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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歷史
——關于我院生物制漿研究的介紹
時間:2020-03-06 來源:院辦 文字:馬常耕 圖片: 編輯:songp 點擊:

馬常耕

根據上世紀中葉國外提出的生態環保型無污染生物制漿理論,針對當時國家提出減輕農村小造紙廠污染,明令關停年產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秸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污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秸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。并探索不同菌種配合復合液降解草類纖維素的能力比較。最后篩選出了功能較好的菌種復合纖維素降解配方。然后做麥草、稻草、甘蔗渣、蘆葦、棉桿等生物制漿的比較。以后為擴大到林業,又增加了楊木和針葉樹中的落葉松枝椏的試用,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準測定,以判斷我們研制的生物制漿法的生產可行性。結果大多數檢測指標都符合國家標準。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。為穩妥起見,又開始在不同地方的生產性制漿和造紙廠開展了生產規模試行性研究。

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。先后共制出生物漿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,認為各項檢測指標均超過國家C級標準。

與河南省扶溝縣環保局合作,在該縣五里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,利用蒸煮球法作為生物制漿制成的紙,質量達到國家A級標準;水泥池法的產品為國家C級。為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,水泥池法較差為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。

為更大規模進行生物漿生產性試驗,又與天津廣川紙業公司的文安化學制漿廠合作,并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,該廠用水泥池法生產出生物漿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產包裝箱。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,其紙品質質量為C級,71噸級水泥池法的為B級。

在研究生物漿性質的同時,為研究生物制漿殘液的性質,把麥草漿的漿液濃縮為原濃度的1/2后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。

為探索制漿廢液利用,把循環水導入沉淀池,然后把沉淀上層清水導入再次制漿循環利用;中層沉積物離心處理后做家畜飼料填充物,并開展喂牛羊試驗;底層沉積物因夾雜有一些泥沙,與家畜糞便和秸稈發酵制成有機堆肥。由于生物制漿的廢水可反復循環利用,生物制漿用水要比化學制漿節省得多。這樣通過無污染生物制漿技術,使農村秸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產過程,獲得一定工資報酬。

研究結果于2005年以“林產品環狀內循環、無污染生物制漿技術研究”題發表在中國林科院科信所的《林業實用技術》(先為《林業科技通訊》)刊物的第五期。楊樹一年生條材生物制漿性能研究比較發表在2008年由蘇曉華主編的“楊樹遺傳育種”一書中。以落葉松枝椏材的生物制漿研究結果刊載于2008年第五期的河北農業大學學報中。為此,我們也曾向有關單位建議試行推廣生物制漿。

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。在小型造紙廠的縣里,由于國家環保治污關閉了當地所有造紙廠。人們一聽到建生物造紙廠,不管其是否會造成污染,也不會關注其可就地解決秸稈消費的優勢,談虎色變,概不接受。因此,我們用十年功夫研制的已有生產化廠房、生產規模,可制成合乎國家標準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,禁止農村秸稈焚燒,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為農業生產帶來枯苗、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產品、無污染環境友好型,又能為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,以為國家經濟發展、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,并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產化制漿過程中做了詳細追蹤性研究。

(本文由馬常耕先生親筆撰述,宋平根據手稿及作者本人口述整理)

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