废纸再生纤维与生物技术在纤维回收当中的利用

蒋攀

引言

纸是社会生活中不可缺少缺少的商品，纸的使用深入人们生活的点滴，诸如包装用纸、生活用纸、文化用纸以及各类特种纸。中国是世界上的用纸与产纸大国，据报道2012年，中国纸及纸板产量占亚洲总产量的56.32%，生产量和消费量分别约占全球总量的1/4，均居全球首位。废纸回收再利用可以节约资源保护环境，对于我国这样一个造纸纤维原料缺乏的国家来说废纸再回收具有重大的意义。目前我国废纸的使用除了一小部分国内回收以外，大部分需要从国外进口，不仅数量价格受人掣肘，在废纸的质量上还无法得到保证。2014年中国的废纸回收率仅为46%，而2014年美国以再生利用为目的的废纸回收率达65.4%，日本的废纸回收率为78%以上；占全部废纸量的83%；芬兰城市旧报纸、杂志回收率几乎达100%。看来中国废纸回收还有很大的上升空间。

1　再生纤维

1.1　废纸再生纤维的价值

节约投资，再生纤维与原始的造纸植物纤维相比较，在某种程度上属于半成品，一般不含果胶、树脂、溶剂抽出物、少量灰分等杂质，即使回收过程中带有油墨、各种填料与胶料以及其它油污、泥沙等物质，从成本而言减少了设备投资、化学药品使用、简化了生产纸的流程，总体上节省了生产成本。

节省纤维原料，我国的森林覆盖率本就不高，加之现在国家倡导可持续绿色发展、国内纸消耗量上升，使原料供给紧张，价格上涨迅速，，许多造纸企业开始无法承受由此带来的经济压力，出现的制浆不平衡状态迫使再生纤维的利用成为制浆造纸企业关注的重点，生产1 t本色化学浆需要4m3木材，生产1 t漂白化学浆需要5m3木材，而生产1 t纸仅需1.3 t废纸，从而可以替代3～4m3木材，大大降低造纸企业对纤维原料的需求。

节能降污，回收纸的纤维经历过打浆，当进行二次加工成浆的时候所需的能耗较低，减少了蒸煮工段的能源消耗以及化学药品的消耗；同时由于缺少蒸煮工段，没有黑液的产生，大大减轻了污染负荷，排出的污水量为其它原料制浆的25%～50%。

1.2　废纸再生纤维利用及存在问题

近年来中国的废纸利用快速增长，主要存在以下一些影响因素：国家产业政策调整，大力投资发展造纸工业，提倡废纸制浆；国内各行业对纸的需求量从快速增长，需要利用废纸回收再利用补足；中国森林资源匮乏，可供造纸的原材料不足；废纸回用的环境保护因素。从总体使用来说，我国的废纸回收率较国外还有很大的差距，因此在一定程度上需要从国外进口废纸来弥补国内的缺少量，如何处理好废纸资源利用上存在的问题将成为我国在未来能否摆脱国外进口掣肘的关键。目前存在的问题主要集中在以下几个方面：废纸回收率低，回收量少，影响再次利用；废纸的回收还没有形成产业化，没有统一的质量指标及标准的监督协调机构；废纸回收过程中没有进行严格的分拣，造成了不同等级、不同种类、不同污染程度的废纸的混合，从而影响回收再生浆的质量，使废纸的回收能力得不到正常的发挥；废纸在回收的流程当中的贮存、保管环节造成了质量的下降；目前国内的造纸企业所有的废纸脱墨生产线存在着技术装备差、生产规模小等特点，废纸浆生产的产品较多还处在中低档，市场竞争力不强。

1.3　废纸再生纤维利用的关键

废纸再生纤维的大量使用提升了研究者对其绿色无害化利用的研究兴趣，而目前普遍存在于废纸制浆工艺中的问题是脱墨困难，以及脱墨对纸张造成的影响。

废纸脱墨[1]是废纸制浆的一个亟待优化完善的一个问题，随着社会及科技的发展，二次纤维种类名目繁杂，性能各异，所使用的的印刷油墨如紫外固话油墨、激光打印与静电复印油墨、水性油墨等与传统的油墨存在着很大差别，同时印刷方式也较以前存在着差异，这也就增加了去除油墨的难度。传统的脱墨技术为洗涤法，通过大量清水反复洗涤浆料，将油墨从废纸当中去除，但同时也将填料与细小纤维洗掉。洗涤法的缺点是复合较大，清水使用量大而产生的废水无法很好的处理，进一步污染了环境。20世纪50年代兴起并得到推广的浮选法，通过分散的油墨粒子接近空气泡、在气泡表面滑动吸附、气液固达到三相平衡、气泡与油墨粒子稳定结合直到去除等4个步骤脱墨，但其最佳去除油墨粒子直径在10～100μm之间，该方法存在的优点在于纤维得率较高，负荷小而操作难度大、灰分较高、动力消耗大。研究者后来又研发了蒸汽爆破法脱墨，该技术是物料经过高温高压蒸汽处理，通过喷放的方式解离纤维，同时破碎油墨颗粒，借助其它方法达到脱墨的目的。该技术能够有效的回收低档废纸，解决了一些废纸回收当中难以处理的问题，如传真纸、复印纸以及难分散的激光静电复印油墨，具有操作简单、节能环保第投入的特点，被广大造纸企业所运用。在物理脱墨方面近年来研究的一个趋势和热点在于超声波脱墨，通过高频声波是液体气泡爆破，将爆破产生的能量作用于二次纤维，使油墨粒子与纤维的结合变得松弛，最终达到脱墨的效果，超声技术极大程度上降低了脱墨废水的污染问题，对高光泽的油墨去除效率高，且对纤维的裂断长、耐破度等有了明显提升，是一种理想的脱墨技术，其缺点就是超声耗能较大。针对一些较为难以去除的油墨，物理方法无法达到理想的脱除效果，使用化学方法通过化学反应可以迅速的将油墨去除，目前运用的溶剂法脱墨只用溶剂不用水，或者只用少量水加热促进溶解，待冷却后筛选除渣，该技术常用三氯乙烯与乙烷作为溶剂，回收率分别可以达到99%、90%，对旧报纸、旧杂志、混合办公用废纸的脱墨较为明显。

2　生物技术的应用

目前二次纤维抄造的纸页在性能上还有许多的缺陷，主要是有与在脱墨过程中所使用的技术对纤维结构造成了一定的影响、第一次抄造是所做的处理也是有所影响、纸页当中所含有的胶料填料等对二次使用也会有比较大的影响，例如使用二次纤维较多的新闻纸[4]就会出现套印不准、墨杠、版面带脏、油墨干燥不良等现象，这是由于二次回收纤维经过前期处理后纤维粗短、杂质含量大，纤维间结合力下降，纤维强度有所下降，印刷过程中掉毛脱粉，增加了纸张表面接触的粗糙度，加剧了版面磨损。

二次造纸质量差的问题一直是困扰企业盈利的重要因素，不仅在印刷过程中容易出现搁板、停机现象影响用户使用，长此以往足以妨碍造纸企业的长远发展。改善二次浆料的助留助滤性能，降低制浆损失，降低白水浓度，进而提高造纸质量具有很大的意义。有研究利用细菌纤维比表面积大，吸附能力强的特点，作用于浆料保留细小纤维，提高留着率改善滤水性能，较大程度地提高二次纤维纸页的抗张指数、耐折度、耐破指数及撕裂指数等物理性能，提升了二次纤维纸页的质量。

3　展望

目前我国再生纸浆普遍存在着脱墨不完全、成浆白度低、纤维长度不均一、化学组成复杂、纤维角质化等问题，增强再生纸浆的质量对提升纸页的销售价值具有极大的意义。做好废纸回收分类的工作，有效提高不同种类废纸的利用程度不仅对脱墨有利，而且降低处理过程中化学品的使用、减少制浆造纸企业污水处理负荷，对于环境保护起了重要作用。开发更加廉价、高效的脱墨方法，酶法脱墨具有高度的专一性，污染负荷低，但限制于其成本太高，需要投入许多资金进行发酵提纯，作用环境对其活性影响大，所以作为前景较大的脱墨技术，没法脱墨仍有许多可以改进之处。造纸二次纤维的物理性质对于抄造纸页的影响不言而喻，在有效脱墨的同时对于纤维性能的保护与提升也非常重要，此方面技术目前研究有一定成果但是提升的空间依旧巨大。相信随着科学技术的进步与国民素质与意识的提升，我国再生纸浆造纸的局面会进一步提升。

参考文献：

[1]刘秉钺，韩颖编.再生纤维与废纸脱墨技术[M].北京：化学工业出版社.2005.

[2]林鹿,黄伟韩,赵德清,蒋李萍,叶君,敖日格勒,何北海,孙润仓.白腐菌对二次纤维的脱墨作用[J].中国造纸学报,2005,01：83-87.

[3]张效林,曹从军.生物酶用于不同种类二次纤维的脱墨[J].纸和造纸,2006,05：54-57.

[4]申冉,陈威,王聪聪.二次纤维新闻纸印刷故障原因与对策分析[J].印刷技术,2015,13：50-52.

[5]沈洋奇,万金泉.酶处理对二次纤维性能的影响[J].造纸化学品,2011,05：12-19.

[6]杭志喜.酶改善二次纤维结合性能的研究[J].安徽工程科技学院学报(自然科学版),2003,01：11-15.