一种生物脱除树脂的方法 【技术领域】
本发明涉及一种生物脱除树脂的方法，具体是涉及一种利用白腐菌和长喙壳菌联合作用以脱除树脂的方法。
背景技术
树脂是造纸原料的一种组成成份，一般占木材干重的4～6％左右，它主要分为三种类型：防御性树脂、贮藏性树脂和植物激素。防御性树脂包括萜类物质、松脂酸和酚类，主要作用是保护植物免受害虫和病菌的入侵；贮藏性树脂包括脂肪、脂肪酸和蜡，起植物营养库的作用；植物激素数量很少，主要是一些甾醇类物质。树脂的浓度和组分随地理环境、季节变化和植物位置的不同而变，但含量最多的是松脂酸和脂肪酸，松脂酸以松香酸和脱氢松香酸为主；脂肪酸以亚油酸和油酸为主。脂肪酸存在于植物的表皮组织中，松脂酸主要存在于下表皮组织的脂孔隙中。
树脂类物质是存在于造纸原料并伴随整个生产过程中的主要污染物，难降解，不容易处理，这些污染物随造纸机系统进入废水中，使得废水处理后虽能达标排放但无法进一步清洁回用，浪费了丰富的水资源。如以一家年产15万吨的造纸厂为例，每天产生4.8万左右M3废水，年产生废水总量巨大、近2000万M3，因为树脂类物质的存在导致这些废水难以处理后清洁回用；存在于抄纸系统中的树脂类物质会引起“树脂障碍”，即造成纸机断头、纸张白度和强度下降并导致机器设备严重堵塞等现象。目前，造纸工厂清除树脂是在一种电解膜上实现的，需消耗大量电能，而且这种方法只是一种转移树脂成份的方法，并没有将树脂成份清除；还有一种方法是加入一些分散剂如高岭土，使树脂类物质分散，不容易在纸张或设备表面上凝结成团。国内造纸工厂的现有脱除方法不但要耗费大量电能，而且也只是一种转移树脂的方法，并没有降解树脂，大量的树脂成份仍会进入抄纸和废水系统中，使废水难以达标回用。
国外近几年提出用纯培养真菌长喙壳菌(Ophiostomapiliferum)脱除木片表面树脂的专利技术，具有一定地脱脂效果，脱脂率在10％左右。由于木材结构的复杂性，木素与木材其它成份紧密结合，且脱脂微生物对木材其它成份如木素等很难降解，因而现有的脱脂微生物不能进入木片组织内部，只在木片表面生长，脱脂微生物很难进入木片组织内部，这是造成生物脱脂速度较慢，脱脂效率不高的原因。因此，发展具有自主知识产权的生物脱除树脂新技术是十分必要的。
【发明内容】
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种生物脱除树脂的方法，并实现生物制浆过程中实现对树脂的最大脱除，从而消除树脂类物质引起的“树脂障碍”问题，实现机械制浆或化学-机械制浆过程的清洁生产。
为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种生物脱除树脂的方法，具体由以下步骤组成：
(1)、具有降解木素能力的微生物：白腐菌从森林中的腐朽木材经过分离和选择性培养基(孔径＞60目的木粉培养基)筛选得到，并进一步经过紫外线照射诱变，通过7～10代的遗传选育，筛选出的新菌株。长喙壳菌具有降解树脂的能力，从森林中筛选长喙壳菌用Co60幅照1～30min或40Wt紫外线照射1～5min；经10～18代遗传选育后获得的不产生蓝色代谢产物的新菌株。白腐菌产生的酶的特性为：木素过氧化物酶活性范围：100～1500IU/g；锰过氧化物酶活性范围：100～1500IU/g；漆酶活性范围：100～1500IU/g。长喙壳菌产生的酶的特性为：脂肪酶活性范围：＞100IU/g。
(2)、以具有木素降解能力的真菌白腐菌和降解树脂能力的真菌长喙壳菌及其混合菌(1∶0.1～10)为接种源，按干重计，加入占造纸原料干重0.001～1％的孢子或菌丝体，造纸原料为来源不同的木片和切碎的草类原料(长度不等)。不加外源营养，在pH2～6、温度为室温～39℃、通风透光条件下进行固体大面积(50～400M2)、薄层(5～30cm厚)培养2～12天。将微生物处理后的造纸原料进行化学机械或机械法制浆；
(3)、对微生物处理后的化机浆或机械浆加入能降解脂肪类物质的微生物发酵产生纯化的脂肪酶(酶活＞100IU/g)以干重计，加入占纸浆干重0.001～5％的酶量，在搅拌情况下，作用0.5～2.0h。
也可以采取下述方法来代替步骤(3)：当采用(1)和(2)步骤所述条件处理后对树脂类物质脱除率＜60％时，对纸浆进行接种白腐菌培养。以白腐菌和长喙壳菌的混合菌(1∶0.1～10)接种，以干重计，加入占纸浆干重0.001～1％的孢子或菌丝体，不加外源营养，在pH2～6、温度为室温～39℃、通风透光条件下进行固体大面积(50～400M2)、薄层(2～10cm厚)培养1～3天。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
与国内外同类发明相比较，其特色之处是在于用白腐菌射脉侧菌(Phlebiaradiata)I-5-6+长喙壳菌(Ophiostoma piliferum)-22联合处理造纸原料，并研制相应的设备进行在线控制，在生物制浆过程中进行生物脱除树脂，将生物制浆和生物脱脂结合起来，这是国内外尚未报道过的新技术，也即是本研究的创新之处。本发明将脱酯技术与新设备高度结合起来，创新之处有：
(1)、对原料和纸浆中的树脂进行有效脱除，树脂脱除率超过80％，废水COD污染负荷降低60％，经一级生化处理后可以清洁回用；
(2)、节省制浆电能15％以上；
(3)、采用本发明的白腐菌射脉侧菌(Phlebia radiata)I-5-6+长喙壳菌(Ophiostoma piliferum)-22联合脱脂技术的废水污染负荷降低80％以上，废水处理后可以清洁回用。
【具体实施方式】
以下结合具体的实施例来对本发明作进一步的描述：
实施例1
原料：马尾松木片；混合微生物菌株：白腐菌射脉侧菌I-5-6+长喙壳菌-22；培养方式：固体薄层培养；培养条件：不加外源营养，在pH3、温度为室温、通风透光条件下进行固体大面积(150M2)、薄层(15cm厚)培养5天。将微生物处理后的造纸原料进行化学机械或机械法制浆；树脂含量测定按苯乙醇抽提法；制浆工艺：化学机械法。结果如表1所示：
表1.经实施例1所述条件处理后的白腐菌脱脂结果 混合微生物培 养时间(d) 树脂脱 除率(％) 化学机械法 制浆磨浆段 节能率％) 制浆废水 COD 相对值(％) 一级生化处理 2d后废水COD 去除率(％) 0 1 3 5 7 0 19.7 67.8 81.2 88.5 0 3.2 12.8 13.6 14.3 100 91.1 51.6 43.9 41.3 34.6 46.3 91.5 92.8 95.3
实施例2
原料：马尾松木片；混合微生物菌株：白腐菌射脉侧菌I-5-6+长喙壳菌-22；培养方式：固体薄层培养；培养条件：不加外源营养，在pH4.5、温度为37℃、通风透光条件下进行固体大面积(300M2)、薄层(12cm厚)培养7天。树脂含量测定按苯乙醇抽提法；制浆工艺：机械磨浆法。结果如表2所示：
表2：经实施例2所述条件处理后的白腐菌脱脂结果 混合微生物培 养时间(d) 树脂脱 除率(％) 化学机械法 制浆磨浆段 节能率(％) 制浆废水 COD 相对值(％) 一级生化处理 2d后废水COD 去除率(％) 0 1 3 5 7 0 17.7 68.8 86.2 89.5 0 3.5 11.9 14.6 15.7 100 92.1 57.8 48.7 42.3 35.7 45.1 87.8 89.5 91.3
实施例3
原料：马尾松木片；混合微生物菌株：白腐菌射脉侧菌I-5-6+长喙壳菌-22；培养方式：固体薄层培养；培养条件：不加外源营养，在pH3、温度为室温、通风透光条件下进行固体大面积(250M2)、薄层(25cm厚)培养9天。将微生物处理后的造纸原料进行化学机械或机械法制浆；树脂含量测定按苯乙醇抽提法；制浆工艺：化学机械法。结果如表3所示：
表3：经实施例3所述条件处理后的白腐菌脱脂结果 混合微生物培 养时间(d) 树脂脱 除率(％) 化学机械法 制浆磨浆段 节能率(％) 制浆废水 COD 相对值(％) 一级生化处理 2d后废水COD 去除率(％) 0 1 3 5 7 0 21.2 68.9 84.6 91.3 0 5.3 13.9 15.7 17.2 100 89.2 71.3 54.1 43.6 33.7 42.7 89.6 91.3 94.8
由上述实施例可知，本发明具有如下优异效果：
(1)、对原料和纸浆中的树脂进行有效脱除，树脂脱除率超过80％，废水COD污染负荷降低60％，经一级生化处理后可以清洁回用；
(2)、节省制浆电能15％以上；
(3)、采用本发明的白腐菌射脉侧菌(Phlebia radiata)I-5-6+长喙壳菌(Ophiostoma piliferum)-22联合脱脂技术的废水污染负荷降低80％以上，废水处理后可以清洁回用。