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馬常耕:回憶中國林科院在生物制漿造紙研究領域的曆史

时间:2020-03-06 来源:院办

文字:馬常耕 图片: 编辑:songp

馬常耕

根據上世紀中葉國外提出的生態環保型無汙染生物制漿理論,針對當時國家提出減輕農村小造紙廠汙染,明令關停年産5萬噸以下小型非木質草漿廠的要求,以及國家每年又要進口數千萬噸制漿,而國內每年又有幾十億噸農作物稭稈在木材加工的邊角料可用于制漿的現狀。北京亮宇科技開發中心首先提出研制可行而無汙染的利用微生物制備草木漿的探索,這一想法正與我院林業研究所楊樹育種課題組正在探索利用一年生楊木條材造紙,成本高效的非化學制漿可行性研究一致,兩個單位立即開展合作,研制生物制漿的可行性方式。

有鑒于自然界木材分解腐朽和農村稭稈漚肥中都是多種微生物共生協同作用的結果,而不是單一菌株的作用,我們形成一個與當時流行的單一菌種研究木質素生物降解不同的思路,立即從中國科學院微生物研究所購買了多種可能與木質素降解有關的菌株,首先開展了這些菌株的大量快速人工培養擴繁和保存的方法。並探索不同菌種配合複合液降解草類纖維素的能力比較。最後篩選出了功能較好的菌種複合纖維素降解配方。然後做麥草、稻草、甘蔗渣、蘆葦、棉杆等生物制漿的比較。以後爲擴大到林業,又增加了楊木和針葉樹中的落葉松枝桠的試用,均獲得成功。同時,用這些生物漿制成的瓦楞紙送國家紙張質量監督檢控中心,及天津科技大學材料科學與化學工程學院的制漿與造紙實驗室做制漿和紙張性質的國家相應標准測定,以判斷我們研制的生物制漿法的生産可行性。結果大多數檢測指標都符合國家標准。但由于是在實驗室和庭院的小型少量漿紙制品,代表性還需驗證。爲穩妥起見,又開始在不同地方的生産性制漿和造紙廠開展了生産規模試行性研究。

其中,與山西省冀城縣小型麥草化學制漿廠——新華造紙廠合作,用該廠化學制漿用的蒸煮球(容積25立方米)作生物制漿工具。先後共制出生物漿15噸,制成瓦楞紙送北京國家紙張質量監管監督檢驗中心做品質測定,認爲各項檢測指標均超過國家C級標准。

與河南省扶溝縣環保局合作,在該縣五裏店造紙廠用木材加工廠廢料,采用容積25立方米蒸煮球法和投料2.2噸的水泥池法同時進行生物制漿。把兩種方法所得的漿制瓦楞紙又送國家紙張監督檢測中心做品質檢測。結果認定,利用蒸煮球法作爲生物制漿制成的紙,質量達到國家A級標准;水泥池法的産品爲國家C級。爲檢測紙漿的物理學性質,同時把該廠蒸煮球法的化學漿與生物漿送到天津科技大學制漿與造紙實驗室作比較測定。結果化學漿與兩種生物漿的定量指標均達到A級;斷裂長度測定指標的結果是,蒸煮球法得到的化學漿和生物漿均屬A級,水泥池法較差爲C級,但整體看環壓指標是蒸煮球的生物制漿要優于化學漿法。

爲更大規模進行生物漿生産性試驗,又與天津廣川紙業公司的文安化學制漿廠合作,並有天津科技大學制漿造紙專業的研究生全程陪同制漿過程。在該廠同時開展了容積120立方米填料16噸和360立方米填料71噸級的水泥法生物制漿大容器探索。10天內,該廠用水泥池法生産出生物漿160噸,分別把大、小兩個容器水泥池的生物漿制成瓦楞紙用于生産包裝箱。再次送國家紙張質量監督檢測中心做性能測定,結論是16噸級水泥池制成的紙,其紙品質質量爲C級,71噸級水泥池法的爲B級。

在研究生物漿性質的同時,爲研究生物制漿殘液的性質,把麥草漿的漿液濃縮爲原濃度的1/2後送中國林科院環境保護研究中心作15種礦物質測定,看到液體內的鈉、鉀和鈣元素最多,有害金屬元素鉛和砷含量很少,元素總體含量與麥草含量一致。

爲探索制漿廢液利用,把循環水導入沈澱池,然後把沈澱上層清水導入再次制漿循環利用;中層沈積物離心處理後做家畜飼料填充物,並開展喂牛羊試驗;底層沈積物因夾雜有一些泥沙,與家畜糞便和稭稈發酵制成有機堆肥。由于生物制漿的廢水可反複循環利用,生物制漿用水要比化學制漿節省得多。這樣通過無汙染生物制漿技術,使農村稭稈可由當地農村就近就地消化,制成紙漿外銷,飼料和肥料也可就近施入農田,還可以吸收附近一些農民參與生産過程,獲得一定工資報酬。

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《林业實用技術》(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推广生物制浆。

以上介紹的生物制漿研究結果,當時在國內外可稱得上是原始創新,但可能是由于未發表在有關制漿造紙刊物上而未受到關注。在應用方面,我們也曾與一些大型造紙廠聯系,但由于其工藝流程和設備都與現行化學機械制漿完全不同而未被采用。在小型造紙廠的縣裏,由于國家環保治汙關閉了當地所有造紙廠。人們一聽到建生物造紙廠,不管其是否會造成汙染,也不會關注其可就地解決稭稈消費的優勢,談虎色變,概不接受。因此,我們用十年功夫研制的已有生産化廠房、生産規模,可制成合乎國家標准紙張的生態環保型生物技術被擱置起來。

鑒于近兩年國家從生態環境全面治理考慮,禁止農村稭稈焚燒,提倡多種燃燒發電,打包飼料成本太高、還有額外的運輸配送費,特別是就地粉碎未發酵還田更爲農業生産帶來枯苗、死苗、病蟲害加重,致使農民不能接受。現在我們再一次將已被擱置了15年的有利于農業高質量發展的多産品、無汙染環境友好型,又能爲農民帶來一些經濟收入的我國原創性生物制漿技術研究成果重新公開出來,請關心“三農”問題和生態文明建設的學者們討論其科學性,同時在推行中不斷提升生物制漿技術的完善化,以爲國家經濟發展、生態文明建設做出微小貢獻。

該問題起始于亮宇科技開發中心,中國林科院做技術支持、品質監控,並提供研究材料和設備,天津科技大學在制漿、紙品測定和大規模生産化制漿過程中做了詳細追蹤性研究。

(本文由馬常耕先生亲笔撰述,宋平根据手稿及作者本人口述整理)

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