。”

　　此外，造纸工业大量回收利用废纸，这就需要对其进行脱墨处理。

　　传统的脱墨方法是使用化学品，在适当的温度及机械作用下，将油墨粒子从纤维上分离下来，然后采用浮选、洗涤或两者相结合的方法将剥离下来的油墨粒子从纸浆中除去。

　　生物酶法脱墨是利用酶处理废纸，并辅助以浮选或洗涤，以及两者并用的工艺，从而除去油墨的技术。

　　“生物酶使油墨更容易剥离脱落，降低油墨在纤维上的沉积，提高浆料的洁净度和白度，降低尘埃度。” 章海涛说。

　　此外，漂白也是造纸过程中的重要步骤。

　　冯文英表示，利用酶制剂，可起到“生物助漂”的效果，减少含氯漂白化学品用量或有助于取消含氯漂白工段，从而减少漂白废水中AOX(可吸附有机卤化物)的排放量，降低环境污染，同时达到提高纸浆性能以及降低生产成本等目的。

　　水中的有机卤化物具有致癌、致畸和致突变性。美国环保局提出的129种优先污染物种，有机卤化物约占60%，以AOX表征的有机卤化物已经成为一项国际性水质指标，我国在2008年新修订的《制浆造纸工业水污染物排放标准》中，已将AOX列为考核指标之一。

　　近年来的应用研究表明，利用半纤维素酶预处理能够提高纸浆的可漂性，减少漂白化学药品的用量，不仅可以较大程度降低漂白废水中AOX等污染物的含量，而且有助于实现无元素氯(ECF)和全无氯(TCF)漂白。

　　具体问题待解

　　然而，生物酶在造纸工业中的应用也并非一帆风顺。

　　冯文英表示，生物酶在造纸产业链的很多环节上已经应用得非常成熟，而在有些方面仍存在应用瓶颈。因制浆造纸产业链较长，不同工序中使用的酶制剂种类也不同，因此要具体问题具体分析。

　　例如，将生物酶应用于原料预处理阶段，虽然在实验室条件下可行，但却难以适应大规模工业化生产的实际。

　　师从冯文英的研究人员段超对《中国科学报》记者说：“酶对原料进行预处理所消耗的时间较长，而厂家需要效率保证连续生产，所以更倾向于采用节能和环保效果较差但是效率更高的物理或者化学预处理方式。”

　　“采用生物酶有时还需要添加处理罐或处理塔，增加设备投资，特别是很多造纸厂都是建成时间较长的老企业，对它们来说改变工艺所带来的经济成本和风险也是其更多尝试生物酶的障碍。”冯文英说。

　　冯文英还补充道，作用在某些阶段、某些品种的酶制剂本身也存在成本较高、种类有限、受温度和酸碱性环境影响较大、效果不明显等问题。

　　她认为，在下一阶段，应着重降低酶制剂成本、提高在不同温度和酸碱性条件下的适应能力，以增强效果。

　　同时，她对生物酶在造纸行业的应用前景表示乐观：“总体而言，生物酶专一性较强、效率较高，尤其对高污染、高能耗的造纸工业而言，环保效果明显，和化学品相比具有独特优势。”