生物酶用于8号美废脱墨的研究

陈双双，李 强，杨锋伟，杨志英，冯土辉

（广东溢多利生物科技股份有限公司，广东珠海 519060）

当今，二次纤维已成为制浆造纸工业一种重要的纤维来源。废纸回用不但可以保护有限的森林资源、节约能源，而且还可以减少对环境的污染。近年来，生物技术迅速发展，在各个领域获得广泛的应用，许多研究者对废纸的酶法脱墨进行了研究[1-2][3]4[4-7][8]73[9]71。研究表明，酶法脱墨可以减少化学品用量，减少环境污染，并且可以有效地解决办公废纸难脱墨的问题[3]4[8]73[9]71[10]。

本实验将广东溢多利生物科技股份有限公司生产的生物酶用于美废8号的脱墨中，研究了碎浆浓度、碎浆时间、碎浆温度及生物酶用量对脱墨效果的影响，初步确定了适用于美废8号生物酶脱墨的条件，并在此适用的工艺条件下比较了酶法脱墨和化学法脱墨的效果。

1 实验

1.1 试验原料

废纸：8号美国废纸，取自广州造纸集团有限公司。实验用酶：采用广东溢多利生物科技股份有限公司生产的生物酶。

1.2 实验方法

1.2.1 碎浆

将200 g废纸（绝干）放入水力碎浆机，加入所需体积和温度的水、生物酶及助剂，然后进行碎浆，碎浆结束后，将纸浆取出备用。

1.2.2 浮选

取180 g碎浆好的纸浆（绝干），按1%的浆浓在实验室自制椭圆形浮选槽进行浮选，浮选温度50℃，浮选时间15 min。

1.3 纸张白度和有效残余油墨浓度（Eric值）的测定

白度按照GB/T 8940.2—1988测定；Eric值按照GB/T 20216—2006测定。

1.4 油墨去除率和纤维流失率的计算

1.5 总废水的取样

分别将生物酶法和常规化学法脱墨纸浆（碎解后纸浆）稀释到 1%，搅拌，使纸浆充分分散，然后将浮选液用滤网（100目）挤出滤液，测定滤液COD。

1.6 碎浆废水、浮选废水和浮渣废水的取样

取一定量的碎解纸浆、浮选纸浆和浮渣，用滤网（100目）挤出滤液，测定滤液的COD。

1.7 滤液COD的测定

COD按照GB/T 11914—1987测定。

2 结果与讨论

2.1 生物酶脱墨工艺的优化

2.1.1 碎浆浓度对脱墨效果的影响

根据资料并结合本实验的具体情况，固定碎浆温度50℃、碎浆时间30 min、酶用量为0.02%质量分数、浮选温度50℃、浮选时间15 min，研究碎浆浓度对脱墨效果的影响[11-15]，结果见表1。

表1 碎浆浓度对白度、Eric值等的影响

由表1可知：碎浆浓度对脱墨效果的影响非常明显。在所选的工艺范围内，碎浆浓度分别在5%、10%、15%和18%时，碎浆后的纸浆白度、Eric值与浮选后的纸浆白度、Eric值处于相当的水平。而在碎浆浓度10%的工艺条件下，碎浆白度和浮选白度都最高，分别为40.5%ISO和46.0%ISO，浮选后的Eric值也最低分别为905和435，油墨去除率达到52%，在此条件下的纤维流失率最低。因此，可以看出，选择碎浆浓度10%，可以达到较好的脱墨效果。

2.1.2 碎浆温度对脱墨效果的影响

固定碎浆浓度10%、碎浆时间30 min、酶用量为0.02%质量分数、浮选温度50℃、浮选时间15 min，研究碎浆温度对脱墨效果的影响，结果见表2。

表2 碎浆温度对白度、Eric值等的影响

由表2可知：碎浆温度对脱墨效果的影响不是很明显。在所选的工艺范围内，碎浆温度从30℃上升至50℃的过程中，碎浆及浮选后的白度逐渐上升，纸浆的Eric值逐渐下降，浮选后白度从36.7%ISO上升至38.9%ISO，提高了5.7%，Eric值从1 257下降至997，下降了20.68%。继续升高温度，碎浆及浮选后的白度没有明显的提高。综合考虑脱墨的能耗，控制碎浆温度在50℃时的脱墨效果较好，此时的油墨去除率高，纤维流失率也处于较低的水平。

2.1.3 碎浆时间对脱墨效果的影响

固定碎浆温度50℃、碎浆浓度10%、酶用量为0.02%质量分数、浮选温度50℃、浮选时间15 min，研究碎浆时间对脱墨效果的影响，结果见表3。

表3 碎浆时间对白度、Eric值等的影响

由表3可知：碎浆时间对脱墨效果影响明显，在所选的水平范围内，碎浆时间20 min时的碎浆及浮选白度最高，分别达37.7%ISO和42.1%ISO，且纸浆残余油墨最低，Eric值分别为1 089和769。此时的油墨去除率高，纤维流失少。随着碎浆时间的延长，脱墨效果非但没改善反而呈下降的趋势。因此，选择碎浆时间20 min可以达到较好的脱墨效果。

2.1.4 生物酶用量对脱墨效果的影响

固定碎浆温度50℃、碎浆浓度10%、碎浆时间20 min、浮选温度50℃、浮选时间15 min，研究酶用量对脱墨效果的影响，结果见表4。

表4 生物酶用量对白度、Eric值等的影响

由表4可知：酶用量对脱墨效果的影响也较为明显，在所制定的工艺范围内，随着酶用量的增加，碎浆及浮选白度逐渐降低，浮选后白度从39.8%ISO下降至37.8%ISO，下降了5.0%；在此过程中，残余油墨逐渐升高，浮选后纸浆的Eric值从880升高至1 219，上升了27.8%。因此，选择酶用量为0.01%质量分数时的脱墨效果最好，此时的油墨去除率高，纤维流失较少。

从表1～4可以得出，碎浆浓度和时间以及酶用量对脱墨效果的影响都很明显。综合考虑在同个因素不同水平条件下的纸浆白度、残余油墨、浮选渣灰分、油墨去除率和纤维流失率，得出较适宜的碎浆工艺条件为：碎浆浓度10%、碎浆时间20 min、碎浆温度50℃、生物酶用量为0.01%质量分数。

2.2 生物酶法脱墨和化学法脱墨的实验结果比较

根据上述8号美废生物酶脱墨工艺优化数据，确定了生物酶法脱墨和常规化学法脱墨的工艺。

生物酶法脱墨：碎浆温度50℃、碎浆时间20 min、碎浆浓度10%、助剂用量为0.1%、浮选温度50℃、浮选时间15 min、生物酶用量为0.01%质量分数。

常规化学法脱墨：碎浆温度50℃、碎浆时间20 min、碎浆浓度10%、NaOH用量为0.3%质量分数、Na2SiO3用量为0.5%质量分数、皂用量为0.3%质量分数、浮选温度50℃、浮选时间15 min。

表5显示了纸浆分别采用生物酶法脱墨和化学法脱墨后的性能比较。

从表5可以看出，采用生物酶法碎浆后纸浆的白度为36.7%ISO，浮选后纸浆的白度为42.1%ISO，浮选过程中油墨去除率为27.4%；而常规化学法碎浆后纸浆的白度为37.5%ISO，浮选后纸浆白度为41.4%ISO，油墨去除率为22.9%。因此，与常规化学法脱墨相比，采用生物酶进行脱墨，提高了浮选后纸浆的白度和浮选过程油墨去除率。

表5 纸浆采用生物酶法脱墨和化学法脱墨后的性能比较

表6显示了纸浆分别采用生物酶法脱墨及化学法脱墨后废水的COD比较。

表6 纸浆分别采用生物酶法脱墨及化学法脱墨后废水的COD比较 mg/L

从表6可以看出，生物酶法脱墨可以明显降低脱墨废水中COD的负荷。采用生物酶脱墨的碎浆废水、浮渣废水及总废水的COD分别为1 110 mg/L、140 mg/L和112 mg/L；而化学法脱墨的碎浆废水、浮渣废水及总废水的COD分别为3 458 mg/L、246 mg/L和231 mg/L。生物酶法脱墨后的浮选废水的COD比化学法高，是由于在浮选过程中，酶法脱墨纤维的流失较多，从而导致COD的增加。总的来说，与常规化学法脱墨相比，生物酶脱墨可以使碎浆废水、浮渣废水和总废水的COD分别降低67.9%、43.1%和51.5%，效果明显。

3 结论

（1）生物酶法脱墨时碎浆浓度和时间是影响脱墨和浮选后纸浆白度的主要因素，较为合适的制浆工艺参数为：纸浆浓度10%，时间20 min，温度50℃，生物酶用量为0.01%质量分数。

（2）与常规化学法脱墨相比，采用广东溢多利生物科技股份有限公司的生物酶进行脱墨，虽然碎浆后纸浆白度略微下降，但提高了浮选后纸浆的白度和浮选过程中油墨去除率。

（3）与常规化学法脱墨相比，采用生物酶法脱墨可使碎浆废水、浮渣废水及总废水的COD分别降低67.9%、43.1%和51.5%。

［1］ Duggirala Y Prasad.Enzymatic deinking of laser and xerographic waste［J］.Appita，1993，46（2）：291.

［2］ Thomas W Jeffries，Klungness John H，Sykes Marguerite S，et a1.Comparison of enzyme-enhanced with conventional deinking of xerographic and laser-printed paper［J］.TAPPI，1994，77（4）：173.

［3］ 孙京丹，王正顺，赵娜.废新闻纸脱墨剂的合成及其脱墨性能的研究［J］.造纸化学品，2009，21（3）.

［4］ 秦梦华，高培基，邵志勇，等.废报纸的酶法脱墨和纤维性能的改善［J］.中国造纸，2000，19（7）：7.

［5］ 傅英娟，邵志勇，秦梦华，等.废新闻纸酶法脱墨工艺的研究［J］.山东轻工业学院学报，2000（3）：34.

［6］ 秦梦华，高培基，赵越，等.废新闻纸酶法脱墨废液中碳水化合物成分分析［J］.中国造纸学报，2000，15（1）：55.

［7］ 秦梦华.废纸浆的酶法脱墨及纤维性能改善的研究［C］//山东大学博士后研究工作报告.济南：1998.

［8］ Jill M Jobbins，Neal E Franks.Enzymic deinking of mixed office waste：process condition optimization［J］.TAPPI，1997，80（9）.

［9］ Elegir Graziano，Panizza Elena，Canetti Maurizio.Neutral enzymeassisted deinking of xerographic office waste with a cellulase/amylase mixture［J］.TAPPI，2000，83（11）.

［10］ 李宗全，于红，秦梦华，等.纤维素酶木聚糖酶和淀粉酶用于混合办公废纸脱墨的研究［J］.纤维素科学与技术，2002（2）：l.

［11］ 王伦，韩卿.利用生物酶对几种典型废纸浆脱墨研究的进展［J］.黑龙江造纸，2010，38（3）：34-37.

［12］ 朱凯，罗金岳，王传槐.复合酶用于旧报纸脱墨的研究［J］.中华纸业，2005，26（12）：39-41.

［13］ 冀亚超，杨亚茹，王钟林，等.生物酶脱墨剂在废新闻纸脱墨生产线应用中试［J］.造纸化学品，2010，22（(3）：28-31.

［14］ Nguyen Tam T，Nazhad Mousa M.Aging at tropical condition and its effect on deinking potential of ONP［C］//Proceedings of the 2002 TAPPIFallTechnicalConferenceandTradeFair.SanDiego：CA，2002.

［15］ 宋瑞雪.酶法脱墨及其优化因素对生产的影响［J］.造纸科学与技术，2009，28（2）：78-81.