酶能大规模应用吗？酶技术用于制浆造纸前景可期

　　造纸的工艺流程

　　主要包括：制浆—抄纸—涂布—加工。其中，制浆阶段是利用机械磨解、化学处理或化学处理与机械磨解相结合的方法，将植物原料分离为单根纤维形态，并使之达到符合使用要求的洁净程度。这一阶段的污染负荷较重。

　　制浆工艺流程

　　备料(可以采用生物酶解)→蒸煮分离纤维→洗涤→漂白→洗涤筛选→浓缩或抄成浆片

　　草浆造纸对环境最大的污染来自于草浆黑液。草浆黑液含硅量大、粘度高、滤水性差，造成提取率低，一般只有80%~85%，而木浆可达到95%以上。其次，碱回收率低，一般只有65%~75%，而木浆可达98%。第三，用水量大。所有这些造成草浆厂中段废水排放的污染物量比木浆高6~7倍。

　　尽管整治多年，禾草化学制浆行业污染依然负荷沉重，末端治理经济压力大，导致行业一直未能彻底摘下污染的黑帽子。

　　发达国家经验表明，应用在造纸产业链不同阶段的各类酶制剂，正在显著改善行业形象。而国内制浆造纸行业近年来也一直努力寻求生物技术、酶技术的突破。“研发成果大部分还只停留在实验室或产前阶段，真正大规模进入造纸企业正常应用的成功案例并不多。”中国造纸协会常务副理事长曹朴芳说。

　　如何推动生物技术在造纸行业的成熟应用，也是中国造纸行业重点关注的问题。湖南沅江浣溪沙酶技术有限公司在酶耦合化学制浆产业化应用方面已经进行了十数年探索，其产品已经在多个禾草制浆生产线上得到应用，其显著减少化学品使用、提升纸浆质量、节能减排、降低成本的效果已得到初步验证。但这项环境、经济效益双赢的技术如何趋向成熟，得到推广、应用，提升制浆行业清洁化水平，仍面临诸多挑战。

　　前端能否少用化学品?

　　降低碱等化学品用量是制浆造纸向清洁化生产转型的重要途径，生物酶可以取代和减少化学品在造纸工业中的应用，达到减少排放、降低成本的目的

　　禾草制浆为什么摘不掉污染黑帽子?曹朴芳接受本报记者专访时介绍，对木纤维来源少、禾草等资源相对丰富的中国而言，每年700万吨的草浆仍然是造纸工业不可或缺的一部分。她说，近年来，草浆在碱回收、清洁生产等方面取得了很大进步。但由于投资和治理费用高，导致目前只有少数大中型造纸企业能够做到深度处理，多数小企业污染治理手段简单，行业的污染问题依然比较严重。

　　传统行业末端治理的高负荷、高成本问题何解?从发达国家经验来看，源头削减、过程控制是关键。而对于造纸行业来说，根本的解决之道在于生产环节尽量少使用化学品、少产生污染。湖南沅江浣溪沙公司总经理李忠兴一直坚持这样的观点：“从前端入手如同淘米，而末端治理则是要从粥里找出杂质，难度要大得多。在前端减少化学品的使用，对化学制浆法进行清洁化改造已经势在必行。”

　　近年来，随着资源环境压力的加大，制浆行业沿用多年的纯化学法制浆法已经日益暴露其缺点：化学药品消耗量大、能耗高、设备投资高，特别是制浆与漂白过程所排出的废水，具有极高的BOD、COD负荷，而且其中还含有有毒有害甚至是致癌物质，环境危害较大。

　　据李忠兴介绍，碱法制浆时，用碱量的25%~30%用于脱出并降解原料中木质素与打断木质素和纤维素、半纤维素之间的链接键，其中的15%~20%成为残碱，纸浆得率仅为理论值的60%~68%，污染物处理难度大。而为了回收制浆黑液中的碱，不得不以高投入及产生大量白泥为代价进行碱回收，还要在中段废水处理设施建设和运行上进行高投入。

　　因此，降低碱等化学品用量是制浆造纸向清洁化生产转型的重要途径。而国内外的实验表明，生物酶可以对植物纤维原料预处理，取代和减少化学品在造纸工业中的应用，从而达到减少排放、降低成本的目的。

　　李忠兴介绍说，纸浆酶的作用原理是，通过降解原料中高耗碱的非纤维物质从而直接降低碱消耗，通过排除碱直接作用于木质素的障碍，提高碱的使用率，通过大幅降低碱等化学品的使用，减少其对半纤维素、纤维素的破坏，提高纸浆的收得率。

　　河南造纸协会副秘书长耿海燕告诉记者，对禾草制浆，此前国家一直采取的是保持规模、淘汰落后的态度。近一两年来，随着农林剩余物工业化的发展，适度科学发展清洁禾草制浆也成为选择之一。目前，在山东、东北等地已有10万吨级以上规模的清洁禾草制浆生产线获批。“据了解，很多项目都应用了酶技术，预计河南省将来也有可能布点。”

　　少用一半碱有啥好处?

　　复合纸浆酶帮助禾草制浆减少40%~50%的用碱量，促进白泥减量化，降低污染负荷，节能降耗提效作用较明显，吨浆成本节约100元左右

　　2012年7月，中国轻工业联合会在河南舞阳主持召开了“纸浆酶的制造及其在造纸制浆工业中的应用技术”项目技术鉴定会。浣溪沙公司提出的酶化学制浆项目通过了鉴定委员会的一致认可。

　　浣溪沙公司的研发团队此前重点针对非木纤维化学制浆特点开发了碱性果胶酶、碱性木聚糖酶、碱性甘露聚糖酶、碱性木质素酶，设计并制造了用于制浆的新的复合纸浆酶，并申报了国家ZL。“应用复合纸浆酶对禾草原料进行预处理，我们称之为酶化学制浆法，可以显著降低烧碱等化学品的使用。”李忠兴说。

　　经过了2000多批次的大试，河南银鸽、湖南华耀、北京嘉禾木济源分公司等6家企业一年多时间使用证实，技术稳定可靠，使用方法简便，只需要把酶解温度、酸碱值、反应时间控制在一定范围内，就能达到酶解效果。“能够降低制浆蒸煮过程中约50%的用碱量，而1吨漂白化学浆通常需要380~400公斤烧碱。”

　　河南银鸽集团第四生产基地副总韩红生自称是第一个吃螃蟹的，他们是首家与浣溪沙研发团队合作适用技术的造纸企业。他表示，通过在麦草制浆中的实际使用，确实带来某些单项指标的降低，比如用碱量降低50%，制浆对应的废液中有效碱降低75%，污染负荷也有显著下降。

　　而这一结果也得到了耿海燕的认可：“省碱的效果比较明显，一般都能减少40%~50%的用碱量，因此在白泥减量化方面也有效果。而从总体成本上，带来吨浆100元左右的节约是确定无疑的。”

　　少用一半的碱，带来的是末端污染负荷的降低。据李忠兴介绍，他们在企业的试验结果表明，中段水COD浓度可以从1500毫克/升降至1200毫克/升;造纸黑液COD下降幅度更为明显，可以从2.8万~3万毫克/升的水平下降到1.4万毫克/升左右。

　　同时，节能降耗提效的作用也较为明显。实验表明，原料经酶解后制浆，吨浆用水可以从85吨下降到55吨，蒸煮时间从4~5个小时降低到90分钟;而因为减少了化学品对纤维的破坏，还带来了纸浆收率的提高，平均提升5%~8%，实际可以到10%左右。

　　李忠兴特别提及用碱量减少带来的固废产生量降低。“白泥是碱回收环节的副产品。大概每回收1吨碱，要产生1吨白泥，生产1吨化学纸浆大约要产生400公斤白泥，而我国造纸白泥的回收利用由于规模等问题，得到妥善处置的比例不高，随意倾倒造成新的污染。”

　　酶应用还有哪些困难?

　　酶种的选择、精确控制以及如何融入自动化程度较高的连续工艺，仍存在很多问题;在技术与经济可行性方面还需要进行大量的探索与实践

　　曹朴芳也参加了对浣溪沙技术项目的鉴定会。在现场，她提出了要对技术、产品进一步精确定位、完善标准的建议。她表示，生物技术、酶技术的应用在造纸行业内已经探索多年，包括科研院所、企业都有研发。目前，生物脱墨酶、生物施胶酶等已在生产中得到应用，但酶在造纸行业中实现大规模应用尚有待进一步开发。

　　“将生物酶应用于原生纤维原料预处理，普遍还在研发阶段，实际应用较少。”曹朴芳说，从研究来看，酶解技术的应用在减少化学品使用、提高纸浆质量、降耗减排方面有效果;但实际应用中，在稳定性、配套设备、连续生产等方面挑战较大。

　　曹朴芳肯定了酶技术在造纸行业的未来，特别是其在节能减排上的潜力。但她表示，这条道路上困难很多。“造纸工业的原料、制浆方法、工艺流程、设备型号、产品品种等复杂多变，彼此差异大，相应的酶种选择、精确控制，如何融入自动化程度较高的连续工艺，仍存在较多问题;在技术与经济可行性方面还需要进行大量的探索与实践。”

　　当时，她在现场会上针对浣溪沙企业当时没开发应用的情况给出的建议是，要从间歇的蒸球原料预处理转向在连续蒸煮生产线和化学机械法制浆等先进工艺上做尝试，需要开发酶解设备。

　　李忠兴表示，此前技术只是在蒸球使用上取得了效果，但这种工艺正在面临淘汰。而在先进的连续蒸煮生产线上、化学机械制浆(注)方面，还没有得到验证。

　　同时，他对技术存在的缺陷也并不避讳：在蒸球试用的结果表明，会导致蒸球装量不足的问题。来自造纸企业的反馈也是如此。“装锅量会减少7%~10%，在赶产时可能会对生产有影响。”耿海燕表示。

　　韩红生在接受记者采访时表示，“生物技术在造纸上的应用才刚刚开始，应该在木材制浆、机械浆方面加强研究，并扩展至造纸磨浆系统，同时应注重辅料制备系统的研发。”

　　近一两年来，李忠兴和他的研发团队将技术研发试用的重点放在了化学机械制浆和连续蒸煮生产线上。不久前，他在泰格林纸(中贸圣元公司)忙着酶解装置工程验收，这家从事化机浆生产的企业即将开展酶解技术的大试。

　　他介绍说，酶解技术不仅可以带来常规的节能减排效果，还可以帮助化机浆解决纸浆反黄的难题，显著提升纸浆白度，从而提升产品的附加值，这是相关企业最为看重的方面。

　　“化机浆是国内目前发展速度较快的工艺，更有可能大规模应用酶解技术。这种工艺能耗大，吨浆能耗达1200~1300千瓦时，此前的小试已经取得了效果，我们的目标是节电15%~20%，节省近1/3的化学品使用，纸浆提升两个白度。”李忠兴说。

　　而酶解设备的研发也已经交给专业的造纸设备企业稳步推进。“酶解装置可以解决装量不足的问题，更重要的是可以与自动生产线进行对接。”李忠兴说，此前连蒸连煮工艺对酶使用的挑战主要是温度，130度的生产温度会破坏酶的活性使其失效。而现在可以在原料进入生产线之前，预先在酶解装置中实现反应。

　　“现在是万事俱备，只欠酶解装置。”耿海燕说，经过近年来的调整，河南拥有禾草制浆企业7家，已经逐步淘汰蒸球工艺，现在都是单条5万吨以上的规模，应用连续生产线。因此，需要研发酶解装置，与连续蒸煮生产线顺利对接。

　　据他透露，协会和企业都会持续关注技术的进展。而当地的银鸽和兴泰两家造纸企业都明确表示将继续试用酶解技术。特别是兴泰更为积极，因为其新上产能对应的碱回收能力不足，酶的应用可以大大缓解压力。“5万吨生产线配套的碱回收装置，投资就需要几千万元，而且厂内空间也很有限。”