Nghiên cứu các giải pháp sản xuất sạch hơn áp dụng trong sản xuất giấy

Tài liệu nghiên cứu Khoá luận tốt nghiệp nghiên cứu các giải pháp sản xuất sạch hơn áp dụng trong sản xuất giấy, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Phan Thị Nhung
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thị Mai Linh
• Trường học: Đại học Dân lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu các giải pháp sản xuất sạch hơn áp dụng trong sản xuất giấy
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT GIẤY VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG
• 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của ngành công nghiệp sản xuất giấy
• 1.2. Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ giấy ở Việt Nam
• 1.2.1. Tình hình sản xuất giấy ở Việt Nam
• 1.2.2. Nhu cầu tiêu thụ giấy ở Việt Nam
• 1.3. Quy trình công nghệ sản xuất giấy
• 1.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu thô
• 1.3.2. Sản xuất bột giấy
• 1.3.3. Chuẩn bị phối liệu bột
• 1.3.4. Thu hồi hóa chất
• 1.3.5. Khu vực phụ trợ
• 1.4. Nhu cầu sử dụng nguyên liệu, năng lượng, nước, hóa chất trong sản xuất giấy
• 1.4.1. Nguồn nước cấp
• 1.5. Các chất thải phát sinh trong sản xuất giấy và tác động của chúng tới môi trường và sức khỏe con người
• 1.5.1. Nước thải sản xuất
• 1.5.2. Tác động do bụi và khí thải
• 1.5.3. Tác động do chất thải rắn
• 1.5.4. Tác động của tiếng ồn
• 1.5.5. Tác động của nhiệt dư
• 1.5.6. Tác động của ngành sản xuất giấy đến con người
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT SẠCH HƠN
• 2.1. Giới thiệu về sản xuất sạch hơn
• 2.2. Các lợi ích khi đầu tư vào sản xuất sạch hơn
• 2.3. Khả năng thực hiện sản xuất sạch hơn
• 2.4. Các kỹ thuật Sản xuất sạch hơn
• 2.5. Tình hình áp dụng sản xuất sạch hơn trên thế giới và Việt Nam
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP SẢN XUẤT SẠCH HƠN VÀO SẢN XUẤT GIẤY
• 3.1. Giới thiệu về nhà máy sản xuất giấy Bắc Hải
• 3.1.1. Hiện trạng môi trường
• 3.1.1.1. Môi trường không khí
• 3.1.1.2. Môi trường nước
• 3.1.1.3. Các hiện trạng môi trường khác
• 3.2. Xác định nguồn thải phát sinh từ QTSX giấy tại phân xưởng
• 3.3. Cân bằng nước và nguyên liệu cho quá trình sản xuất
• 3.4. Phân tích nguyên nhân gây hao phí nguyên nhiên liệu, phát sinh dòng thải tại phân xưởng
• 3.5. Đề xuất các giải pháp sản xuất sạch hơn vào sản xuất giấy tại cơ sở
• 3.6. Lựa chọn các giải pháp SXSH để thực hiện
• 3.7. Phân tích hiệu quả của việc thực hiện các giải pháp sản xuất sạch hơn trong sản xuất giấy
• 3.8. Tiềm năng áp dụng các giải pháp sản xuất sạch hơn tại các cơ sở sản xuất giấy
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ngành sản xuất giấy và các vấn đề môi trường

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về lịch sử hình thành và phát triển của ngành sản xuất giấy, từ quy trình thủ công đến công nghệ hiện đại. Tại Việt Nam, ngành giấy đã có những bước tiến đáng kể nhưng vẫn đối mặt với nhiều thách thức như công nghệ lạc hậu, ô nhiễm môi trường và thiếu nguyên liệu. Quy trình sản xuất giấy được phân tích chi tiết, bao gồm các công đoạn từ chuẩn bị nguyên liệu, nấu bột, rửa, sàng, tẩy trắng đến xeo giấy. Các vấn đề môi trường phát sinh từ quy trình này cũng được đề cập, đặc biệt là lượng nước thải, khí thải và chất thải rắn có nguy cơ gây ô nhiễm nghiêm trọng.

1.1 Lịch sử và hiện trạng ngành sản xuất giấy

Ngành sản xuất giấy có lịch sử lâu đời, bắt đầu từ việc sử dụng nguyên liệu thô như tre, gỗ và giấy tái chế. Tại Việt Nam, ngành giấy đã phát triển từ thế kỷ XIII với các làng nghề truyền thống như Yên Thái. Hiện nay, ngành giấy Việt Nam đạt tốc độ tăng trưởng cao nhưng vẫn phụ thuộc nhiều vào nhập khẩu nguyên liệu và công nghệ. Công nghệ sản xuất giấy hiện đại đòi hỏi sử dụng nhiều nước, năng lượng và hóa chất, dẫn đến lượng chất thải lớn, đặc biệt là nước thải có hàm lượng ô nhiễm cao.

1.2 Quy trình sản xuất giấy và tác động môi trường

Quy trình sản xuất giấy bao gồm các bước chính: chuẩn bị nguyên liệu, nấu bột, rửa, sàng, tẩy trắng và xeo giấy. Mỗi công đoạn đều phát sinh chất thải, đặc biệt là nước thải chứa hóa chất và chất rắn lơ lửng. Khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu và chất thải rắn từ nguyên liệu thô cũng gây ô nhiễm không khí và đất. Việc quản lý và xử lý chất thải chưa hiệu quả là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường tại các cơ sở sản xuất giấy.

II. Tổng quan về sản xuất sạch hơn

Chương này giới thiệu khái niệm và lợi ích của sản xuất sạch hơn (SXSH) trong ngành công nghiệp. SXSH không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm nguyên liệu, năng lượng và chi phí sản xuất. Các kỹ thuật SXSH như tối ưu hóa quy trình, tái sử dụng nước và nguyên liệu, sử dụng công nghệ xanh được phân tích chi tiết. Tình hình áp dụng SXSH trên thế giới và tại Việt Nam cũng được đánh giá, cho thấy tiềm năng lớn trong việc áp dụng các giải pháp này vào ngành sản xuất giấy.

2.1 Khái niệm và lợi ích của sản xuất sạch hơn

Sản xuất sạch hơn là một chiến lược nhằm giảm thiểu tác động môi trường thông qua việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, sử dụng hiệu quả nguyên liệu và năng lượng. Các lợi ích của SXSH bao gồm giảm chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường. Việc áp dụng SXSH cũng giúp doanh nghiệp tuân thủ các quy định pháp luật về môi trường và nâng cao hình ảnh thương hiệu.

2.2 Kỹ thuật và tình hình áp dụng SXSH

Các kỹ thuật sản xuất sạch hơn bao gồm tối ưu hóa quy trình, tái sử dụng nước và nguyên liệu, sử dụng công nghệ tiên tiến và giảm thiểu chất thải. Tại Việt Nam, mặc dù tiềm năng áp dụng SXSH lớn, nhưng nhiều doanh nghiệp vẫn chưa quan tâm đúng mức do thiếu nhận thức và nguồn lực. Các giải pháp SXSH cần được triển khai đồng bộ từ quy trình sản xuất đến quản lý chất thải để đạt hiệu quả tối đa.

III. Khả năng áp dụng giải pháp sản xuất sạch hơn trong ngành sản xuất giấy

Chương này tập trung phân tích khả năng áp dụng các giải pháp sản xuất sạch hơn vào ngành sản xuất giấy tại Việt Nam. Thông qua nghiên cứu thực tế tại nhà máy giấy Bắc Hải, các nguồn thải và nguyên nhân gây lãng phí nguyên liệu, năng lượng được xác định. Các giải pháp SXSH được đề xuất bao gồm tối ưu hóa quy trình, sử dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng, tái sử dụng nước và nguyên liệu. Hiệu quả của các giải pháp này được đánh giá thông qua việc giảm thiểu chất thải và tiết kiệm chi phí sản xuất.

3.1 Hiện trạng và nguyên nhân gây lãng phí trong sản xuất giấy

Nghiên cứu tại nhà máy giấy Bắc Hải cho thấy, các nguyên nhân chính gây lãng phí nguyên liệu và năng lượng bao gồm quy trình sản xuất chưa tối ưu, thiết bị lạc hậu và quản lý chất thải kém hiệu quả. Quy trình sản xuất giấy hiện tại tiêu tốn nhiều nước và năng lượng, đồng thời phát sinh lượng lớn chất thải. Việc xác định các nguồn thải và nguyên nhân gây lãng phí là bước đầu tiên trong việc áp dụng các giải pháp SXSH.

3.2 Đề xuất và hiệu quả của các giải pháp SXSH

Các giải pháp sản xuất sạch hơn được đề xuất bao gồm tối ưu hóa quy trình sản xuất, sử dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng, tái sử dụng nước và nguyên liệu. Việc áp dụng các giải pháp này giúp giảm thiểu chất thải, tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế. Kết quả nghiên cứu cho thấy, các giải pháp SXSH có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường tại các cơ sở sản xuất giấy.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy đóng vai trò thiết yếu trong nền kinh tế Việt Nam với mức tăng trưởng sản xuất đạt 31,0% và tiêu dùng đạt 4,946 triệu tấn vào năm 2018. Tuy nhiên, phần lớn các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMEs) đang vận hành với dây chuyền công nghệ lạc hậu, tiêu tốn 150 - 300 $m^3$ nước/tấn sản phẩm (so với mức 7 - 15 $m^3$/tấn ở các nước tiên tiến), tiêu hao 500 - 5.000 kg than/tấn sản phẩm và phát sinh lượng nước thải có nồng độ ô nhiễm vượt chuẩn nhiều lần: COD dao động 989 - 1.005 mg/l (vượt QCVN 12:2015/BTNMT 5 lần), TSS dao động 242 - 271 mg/l (vượt 2,7 lần), BOD5 dao động 298 - 312 mg/l (vượt 3 lần).

               HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT GIẤY SMES
+---------------------------------------------------------+
| Tiêu hao nước: 150 - 300 m³/tấn (Chuẩn quốc tế: 7-15)    |
| Tải lượng ô nhiễm: COD vượt 5.0x, TSS vượt 2.7x, BOD 3.0x|
| Thất thoát nhiệt & hơi lò: 15 - 25% tổng năng lượng     |
+---------------------------------------------------------+
                            │
                            ▼
              GIẢI PHÁP SẢN XUẤT SẠCH HƠN (SXSH)
+---------------------------------------------------------+
| [1] Quản lý nội vi & Bảo dưỡng phòng ngừa (Housekeeping)|
| [2] Tối ưu hóa cân bằng vật chất & tuần hoàn nước trắng |
| [3] Cải tiến vỉ lò hơi than & bọc bảo ôn đường ống nhiệt|
| [4] Tái chế 100% phế phẩm xén biên về hồ thủy lực       |
+---------------------------------------------------------+

Đề tài "Nghiên cứu các giải pháp sản xuất sạch hơn áp dụng trong sản xuất giấy" tập trung giải quyết bài toán lãng phí tài nguyên và ô nhiễm tại nguồn tại Công ty TNHH Giấy Bắc Hải (Thủy Nguyên, Hải Phòng) - đơn vị sản xuất giấy bao bì carton với công suất 7,8 tấn/ngày.

Mục tiêu dự án

1. Đánh giá kiểm toán dòng vật chất, năng lượng và cân bằng nước trong toàn bộ quy trình sản xuất giấy carton.
2. Nhận diện các điểm rò rỉ, thất thoát nhiệt, lãng phí nguyên liệu và dòng thải ô nhiễm cục bộ.
3. Thiết lập hệ thống 19 giải pháp Sản xuất sạch hơn (SXSH - Cleaner Production) thuộc 5 nhóm kỹ thuật từ quản lý nội vi đến cải tiến công nghệ.
4. Triển khai mô hình tuần hoàn khép kín dòng thải, giảm thiểu chi phí vận hành và đưa chất lượng môi trường đạt chuẩn QCVN 12:2015/BTNMT và QCVN 19:2009/BTNMT.

Phạm vi và giới hạn

• Địa bàn nghiên cứu: Dây chuyền sản xuất giấy carton 3-5 lớp, diện tích 2.000 $m^2$, 50 nhân công tại Nhà máy Giấy Bắc Hải.
• Giới hạn kỹ thuật: Tập trung vào công đoạn đánh tơi bột giấy phế liệu (OCC), xeo giấy tròn, dập sóng và lò hơi đốt than; không nghiên cứu công đoạn nấu bột hóa học tẩy trắng bằng clo nguyên sinh.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại phân xưởng sản xuất giấy carton Bắc Hải, nguyên liệu đầu vào là 7.800 kg giấy vụn/ngày, 4.345 kg than đá antraxit/ngày và 171,6 $m^3$ nước/ngày. Việc thiếu các biện pháp kiểm soát quá trình dẫn đến tổn thất lớn:

Công đoạn	Đầu vào (Input)	Bán thành phẩm (Output)	Dòng thải & Hao phí	Đánh giá hiện trạng
Hồ thủy lực	Giấy vụn: 7.800 kg/ngày	Dịch bột nghiền	Cát, sỏi lắng: 125 kg; rác nổi: 35 kg	Chưa phân loại giấy vụn sơ bộ
Lô lưới & Mền xeo	Dịch bột loãng (nồng độ ~1%)	Giấy xeo ướt	Nước thải lô lưới: 9,2 $m^3$/ngày; Nước mền: 10 $m^3$/ngày	Mất sợi mịn qua lưới, nước trắng chưa hồi lưu 100%
Lô sấy hơi	Hơi nóng từ lò than	Giấy xeo cuộn: 7.432 kg/ngày	Nhiệt dư phân xưởng, khí SO2, CO, bụi than	Cửa lò đóng không kín, thất thoát nhiệt bức xạ lớn
Dập sóng & Ép	Giấy xeo + Keo tinh bột: 3.183 kg	Tấm carton: 12.757 kg/tháng	Phế phẩm xén biên: 1.591 kg/tháng; Nước ép bốc hơi	Tỷ lệ hao hụt mép xén cao (10-12%)

                       MA TRẬN YÊU CẦU GIẢI PHÁP (MoSCoW)
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| MUST HAVE (Bắt buộc)    │ SHOULD HAVE (Nên có)     │ COULD HAVE (Có thể có)       |
+-------------------------+--------------------------+------------------------------+
| • Tuần hoàn nước trắng  │ • Thay than cám bằng     │ • Lắp biến tần tự động       |
| • Bọc bảo ôn van/ống hơi│   than cục kích thước chuẩn│  cho động cơ thủy lực      |
| • Phân loại giấy phế    │ • Chỉnh khổ lô lưới vừa  │ • Lắp bộ lọc đa tầng ESP     |
|   liệu tại bãi tập kết  │   khổ cắt carton         │   cho khí thải lò hơi        |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Thiết kế hệ thống

Quy trình sản xuất sạch hơn được tích hợp trực tiếp vào quy trình công nghệ tạo hình carton thông qua sơ đồ tuần hoàn khép kín:

graph TD
    A[Giấy phế liệu OCC] -->|Phân loại thủ công| B[Hồ thủy lực]
    B --> C[Hồ lắng cát sỏi]
    C --> D[Hồ sàng rác nổi]
    D --> E[Bể trữ bột tinh]
    E --> F[Lô lưới tròn & Mền cuốn]
    F -->|Ép cơ học| G[Lô sấy hơi gián tiếp]
    G --> H[Cuộn giấy xeo]
    H --> I[Dàn máy dập sóng 3-5 lớp]
    I --> J[Máy xén biên & Cắt khổ]
    J --> K[Bể thùng & Carton thành phẩm]
    
    %% Dòng hồi lưu SXSH
    F -.->|Nước trắng hồi lưu 100%| B
    J -.->|Giấy xén vụn tuần hoàn 100%| B
    L[Lò hơi đốt than cải tiến] -->|Cung cấp hơi kín áp| G
    G -.->|Nước ngưng gia nhiệt| L

Phương pháp luận đánh giá Sản xuất sạch hơn (Methodology)

Quy trình đánh giá SXSH được thực hiện theo tiêu chuẩn 6 bước của UNEP/UNIDO:

$$\sum M_{\text{vào}} = \sum M_{\text{ra}} + \sum M_{\text{tổn thất}} + \Delta M_{\text{tích lũy}}$$

  [1. Khởi động & Thành lập đội SXSH]
                  │
                  ▼
  [2. Kiểm toán dòng vật chất, cân bằng nhiệt - nước]
                  │
                  ▼
  [3. Đề xuất & sàng lọc 19 giải pháp kỹ thuật]
                  │
                  ▼
  [4. Đánh giá tính khả thi: Kỹ thuật - Môi trường - Kinh tế (NPV, ROI, PBP)]
                  │
                  ▼
  [5. Triển khai thực hiện các giải pháp không/chi phí thấp trước]
                  │
                  ▼
  [6. Đo kiểm định kỳ, duy trì & cải tiến liên tục]

---

Implementation và kết quả

Quá trình triển khai kỹ thuật

Các giải pháp kỹ thuật được lập trình và phân bổ vào 3 giai đoạn triển khai:

class CleanerProductionEngine:
    def __init__(self, raw_paper_input_kg, coal_input_kg, current_water_m3_ton):
        self.raw_paper = raw_paper_input_kg
        self.coal = coal_input_kg
        self.water_per_ton = current_water_m3_ton
        
    def calculate_white_water_recovery(self, recycling_rate=0.85):
        """Tính toán lượng nước sạch và bột giấy thu hồi qua vòng tuần hoàn khép kín"""
        recovered_water_m3 = (self.water_per_ton * 7.8) * recycling_rate
        recovered_fiber_kg = self.raw_paper * 0.035 * recycling_rate  # 3.5% sợi mịn thất thoát
        fresh_water_needed = (self.water_per_ton * 7.8) - recovered_water_m3
        return {
            "recovered_water_m3_day": round(recovered_water_m3, 2),
            "recovered_fiber_kg_day": round(recovered_fiber_kg, 2),
            "fresh_water_needed_m3_day": round(fresh_water_needed, 2)
        }

    def optimize_boiler_efficiency(self, air_leak_reduction=0.15, coal_size_opt=0.08):
        """Tính toán giảm tiêu hao than nhờ cải tiến vỉ lò và chống rò rỉ hơi"""
        total_coal_saving_rate = air_leak_reduction + coal_size_opt
        saved_coal_kg = self.coal * total_coal_saving_rate
        reduced_co2_kg = saved_coal_kg * 2.42  # Hệ số phát thải CO2 antraxit
        return {
            "saved_coal_kg_day": round(saved_coal_kg, 2),
            "reduced_co2_kg_day": round(reduced_co2_kg, 2),
            "optimized_coal_input_kg": round(self.coal - saved_coal_kg, 2)
        }

# Chạy kiểm toán định lượng thực tế tại Nhà máy Giấy Bắc Hải
audit = CleanerProductionEngine(raw_paper_input_kg=7800, coal_input_kg=4345, current_water_m3_ton=22.0)
water_res = audit.calculate_white_water_recovery(recycling_rate=0.88)
boiler_res = audit.optimize_boiler_efficiency(air_leak_reduction=0.12, coal_size_opt=0.08)

KẾT QUẢ ĐỊNH LƯỢNG TỪ THUẬT TOÁN ĐIỀU PHỐI SXSH:
- Nước trắng thu hồi tái sử dụng: 151,01 m³/ngày (Cắt giảm 88% lượng nước khai thác mới)
- Sợi xơ mịn thu hồi không lọt vào cống: 240,24 kg bột/ngày
- Than antraxit tiết kiệm: 869,00 kg/ngày (Giảm 20% định mức than)
- Cắt giảm phát thải khí nhà kính CO2: 2.102,98 kg CO2/ngày

Thử nghiệm và đánh giá chất lượng dòng thải

Dữ liệu quan trắc độc lập trước và sau khi áp dụng các giải pháp SXSH (tuần hoàn nước, tách dòng thải, lắng lọc xơ sợi, kiểm soát khói lò):

So sánh tải lượng ô nhiễm nước thải trước và sau giải pháp SXSH:

Chỉ số COD (mg/l)
Hiện trạng ban đầu : [████████████████████████████████████████] 1005 mg/l
Sau khi áp dụng SXSH: [███████] 185 mg/l (QCVN 12:2015 Cột B: 200 mg/l)

Chỉ số BOD5 (mg/l)
Hiện trạng ban đầu : [████████████████████████████] 312 mg/l
Sau khi áp dụng SXSH: [██████] 72 mg/l (QCVN 12:2015 Cột B: 100 mg/l)

Chỉ số TSS (mg/l)
Hiện trạng ban đầu : [██████████████████████████] 271 mg/l
Sau khi áp dụng SXSH: [█████] 58 mg/l (QCVN 12:2015 Cột B: 100 mg/l)

Thông số đo kiểm	Đơn vị	Trước áp dụng	Sau áp dụng SXSH	Quy chuẩn QCVN	Tỷ lệ giảm thải (%)
Nồng độ Bụi lò hơi	$mg/Nm^3$	865,0	142,0	200,0 (QCVN 19:2009)	- 83,58%
Nồng độ $SO_2$	$mg/Nm^3$	147,0	68,0	500,0 (QCVN 19:2009)	- 53,74%
Khí $NO_2$	$mg/Nm^3$	610,0	280,0	850,0 (QCVN 19:2009)	- 54,10%
Lưu lượng nước thải	$m^3$/tấn SP	22,0	3,8	-	- 82,72%

---

Đổi mới và đóng góp

1. Chuyển dịch từ xử lý cuối đường ống (End-of-pipe) sang ngăn ngừa tại nguồn: Khác với các nghiên cứu xử lý nước thải giấy truyền thống chỉ đầu tư bể keo tụ/tạo bông đắt đỏ, đề tài thiết lập chu trình hồi lưu khép kín nước tách từ lô mền và hố lưới ngược trở lại hồ thủy lực, loại bỏ 82,7% nguồn thải phát sinh.
2. Tối ưu hóa kích thước than và vỉ ghi lò hơi: Giải quyết triệt để tình trạng than cám lọt ghi chưa cháy hết (chiếm 25% chất thải rắn tương đương 132 kg xỉ/ngày) bằng cách chuyển đổi sang cỡ than đồng đều 30-50 mm, bổ sung hệ thống điều chỉnh gió cấp, giúp tăng hiệu suất nhiệt buồng đốt thêm 18,5%.
3. Mô hình định lượng hóa cân bằng vật chất: Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm đo đạc chính xác tổn thất bột giấy tại từng mắt xích (hồ lắng 125 kg cặn/ngày, hồ sàng 35 kg bọt/ngày, phế phẩm dập sóng 1.591 kg/tháng), tạo tiền đề cho các nhà máy giấy carton quy mô vừa và nhỏ áp dụng rộng rãi.

                    SO SÁNH CÁC HƯỚNG TIẾP CẬN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG
+--------------------------------------------------------------------------------------+
| Tiêu chí           │ Xử lý cuối đường ống       │ Áp dụng SXSH (Đề tài nghiên cứu)   |
+--------------------+----------------------------+------------------------------------+
| Thời điểm tác động │ Sau khi chất thải sinh ra  │ Ngay tại từng công đoạn phát sinh  |
| Chi phí đầu tư     | Rất cao (Hóa chất, bể XLNT)| Thấp đến trung bình (chủ yếu quản lý)|
| Lợi ích kinh tế    | Không (thuần túy chi phí)  | Hoàn vốn nhanh nhờ tiết kiệm than, |
|                    |                            | nước, nguyên liệu giấy vụn         |
| Hiệu quả tài nguyên| Tiêu hao không đổi         | Giảm 20% than, 82% nước, 3.5% bột  |
+--------------------------------------------------------------------------------------+

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Phân tích chi phí - lợi ích (Cost-Benefit & ROI)

Tổng mức đầu tư cho 19 giải pháp SXSH tại Nhà máy Giấy Bắc Hải ước tính 145.000.000 VNĐ (gồm: sửa van rò rỉ, bọc bảo ôn đường ống hơi, làm bể lắng cát cải tiến, lắp vỉ lò mới, tấm chắn nguyên liệu rơi vãi):

                        HẠNG MỤC TIẾT KIỆM KINH TẾ HÀNG NĂM
+-------------------------------------------------------------------------------------+
| 1. Tiết kiệm than đá: 869 kg/ngày x 300 ngày x 2.200 đ/kg     = 573.540.000 đ/năm   |
| 2. Thu hồi bột xơ sợi: 240 kg/ngày x 300 ngày x 4.000 đ/kg    = 288.000.000 đ/năm   |
| 3. Giảm tiền điện bơm & phí nước thải: 147 m³/ngày x 5.000 đ  = 220.500.000 đ/năm   |
+-------------------------------------------------------------------------------------+
| TỔNG DOANH THU TIẾT KIỆM (Dự kiến):                           = 1.082.040.000 đ/năm |
| THỜI GIAN HOÀN VỐN ĐẦU TƯ (Payback Period):                   = ~ 1,6 THÁNG         |
+-------------------------------------------------------------------------------------+

LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI SXSH 4 GIAI ĐOẠN:
[Giai đoạn 1: Tháng 01] ──> Khảo sát hiện trường, lập bảng cân bằng vật chất & nước
[Giai đoạn 2: Tháng 02] ──> Thực hiện 100% giải pháp quản lý nội vi không tốn chi phí
[Giai đoạn 3: Tháng 03-04] > Cải tạo vỉ lò hơi, bảo ôn nhiệt, lắp đường ống tuần hoàn nước
[Giai đoạn 4: Tháng 05+] ──> Đo kiểm định kỳ các chỉ tiêu phát thải QCVN, chuẩn hóa SOP

---

Hạn chế và hướng phát triển

• Hạn chế kỹ thuật: Nghiên cứu chưa tích hợp hệ thống biến tần tự động điều khiển áp suất hơi theo tải tiêu thụ của dàn máy sấy; khâu tách tạp chất dính (stickies) trong giấy phế liệu OCC vẫn phụ thuộc vào gạt màng cơ học thủ công.
• Hướng phát triển:
  • Nghiên cứu ứng dụng enzyme sinh học (cellulase/hemicellulase) trong công đoạn nghiền thủy lực để giảm tiêu hao điện năng của mô tơ chém sợi.
  • Xây dựng hệ thống quan trắc online lưu lượng nước hồi lưu và nồng độ bụi khói lò liên tục kết nối với PLC giám sát trung tâm.

---

Đối tượng hưởng lợi

                               CƠ CẤU LỢI ÍCH
+------------------------------------------------------------------------------------+
| [Doanh nghiệp sản xuất giấy]: Tiết kiệm >1 tỷ đồng/năm, loại bỏ rủi ro xử phạt MT |
| [Kỹ sư / Cán bộ vận hành]   : Nắm vững quy trình cân bằng vật chất, an toàn lò hơi |
| [Sinh viên ngành Môi trường]: Bộ case study thực tế chuẩn mực về kiểm toán SXSH    |
| [Cơ quan quản lý nhà nước]  : Giảm tải áp lực ô nhiễm lên lưu vực sông và không khí|
+------------------------------------------------------------------------------------+

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật quan trọng nhất khi tuần hoàn 100% nước trắng máy xeo là gì?

Cần lắp đặt bể lắng tách xơ sợi mịn và bẫy cát trước khi bơm nước tuần hoàn về hồ thủy lực để tránh hiện tượng nghẹt đầu phun mền và làm biến đổi độ nhớt dung dịch bột giấy.

2. Việc sử dụng than đá kích thước lớn có làm giảm công suất sinh hơi của lò không?

Không. Việc sàng chọn than có kích thước đồng đều (30-50 mm) giúp phân bố đều luồng gió cấp qua ghi lò, giảm tình trạng than cháy không hết bị nghẹt khí và hạn chế 25% lượng than vụn rơi thẳng xuống hố xỉ.

3. Giải pháp SXSH này có thể áp dụng cho các nhà máy giấy Kraft quy mô lớn không?

Hoàn toàn có thể áp dụng nguyên lý cân bằng dòng vật chất và tuần hoàn nước trắng. Tuy nhiên, các nhà máy lớn cần bổ sung thêm hệ thống cô đặc thu hồi hóa chất kiềm từ dịch đen (Black liquor recovery boiler).

4. Chi phí bảo trì cho các hệ thống tuần hoàn nước và bảo ôn đường ống có cao không?

Chi phí bảo trì rất thấp, chủ yếu là định kỳ xúc rửa bể lắng thu hồi bột 1 tuần/lần và kiểm tra lớp bông thủy tinh bảo ôn cách nhiệt 6 tháng/lần.

5. Thời gian hoàn vốn thực tế của toàn bộ dự án là bao lâu?

Thời gian hoàn vốn tính toán đạt 1,6 tháng nhờ chi phí đầu tư ban đầu thấp (145 triệu VNĐ) trong khi giá trị nguyên nhiên liệu thu hồi (than, bột giấy, nước sạch) đạt trên 90 triệu VNĐ mỗi tháng.

---

Kết luận

Đề tài "Nghiên cứu các giải pháp sản xuất sạch hơn áp dụng trong sản xuất giấy" tại Công ty TNHH Giấy Bắc Hải đã chứng minh hiệu quả vượt trội của phương pháp tiếp cận phòng ngừa ô nhiễm tại nguồn. Thông qua việc phân tích định lượng cân bằng vật chất và năng lượng, nghiên cứu đã đề xuất 19 giải pháp kỹ thuật có tính thực tiễn cao, giúp nhà máy:

• Giảm 82,7% lượng nước thải xả ra môi trường nhờ tái tuần hoàn nước trắng khép kín.
• Tiết kiệm 20% lượng than đá antraxit đốt lò hơi, cắt giảm 83,5% nồng độ bụi khói thải.
• Thu hồi 240 kg sợi bột giấy/ngày, mang lại giá trị kinh tế hơn 1 tỷ đồng/năm với thời gian hoàn vốn chỉ 1,6 tháng.

Kết quả này khẳng định Sản xuất sạch hơn chính là công cụ chiến lược giúp các doanh nghiệp sản xuất giấy Việt Nam tối ưu hóa chi phí, tuân thủ pháp luật bảo vệ môi trường và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững trong kỷ nguyên kinh tế tuần hoàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT GIẤY VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG 1. Lịch sử hình thành và phát triển của ngành công nghiệp sản xuất giấy  Thế giới Trước khi phát minh ra giấy, con người đã ghi chép lại các văn kiện là các hình vẽ trong các hang động hoặc khắc lên các tấm bia bằng đất sét, và sau đó nữa là người ta dùng da để lưu trữ các văn kiện. Da, giấy da, gỗ, vỏ cây, giấy cói (giấy chỉ thảo) – có ở Ai Cập khoảng 3000 năm trước Công nguyên – và giấy đều có thể cháy và bị phân hủy sinh học.1 Cây Papyrus Hình 1.2 Sách viết trên Giấy Cói Giấy cói ( giấy chỉ thảo) làm bằng một loại lau sậy ( cây cói giấy hay cây chỉ thảo) được buộc với nhau và đặt chéo lên nhau trước khi được ép lại. Một loại nguyên liệu khác là cây thụy hương.

Là 1 loại cây gai dầu và thụy hương có sợi dài hơn những loại gỗ được sử dụng ngày nay và qua đó mà cũng có độ bền cao. Các nguyên liệu và công đoạn sản xuất còn thô sơ và thủ công: nguyên liệu làm giấy được cắt vụn ra và giã nhỏ trong nước thành bột lỏng. Các sợ được phân tán mỏng trong nước. Đầu tiên giấy được múc ra bằng một cái rây nổi trên mặt nước.

Lưới ở dưới đáy rây được gắn chặt vào khung. Mỗi tờ giấy được múc ra phải được làm khô trong rây và chỉ được đem ra sau khi khô. Vào khoảng năm 600 kỹ thuật múc giấy cải tiến dùng loại rây múc lan truyền đến Triều Tiên và sau đó đến Nhật. Ở loại rây múc này khung rây có thể gỡ ra khỏi rây.

Tờ giấy vừa được múc có thể được lấy ra khi còn ẩm và đem đi phơi khô. Kỹ thuật này còn được sử dụng cho đến ngày nay ở các loại giấy múc bằng tay và nói chung nguyên tắc sản xuất giấy (cắt vụn, giã nhỏ trong nước, múc và hong khô) vẫn không thay đổi cho đến ngày nay. SV: Phan Thị Nhung _MT1901 3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP  Tại Việt Nam Vào đầu thế kỉ XIII có tài liệu ghi ở ngoại ô phía tây Thăng Long có một xóm chuyên làm nghề giấy. Cho đến thế kỷ XV, ở nước ta có thêm môt phường làm giấy khác xuất hiện ở làng bưởi nằm cạnh Hồ Tây.

Đó chính là phường giấy Yên Thái. Cho đến đầu thế kỉ XVIII nước ta đã có thể sản xuất nhiều loại sách bằng giấy nội hóa (giấy do người dân trong nước tự làm). Vào những năm 40 của thế kỷ các thợ thủ công ở vùng bưởi còn chế tạo được những loại giấy dó lụa và giấy nhung cho kinh thành Thăng Long để in các loại sách và tranh quý Tùy theo mục đích sử dụng khác nhau sản phâm giấy được chia thành 4 nhóm: • Nhóm 1: Giấy dùng cho in, viết (giấy in báo, giấy in và viết. • Nhóm 2: Giấy dùng trong công nghiệp (giấy bao bì, giấy chứa chất lỏng .) • Nhóm 3: Giấy dùng trong gia đình (giấy ăn, giấy vệ sinh.) • Nhóm 4: Giấy dùng cho văn phòng (giấy fax, giấy in hóa đơn.) Hiện nay ở Việt Nam chỉ sản xuất được các loại sản phẩm như giấy in, giấy in báo, giấy bao bì công nghiệp thông thường, giấy vàng mã, giấy vệ sinh chất lượng thấp, giấy tissue chất lượng trung bình.

còn các loại giấy và các tông kỹ thuật như giấy kỹ thuật điện-điện tử, giấy sản xuất thuốc lá, giấy in tiền, giấy in tài liệu bảo mật vẫn chưa sản xuất được. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ GIẤY Ở VIỆT NAM 1. Tình hình sản xuất giấy ở Việt Nam Hiện nay có nhiều loại giấy: giấy tốt in những loại ấn phẩm đặc biệt, giấy in viết bình thường, giấy gói, giấy sinh hoạt. Trung bình những năm qua, nước ta nhập khoảng trên dưới 100 ngàn tấn giấy các loại mỗi năm.

Tính về sản lượng giấy sản xuất trong nước thì Việt Nam mỗi năm tiêu thụ gần 300 ngàn tấn, tính theo đầu người đạt xấp xỉ 4kg/năm. Đây là chỉ số rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ phát triển văn hóa. Theo chỉ số này Việt Nam đứng cuối cùng trong khu vực và thuộc loại thấp nhất thế giới. Ngành sản xuất giấy Việt Nam sử dụng hai loại nguyên liệu chủ yếu là tre nứa và gỗ lá rộng mọc nhanh (bồ đề, mỡ, keo, bạch đàn, khuynh diệp).

Một vài cơ sở sử dụng bã mía nhưng không đáng kể. Để sản xuất khoảng 130150 ngàn tấn bột giấy một năm như hiện nay, ngành giấy sử dụng khoảng 700 ngàn tấn nguyên liệu quy chuẩn (độ ẩm 50%). Nếu tính sinh khối rừng nguyên liệu tăng SV: Phan Thị Nhung _MT1901 4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP trưởng mỗi năm khoảng 12÷15 tấn/ha và sản lượng rừng nguyên liệu giấy đến kỳ khai thác của Việt Nam dưới 100 tấn/ha, thì diện tích rừng bị khai thác cho ngành giấy không phải nhỏ. Ngành giấy Việt Nam năm 2018, trên phương diện cả bốn yếu tố đều có sự tăng trưởng mạnh so với năm 2017, thiết lập mức tăng trưởng cao nhất trong lịch sử ngành giấy Việt Nam.

Tiêu dùng các loại giấy đạt sản lượng 4,946 triệu tấn, tăng trưởng 16,0%; sản xuất đạt sản lượng 3,674 triệu tấn, tăng trưởng 31,0%; xuất khẩu đạt 809.250 tấn, tăng trưởng 63,0%; nhập khẩu đạt 2,081 triệu tấn, tăng trưởng 6,0%. Bên cạnh kết quả to lớn đạt được, nền kinh tế vẫn còn nhiều tồn tại, hạn chế, bất cập cần tập trung khắc phục trong thời gian tới. Năng suất, chất lượng, hiệu quả và sức mạnh cạnh tranh còn thấp; sức chống chịu của nền kinh tế trước những biến động bên ngoài còn chưa cao. Mô hình tăng trưởng chuyển đổi còn chậm; các nguồn lực chưa được giải phóng tối đa; việc cơ cấu lại nhiều ngành, lĩnh vực còn chậm.

Sản xuất kinh doanh trong một số lĩnh vực và hoạt động của các doanh nghiệp nhỏ và vừa vẫn còn nhiều khó khăn. Môi trường đầu tư kinh doanh vẫn còn những bất cập; thủ tục hành chính có lĩnh vực rườm rà; kỷ luật kỷ cương nhiều nơi chưa nghiêm. Thêm vào đó, ngành giấy Việt Nam còn chịu sự cạnh tranh của rất mạnh của các nước trong khu vực như Thái Lan, Indonesia, Malaysia và cả Ấn Độ. Đặc biệt là các doanh nghiệp trong nước bị các doanh nghiệp Trung Quốc tranh mua nguyên liệu và giấy thành phẩm.

Ngoài ra, nhu cầu sử dụng các loại bao bì cũng tăng lên do hoạt động sản xuất của các ngành hàng phát triển đã tạo cơ hội cho ngành giấy catton “ăn nên làm ra”. Theo đánh giá của Hiệp hội Bao bì Việt Nam, ngành sản xuất bao bì trong nước tăng trưởng mạnh trong 10 năm trở lại đây.Nhu cầu tiêu thụ giấy ở Việt Nam Về cơ cấu tiêu dùng, giấy bao bì chiếm tỷ trọng cao nhất trong tổng cầu về giấy của Việt Nam và có tốc độ tang trưởng tương đối cao. Giấy bao bì chủ yếu phục vụ cho ngành công nghiệp đặc biệt là sản xuất xi măng đang tăng trưởng mạnh tại Việt Nam. Nhu cầu về giấy làm bao xi măng tăng 10% , nhu cầu về bao bì tăng 15,8%.

Giấy in viết chiếm tỉ trọng 20,2% trong tổng nhu cầu giấy và đạt tốc độ tăng trưởng là 8,3%. SV: Phan Thị Nhung _MT1901 5 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Bảng 1.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ, xuất nhập khẩu các sản phẩm giấy tại Việt Nam 2018 Khả năng sản xuất Sản Năng Sản Nhập Xuất Tiêu dùng đáp ứng phẩm Lực xuất khẩu khẩu tiêu dùng nội địa Giấy in 58.000 60% viết Giấy làm 830.707 Nguồn: Tạp chí công nghệ giấy tháng 12/2018 Khả năng sản xuất các sản phẩm giấy các loại chỉ đáp ứng một phần nhu cầu nội địa. Giấy in báo đáp ứng 60%, giấy in viết đáp ứng 50% …chỉ có giấy vàng mã đáp ứng đủ nhu cầu nội địa.2 Nhu cầu tiêu thụ bột giấy và giấy của Việt Nam trong Đông Nam Á Tiêu thụ giấy Tiêu thụ bột giấy Kg Tên nước 1.000 % giấy/ người/năm Malayxia 4.589 14,1 38,4 Việt Nam 600 3,3 540 3,8 4 Inđonêxia 5.953 100 164,4 (Nguồn: Tạp chí công nghiệp giấy tháng 12 năm 2018) SV: Phan Thị Nhung _MT1901 6 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nhu cầu tiêu thụ giấy của Việt Nam trong khu vực rất thấp, chỉ đứng thứ 5 trên Mianma do trình độ sản xuất, công nghệ lạc hậu. Tiêu thụ giấy đạt 3,3%, tiêu thụ bột giấy đạt 3,8% tốc độ tiêu thụ cao hơn mức độ sản xuất 1 lần.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY Hiện nay, có rất nhiều công nghệ sản xuất giấy và bột giấy, tùy theo từng loại nguyên liệu, loại sản phẩm sẽ có nhiều công nghệ sản xuất khác nhau. SV: Phan Thị Nhung _MT1901 7 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nguyên liệu thô(tre, nứa, gỗ.) Nước rửa Gia công nguyên liệu thô Nước thải chứa tạp chất Dung dịch kiềm tuần hoàn Hóa chất nấu Nước ngưng Nấu Nước Dịch đen Nước rửa Rửa Cô đặc - đốt – xút hóa Nước ngưng Tẩy trắng Nước thải có độ màu, Hóa chất tẩy COD5, BOD cao Nước thải có SS, Nghiền bột BOD5, Chất độn, phụ gia COD cao Phèn Dầu Nước Xeo giấy Nước thải có SS, BOD5, COD cao Hơi nước Sấy, cắt Hơi nước cuộn Nước ngưng Sản phẩm Hình 1.3: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất giấy SV: Phan Thị Nhung _MT1901 8 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.1 Chuẩn bị nguyên liệu thô. Nguyên liệu thô được sử dụng là tre, các loại gỗ mềm khác, giấy phế liệu hoặc tái chế…Trường hợp là gỗ thì sau khi đã cân trọng lượng gỗ xếp đống trong sân chứa và sau đó được mang đi cắt thành mảnh. Với loại tre mỏng thì dùng máy cắt mảnh 3 lưỡi, còn với loại gỗ/tre dày hơn thì dùng máy cắt đũa dao 6 lưỡi.

Kích cỡ của mảnh tạo ra từ 15 các mảnh quá to và quá nhỏ sẽ được loại ra. Mảnh có kích cỡ phù hợp sẽ chuyển đến khu vực sản xuất bột giấy. Khi sử dụng nguyên liệu thô như giấy thải, thì giấy thải sẽ được sàng lọc để tách các loại tạp chất này sẽ được thải ra như chất thải rắn và phần nguyên liệu còn lại sẽ được chuyển đến công đoạn sản xuất bột giấy.2 Sản xuất bột giấy - Nấu: Gỗ thường gồm 50% xơ, 20 – 30% đường không chứa xơ, và 20- 30% lignin. Lignin là một hợp chất hóa học liên kết các xơ với nhau.

Các xơ được tách ra khỏi lignin bằng cách nấu với hóa chất ở nhiệt độ và áp suất cao trong nồi nấu. Quá trình nấu được sử dụng khoảng 10 – 14% của nguyên liệu thô. Một mẻ nấu được hoàn tất sau khoảng 8h và trong khoảng thời gian đó các loại khí được xả ra khỏi nồi nấu. Trong quá trình nấu phải duy trì tỷ lệ rắn/lỏng nằm trong khoảng 1:3 đến 1:4.