I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ưu Điểm Enzyme Xử Lý Giấy Hiện Nay
Ngày nay, tái chế giấy loại và các sản phẩm từ giấy đang được các nhà máy bột giấy và giấy hết sức quan tâm. Ý thức bảo vệ môi trường được cải thiện và những quy định chặt chẽ trong sản xuất khiến ngành công nghiệp giấy thế giới cũng như Việt Nam nỗ lực thu hồi và tái chế ít nhất 40% tất cả các sản phẩm giấy đã qua sử dụng. Nhu cầu sử dụng xơ sợi tái sinh tăng cao, công nghệ khử mực giấy loại cũng được cải tiến và hoàn thiện hơn. Các phương pháp khử mực giấy loại bằng hóa chất truyền thống có giá thành cao và sử dụng nhiều hóa chất gây hại cho môi trường. Sử dụng hóa chất có xu hướng cải thiện mức loại mực và độ trắng của bột giấy, nhưng sau đó thải ra môi trường gây ô nhiễm trầm trọng. Cùng với giá thành cao và ảnh hưởng đến môi trường, hóa chất khử mực còn tác động vào xơ sợi và tính chất cơ lý của bột.
1.1. Tình hình sử dụng giấy loại và tầm quan trọng tái chế
Ngành công nghiệp giấy sử dụng nhiều nguyên liệu thứ cấp tái sinh. Dự báo về sự phát triển công nghiệp giấy của FAO và RISI cho thấy nhu cầu sử dụng giấy loại trên phạm vi toàn cầu sẽ tăng bình quân 2,6-2,9%/năm. Vật liệu giấy và các tông loại cho sản xuất các tông sóng đạt mức 135 triệu tấn, các giấy loại và các tông bao bì đạt 46 triệu tấn, tổng cộng 181 triệu tấn, chiếm tỷ lệ 44%. Về bán thành phẩm xơ sợi dùng cho công nghiệp giấy, năm 2005 trên toàn thế giới là 345 triệu tấn, trong đó xơ sợi từ giấy loại chiếm 44%, đạt mức 150 triệu tấn. Dự đoán đến năm 2010 sẽ đạt 398 triệu tấn, trong đó xơ sợi giấy loại chiếm tỷ lệ 48%, đạt khoảng 190 triệu tấn [3]. Thu gom và xử lý giấy loại tại các nước có ngành công nghiệp giấy phát triển đã trở thành một ngành công nghiệp đem lại nguồn nguyên liệu đáng kể cho sản xuất giấy.
1.2. Xu hướng sử dụng xơ sợi tái sinh trên toàn cầu
Nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước châu Á đã phải nhập khẩu giấy loại từ nước ngoài, khi ở lục địa này đang có sự bùng nổ về công nghiệp sản xuất giấy. Khối lượng giấy loại nhập khẩu từ Mỹ vào các nước châu Á năm 2006 được thể hiện ở bảng 1.1 cho thấy giấy loại nhập khẩu ở các nước trên là tương đối lớn, phổ biến nhất là bao bì hộp cũ, chiếm tỷ lệ từ 36 đến 65%. Đây là nguồn nguyên liệu xơ sợi quan trọng cho sản xuất giấy và các tông. Lý giải cho sự phát triển không ngừng của việc sử dụng xơ sợi tái sinh ban đầu là sự cạnh tranh về giá và yêu cầu luật pháp ở nhiều quốc gia. Ảnh hưởng của các nhà môi trường thông qua chiến dịch xanh và sự chấp nhận giấy làm từ xơ sợi tái sinh của thị trường đã làm tăng hiệu quả các chính sách của các quốc gia trong vấn đề sử dụng nguyên liệu tái sinh. Theo quan điểm của các nhà môi trường, ngành công nghiệp sử dụng xơ sợi tái sinh là rất thân thiện với môi trường.
II. Vấn Đề Của Phương Pháp Xử Lý Giấy Truyền Thống Hiện Nay
Một trong những phương pháp cải tiến quá trình khử mực giấy loại là kết hợp giữa tác nhân sinh học và hóa học đã thu hút được sự chú ý của các nhà sản xuất trong thời gian gần đây. Một số nghiên cứu chỉ ra những loại enzyme như cellulase, hemicellulase, xylanase, amylase và lipase có hiệu quả trong việc khử mực giấy loại văn phòng. Các enzyme có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với nhau để nâng cao hiệu quả khử mực giấy loại báo và tạp chí. Khử mực giấy loại có sử dụng enzyme đặc biệt hiệu quả đối với những giấy loại có sử dụng những phương pháp in mà phương pháp khử mực truyền thống không có tác dụng như in laser hay in xerographie (có mặt các hạt toner) do sự bám dính của các phân tử mang màu trên giấy rất bền vững.
2.1. Tác động của hóa chất khử mực đến môi trường
Việc sử dụng hóa chất có xu hướng cải thiện mức loại mực và độ trắng của bột giấy, nhưng sau đó thải ra môi trường gây ô nhiễm trầm trọng. Cùng với giá thành cao và sự ảnh hưởng đến môi trường, hóa chất khử mực còn tác động vào xơ sợi và tính chất cơ lý của bột.
2.2. Khó khăn trong xử lý mực in bằng phương pháp truyền thống
Đối với các loại giấy loại in bằng công nghệ in laser và xerography (có mặt các hạt toner), phương pháp khử mực truyền thống gặp nhiều khó khăn do sự bám dính của các phân tử mang màu trên giấy rất bền vững.
2.3. Tiềm năng sử dụng enzyme để thay thế hóa chất độc hại
Nghiên cứu chỉ ra những loại enzyme như cellulase, hemicellulase, xylanase, amylase và lipase có hiệu quả trong việc khử mực giấy loại văn phòng. Các enzyme có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp để nâng cao hiệu quả khử mực giấy loại báo và tạp chí. Các loại enzyme tẩy trắng bột giấy được ứng dụng rộng rãi.
III. Giải Pháp Xử Lý Giấy Bằng Enzyme Quy Trình Và Ưu Điểm
Quy trình khử mực giấy loại có sử dụng enzyme bao gồm các công đoạn: đánh tơi, ngâm ủ, làm sạch, khử mực, tẩy trắng. Các công đoạn khử mực có thể được tiến hành bằng phương pháp rửa hoặc tuyển nổi. Phương pháp rửa hiệu quả với hạt mực kích thước nhỏ ( < 15 m), mức loại mực đạt 94-98%, tính chất cơ lý bột thu hồi cao, nhưng hiệu suất thấp (70-75%). Phương pháp tuyển nổi hiệu quả với hạt mực kích thước 15-150 m.
3.1. Quy trình khử mực giấy loại sử dụng enzyme chi tiết
Quy trình này bao gồm các bước: đánh tơi bột giấy, xử lý enzyme (kiểm tra CSF, thời gian 10-20 phút, nhiệt độ 40-60°C, pH 5.0), thêm chất hoạt động bề mặt và trợ tuyển nổi, sàng chọn/làm sạch, rửa, phân tán, tuyển nổi (thời gian 10-20 phút, pH 4.0-10), rửa/cô đặc, xử lý enzyme lần 2 (nếu cần), phân tích cơ lý bột thành phẩm, phân tích hình ảnh (hình 1.2).
3.2. Cơ chế tác động của enzyme trong khử mực giấy
Các enzyme có khả năng phân hủy liên kết giữa mực in và xơ sợi giấy, giúp mực dễ dàng tách ra khỏi giấy. Điều này đặc biệt hữu ích đối với các loại mực in khó tẩy bằng phương pháp hóa học truyền thống. Cơ chế này giúp bảo vệ xơ sợi và cải thiện độ bền giấy sau tái chế.
3.3. So sánh hiệu quả phương pháp rửa và tuyển nổi khi dùng enzyme
Phương pháp rửa hiệu quả với hạt mực kích thước nhỏ ( < 15 m), mức loại mực đạt 94-98%, tính chất cơ lý bột thu hồi cao, nhưng hiệu suất thấp (70-75%). Phương pháp tuyển nổi hiệu quả với hạt mực kích thước 15-150 m.
IV. Nghiên Cứu Enzyme Alpha Amylase Tiết Kiệm Hóa Chất Khử Mực
Nghiên cứu cho thấy enzyme alpha-amylase có khả năng tiết kiệm hóa chất chủ yếu trong quá trình tuyển nổi khử mực. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng enzyme alpha-amylase trong quá trình tuyển nổi khử mực giấy loại văn phòng cho thấy enzyme alpha-amylase có hiệu quả trong việc xử lý sinh học bột giấy bằng enzyme, giúp cải thiện độ trắng và loại bỏ mực in.
4.1. Ảnh hưởng của liều lượng enzyme alpha amylase
Việc sử dụng enzyme alpha-amylase giúp giảm lượng hóa chất cần thiết trong quá trình khử mực. Tối ưu hóa liều lượng enzyme giúp đạt hiệu quả khử mực cao nhất mà vẫn tiết kiệm chi phí.
4.2. Khả năng tiết kiệm hóa chất khi sử dụng enzyme alpha amylase
Nghiên cứu cho thấy enzyme alpha-amylase có khả năng tiết kiệm hóa chất chủ yếu trong quá trình tuyển nổi khử mực. Điều này góp phần giảm thiểu ô nhiễm trong sản xuất giấy và giảm chi phí sản xuất.
4.3. Tối ưu hóa quá trình tuyển nổi khử mực bằng enzyme
Để đạt hiệu quả khử mực cao nhất, cần tối ưu hóa các yếu tố như pH, nhiệt độ và thời gian xử lý enzyme. Quá trình tuyển nổi cần được điều chỉnh để phù hợp với loại enzyme và loại mực in.
V. Nghiên Cứu Enzyme BIO DE 30 Ảnh Hưởng Nhiệt Độ Và pH
Nghiên cứu quá trình tuyển nổi khử mực giấy loại sử dụng enzyme BIO-DE 30 cho thấy ảnh hưởng của mức dùng enzyme BIO-DE 30 tới kết quả khử mực giấy loại. Ngoài ra, nghiên cứu cũng xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ và pH môi trường đến kết quả khử mực có sử dụng enzyme BIO-DE 30.
5.1. Ảnh hưởng của liều lượng enzyme BIO DE 30
Mức dùng enzyme BIO-DE 30 ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng loại bỏ mực in. Cần xác định liều lượng tối ưu để đạt hiệu quả khử mực tốt nhất.
5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình khử mực
Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme BIO-DE 30. Cần duy trì nhiệt độ thích hợp để enzyme hoạt động hiệu quả nhất.
5.3. Tối ưu hóa pH môi trường cho enzyme BIO DE 30
pH môi trường cũng ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme. BIO-DE 30 hoạt động tốt nhất trong một khoảng pH nhất định. Nghiên cứu cho thấy enzyme trong công nghiệp giấy hoạt động tốt ở một pH lý tưởng.
VI. Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế Khi Sử Dụng Enzyme Xử Lý Giấy
Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế - kỹ thuật việc sử dụng enzyme trong quá trình khử mực giấy loại bằng phương pháp tuyển nổi. Đánh giá sơ bộ hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cho thấy việc sử dụng enzyme có thể giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.
6.1. Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của việc sử dụng enzyme
Việc sử dụng enzyme giúp cải thiện độ trắng, độ sạch của bột giấy tái chế. Đồng thời, enzyme cũng giúp bảo vệ xơ sợi giấy, enzyme cải thiện độ bền giấy và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
6.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế khi thay thế hóa chất
Việc sử dụng enzyme giúp giảm chi phí hóa chất, giảm chi phí xử lý nước thải và tăng hiệu quả sử dụng nguyên liệu. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng enzyme trong ngành giấy được chứng minh rõ ràng.
6.3. So sánh enzyme với phương pháp xử lý giấy truyền thống
So sánh enzyme với phương pháp xử lý giấy truyền thống cho thấy enzyme mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và môi trường. Điều này thúc đẩy xu hướng sử dụng enzyme trong ngành giấy toàn cầu.
