CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY Ở VIỆT NAM 1.1Nguồn nguyên liệu cho sản xuất bột giấy và giấy ở Việt Nam Các nguồn nguyên liệu từ rừng như tre, nứa, lồ ô, gỗ của các loài cây lá rộng mọc nhanh (bồ đề, mỡ, keo, bạch đàn,…). Giấy đã qua sử dụng. Tỉ lệ sử dụng nguồn giấy tái sinh ở Việt Nam hiện nay khoảng 10 – 15%. Con số này rất khiêm tốn so với các quốc gia khác trên thế giới (30 – 52%); Bột giấy ngoại nhập.2 Tổng quan về công nghệ sản xuất Bột giấy và Giấy Sợi cellulose là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất bột giấy – giấy.
Các thành phần chủ yếu của gỗ là sợi cellulose được sử dụng làm giấy và lignin, cacbonhydrate là cầu nối giữa các sợi cellulose. Thành phần và hàm lượng các chất chủ yếu trong tế bào gỗ được thể hiện trên Hình 1-1. Mục tiêu của quá trình sản xuất bột giấy là giải phóng sợi cellulose khỏi các cầu nối. Có hai phương pháp công nghệ sản xuất bột giấy thông dụng: - Phá vỡ cầu nối lignin bằng cơ học - Phá vỡ cầu nối lignin và cacbonhydrate bằng hóa học.
Phương pháp cơ học, gỗ được nghiền nát thành khối sợi mà không cần phải dùng đến hóa chất. Trong phương pháp này, các hợp phần của gỗ được loại bỏ rất thấp và có từ 93 – 98% trọng lượng gỗ nguyên thủy được chuyển hoá thành bột. Vì vậy, quá trình cơ học thường có sản lượng sợi cao, nhưng làm sợi yếu đi dẫn đến chất lượng sợi không tốt. Phương pháp hóa học, gỗ được xử lý bằng các tác chất kiềm mạnh hoặc acid mạnh để giải phóng lignin ra khỏi các sợi cellulose.
Quá trình hóa học có sản lượng sợi thấp (45 – 50%) bởi vì có đến 90 – 98% lignin và 50 – 80% hemicellulose được loại ra khỏi gỗ và nằm lại trong dịch đen của quá trình sản xuất. Tuy nhiên sợi ít bị hư hại, sợi dai hơn và chắc hơn. Một thuận lợi khác của công nghệ hóa học là có thể tận dụng lại bã và các sản phẩm phụ (Carmichael and Strzepek, 1987). 6 Nhiều dạng bột giấy còn được sản xuất bằng cách kết hợp các quá trình cơ học và hóa học, và tất nhiên sản lượng bột giấy cũng nằm giữa 2 quá trình cơ học và hóa học, tức khoảng 65 – 85%.
Các bước cơ bản của nhà máy sản xuất bột giấy: chuẩn bị gỗ, chặt khúc, chẽ dăm, nghiền nhão, sàng lọc, rửa và tách loại nước. Các bước cơ bản của nhà máy sản xuất giấy: chuẩn bị bột giấy, rửa, tẩy trắng, xeo giấy, hoàn tất thành phẩm. Riêng đối với các nhà máy sản xuất giấy vàng mã, còn có thể có thêm công đoạn xông hơi lưu huỳnh để chống sự xâm nhập của mối, mọt. Đối với các sản phẩm không cần đòi hỏi độ “trắng” cao (chẳng hạn như giấy vàng mã và giấy carton), có thể không cần công đoạn tẩy trắng.
Qui trình sản xuất bột giấy bằng hóa chất có thể chia ra làm hai loại công nghệ: công nghệ cellulose-sunfate và cellulose-sunfide. Công nghệ cellulose-sunfate, hóa chất sử dụng bao gồm NaOH, natri sunfide và natri carbonate; trong công nghệ cellulose-sunfit hóa chất sử dụng bao gồm magnesium bi-sunfat hoặc calcium bi-sunfat và natri bi-sunfat. Lignin được chuyển thành thiolignin và lignin kiềm hòa tan trong công nghệ cellulo-sunfat hoặc chuyển thành lignosunfonat hòa tan trong công nghệ cellulo-sunfit (Cetral Pollution Control Board, 1988). Công nghệ cellulo-sulfate hiện nay được sử dụng khá phổ biến tại các nhà máy giấy ở Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương và nhiều tỉnh, thành phố khác trong cả nước.
Phương pháp sản xuất bột giấy theo công nghệ này còn có thể phân chia nhỏ ra làm 2 phương pháp: bột giấy kiềm nóng và bột giấy kiềm lạnh. Phương pháp cellulo-sulfite có hiệu suất cao hơn và nước thải có pH không cao nhưng phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắt tiền và không sử dụng được cho các loại gỗ nhiều tannin. Hiện nay tại Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam chưa có cơ sở sản xuất nào sử dụng phương pháp này. 100 Nhựa cây % vật chất hữu cơ khô 80 Lignin 60 40 Hemicellulose 20 0 Cellulose Tế bào gỗ 7 Hình 1-1.
Thành phần và hàm lượng các chất chủ yếu trong gỗ 1.3 Các nguồn phát sinh nước thải – Thành phần và tính chất nước thải công nghiệp sản xuất Bột giấy và Giấy Công nghiệp sản xuất bột giấy – giấy là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ rất nhiều nước và thải nhiều loại nước thải ô nhiễm cao. Ở các nước phát triển, lượng nước thải vào khoảng 80 – 150 m3/tấn sản phẩm thành phẩm, trong khi đó ở các nhà máy giấy – bột giấy Việt Nam, lượng nước thải dao động trong khoảng 250 – 520 m3/tấn sản phẩm. Các dòng thải của các nhà máy sản xuất bột giấy – giấy mang tính hỗn tạp cao. Một cách tổng quát, có thể mô tả các nguồn nước thải chính trong công nghiệp sản xuất bột giấy – giấy như ở Hình 1-2 Ngoài lignin, sản phẩm phân hủy của hemicellulose và cellulose hiện diện trong nước thải ở dạng acid isosaccharinic và carbohydrates có phân tử lượng thấp.
Độ màu cao là do lignin, COD và BOD. Phần lớn BOD trong dịch đen là phần chất hữu cơ kohng lignin, vào khoảng 29.150 mg/L Bảng 1-1 giới thiệu về thành phần và tính chất nước thải dịch đen của một cơ sở sản xuất bột giấy – giấy áp dụng phương pháp kiềm nóng (dạng nấu hở) và kiềm lạnh (ngâm lồ ô trong bể hở). Các chỉ tiêu ô Đơn vị Dịch đen thải bỏ từ quá trình nhiễm đặc trưng tính Nấu nguyên Ngâm nguyên liệu liệu pH - 11,2 12,4 10,5 11,2 Alk.tổng cộng mgCaCO3/L 4.250 Độ màu Pt-Co 3.000 BOD5 g/L 22 25 7 8,2 COD g/L 110 125 33 42 SS mg/L 230 250 540 620 Lignin mg/L 1. Thành phần và tính chất 2 loại dịch đen của một cơ sở sản xuất bột giấy 8 Nước thải trắng: là loại nước thải tạo ra do quá trình rửa bột giấy và xeo giấy.
Đây là loại nước thải phổ biến nhất ở các nhà máy bột giấy – giấy, chiếm đến hơn 80% tổng lưu lượng nước thải sản xuất. Độ màu của nước thải này gây ra ngoài sự khử lignin trong gỗ mà chúng chưa được làm sạch hoàn toàn từ khâu rửa bột giấy, còn do sự hiện diện các phẩm màu hòa tan từ các công đoạn phối liệu màu cho sản phẩm giấy vàng mã. Nước thải rò rỉ: là loại nước thải tách ra từ bột giấy trên sân chứa bột giấy thành phẩm. Tính chất của chúng gần giống như “nước thải trắng” nhưng độ màu hơi cao hơn.
Nước thải vệ sinh các thiết bị máy móc công nghệ: trong số này đáng quan tâm hơn cả là nước thải từ khâu vệ sinh các thiết bị phối màu – in nhãn trong các dây chuyền sản xuất sản phẩm có in màu. Về cơ bản, thành phần của chúng bao gồm các phẩm màu hòa tan và dung môi pha màu. Tuy nhiên lưu lượng các dòng thải này rất nhỏ và chỉ mang tính chất gián đoạn. Nước mưa bị nhiễm bẩn: là loại nước mưa thấm và chảy qua các bãi chứa nguyên liệu (dăm tre, lồ ô), sân chứa bột giấy thành phẩm và cuốn trôi một phần bột giấy cùng với các chất bẩn hòa tan trên mặt bằng của cơ sở sản xuất (chủ yếu là ở khu vực bãi chứa nguyên liệu thô và bán thành phẩm).
Cây BÓC VÕ ƯỚT Nước thải bóc võ ướt Gỗ TẠO BỘT GIẤY BẰNG Nước thải bột giấy cơ học PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC hoặc TẠO BỘT GIẤY BẰNG Dịch đen Kraft PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC Dịch sulfite mất tác dụng Bột giấy THU HỒI HÓA CHẤT TẨY TRẮNG Nước thải tẩy trắng Condensates Bột giấy đã được tẩy trắng 9 XEO GIẤY Nước thải xeo Hình 1-2. Các dòng nước thải chính của nhà máy bột giấy – giấy 1.4 Tác động môi trường do nước thải công nghiệp Bột giấy – Giấy Các dòng nước thải từ các phân xưởng sản xuất bột giấy – giấy nói chung có khả năng gây độc hại mạnh cho cá và các sinh vật sống dưới nước tại những vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp nguồn nước thải của các cơ sở sản xuất đổ ra. Ngoài các tác động mạnh và chính yếu đối với cá và các sự sống khác dưới nước, nước thải công nghiệp sản xuất bột giấy – giấy còn gây ra một số tác động khác đến môi trường. Nước thải nấu và ngâm nguyên liệu gỗ có màu đen sẫm, nồng độ BOD, COD quá cao là nguyên nhân gây ra sự thiếu hụt oxy hòa tan trong nước, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh.
Kết quả quá trình hoạt động này là làm tăng hàm lượng CO2 tự do trong nước, tăng nồng độ các khí CH4, H2S mà chính các khí này lại gây ra mùi hôi cho khu vực quanh vùng. Thêm vào đó, lượng CO2 phóng thích ra từ quá trình hô hấp yếm khí của các vi sinh vật kết hợp với lượng CO2 phân hủy từ soda dư thừa trong nước thải làm cho nồng độ của chúng tăng lên cao. Ở một mức độ quá cao chúng sẽ có tác hại ngược, trở thành độc tố tiêu diệt các thủy sinh vật hoặc làm cho chúng phải di chuyển đến các nơi khác để sinh sống. Mặt khác với tải trọng hữu cơ cao như vậy sẽ rất dễ kìm hãm sự phát triển của các loại thực vật nước.
Với chỉ số pH dao động từ 10 đến 13, nước thải nấu và ngâm có độ kiềm cao không thích hợp cho sự hoạt động của các thủy sinh vật. Khi thải vào nguồn tiếp nhận sẽ làm cho nguồn nước bị nhiễm bẩn, rất dễ gây ra các hiện tượng ngứa da, sinh ghẻ khi con người tiếp xúc với nước hoặc có khả năng nhiễm độc thức ăn khi ăn phải các loài tôm cá đã bị nhiễm độc trước đó. Hàm lượng chất rắn tổng cộng (chủ yếu là bột giấy trong các dòng nước thải rửa bột và xeo giấy) cao sẽ dễ dẫn đến hiện tượng bồi lắng lòng sông. Sau thời gian tích tụ lâu ngày, các chất lắng đọng này sẽ hình thành nên một lớp mùn hữu cơ - đó là sản phẩm ngưng tụ của các hợp chất thơm (phenol) với sản phẩm phân hủy của polysaccarit - mà cấu trúc của nó là vòng benzen của phenol với các mạch nhánh.
Chính cấu trúc này làm cho lớp mùn trở nên bền vững hơn đối với sự phân giải của các vi sinh vật.