بازنگري تحقيق خميرسازي بيوشيمايي و بيومكانيكي

عمليات قارچي روي تراشه‌هاي چوب قبل از خميرسازي مكانيكي موجب ذخيره انرژي برق و بهبود خواص استحكام كاغذ و كاهش محتواي pitchآن مي‌شود عمليات قارچي برروي گياهاني غير جوبي مفيد است و pitch آن را كاهش مي‌دهد و از سولفيت، ارگانوسولو و تجزيه توليد خمير كاغذ استفاده مي‌گردد. نتايج مقدماتي با خمير كاغذ يبوكر افت اميدوار كننده است ولي يك ارزيابي

عميق لازم مي‌باشد نتايج آزمايشات تراشه چوب اخيراً در آزمايشگاه محصولات جنگلي در مقايسه با موارد بدست آمده توسط بيوراكتورهاي مقياس آزمايشگاه جالب بودند اقتصاد فرآيند جالب هستند و فرآيند با خمير كاغذ موجود و كارخانجات مربوط با مقدار تغييرات انطباق دارد. صنعت خمير كاغذ از روش‌هاي خميرسازي شيميايي با تركيبي از اينها براي توليد خميرهاي داراي ويژگي‌هاي مطلوب استفاده مي‌كنند خميرسازي مكانيكي شامل استفاده از نيروي مكانيكي براي جداكردن الياف چوب است. فرآيندهاي مكانيكي توليد بالا مي‌باشند( تا ۹۵%) و كاغذ داراي قابليت چاپ عالي

مي‌باشد. اين فرآيندها براساس روش مصرف انرژي الكتريكي هستند و كاغذ داراي استحكام كمتر محتواي pitch بالاتر و سرعت برگشت رنگ بالا( زردشدن كاغذ) در مقايسه با فرآيندهاي شيميايي مي‌باشدخميرسازي شيميايي شامل استفاده از مواد شيميايي براي تجزيه ليگنين ديواره‌هاي سلول جوب و انتشار الياف پرسلولز است. فرآيندهاي خميرسازي شيمايي خميرهاي داراي

استحكام بالاتر را توليد مي‌نمايد ولي اين فرآيندها توليد كمي دارند۴۰ تا ۵۰ % و خيلي پرهزينه مي‌باشند. بيوپايپ كردن عمليات برروي مواد ليگنوسلولزي با قارچ‌هاي تجزيه كننده ليگنين قبل از خميرسازي داراي پتانسيل براي غلبه‌كردن بر بعضي از مشكلات همراه با روشهاي خميرسازي شيميايي و مكانيكي مي‌باشد متن زير به شرح و تحقيق خميرسازي بيوشيمايي و بيومكانيكي و يافته‌هاي اصلي مي‌پردازد.

خميرسازي بيومكانيكي چوب:
پس زمينه استفاده از قارچهاي پوسيدگي(مفيد) براي ليگنين‌زدايي بيولوژيكي چوب شايد توسط لاوسون و استيل از شركت خمير و كاغذ ويرجينياي غربي در نظر گرفته شود. اين محققان يك بررسي مقالات را منتشر كردند كه درباره تجزيه قارچي ليگنين مي‌باشد در دهه ۱۹۷۰ اريكسون از آزمايشگاه محصولات جنگلي سوئد يك بررسي جامع را انجام داد كه نشان داد كه عمليات قارچي مي‌تواند منجر به صرفه‌جوئيهاي انرژي و بهبودهاي استحكام براي خميرسازي مكانيكي شود. آن

تحقيق‌ها يك سري مقالات رامنتشر كرد كه به تجزيه قارچي درباره ليگنين اشاره دارد. اگر چه اين تحقيق با مشكلات محدودي مواجه بود ولي آگاهيهاي با ارزشي را فراهم كرد عمل‌آوري خمير مكانيكي درشت با آنزيم‌هايي از قبيل سلولازها و همي سلولازها قبل از تصفيه نيز منجر به صرفه‌جويي‌هاي انرژي الكتريكي و بهبود خواص استحكام كاغذ شده است. جزئيات مي‌تواند در مقالات متعددي يافت شود مقالات ذكر شده در اين بازنگري نشان مي‌دهد كه عمليات قارچي برروي تراشه‌هاي چوب براي خميرسازي مكانيكي مي‌تواند فوايد گوناگوني داشته باشد يك ارزيابي

 

جامع خمير‌سازي در ۱۹۸۷ در آزمايشگاه محصولات جنگلي تحت نظر كنسرسيوم بيوپايپ انجام گرفت.كنسرسيوم شامل FPL دانشگاه‌هاي ميسنوتاوويكانكين به ۲۲ شركت خمير و كاغذ خاتمه مي‌يابد. هدف كلي عبارت از ارزيابي جامع فن اقتصادي پيش عمليات قارچي را خميرسازي مكانيكي براي صرفه‌جويي انرژي و يا بهبود استحكام كاغذ بود. تحقيق كنسرسيوم توسط تيم‌هاي تحقيقاتي مختلفي انجام گرفت. در اين مقاله ما برروي تحقيق انجام شده توسط تيم‌هاي مهندسي و خمير و كاغذ كار كرديم و يافته‌هاي اصلي در بخش‌هاي بعدي شرح داده مي‌شوند.

»انتخاب قارچهاي تجزيه كننده ليگنين«
جداكردن قارچ‌هاي پوسيدگي بدنبال روشهاي انتخاب قارچ‌هايي صورت گرفت كه ليگنين را ترجيحاً تجزيه كرد. يكي از مناسبترين روش‌ها يك ارزيابي پوسيدگي با استفاده از بلوك‌هاي چوب د ر محفظه‌هاي خاصي است. اين قارچ‌ها با توانايي انتخاب تجزيه ليگنين براي خمير‌سازي بيومكانيكي مناسب بودند اخيراً يك روش سريعتر و آسانتر با استفاده از رنگ‌آميزي توسعه يافت كه راندمان عمليات قارچي را در طي خمير‌سازي بيومكانيكي توسط رنگ‌كردن انتخابي براي الياف در خميرهاي درشت پيش‌بيني مي‌كند. اين روش اكنون براي كمك به بهينه‌كردن فرآيند بيوپايپ و انتخاب گونه‌هاي

جديد بكار مي‌رود. پس از جداكردن بيش از ۴۰۰ نمونه اين كار انجام گرفت. بهترين قارچ‌هايي كه تا اين تاريخ يافت مي‌شوند عبارت‌اند از هستند.* ارزيابي قارچ‌هاي انتخابي براي خميرسازي مكانيكي قارچ‌هاي سفيد غربال شدند همانطوريكه براي توانايي آنها جهت كاهش نياز به انرژي الكتريكي و بهبود خواص استحكام كاغذ در طي خميرسازي مكانيكي پالايش كننده ارزيابي شدند. فرآيند شامل تراشه‌هاي جوب با قارچ‌ها در بيوراكتورها در يك مقياس رطوبت و دماي مناسب است كه با خميرسازي مكانيكي كنترل و تراشه‌هاي قارچ در يك تصفيه كننده اتمسفري تهيه كاغذ و بررسي

كاغذ از لحاظ خواص فيزيكي دنبال مي‌شود .
» صرفه‌جوئي‌هاي انرژي و خواص فيزيكي«
قارچهاي آزمايش مقادير زيادي از انرژي الكتريكي و استحكام كاغذ بهبود يافته را ذخيره كرد. متأسفانه مؤثرترين قارچ‌ها برروي كاج نسبتاً غير مؤثر است. با اين حال كشف كرديم كه يكسري انواع قارچ غير متداول برروي هر دو گونه چوب مؤثر بود. پس
از بخاردادن دماي تراشه‌هاي نزديك به C 100 حداقل در سطح مي‌باشد.

Inculumm» « : در هر فرآيند ميكروبي صنعتي اينوكولوم اهميت مهمي دارد و در آزمايشات قبلي تراشه‌هاي چوب بصورت اينوكولوم استفاده مي‌شوند در بررسيهاي اخير ما يك اينوكولوم مايع از سابورمسيلپورا را بر روي تراشه‌هاي كاج ارزيابي كرديم از آنجائيكه اين قارج هاگ‌ها را توليد نمي‌كنند و ريسة استفاده شد كه احتمالاً خيلي زياد است. يك كاهش قابل توجه توسط افزودن ليكور ذرت بدست آمده كه يك محصول فرعي صنعت آسياب كردن تر ذرت است . اضافه كردن ليكور ذرت استريل نشده ۰٫۵% مقدار اينوكولوم به كمتر از ۵g/ton (براساس وزن خشك چوب) از چوب

كاهش داده مي‌شود بدون آنكه راندمان بيوپالپ كردن قارچ قرباني شود( جدول I ) ليكور ذرت نسبتاً ارزان است. اين مقدار از اينوكولوم احتمالاَ در داخل يك محدودة جذاب خوب مي‌باشد. از آنجائيكه ليكور ذرت بطور وسيعي در آمريكا توليد مي‌شود شركتهاي خمير و كاغذ بايد بتوانند يك توليد منظم از نزديكترين محل و حداقل‌سازي هزينه‌هاي حمل و نقل بدست آورند اجزاي ليكور ذرت كه مسئول تأثير سودمند هستند معلوم نمي‌باشند. يك مقاله دربارة استفاده از ليكور ذرت در بيوپايپ كردن صادر شده است.

بررسي‌هاي سفيدكردن: عمليات قارچي بطور چشمگيري روشن كردن خميرهاي مكانيكي حاصل را كاهش دادند. ولي بررسيها نشان داد كه خميرها مي‌توانند به آساني با هيدروسولفيد سديم يا پراكسيد هيدورژن قليايي سفيد شوند خمير بيوشيمايي تا حدود ۶۰ % درخشندگي Elrepho با پراكسيد هيدورژن ۳% سفيد شد و هيدروسولفيت سديم ۷% بكار رفت كه يك درخشندگي مناسب براي روزنامه است مقادير درخشندگي كه به ۸۰% برسد با يك توالي نيمه كردن دومرحله اي همراه است . بنابراين قابليت سفيد كردن خميرهاي بيومكانيكي يك مسئله بنظر نمي‌رسد.

تحليل‌هاي افلوئنت‌ها: نمونه‌هاي فاضلاب از اولين عبورهاي تراشه‌هاي كاج از لحاظ مسموميت ميكروتوكس تقاضاي اكسيژن بيوشيميايي (BOD) و تقاضاي اكسيژن شيميايي بررسي گرديدند عمليات قارچي اساساً مسموميت را كاهش داد و مقادير BOD افزايش يا كاهش يافت كه بستگي به شرايط آزمايش دارد ولي تا حدي مقادير COD در مقايسه با مقادير براي افلوئنت‌هاي كنترل مقايسه گرديد. مقادير COD افزايش يافته ممكن است ناشي از انتشار محصولات مرتبط با ليگنين از عمل قارچي مي‌باشد.
بررسي‌هاي ميكروسكوپي : براي حصول آگاهي به مكانيزم بيوپالپ كردن ما الگوهاي رشد قارچي كرسيسوسپوريم و ساب‌ورمسيپورا در تراشه‌هاي چوب در سطح ميكروسوپي را بررسي كرديم و در سطوح تراشه‌ و در سراسر ديوارهاي سلول رشد كردند. كه در تراشه‌ها از طريق لومن‌هاي آوندهاي چوب و سلول‌هاي الياف و هچنين از طريق پونكتواسيونها سلول طبيعي و سوراخ‌هاي قارچي صورت گرفت. فرسايش و جداسازي ديوار بطور آشكار مشهود بود همانطور كه ورم‌كردن و آرايش ساختار ديوار سلول چوب را تعميم داد. جالب اينكه بعضي از قارچ شامل ساب‌ورمسيپورا كريستالهاي اكسالات كلسيم فراواني را برروي رسوبات منيزيم در نواحي موضعي برروي ديوارهاي سلول چوب توليد كرد. رسوب كلسيم و منيزيم درچوب پس از يك نهفتي نسبتاً كوتاه با ساب‌ور مسيپورا رخ داد. مشاهدات ما پيشنهاد كرد كه پاية فيزيكي براي كارآيي ببوپالپ كردن عمليات

قارچي احتمالاً شامل يك نرم كردن و ورم‌كردن ديوارهاي سلول و همچنين جداسازي در نواحي موضعي مي‌باشد. بررسي‌هاي بعدي نشان داد كه الياف بيوپالپ شده پرزدارشدن را در مقايسه با الياف خمير مكانيكي افزايش داده است. و اينكه در اندازها خرده چوب تأثير بسيار كمي برروي راندمان بيوپالپ‌كردن قارچ دارد.
»كاهش picth «: pitch به مخلوطي از مواد هيدروفوبي گفته مي‌شود كه باعث مشكلاتي در توليد خمير كاغذ مي‌شود كه شامل توقف ماشين‌آلات كاغذسازي و سوراخ‌هايي كاغذ‌سازي است.

واكنش خرده‌هاي چوب با فارچ‌هاي مختلف در كاهش مقادير چشمگير pitch مناسب بوده است. از بررسيهاي آزمايشگاهي نشان داده‌ايم كه بهترين قارچ بيوپالپ كردن مي‌تواند تا ۳۰% از عصاره‌ها در مقايسه با كنترل حذف نمايد.
» خميركردن يومكانيكي گياهان غير چوبي «: حفظ جنگلها و افزايش آگاهي محيطي بر روي كشف منابع كشاورزي براي كاغذسازي تمركز كرده‌اند بويژه كشورهاي در حال توسعه از چنين منابعي براي كاغذسازي در يك مقياس تجاري استفاده مي‌كنند. با اين حال در آمريكا كاربرد آنها تقريباً ناچيز است و اگر چه حدود ۳۳۰ ميليون تن از بيوجرم گونه هاي كشاورزي گوناگون موجود است. فرايندهاي خميرسازي شيميايي استاندارد نوعاً براي خميرسازي از الياف كشاورزي استفاده مي‌شوند اين فرآيندها انرژي بر هستند و مستلزم سرمايه‌گذاري زياد است. و به آلودگي آب و هوا كمك مي‌كند بررسي‌هايي در همكاري با دانشگاه بخش جنگل‌باني ويسكانسين نشان داده‌اند كه عمليات قارچي كنف قبل از خميرسازي مكانيكي حداقل ۳۰% از انرژي برق بكاررفته در طي تصفيه را استفاده كرد و خواص استحكام كاغذ بهبود يافته( جدول II ) بيوپالپ كردن باگاس نتايج اميدواركننده‌اي را نشان داده‌اند. اين يافته‌ها پيشنهاد مي‌نمايند كه فنآوري بيوپالپ كردن داراي پتانسيل براي كاغذسازي از گياهان غيرچوبي مي‌باشد.
»خميرسازي بيوشيميايي «: درخميرسازي شيميايي هدف خذف ليگنين از چوب و باقي گذاشتن

سلولز و همي‌سلولز مي‌باشد. ولي فرآيندهاي شيميايي بطور كامل انتخابي نمي‌باشد و تمايل دارند كه پلي‌ساكاريدها را تا اندازه‌‌اي تجزيه مي‌نمايند. عمليات قارچي بر روي خرده چوبها براي حذف ليگنين واصلاح ليگنين انجام مي‌شود. اين تغييرات ممكن است حذف ليگنين را در فرآيند خميرسازي بعدي آسانتر نمايد. همانوطور كه قبلاً ذكر گرديد عمليات قارچي باعث نرم و متورم‌كردن سلولهاي چوب مي‌شود و اين احتمال وجود دارد كه اين تغييرات بوجود آمده و اصلاح حذف ليگنين منجر به نفوذ شيميايي بهبود يافته در طي عمليات خمير‌سازي شود كه مي‌تواند منجر به قابليت

سفيدشدن خميرهاي با كاپاي كمتر و كاهش زمان و دماي پختن و كاهش نيازهاي شيميايي خميرسازي و كاهش بار پس‌آب باطله گردد.
» خميرسازي بيوسولفيت« : فرآيندهاي خميرسازي سولفيت شامل موارد متعددي است كه در باز base بكار رفته براي مواد شيميايي خميرسازي و همچنين PH ليكور خميرسازي تفاوت دارند. خميرسازي سولفيت بستگي به ليكور بر پايه كلسيم با اسيديتة بالا(PH1-2) دارد. در نيم قرن اخير بازهاي محلو‌لتري از سديم، منيزيم، و آمونيوم مورد استفاده قرار گرفته‌اند. استفاده از اين بازها دامنه تغييرات PH احتمالي را به شرايط اسيدي كمتر توسعه داده است طوري كه خميرسازي سولفيت اكنون در PH 3 تا ۵ انجام مي‌شود و خميرسازي نيمه شيميايي وسولفيت خنثي(NSSC) در ۷-۹PH انجام مي‌گيرد. در آمريكا ۱۴ كارخانة روش سولفيت درحال كار مي‌باشند. مقررات اخير (EPA) كاهش فاحش در تخليه‌هاي آب و هوا را پيشنهاد مي‌كند و فنآوري‌هاي جديد براي تأمين اين مقرارت لازم هستند. بررسي‌هاي اخير پيشنهاد مي‌نمايند كه فنآوري بيوپالپ‌كردن مي‌تواند به اين مقررات كمك نمايد و نتايج به شرح زير خلاصه مي‌شوند.
» خميرسازي با منيزيم( سولريت)«در يك بررسي خميرسازي سولفيت بر پايه منيزيم فيشبر نشان داد كه عمليات ۲ هفته‌اي با ساب‌ور‌ميسپور را از چوب منجر به كاهش كاپا به ميزان تقريباص ۳۰% با هر دو چوب مي‌شود. عمليا ت قارچي طولاني‌تر منجر به كاهش كاپاي بيشتر گرديد. اين نويسندگان گزارش كردند كه يك كاهش در زمان پخت‌و پز با عمليات قارچي وجود دارد.
»خميركردن سولفيت بر پايه كلسيم و سديم« : نتايج حاصله از كاج وساب‌ورمسيپورا مشابه با

نتايج فيشبر بودند. اسكات مقدار shive هاي كمتري را در نمونه‌هاي خمير بعمل آمده در مقايسه با كنترل مشاهده كردند كه نشاندهنده يك خمير‌سازي كاملتر با عمليات قارچي مي باشد . فلورانت هاي حاصل از نمونه هاي تحت عمليات قارچي كاهش در سمي بودن را نشان داده اند و هيچ افزايشي در مقادير BOD,COD وجود نداشت. اين نتايج، پتانسيل فنآوري بيوپالپ كردن را براي خميرسازي سولفيت نشان مي‌دهند.