1、高新技术与现代造纸工业2002 年 11 月一、现代造纸工业的特点及其新技术发展的时代背景造纸工业是一种与国民经济发展息息相关的重要传统产业。纸及纸板作为文化宣传和信息交流的重要载体，作为工业产品流通过程中最主要的包装材料，人们现代生活中不可或缺的日常卫生消费品，决定了它在一个国家政治、经济文化等领域的重要地位。140年间世界及中国纸及纸浆产量分别增长至4.35倍和11.77倍，大体上都是与世界及我国整体经济增长速度相适应的。如图1所示。1990的资料表明，世界造纸工业共拥有固定资产总值约4000亿美元 ，年生产总值约2600亿美元 ，即每100美元年产值约需154美元的固定资产。我国1978
2、年每百元产值占有的固定资产如图2所示。所以现代造纸工业是与重化学工业、治金及石化等重工业同属于资金密集型的产业，它的发展需要巨额资金的投入。新建一座年产20万吨现代化的漂白商品木浆厂（是较小的可行规模），大约需投资3035亿元。现代造纸工业基本上实现了高度机械连续化生产，实行24小时不间断的连续流水作业，又是使用多种纤维及化工原料，消耗大量热能、电能及水，其整个生产过程的监控与组织协调及质量控制 、污染防治、设备维护都要求水平很高的技术装备与人才，因而它也是技术密集型的产业。图 1 40年 来 世 界 及 中 国 纸 及 纸 浆 产 量 的 变 化743632329.5180 30900100
3、002000030000400001960年 2000年时 间产量（万吨）世 界中 国图 2 我 国 1978年 每 百 元 产 值 占 有 的 固 定 资 产资 产 98 8082 29 34 0 20 40 60 80 100 120 造 纸 工 业 化 学 工 业 石 油 工 业 食 品 工 业 纺 织 工 业 元 2制浆造纸工业曾经多数是能源消费大户，以工业最发达的美国为例，其造纸工业曾是其制造业第二能耗大户，其能耗约占美国制造业总能耗的12%，美国总能耗的3%。造纸工业也曾是耗水的大户，1959年美国硫酸盐法制浆厂每吨浆用水量达240吨。我国当前多数造纸企业平均每吨浆纸产品的水耗平均
4、约为300吨，比50年代的美国还要高。造纸工业也是植物纤维原料的消费大户生产每吨化学纸浆（占纸浆生产量的70%左右），约消耗： 0.6吨碱、氯等化学品 ； 2.4吨的干植物原料 ； 投入3吨原物料仅得到1吨产品，其余两吨原材料若不妥善处理，如不进行综合利用和治理，而直接排向环境，必然大量浪费资源并造成严重污染。所以造纸工业的特点是：资金密集型产业； 技术密集型产业； 能源消耗大户； 废水污染负荷大； 是继信息产业、航天航空业之后的第三大产业。人类社会的发展进步，对造纸工业产品的质量和品种都不断提出了新的要求在开放的世界市场上，纸及纸板和其它商品一样，都面对激烈的市场竟争，如何保持稳定优良的产品
5、质量与高效率，低成本的产出，也迫使各造纸企业不能不从开发与运用高新技术方面寻求出路 近50年来，计算机、微电子信息技术、生物工程技术、新材料技术，以及各种新型在线测控与科研检测手段的发明应用，为造纸这一传统产业的技术革新和现代化，提供了良好客观条件。传统工业生产部门对如何节约和保护人类赖以生存的有限自然资源和生态环境，不能不成为其发展前进中必需认真解决的问题。根据造纸工业的特点，更不能不将节约自然资源（突出的为纤维原料、能源和淡水资源），消除污染以保护环境，作为自身生存发展的最迫切任务，以提高生存与竟争能力。制浆造纸过程示意图：原料（如木材）化学品（如碱）3目前造纸工业面临的问题如下：提高质量
6、和增加品种；提高生产效率；降低原料消耗；节约能源； 消除污染。二、高新技术与现代造纸工业（一）以实现清洁生产、综合利用资源、消减环境污染为主要目标的几种新技术在这方面，从国际范围来看，重点是降低化学制浆漂白废水中的毒性强的有机氯化物（一般以可吸附的有机卤化物含量表示，简称 AOX） ，采取的主要技术路线是：（1）在化学浆蒸过程中，降低其残余木素含量，从而为降低其漂白过程所需的漂白剂量创造条件。（2）采用不产生毒素有机氯化物的新漂剂。具体发展并已得到工业应用的新技术主要有以下几种：制 浆纸 浆中段废水黑液废水处理达标排放药品回收化学品造 纸白 水纸白水回收 回收浆能源（水）添加剂41. 在化学浆
7、的连续蒸煮技术方面：近几年新开发的“深度脱木素改良型蒸煮”工艺及装备（简称 EMCC）及“等温连续蒸煮”工艺及装备（简称 ITC） 。用这种新技术能制得较低硬度（即低木素含量）的纸浆，但不降低纸浆强度，并能节约蒸煮用汽，主要适应于大型漂白木浆厂，国际上新建大型漂白木浆厂已较普遍采用。2. 在间竭蒸煮方面：国际上新开展了“快速置换间竭蒸煮”工艺及装备， （简称 RDH）及“深度间竭蒸煮”工艺及装备（简称 Super Batch） ，均能在保持纸浆强度下，大幅度降低纸浆硬度，由于这种技术均能大量节约蒸煮用汽，故也称为节能型蒸煮工艺，目前已有实际应用，但范围不广。3. 氧脱木素技术。这一技术是在化学
8、浆厂传统的蒸煮及漂白两工序之间新增加的一个工序，系利用氧气在碱性条件下对中高浓度（1030%）的粗浆进行更深度的脱木素，其废水可以并入蒸煮黑液进行回收处理，从而减轻整个制浆系统的污染负荷。随着这一技术的日趋成熟和环境要求的加强，这一新技术在九十年代应用发展较快，以日本为例，在九十年代初即有约 20 多家大纸厂几乎同时从北欧引进这一技术。4. 无元素氯漂白技术（简称 ECF） 。传统的纸浆漂白，主要采用氯作漂白剂，这是漂白废水中形成毒性物质 AOX 的根本原因，这种毒性物质受到各发达国家的高度重视，由此发展了以二氧化氯全部替代元素氯作为漂剂的这一新技术，根据研究，采用氧脱木素及无原素氯漂白技术后
9、，纸浆漂白废水中的 AOX 含量降低了 93%，而且由于采用二氧化氯后能改变 AOX 的性质，使其毒性近于消失。在严格的环境要求下，这一技术在发达国家已为相当多纸厂所采用。5. 全无氯漂白技术（TCF） 。这一新技术是 ECF 技术的进一步发展，即全部以过氧化氢及臭氧作为主漂剂进行纸浆漂白从而从根本上消除氯化有机物的形成，是纸浆漂白工艺的最新发展，能满足最严格的环保要求。这一技术国际上于最近开发成功，并已实用于少数企业。由于生产成本较 ECF 技术高，目前尚未取得主要应用地位。6. 硫酸盐法（包括烧碱法）制浆蒸煮黑液高效碱回收技术。制浆蒸煮废液（黑液）是化学制浆过程最大的污染源， （生产一吨化
10、学纸浆约有 2 吨多原材料溶入黑液中） ，造纸工业较早即发展了将黑液进行浓缩燃烧的碱回收技术，这一技术国际上在 40 年代即趋于成熟，从整体上看，已不属于新技术范畴，但其中部分技术也得到了进一步发展，成为效率更高的重要技术。这些发展包括：（1） 在黑液的蒸发浓缩方面,较普遍地发展采用了自由流降膜式蒸发及蒸发污冷凝水的联合汽提技术,从而有效地提高了蒸发热效率及最终黑液的浓度，并减轻了过程排放的污染物。 （2） 发展了低臭亚高温碱回收炉，减轻了燃料过程排放的含硫臭气，并提高了回收炉的热效率。 （3） 发展了预挂式白泥过滤机及高效短白泥煅烧窑，大大降低了石灰回收的能耗及碱损失。这些技术都是国际上碱回
11、收技术较新进展，由于对新碱回收技术的普遍应用，在发达国家中，造纸工业的纸浆蒸煮废液这一主要污染源已基本解决，所以能集中力量解决漂白废水的污染问题。我国情况则不同，除部分大型木浆厂引进国外技术，达到较好的水平，而且部分重要设备如自由流板式降膜蒸发器，高效低臭碱回收炉，预挂式白泥过滤机等较新技术装备已经自行研制逐步投入运用外，约有 70%以上的中小纸厂还根本没有采用碱回收这一最有效的黑液处理技术。少数已采用碱回收的草类纸浆厂的碱回收效率也相当低下。使制浆蒸煮废液的污染防治，仍成为当前产业生存发展的主要问题。总的看来，中国造纸工业要解决化学浆的主要污染并节约资历源，普遍推广使用高效碱回收技术是比较最
12、为现实可靠的。而要较成功地运用这一技术，则调整造纸工业的企业结构和原料结构，可能是必要的前提。7. 超高得率制浆技术。一般化学法制浆的浆得率在 4550%左右，即纤维原料中有 4550%会5成为制浆过程必需处理的废弃物。采用较复杂的碱回收技术，进行回收处理是最普遍的选择，如果难于采用碱回收技术，而又需要降低污染、节约资源，则采用超高得率的制浆技术，可以得到部分解决。根据原材料品种的不同，这一技术的制浆得率约在8090%之间，其纤维原料消耗及产生的污染负荷均明显低于化学法制浆，这类技术一般均为利用较低量化学品，主要用 Na2SO3、NaOH、H 2O2 等进行预处理，然后经机械磨解成浆，这一技术
13、近 20 年中在国际上得到一定发展应用，我国也有几家大型纸厂引进国外技术与装备，并有部分投入生产，所产纸浆主要用于新闻及印刷纸类。这类制浆技术中，以称为漂白化学热磨机械浆（BCTMP）及碱性过氧化氢化学机械（APMP）较受重视。但由于以下一些原因，其推广应用并不如人们预期的广泛：（1） 其制浆污染负荷虽低于化学制浆，但并不能不加治理即能达到容许排放的要求，而治理技术却不如化学制浆废液的经济、成熟。 （2） 化学制浆虽然纤维原料消耗较高，但浆的质量高，且能从其废液中回收大量能源，而超高得率制浆能耗高，能耗高而回收困难。 （3） 这类浆的适应范围小，为日益扩大的废纸回收资源所替代。这使得对这一新技
14、术的采用，必需从环境保护、节能及其应用领域各方面进行全面的评估比较。8. 回用废纸的高度净化技术。造纸工业的优点之一是其产品经使用废弃后，仍可重新用作造纸纤维原料，既可减轻对纤维原料、能源和水资源的消耗，又可减轻纸类废弃物对环境的污染。废纸的回用并不是一种新技术，但对废纸中大量难于分离的含杂物，如塑料、胶料、多种印刷油墨的高效脱除净化，以提高其使用价值，则是近年来废纸利用技术的新发展，包括以下主要内容：（1） 只离解纸类成浆而不破碎塑料膜带等的转筒式废纸碎解机。 （2） 高效的轻重杂质分离装备。 （3） 有效处理热溶胶之类难于分离杂质的热分散技术。 （4） 高效的对不同印刷油墨的浮选、漂白、净
15、化装备及相应的化学脱墨剂的开发应用。由于这些新技术的采用，国内外已有利用 100%脱墨净化的费旧新闻纸、杂志纸，生产优质新闻纸的工厂。许多主要包装箱纸板生产厂也大量利用废纸箱经过完善的精选除杂处理后生产箱纸板类、生产情况与经济效益均相当良好。（二）以节水、节能为主要目标的新技术造纸工业的工艺流程中，水是其主要纤维原料（纸浆）的载体，在纸浆的洗涤、筛选、净化、漂白、储存及打浆、抄造及流送过程中，由于各项处理工艺要求纸浆的浓度不同，一般均需经过反复的稀释浓缩，以致最后加热干燥（全过程要求纸浆浓度最低达 0.3%，最高达 30%，成纸干度则达 94%左右） ，使水的消耗很大，浆料泵送与干燥的能耗和浆
16、料的流失也大，造纸工业除不断改善生产过程用水的重复回用技术外，近年重点研究开发以下一些新技术：1. 中浓技术（中浓一般指 10%左右含浆量的浆料）和废水净化回用技术。这一技术的目标是将制浆造纸主要工艺过程的工艺要求大体能适应 10%左右的浆浓，同时开发研制了能输送 10%左右中浓纸浆的输浆泵，和适合储存 10%左右浆浓的贮浆塔，以尽量减少生产过程反复稀释浓缩的装备及能耗与水耗。迄今这一技术已基本解决了中浓输浆泵和中浓贮浆池的设计制作，以及中浓氧脱木素和漂白的工艺技术与装备，但抄纸成型方面，则为了保证工艺效果和纸张匀度要求，采用中浓技术的难度很大，迄今仍然需在低浓（1%以下）条件下运行，缺乏突破
17、性的技术进展，因而采用压力封闭筛选系统和最充分的纸机白水净化（如过滤、气浮、超滤与反渗透的膜分离技术等）进行大量重复利用，已能为吨浆吨纸的用水量的大量降低，并回收部分有用资源创造了良好6条件。但中浓技术的巨大节水、节能效益是值得造纸工业执着追求其进一步发展的。我国近年来在开发研制中浓输浆泵，中浓混合器，中浓漂白技术装备方面已做了一定工作，也引进了部分国外技术，但应用面还十分窄狭。2. 造纸机高效脱水与烘干的装备器材的开发利用。造纸机的湿纸页最后都需进行加热干燥，耗能很大，利用机械方法提高进入烘干前湿纸页的干度，是节能的主要途径之一（大体上每提高湿纸页干度 1%，可节约烘干能耗 3%） 。因而近
18、年对造纸的湿部开发应用了多种新型脱水装备器材，既有利于节能，也有利于高速抄造，主要有：以具有可控中高辊的高强压榨，靴型压榨及特种耐高压毛毯（BOM）替代传统压榨和毛毯，采用这些新技术大体上可以降低进入烘干前湿纸页水分 5%左右。在造纸机的烘干部，国外较普遍采用了全封闭汽罩，并使用袋式通风，排汽废热回收，以干网替代传统的干毯等成套较新技术。在我国 90 年代进口的新型纸机上，都基本采用了这些新技术。近年对在老造纸机上采用刮水板，聚酯成型网，和烘干干网方面则发展较快，对造纸机白水的净化处理和大量回用，都已初步取得一定节水节能效果。3. 加热及换热装备及热力管线的高效保温绝热技术。制浆造纸的热力装备
19、（如蒸煮器、漂白器）及大量的蒸汽管线过去一般都有一定保温装置，自 70 年代石油危机油价飙涨开始，一些发达国家均对采用高效保温绝热材料，给予了高度重视，在 70 年代末至80 年代初，大量更新了所有热装备及管线的保温材料，取得了较好节能效果。在这方面，我国造纸工业尚未引起必要的重视。（三）为稳定和改进产品质量，提高生产效率所采用的高新技术造纸工业在这方面主要利用了新兴的计算机及微电子信息网络技术，以及红外，幅射、电磁等在线控测手段来满足这些方面的需要。并使整个生产系统能集中在控制室进行有效的协调管理。1. 主要利用对光频、红外、 、幅射、PH 值、压差、速差、张力、浓度、光吸收,，流体粘滞性等
20、物理及化学变量的在线检侧及可编程的控制程序，对生产过程中，纸浆的流量、浓度、硬度、白度，纸的厚度、定量、水分、灰分，以及联动机各部分速度等进行自动调控，并通过电子信息网络系统对数据的采集传输，向集中控制室提供适时测控数据与运行情况，并接受控制人员反馈指令，进行必要的调整或改变原有设定值（如工艺参数、产品品种、生产速率等） ，是不断自行优化生产工艺，保证高效运转和稳定产品质量的极重要手段，可以说在线测控技术与微电子信息网络这类最新技术的应用，是造纸工业实现现代化的重要标志。国内在这方面，已逐步受到重视，并在新扩改建设项目中得到局部应用。2. 为了提高纸张的保存寿命，纸张逐步从传统的酸性施胶，改用
21、中性施胶。预计中性施胶技术在中国造纸工业会得到一定发展。3. 软压光技术。传统的纸机压光，一般在增加纸张纸板的表面平滑度外，也使纸的松厚性降低，纸的紧度也不均一。新发展的软压光技术，其压光辊既有能加高温及的硬质合金辊，又有包复能耐高温软层的可控中高的软辊，在这种表面较软，又施加高温（约 160180）的条件下压光，在提高纸张平滑度的同时，可在得到较均一的紧度，这种技术装备，在新型纸机上应用已日益广泛，我国近年新建大型式特种纸机上已开始采用。并开始了自行研制开发。（四）增加产品加工深度，开发新产品，提高产品附加值的一些计要技术7在增加产品加工深度，开发新产品，增加产品附加值的新技术很多，概括起来
22、主要有如下几个方面：1. 表面涂布与复合加工技术。纸的表面涂布加工技术并非近年才出现的技术，但涂布方法，涂料配方，特种涂料及辅料的研制开发方面均有很大发展，是造纸工业开发新产品，增加产品附加值的一个重要方面。涂布方法在机外涂布方面，为了获得高度平整光泽的涂布表面及节约能源，采用高固含量的涂料（60%左右干度）以节约干煤能耗，刮刀涂布及多次涂布方式等得到较快的发展应用。在纸机内进行轻量涂布，则门辊式涂布器和计量膜式涂布器较为普遍，大量印刷用纸张经过涂布加工后，印刷品质量大为提高，涂布加工设备的制造已得到日新生月异的发展，国外基本上由几大公司所垄断，我国近年由沙市轻机厂等吸收国外技术进行了开发研制
23、，在国内已得到一般涂布加工纸厂的采用，在涂料的配方研究涂料的制备方面，国际上发展很快，我国的有关科研、高校及企业也进行了大量工作，涂料制备设备尚多依靠进口。涂布加工纸技术，并不单纯用于印刷纸，还有大量新的纸种，也基本上是依赖涂布加工技术的，如无碳复写纸，某些热敏光敏磁性记录用纸，特殊装饰用纸，离型纸、防粘纸等等。涂布加工技术除涂布及涂料制备技术外，涂剂配方及特种涂材的研究也是涂布技术发展的重点，近年技术进展很快，国外各种新型颜料、胶料、润滑剂、特种功能剂，层出不穷，近年国内已在引进吸收技术的基础上进行了一定研究开发工作，取得了不少进展，但与国外仍有较大差距，有些如无碳复写纸所用微胶囊虽经多年研
24、究，目前仍不得不依赖进口。2. 纸的复合加工新技术。为了制取一些具有特殊性能的纸及纸板，如高级强韧不翘曲的书面纸板，铝、塑、纸及纸塑等不同材料的复合包装用纸及纸板。在这方面，国内也已开始引进国外新技术、开发研制出不少这方面的新产品。3. 特种纤维原料与化学助剂的开发应用。一般造纸原料均为植物纤维，在某些特种纸的生产上却不能完全依赖植物纤维以取得某些纸张所需要的特殊功能，因而开发应用一些特殊纤维原料与化学助剂也是造纸新技术发展的一个方面。在特种纤维原料方面，如：超微玻璃纤维用于生产特种过滤用纸，合成纤维用于生产具有耐热防水性能的茶叶袋用纸、干法生产的无尘檫拭纸，矿物纤维用于防燃及特殊吸附功能的用
25、纸等等。在化学助剂方面：如开发研制和应用具有助留、助滤、防粘、抗水、防油、阻燃、助燃、增强、光敏、热敏等性能的化学品。以阴离子胶体氧化硅为代表的纳米级微粒子用于高速造纸机的助留助滤，效果独特，纳米材料在解决造纸机湿部化学方面存在的一些问题，可能前景广阔。我国在这些方面近年也有较大进步，但独有创新之处不多。（五）生物技术与现代造纸工业1生物育种基因重组技术是将基因重新组合，然后将基因转化或转移到细胞中进行复制和表达的技术，是改良生物性状的有力手段。美国密歇根工业大学姜立泉实验室经过.3年的努力，终于发现一种通过基因改造的方法减少树木木素含量的方法：使用一种称之为反义（antisence）技术控制
26、木素合成的基团Pt4CL1，令其处于“抑制状态”，其结果取得了转基因树木。该基因杨树比对照杨树的木素含量降低了45%，而纤维素含量增加了15%，并发现该树木生长快，树高比对照树高出30%。英国Zencea公司已分离出一种肉桂醇脱氢酶的基因抑制物，它能抑制木素的生长，将这种特殊的基因酶植入到速生型杨树和桉树优良8品种中，培育出的新一代造纸用材，在蒸煮过程中木素易溶出，可节省化学品用量和降低能耗、提高纸浆得率、减轻废水污染负荷和降低处理废水费用。法国生物细胞研究中心通过基因重组改良杨树中的木素，使杨树更加适合于制浆造纸。比利时Elserive学公司研制成功利用分子基因工程在树木中生物合成新型木素，
27、这种改性的木素易于从树木中抽提出来。台湾省林业试验所已研制成功转基因的桉树苗木，它具有纤维素含量高和木素含量低的特性。利用基因工程技术除了降低了木素含量外，还改变了树种三种木素结构单元的比例，其目的在于使制浆或漂白过程木素更易脱出。2生物制浆 自然界的有些真菌或细菌能分泌出某种具有选择性，能主要作用于分解木质素，半纤维素或纤维素的酶质，如果人们能培养这类菌种取得足够的木素分解酶，就可以不用化学品，并在常温常压下分解纤维原料中的木素而成浆且不产生必须处理的污染物，这将带来制浆技术的革命性进展 。由于微生物能有效地将植物纤维原料中三大成分转化成 CO2、H 2O 和腐殖质，该过程具有环境友好性，而
28、且可降低能耗和化学品用量，因此将生物技术作用于制浆造纸过程，有利于克服化学法所存在的缺点。以生物途径代替化学途径或部分化学途径进行制浆，受到了广泛青睐。瑞典造纸研究所(STFI)率先开展了这方面的工作，利用白腐菌对木片进行预处理，发现经预处理后的木片进行磨浆能大幅度降低能耗，并变异选育出没有纤维素酶活性的变异菌株，降低了对纤维的损伤。美国林产研究所和威斯康辛大学合作进行生物制浆的研究，工艺采用生物机械法，在机械磨浆前先用真菌预处理木片，较 RMP 法可节约24% 30%以上的电能，较 TMP 法可节约约 31%的电能，成纸的强度包括抗张强度、耐破度、撕裂度均比 RMP 法、 TMP 法有较大提
29、高，同时亦可较大幅度地降低生产成本。近年来还有报道生物预处理化学制浆方面的研究，包括生物处理后进行硫酸盐或亚硫酸盐蒸煮，结果表明：生物预处理可缩短蒸煮时间，有利于低卡伯值化学浆的生产。另外生物预处理对后续亚硫酸盐蒸煮变得十分有利，与未经生物预处理相比较，其卡伯值下降21% 48%，而且浆的得率变化不大。3生物漂白由于环境对制浆造纸工业的压力以及市场的近切需要，改革传统的氯漂工艺，消除氯漂废水的危害，已到了刻不容缓的地步。利用生物技术进行纸浆漂白，是降低废水污染、实现TCF漂白的一种有效途径。生物漂白就是利用微生物或其分泌的酶处理纸浆，达到脱除木素或有利于脱木素，并改善纸浆的可漂性或提高纸浆白度
30、及其它性能的过程。北美和欧洲许多硫酸盐工厂已将木聚糖酶列入生产流程中，并取得了一致的效果。经木聚糖酶处理后可降低成本 20%，可降低 AOX5%20%，COD 值可降低 80%以上。漆酶作为木素降解酶，用于纸浆的研究较晚。它是一种含铜的酶蛋白，产于不同种类的微生物和一些植物中。它能使各种不同浆种中的残余木素脱出，浆的卡伯值下降 50%以上。麦草化学浆经漆酶预处理，脱木素率为 59.2%，比木聚糖酶预处理高 17.7 个百分点，漆酶预处理结合 CEH 三段漂白，漂白浆的白度和可漂性得到较大幅的提高。4生物技术合成纤维素 绿色植物能合成纤维素，然而一些细菌也具有合成纤维素的能力，其中木醋杆菌（Ac
31、etobacterxylinum）合成纤维素的能力最强，具有大规模生产的潜力。我们把这种微生物来源的纤维素称为“微生物纤维素”或“细菌纤维素” 。与植物来源的纤维素相比，微9生物纤维素最突出的优点，一是木醋杆菌产生的纤维素极纯,100%的纤维素，不含半纤维素、木质素和其他细胞壁成分，提纯过程很简单；二是微生物纤维素不同于植物纤维素，具有优越的物理性质和机械性能。由于其内部有很多“孔道” ，有良好的透水、透气性能，具有很强的亲水性，并且具有较高的湿强度。在造纸工业中，把微生物纤维素添加到纸浆中，可提高成纸的强度和耐用性。Ajinomoto 与三菱造纸厂开发出了添加微生物纤维素的高质量纸品和特殊纸
32、品，可用于流通货币的制造。美元纸币质量较好，具有很好的强度、耐用性和抗水性等，其原因就是其中添加了微生物纤维素。此外在制造吸收有毒气体的碳纤维素纸板时，加入微生物纤维素可提高碳纤维素板的吸附容量，减少纸中填料的流失。5生物技术控制树脂障碍日本研制出用酶控制树脂的方法，采用脂肪酶水解三甘油脂成为脂肪酸和甘油，能使其它树脂物质不会被凝结和不形成三甘油脂核心，当把脂肪酶加到磨木浆生产过程中时，对产品质量没有损害，而是产生良好的作用,这项新的生物技术已获得成功。目前，日本一些造纸工厂已经应用脂肪酶解决生产过程中的树脂问题。加拿大哈密顿 Waikato 大学生物技术科学系研制出应用新的生物技术即利用酶或
33、真菌来控制制浆造纸过程中树脂的方法,一种方法是利用脂肪酶催化水解三甘油脂成为脂肪酶和甘油;另一种方法是利用真菌,这种菌类是无色的 ,可防止着色污染和降低木材原料的白度。菌类控制方法是利用无色 Ophiostomapiliferum 菌,它在溶液中是活的有机生物体。酶或真菌能够解决制浆造纸过程中的树脂问题,已在造纸工厂得到应用,比如美国 EDT 公司的树脂障碍控制剂在我国已开拓了一定的市场。6生物酶脱墨传统的废纸脱墨是采用化学法，其主要原理是纸上的油墨在强碱和分散剂的作用下被乳化。由于废纸种类及油墨配方的日趋复杂，利用传统脱墨方法已不能达到要求。美国乔治亚州立大学率先开发出使用生物酶的混合物代替
34、传统脱墨剂，并获成功，同时发现可用于各种回收废纸中，对不同的废纸，酶的配方亦有所不同。脱墨剂所采用的酶主要是纤维素酶，其作用原理是切断了油墨和纤维素之间的连接，使油墨游离出来，然后浮选除掉。采用生物技术脱墨有可降低脱墨剂的用量、对废纸的适应性好、改善纸浆白度和滤水性及降低废水 BOD 及 COD 值等优点。由于我国造纸原料匮乏，大量采用废纸为原料将是今后的主要方向，因此生物脱墨技术在我国具有良好的应用前景。利用含纤维素酶预处理废纸浆料,然后再进行浮选脱墨,可以提高浆料的白度和减少未脱墨的纤维数量,如果结合利用半纤维素酶或果胶酶混合液水解废纸浆料的其它组分,则能使酶预处理废纸浆料的效果更好。酶预
35、处理废纸浆料的适宜条件:pH 为 3.57.0 和温度2070,纤维素酶用量 0.05%0.5%(按对绝干浆料量计算),处理时间 14h。采用各种酶溶液预处理新闻纸浆料,浆料质量分数为 3.5%,然后用氢氧化钠、工业用脂肪酸衍生物和阴离子表面活性剂进行浮选脱墨,最后用过氧化氢、氢氧化钠和硅酸钠进行漂白。经酶预处理与未处理废新闻纸浆料的脱墨效果如表 1 所示。表 1 经酶预处理与未处理废新闻纸浆料的脱墨效果比较预 处 理 纤维素酶纤维素酶 果胶酶 未经酶处理酶用量(%) 0.1 0.1 010浆料白度(%) 44.5 46.1 42.9未脱墨纤维(个/cm 2) 3.9 3.9 5.77废水的生
36、物处理技术(1) 废水的厌氧生物处理技术厌氧技术应用于制浆造纸工业废水处理始于上个世纪 70 年代末普通厌氧消化池的应用。随着新型厌氧反应器的开发及人们对废水水质的进一步了解，厌氧技术已在造纸工业中得到广泛应用。1981 年，厌氧接触反应器应用于制浆造纸工业废水处理并取得了良好的效果。在 UASB 的基础上，荷兰 PAQUES 公司推出了目前最先进的包括制浆造纸废水在内的有机废水处理装置及技术：BiopaqIC R 厌氧反应器。BiopaqICR 反应器比 UASB 具有更强的抗冲击负荷能力，容积负荷可达2540kgCOD/(m 3d)，其工艺具有更高的可靠性及投资成本低的优势。芬兰 USF
37、公司提出了 MBP 反应器污水处理技术，并已在挪威 Norske 污水处理厂得到应用。污水在进入曝气池前先进入反应器进行充氧，并加入 N、P 等营养物质，依靠自身的细菌繁殖分解有机物，可降低可溶性 COD30%50%，减轻后续曝气池的负担，同时相对减少了整个系统的污泥量。(2) 废水的好氧生物处理制浆造纸废水的好氧生物处理技术在常规性污泥法的基础上已发展出深井曝气法、SBR、好氧硫化床、HCR 等工艺方法。挪威一公司开发了名为 KALDNES 的流动床造纸废水处理法，以一个流动床生物膜反应器为主，作为前级厌氧处理的后续单元，并已在生产中得到应用。挪威克瓦纳公司推出的 HCR 高效接触反应器，其
38、技术原理类似于射流曝气深井法。废水和压缩空气进行高效混合，混合器具有极高的 O2 传递效率，反应器内生物量是传统活性污泥法的 810 倍，其体积仅为传统活性污泥法的 1/201/30 ，具有高度进水负荷冲击耐受能力，剩余污泥量少 30%40%，且污泥具有良好的沉淀性能。该HCR 系统已于 1997 年在广州造纸厂建成 300m32 并联成套装置处理 CTMP 废水，日处理 COD 的量为 24t、BOD 的量为 17.5t，COD 去除率 76%，BOD 去除率 94%。（六）信息技术主要利用对光频、红外、幅射、pH值、压差、速差、张力、浓度、光吸收 ,流体粘滞性等物理及化学变量的在线检侧及可
39、编程的控制程序，对生产过程中纸浆的流量、浓度 、硬度、白度，纸的厚度、定量、水分、灰分，以及联动机各部分速度等进行自动调控，并通过电子信息网络系统对数据进行采集传输。向集中控制室提供适时测控数据与运行情况，并接受控制人员反馈指令，进行必要的调整或改变原有设定值（如工艺参数、产品品种、生产速率等），是不断自行优化生产工艺，保证高效运转和稳定产品质量的极重要手段，可以说在线测控技术与微电子信息网络这类最新技术的应用，是造纸工业实现现代化的重要标志。建设计算机网络，实行信息化管理。每个销售子公司都必须将每一笔业务往来输入计算机 ，包括品种、规格 、单价、销售额、用户单位、货款支付等，都必须通过网络传
40、送到公司数据库和计算机系统。公司决策层通过计算机网络，不仅能在万里之外调度销售网点库存产品，还能从分析差异中发现问题，随时派审计人员封库查账。通过办公自动化系统，借助网络平台，确保了来自各个渠道的各种信息的快速、准确，11使决策者能在瞬息万变的市场竞争中捕捉商机，提升了决策的科学化水平。同时，提高了销售工作的透明度。通过网络平台，整个营销管理从动态排产、产品入库 、发车到产品销售、回款、库存和国内外市场信息等各种数据全部进入计算机网络，实现了无手工计帐运行，分布在全国的销售网点共享全国各销售子公司和总公司的销售生产、经营信息，每个人都能站在总经理的高度上了解市场，使市场开发能力和产品销售能力不
41、断增强。依据网络平台和市场调查信息，组织高技术人员研制有显在或潜在市场需求的新产品，做到独家生产，同时，根据用户需求，研制开发新品种。不断为用户提供独具价值的新产品，完善售后服务。（七）纳米技术1纳米技术在造纸涂布方面的应用 纳米粒子是指尺寸在 1100nm 间的粒子，由纳米粒子组成的材料称为纳米材料。它与对应的常态材料相比，在光学、热学、电学、磁学、力学以及化学性质等方面显示出许多奇异的特性，如密度降低、强度和硬度提高、塑韧性改善、扩散能力提高、热膨胀系数提高、到热性降低及弹性模量降低等。在造纸涂料方面，由于纳米碳酸钙自身白度高，以及其纳米材料的特点比表面积大、表面活性高、强度和硬度高，所以
42、对涂布纸的质量提高有帮助 。通过在涂料里加入纳米碳酸钙，可以得到高光泽、高白度、高表面强度和高油墨吸收性的涂布纸，并改善之的平滑度。2纳米技术在造纸湿部化学上的应用纸机湿部配料中纳米级氧化硅（silica）粒子的生成、性态与作用。根据国外最新资料报道：在现代高速纸机湿部配料中，引用新一代阴离子胶态 SiO2(Anionic Colloidal Silica)，以下简称ACS)与阳离子聚合物，如阳离子改性淀粉(C-starch)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM) 共用时，可在湿部配料系统中，产生粒径为 3-5nm、比表面积达 500-1000m2/g 的氧化硅纳米粒子，这种微粒能在纤维周围絮聚配料中
43、的细小组分，从而改善浆料组织结构和降低细小组分的流失，对改善纸机的运行和纸张匀度，降低浆内添加物的用量，均可产生相当显著的效果。（八）超临界流体技术超临界流体，是指其热力学状态（T，P）处于临界点以上的流体 。其特点有：密度与液体相近，比气体大二个数量级（气：超：液=1：200700：1000kg/m 3） ；粘度与气体相近，比液体小一个数量级（气：超：液=10 -5： 10-4：10 -3Pa.s） ；扩散系数介于气体和液12体之间（气：超：液=10 -5： 10-7：5 10 -10 m2/s ） 。超临界流体技术在造纸工业中的应用有：首先可以应用于制浆； 从二次纤维中除去粘性杂质； 黑液
44、中木素和塔罗油的超临界萃取； 废水的超临界氧化； 原料或纸浆化学成分的超临界流体色谱分析。超临界流体技术很可能成为未来一种极其重要的制浆造纸技术。三、制浆造纸工业新技术发展应用取得的效果1、在进行清洁生产，消除污染保护环境方面 化学制浆蒸煮废液这一主要污染源已得到基本解决，并从中收回了无机化学品与大量能源。 近年受到普遍重视的漂白废水中毒性大的氯化有机物已可基本消除，加上有效的厂外废水处理，已使许多浆纸厂排放的污染负荷降到极低的、政府严格要求的水平。2、在水资源消耗方面 漂白硫酸盐木浆，吨浆耗水量，采用了高新技术的企业，已由50年前的200 300吨，下降到3040吨。 吨纸生产耗水量也由50
45、年前的50100吨下降到1020吨，更特殊的是利用废纸抄造本色包装纸及纸板的企业已有能作到不排放废水。 利用废纸生产新闻纸的企业，其制浆造纸过程的吨纸耗水量也可降低到20吨以内。按万元产值的耗水量计算比较，这类浆纸企业，已不能列入耗水大户了。3、在能耗方面 除新商品浆厂，已有做到能源自给外，普遍通过企业内部热电联产及余热利用，企业规模的扩大后，所有增加的能耗，均低于产量的增加，企业外购能量，也逐步下降，以日本为例，日本浆纸企业的外购能量 1992年即比1975年下降了50%，而纸厂自发电量则由1980年的50%，提高到1992年的67%。4、在纤维原料的消耗方面 由于生产过程纤维及填料流失率的
46、降低。 废纸回用量的大幅增加 。 涂布纸量的增长 。使原纤维（即原生纸浆）用量逐年大幅下降 1960年世界平均吨纸和纸板用浆量为807公斤。 1995年降至 627公斤。 1999年更降低至 567公斤。40年间以木材为主的造纸纤维原料消耗降低了30%。 5、生产效率大幅提高 造纸机的车速： 新闻纸机1960年的最高车速600米/分 。 提高到近年的1500-1800米/分。 卫生薄页纸机车速更已达2000-2200米/分。且纸页匀度更优良，纸机运行速度更13平稳，断纸几率更少。 由于设备运行速度和自控水平的提高和单机生产能力的增大，近20年发达国家造纸工业劳动生产率均至少提高一倍以上。 现代
47、化商品木浆厂的全员实物劳动生产率已超过1000吨/人年。 浆纸综合企业的全员实物劳动生产率已均在200吨/人年以上。 我国长期徘徊在20吨/ 人年左右，提高劳动生产率的要求迫切。6、各类纸张的质量档次普遍提高，新型特种纸的开发适应了下游产业新技术发展不断提高的产量与品种的特殊要求。7、特别引起人们注目的是 全部采用最新技术的新建企业中，由于在线测控技术和电子信息网络技术的充分运用，除原材场及成品入库点外，在漫长的大型流水生产线上，基本上看不到在机器旁操作的工人，仅有极少生产人员在控制室的电子计算机监控器前进行监视和进行必要的调控。而所有生产过程的数据，更能与整个企业的运营管理数据，能随时在企领
48、导者的办公处得到调阅显示并得到及时的调整指令。高新技术的充分运用，已使造纸这一传统产业具有了全新的面貌。 中国在1995年即成为世界第二大纸张消费国和第三大生产国，2001年已超过日本成为第二大生产国。但造纸工业总体技术水平相当落后，1990年代以前，许多先进工艺与技术装备，需要到国外才能看到。 国家在1990年代改革开放政策的进一步推进，在进入国内造纸工业外资及合资企业的带动下，国内造纸工业成批进口了从制浆到造纸的较多成套先进新工艺技术与装备，虽然数量还不多，但已起到重要的示范作用，并已成为国内造纸业认识和重视采用高新技术的一个新起点。 如不能不断加速采用高新技术，不断淘汰落后生产力，造纸这
49、一产业是没有出路的。但作为资金和技术密集型的现代造纸工业，采用这些高新技术所需投入的资金大多很高。新建一座年产20万吨现代化的漂白商品木浆厂（是较小的可行规模），大约需投资3035亿元，而对老企业进行应用高新技术改造的费用也是相当巨大的。因此在经济上不能不根据国情，对不同企业类型与客观条件加以区别对待，需要全面考虑企业的规模、资源、环境、市场、效益等具体条件，有针对性地对高新技术的选择及采用步骤，进行周密思考与安排，避免盲目性，以求得较好的实际效果。中国造纸工业必须有计划、有步骤地千方百计大力采用高新技术，以进行清洁生产，节约自然资源，提高生产效率，提高国际市场的竞争力，保持本行业顺利持续地发展。四、我国造纸助剂的应用现状及发展趋势制浆造纸工业的进步，除了要依靠机械加工业的技术进步，生产出高效、节能的设备外，很大程度上要依靠制浆造纸工艺的技术进步，而制浆造纸工艺的进步是离不开化学品的。在制浆造纸过程中，除了采用常规化学品外，还要采用各种化学助剂以提高生产效率(如添加助滤剂以强化湿纸页的脱水，从而提高纸机车速,提高产量)、减少原材料消耗(如14在蒸煮过程中添加助剂以提高纸浆得率，从而减少木材原料消耗)
