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马常耕:回忆中国林科院在生物制浆造纸研究领域的历史

点击数:   发布时间:2020年03月06日   来源:中国林科院办公室    作者:

  ——关于我院生物制浆研究的介绍

 

  根据上世纪中叶国外提出的生态环保型无污染生物制浆理论,针对当时国家提出减轻农村小造纸厂污染,明令关停年产5万吨以下小型非木质草浆厂的要求,以及国家每年又要进口数千万吨制浆,而国内每年又有几十亿吨农作物秸秆在木材加工的边角料可用于制浆的现状。北京亮宇科技开发中心首先提出研制可行而无污染的利用微生物制备草木浆的探索,这一想法正与我院林业研究所杨树育种课题组正在探索利用一年生杨木条材造纸,成本高效的非化学制浆可行性研究一致,两个单位立即开展合作,研制生物制浆的可行性方式。

 

  有鉴于自然界木材分解腐朽和农村秸秆沤肥中都是多种微生物共生协同作用的结果,而不是单一菌株的作用,我们形成一个与当时流行的单一菌种研究木质素生物降解不同的思路,立即从中国科学院微生物研究所购买了多种可能与木质素降解有关的菌株,首先开展了这些菌株的大量快速人工培养扩繁和保存的方法。并探索不同菌种配合复合液降解草类纤维素的能力比较。最后筛选出了功能较好的菌种复合纤维素降解配方。然后做麦草、稻草、甘蔗渣、芦苇、棉杆等生物制浆的比较。以后为扩大到林业,又增加了杨木和针叶树中的落叶松枝桠的试用,均获得成功。同时,用这些生物浆制成的瓦楞纸送国家纸张质量监督检控中心,及天津科技大学材料科学与化学工程学院的制浆与造纸实验室做制浆和纸张性质的国家相应标准测定,以判断我们研制的生物制浆法的生产可行性。结果大多数检测指标都符合国家标准。但由于是在实验室和庭院的小型少量浆纸制品,代表性还需验证。为稳妥起见,又开始在不同地方的生产性制浆和造纸厂开展了生产规模试行性研究。

 

  其中,与山西省冀城县小型麦草化学制浆厂——新华造纸厂合作,用该厂化学制浆用的蒸煮球(容积25立方米)作生物制浆工具。先后共制出生物浆15吨,制成瓦楞纸送北京国家纸张质量监管监督检验中心做品质测定,认为各项检测指标均超过国家C级标准。

 

  与河南省扶沟县环保局合作,在该县五里店造纸厂用木材加工厂废料,采用容积25立方米蒸煮球法和投料2.2吨的水泥池法同时进行生物制浆。把两种方法所得的浆制瓦楞纸又送国家纸张监督检测中心做品质检测。结果认定,利用蒸煮球法作为生物制浆制成的纸,质量达到国家A级标准;水泥池法的产品为国家C级。为检测纸浆的物理学性质,同时把该厂蒸煮球法的化学浆与生物浆送到天津科技大学制浆与造纸实验室作比较测定。结果化学浆与两种生物浆的定量指标均达到A级;断裂长度测定指标的结果是,蒸煮球法得到的化学浆和生物浆均属A级,水泥池法较差为C级,但整体看环压指标是蒸煮球的生物制浆要优于化学浆法。

 

  为更大规模进行生物浆生产性试验,又与天津广川纸业公司的文安化学制浆厂合作,并有天津科技大学制浆造纸专业的研究生全程陪同制浆过程。在该厂同时开展了容积120立方米填料16吨和360立方米填料71吨级的水泥法生物制浆大容器探索。10天内,该厂用水泥池法生产出生物浆160吨,分别把大、小两个容器水泥池的生物浆制成瓦楞纸用于生产包装箱。再次送国家纸张质量监督检测中心做性能测定,结论是16吨级水泥池制成的纸,其纸品质质量为C级,71吨级水泥池法的为B级。

 

  在研究生物浆性质的同时,为研究生物制浆残液的性质,把麦草浆的浆液浓缩为原浓度的1/2后送中国林科院环境保护研究中心作15种矿物质测定,看到液体内的钠、钾和钙元素最多,有害金属元素铅和砷含量很少,元素总体含量与麦草含量一致。

 

  为探索制浆废液利用,把循环水导入沉淀池,然后把沉淀上层清水导入再次制浆循环利用;中层沉积物离心处理后做家畜饲料填充物,并开展喂牛羊试验;底层沉积物因夹杂有一些泥沙,与家畜粪便和秸秆发酵制成有机堆肥。由于生物制浆的废水可反复循环利用,生物制浆用水要比化学制浆节省得多。这样通过无污染生物制浆技术,使农村秸秆可由当地农村就近就地消化,制成纸浆外销,饲料和肥料也可就近施入农田,还可以吸收附近一些农民参与生产过程,获得一定工资报酬。

 

  研究结果于2005年以“林产品环状内循环、无污染生物制浆技术研究”题发表在中国林科院科信所的《林业实用技术》(先为《林业科技通讯》)刊物的第五期。杨树一年生条材生物制浆性能研究比较发表在2008年由苏晓华主编的“杨树遗传育种”一书中。以落叶松枝桠材的生物制浆研究结果刊载于2008年第五期的河北农业大学学报中。为此,我们也曾向有关单位建议试行生物制浆。

 

  以上介绍的生物制浆研究结果,当时在国内外可称得上是原始创新,但可能是由于未发表在有关制浆造纸刊物上而未受到关注。在应用方面,我们也曾与一些大型造纸厂联系,但由于其工艺流程和设备都与现行化学机械制浆完全不同而未被采用。在小型造纸厂的县里,由于国家环保治污关闭了当地所有造纸厂。人们一听到建生物造纸厂,不管其是否会造成污染,也不会关注其可就地解决秸秆消费的优势,谈虎色变,概不接受。因此,我们用十年功夫研制的已有生产化厂房、生产规模,可制成合乎国家标准纸张的生态环保型生物技术被搁置起来。

 

  鉴于近两年国家从生态环境全面治理考虑,禁止农村秸秆焚烧,提倡多种燃烧发电,打包饲料成本太高、还有额外的运输配送费,特别是就地粉碎未发酵还田更为农业生产带来枯苗、死苗、病虫害加重,致使农民不能接受。现在我们再一次将已被搁置了15年的有利于农业高质量发展的多产品、无污染环境友好型,又能为农民带来一些经济收入的我国原创性生物制浆技术研究成果重新公开出来,请关心“三农”问题和生态文明建设的学者们讨论其科学性,同时在推行中不断提升生物制浆技术的完善化,以为国家经济发展、生态文明建设做出微小贡献。

 

  该问题起始于亮宇科技开发中心,中国林科院做技术支持、品质监控,并提供研究材料和设备,天津科技大学在制浆、纸品测定和大规模生产化制浆过程中做了详细追踪性研究。

  (本文由马常耕先生亲笔撰述,宋平根据手稿及作者本人口述整理)

 


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