植物秸秆微生物降解制浆的方法与流程

文档序号:14938355发布日期:2018-07-13 19:52阅读:572来源:国知局

本发明涉及生物制浆领域,具体地说,是涉及一种植物秸秆微生物降解制浆的方法。



背景技术:

中国是造纸大国,2015年,纸张总产量达到6500万吨,需求量为8000万吨,需求缺口要超过1500万吨。中国是全世界非木浆的主要生产国,非木纸浆在原生纸浆中比率占85%,在总用浆中超过50%以上。

竹子是一种再生资源,取之不尽,生长周期短,产量高,多年生植物。我国具有丰富的竹资源,无论是种植面积还是种类均居亚太地区之首。我国长江以南竹子资源特别丰富。

造纸工业是污染源中的大户,而制浆又是污染的重中之重。制浆工段是造纸工业的第一道工序,目前全球范围内基本上都是采用化学制浆或化学机械浆法,主要是碱法、亚硫酸铵法等,这几种传统制浆技术在制浆蒸煮过程中均有大量的黑液排出在生产过程中产生大量的废液,严重地污染着环境。随着环境保护要求日益严格,由于传统制浆造纸工业废水含有高毒性和强致癌性物质,需要大力投入污染治理,降低了企业产品的市场竞争能力。因此有必要对传统工艺进行改进,提高制浆工艺的环境友好性。



技术实现要素:

为解决上述技术问题,本发明提供了一种植物秸秆生物降解制浆的方法,

选取经过3年以上生长期、无腐烂、新鲜的竹子,将竹子的根部和尖部切除留取中段的2-3米备用;

利用剥皮机对竹子去皮后利用切片机将竹子切片得到竹片;

清洗竹片;

经压榨分细机将竹片压榨成竹渣;

将压榨后的竹渣送入降解池,降解池内加入质量占竹渣干重25%-40%的多糖复合粘菌团,在10-30℃降解48-120h直至竹渣彻底降解;

降解后从降解池排出降解液,通过100目不锈钢过滤网排到不锈钢保温水池中储备;

将储备的降解液抽入不锈钢浓缩锅,加温到30-50℃使水份蒸发,将降解液浓缩至干度为80%-90%的浓缩液;

将干度为80%-90%浓缩液抽入到不锈钢离心喷雾干燥机中干燥,然后包装;

将降解池中排出的竹浆进行摩擦分丝、高浓磨浆、挤干水分。

优选地,所述竹片规格为厚度1-3cm、宽度2-4cm、长度3-4cm。

优选地,所述将压榨后的竹渣送入降解池,降解池内加入质量占竹渣干重25%-40%的多糖复合粘菌团,在10-30℃降解48-120h直至竹渣彻底降解中,进一步为,

当温度在10-20℃时,降解时间为100-120h;

当温度在20-30℃时,降解时间为48-100h。

优选地,所述将压榨后的竹渣送入降解池,降解池内加入质量占竹渣干重25%-40%的多糖复合粘菌团太岁母液,在10-30℃降解48-120h直至竹渣彻底降解中,进一步为,降解时间与降解温度成反比,温度越低,降解时间越长。

优选地,所述多糖复合粘菌团为太岁经培养基培养得到的,其中包含的微生物菌株为:

fz1-1地衣芽孢杆菌bacilluslicheniformis,

fz1-2嗜糖假单胞菌pscudomonassaccharophila,

fz2干酪乳杆菌lactobacilluscasei,

fz40-72氧化葡糖杆菌亚氧化亚种gluconobacteroxydanssubsp.suboxydans,

fz6-2詹氏乳杆菌lactobacillusjensenii,

fz12左乳酸芽孢杆菌bacilluslaevolaoticus,

fz31-2-2巨大芽孢杆菌bacillusmegaterium,

fz32-2-2丙酸丙酸杆菌propionibacteriumpropionicum,

fz38山羊葡萄球菌staphylococcuscaprae,

fz40-4弯曲乳杆菌lactobacilluscurvatus,

fz40-6氧化葡糖杆菌gluconobacteroxydans,

fz40-51乳酸微杆菌microbacteriumlacticum,

fz40-54短乳杆菌lactobacillusbrevis,

fz5-1-1食酸假单胞菌pscudomonasacidovorans,

fz40-91乳酪短杆菌brevibacteriumcasei,

fz40-76肉葡萄球菌staphylocoocuscarnosus,

fz33生枝动胶菌zoogloearamigera,

fz7-1粉状毕赤酵母pichiafarinosa,

fz9-1酿酒酵母saccharomyccscerevisiae,

fz11卡斯特酒香酵母brettanomycescustersii,

fz31-1栗酒裂殖酵母schizosaccharomyespombe。。

优选地,所述摩擦分丝,进一步为,将竹浆通过输送带送入搓磨分丝机,经过导轨摩擦分丝,产生温度60-70℃使纤维帚化、软化。

优选地,所述高浓磨浆,进一步为,将摩擦分丝的竹浆通过输送带带入高浓磨浆机,加入30-50℃的水,经过高速磨片使浆料中的纤维分解。

优选地,所述挤干水分,进一步为,将高浓磨浆机的竹浆输送至搅拌池,再用高浓泵抽到斜筛中使部分浆水分离,水排到蓄水池,斜筛出来的竹浆进入挤干机,挤出水分40-50%,再进入自动打包机,挤出水分10%,挤出的水排到储水池,竹浆成品干度在50-60%。

与现有技术相比,本发明所述的植物秸秆生物降解制浆的方法,达到了如下效果:

本发明属于环保型技术,通过微生物降解植物秸秆取代现有技术中的化学法制浆,节能环保无污染;

本发明即可作为独立工艺使用,也可作为传统造纸的工艺改进与传统方法联合使用,均可以达到节能、减排、降耗的效果。

根据国家标准(gb/t1603-2001)规定的卡帕值的测定方法及粗纤维含量测定方法,对该方法处理后的纸浆进行了测定。本发明中的复合菌群包含fi40—91乳酸短杆菌等21个微生物菌株,有效降解了影响纸浆质量木质素的同时对纸浆的主要成分纤维素破坏很小。

本发明的方法是竹子综合利用的一部分,剥下的竹皮制作竹边清茶,竹子用于生物制浆还能够制作铁单木,生物制浆的黑液可以用于养猪还可以将黑液喷洒在农作物上作为叶面肥,能够实现竹子的综合利用。

本发明是竹子综合利用的一个方面,以科学、环保、健康为指导思想,开发的主要创新产品为“铁单木”和“有机益生菌液”,两者均由竹子加工而成。铁单木是用竹子中间部分压制而成,属高端木材,硬度、和密度都高于红木,可用于高端家居装饰和艺术品加工。有机益生菌液由竹子两端制成的生物浆循环十次做成,是一种有机黑色液状物,可用于农作物代替农药灭虫,且对产量增产效果明显。开发制成“铁单木”和“有机益生菌液”后的余料副产品还可以用来制成饲料,或直接喂猪,而且使用这种剩余料喂猪猪场无臭味,猪粪可进一步被制成有机肥,连续使用3年可使土地变成免耕地。

该技术主要利用微生物液中的酶物质来改变木素,多糖,蛋白的结构,把竹加工的副产品变成商品。在整个制浆过程中,微生物制浆产生有机益生菌液,有机益生菌液通过循环10次的发酵过程,通过这10次的发酵之后的有机益生菌液可以作为杀虫剂,喷在农作物上1个月内不用打农药,并且农作物还增产显著。本技术的研制成功,改变了常规制浆必需的高温高压生产工艺,在低温常压下2天可使麦草、稻草、庶渣等非木质纤维迅速制成纸浆,白度可达75度以上,完全满足了生产文化用纸、生活用纸的要求。

利用竹子中间的2.48米为原料,经过一系列物理方法(万吨压力机挤压)加工成比红木硬度还高的“铁单木”,可广泛应用于家具、装修装饰以及现代生活小区景观生态木以及集装箱箱底和车底的垫板、竹地板等,应用前景十分广阔。

采用竹子进行"微生物制浆"与“铁单木"的制备前都要先去三层竹表皮,竹表皮可做成竹清茶,消炎止痛效果非常好,可用于畜禽消炎杀菌有特效。另外,用竹子来开发制成“铁单木”和“有机益生菌液”后的余料副产品还可以用来制成养猪场的饲料或直接喂猪。养猪场无臭味,有利于生态养殖。用猪粪加有益菌做成的有机肥菌肥,土地连续使用三年土地是免耕的,解决了土壤板结问题与土壤营养结构的问题。

本项目全部生产工艺过程中水是循环使用,不排放任何污水;植物木素、果胶、果糖、树脂被生物酶分解为co2和h2o,因此不产生任何有机化合物与悬浮物;完全是净洁生产,不存在污水治理。全部生产工艺过程中全部不用加热常温分解常温漂白。(化学制浆需高温170度12公斤压力)

该技术设计新颖、独特,思路清晰,适应性和普遍性强,产业化程度高;利用微生物制浆,技术先进,达到国内领先水平,用竹子躯干部分做铁单木,保护原始森林,以竹代木同时兼具环保性,符合国家节能减排战略。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语,故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的,并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

实施例1:

本实施例提供了一种植物秸秆生物降解制浆的方法,本发明中的植物秸秆为竹子,当然也可以选取其它植物,如麦草秸秆。

选取经过3年以上生长期、无腐烂、新鲜的竹子,将竹子的根部和尖部切除留取中段的2-3米备用,本实施例中留取中段的2米;

利用剥皮机对竹子去皮后利用切片机将竹子切片得到竹片;

清洗竹片;

经压榨分细机将竹片压榨成竹渣;

将压榨后的竹渣送入降解池,降解池内加入质量占竹渣干重25%的多糖复合粘菌团,在10℃降解120h直至竹渣彻底降解;所述多糖复合粘菌团为太岁经培养基培养得到的。

降解后从降解池排出降解液,通过100目不锈钢过滤网排到不锈钢保温水池中储备;

将储备的降解液抽入不锈钢浓缩锅,加温到30℃使水份蒸发,将降解液浓缩至干度为80%的浓缩液;

将干度为80%浓缩液抽入到不锈钢离心喷雾干燥机中干燥,然后包装;这里包装的产品中是浆外物,其中包括没有彻底分解完的竹渣以及多糖复合粘菌团的微生物。

将降解池中排出的竹浆进行摩擦分丝、高浓磨浆、挤干水分。

所述竹片规格为厚度1-3cm、宽度2-4cm、长度3-4cm。

降解时间与降解温度成反比,温度越低,降解时间越长。

所述摩擦分丝,进一步为,将竹浆通过输送带送入搓磨分丝机,经过导轨摩擦分丝,产生温度60℃使纤维帚化、软化。

所述高浓磨浆,进一步为,将摩擦分丝的竹浆通过输送带带入高浓磨浆机,加入90℃的水,经过高速磨片使浆料中的纤维分解。

所述挤干水分,进一步为,将高浓磨浆机的竹浆输送至搅拌池,再用高浓泵抽到斜筛中使部分浆水分离,水排到蓄水池,斜筛出来的竹浆进入挤干机,挤出水分40%,再进入自动打包机,挤出水分10%,挤出的水排到储水池,竹浆成品干度在50%。

本发明中的太岁母液购买自武汉云来集生物工程有限公司。“多糖复合粘菌团”是武汉云来集生物工程有限公司经多年研究,以中华古老的中医中药机理为基础,使用天然活性真菌类植物、含蛋白质成分较高的动物及具有丰富微量元素的矿物为药源,结合现代生物工程的发酵生化技术,经反复研究开发出的一种新型活性生物产品。该产品利用复合粘菌的生物功能,充分摄取低糖、低热却又饱含丰富的维生素、氨基酸、微量元素的生物活性物质,不仅继承了传统的中药形式,又保持了天然药物的活性,扶正固本、益气养阴,是人体免疫系统的双向调节剂。多糖复合粘菌团是结合中医中药学理论、现代微生态学理论及生物发酵生化技术,以灵芝、冬虫夏草、人参、当归等名贵中草药为基础原料,辅以银耳、茯苓、肉苁蓉、杜仲等中草药及其他营养强化剂组方,在自然环境中经发酵工艺加工,成功培育出来的活性生物体。可以说是将自然界中可遇而不可求的粘菌团,变成由人工培育并可大规模开发应用的产品。而培育太岁的液态培养基(以下简称太岁母液)中,因生化反应而富含怪肉中所有的营养成分和活性菌株,是可供保健品、功能性食品、药品等大规模市场开发的中间原料。

制作过程中按照道家秘方及独特工艺配料入缸,封缸发酵。一个月开始形成薄层菌体,数月后在缸内长满菌体即太岁,随时间增加而变厚。菌体色棕似肉,切面有分层,表面光滑,底部有浮脚,味酸,无中药苦涩味。不能翻动,翻动后不再增长厚度。成形的太岁经水煎100小时,外形不变,在50倍显微镜下观察,仍有活性菌株存在。

太岁的成分:

复合菌群

对缸中的太岁及母液进行微生物鉴定,鉴定出fi40—91乳酸短杆菌等21个微生物菌株,未发现有害生物。而大多数微生物与糖、有机酸包括乳酸有相关性,为食品、奶酪和饮料发酵生产中使用的菌株。

多糖物质

通过对母液中形成积存物的检测,在培养的酸性溶液中分离出上述21个菌株微生物,其中有几个菌株与形成积存物有关。经醋酸法层析与无相谱测定检测,这种积存物组织为纤维素——即多糖物质。中国典型培养物保藏中心综合形态特征、培养特征和生理生化特征,对21个微生物菌株分别鉴定为:

fz1-1地衣芽孢杆菌bacilluslicheniformis,

fz1-2嗜糖假单胞菌pscudomonassaccharophila,

fz2干酪乳杆菌lactobacilluscasei,

fz40-72氧化葡糖杆菌亚氧化亚种gluconobacteroxydanssubsp.suboxydans,

fz6-2詹氏乳杆菌lactobacillusjensenii,

fz12左乳酸芽孢杆菌bacilluslaevolaoticus,

fz31-2-2巨大芽孢杆菌bacillusmegaterium,

fz32-2-2丙酸丙酸杆菌propionibacteriumpropionicum,

fz38山羊葡萄球菌staphylococcuscaprae,

fz40-4弯曲乳杆菌lactobacilluscurvatus,

fz40-6氧化葡糖杆菌gluconobacteroxydans,

fz40-51乳酸微杆菌microbacteriumlacticum,

fz40-54短乳杆菌lactobacillusbrevis,

fz5-1-1食酸假单胞菌pscudomonasacidovorans,

fz40-91乳酪短杆菌brevibacteriumcasei,

fz40-76肉葡萄球菌staphylocoocuscarnosus,

fz33生枝动胶菌zoogloearamigera,

fz7-1粉状毕赤酵母pichiafarinosa,

fz9-1酿酒酵母saccharomyccscerevisiae,

fz11卡斯特酒香酵母brettanomycescustersii,

fz31-1栗酒裂殖酵母schizosaccharomyespombe。

实施例2:

本实施例提供了一种植物秸秆生物降解制浆的方法,本发明中的植物秸秆为竹子,当然也可以选取其它植物,如麦草秸秆。

选取经过3年以上生长期、无腐烂、新鲜的竹子,将竹子的根部和尖部切除留取中段的2-3米备用,本实施例中选取中段的3米;

利用剥皮机对竹子去皮后利用切片机将竹子切片得到竹片;

清洗竹片;

经压榨分细机将竹片压榨成竹渣;

将压榨后的竹渣送入降解池,降解池内加入质量占竹渣干重40%的多糖复合粘菌团,在30℃降解48h直至竹渣彻底降解;所述多糖复合粘菌团为太岁经培养基培养得到的。

降解后从降解池排出降解液,通过100目不锈钢过滤网排到不锈钢保温水池中储备;

将储备的降解液抽入不锈钢浓缩锅,加温到50℃使水份蒸发,将降解液浓缩至干度为90%的浓缩液;

将干度为90%浓缩液抽入到不锈钢离心喷雾干燥机中干燥,然后包装;由于干燥机干燥过程是瞬间完成的,产品的颗粒基本都保持球状,产品具有良好的分散性、流动性和溶解性,干燥机排出颗粒状的就是竹茹提取物。

将降解池中排出的竹浆进行摩擦分丝、高浓磨浆、挤干水分。

所述竹片规格为厚度1-3cm、宽度2-4cm、长度3-4cm。

降解时间与降解温度成反比,温度越低,降解时间越长。

所述摩擦分丝,进一步为,将竹浆通过输送带送入搓磨分丝机,经过导轨摩擦分丝,产生温度70℃使纤维帚化、软化。

所述高浓磨浆,进一步为,将摩擦分丝的竹浆通过输送带带入高浓磨浆机,加入100℃的水,经过高速磨片使浆料中的纤维分解。这个步骤过程中,水温加上磨片摩擦的温度,可以达到120℃左右,纤维得到了再次帚化和软化,有利于提高浆料质量,进而提高纸张质量。

所述挤干水分,进一步为,将高浓磨浆机的竹浆输送至搅拌池,再用高浓泵抽到斜筛中使部分浆水分离,水排到蓄水池,斜筛出来的竹浆进入挤干机,挤出水分50%,再进入自动打包机,挤出水分10%,挤出的水排到储水池,竹浆成品干度在60%。

实施例3:

本实施例提供了一种植物秸秆生物降解制浆的方法,本发明中的植物秸秆为竹子,当然也可以选取其它植物,如麦草秸秆。

选取经过3年以上生长期、无腐烂、新鲜的竹子,将竹子的根部和尖部切除留取中段的2-3米备用,优选选取中段2.48米;

利用剥皮机对竹子去皮后利用切片机将竹子切片得到竹片;

清洗竹片;

经压榨分细机将竹片压榨成竹渣;

将压榨后的竹渣送入降解池,降解池内加入质量占竹渣干重25%-40%的多糖复合粘菌团,在20℃降解72h(3天3夜)直至竹渣彻底降解;所述多糖复合粘菌团为太岁经培养基培养得到的。

降解后从降解池排出降解液,通过100目不锈钢过滤网排到不锈钢保温水池中储备;

将储备的降解液抽入不锈钢浓缩锅,加温到40℃使水份蒸发,将降解液浓缩至干度为85%的浓缩液;

将干度为85%浓缩液抽入到不锈钢离心喷雾干燥机中干燥,然后包装;

将降解池中排出的竹浆进行摩擦分丝、高浓磨浆、挤干水分。

所述竹片规格为厚度1-3cm、宽度2-4cm、长度3-4cm。

降解时间与降解温度成反比,温度越低,降解时间越长。

所述摩擦分丝,进一步为,将竹浆通过输送带送入搓磨分丝机,经过导轨摩擦分丝,产生温度65℃使纤维帚化、软化。

所述高浓磨浆,进一步为,将摩擦分丝的竹浆通过输送带带入高浓磨浆机,加入95℃的水,经过高速磨片使浆料中的纤维分解。

所述挤干水分,进一步为,将高浓磨浆机的竹浆输送至搅拌池,再用高浓泵抽到斜筛中使部分浆水分离,水排到蓄水池,斜筛出来的竹浆进入挤干机,挤出水分45%,再进入自动打包机,挤出水分10%,挤出的水排到储水池,竹浆成品干度在55%。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

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