Nghiên cứu công nghệ và dây chuyền sản xuất bột giấy hiệu suất cao từ nguồn nguyên liệu trong nước đạt tiêu chuẩn xuất khẩu

+ Hiệu suất bột tăng khoảng 1,8% + Việc thu hồi hóa chất nấu được dễ dàng và triệt để hơn + Giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đứng trước tình trạng mất cân đối về bột nói chung và đối với sả

VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT GIẤY HIỆU SUẤT CAO TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU TRONG NƯỚC ĐẠT TIÊU CHUẨN XUẤT KHẨU

Chủ nhiệm đề tài: Vũ Quốc Bảo

7948

Hà nội - 2009

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO

I.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO KHÔNG TẨY TRẮNG

Để đáp ứng thị trường, các nhà sản xuất giấy bao gói, hòm hộp các tông trên thế giới, nhất là ở các khu vực phát triển năng động như Châu Á, đã liên tục gia tăng công suất các cơ sở sản xuất hiện có và đầu tư các nhà máy mới Sản xuất bột bán hóa từ gỗ mềm, gỗ cứng hiệu suất và chất lượng cao là một lĩnh vực được thế giới quan tâm nghiên cứu triển khai trong những năm gần đây

Hiện nay có rất nhiều các phương pháp khác nhau được sử dụng để sản xuất bột bán hóa Một số phương pháp thông dụng nhất đã được nghiên cứu và triển khai áp dụng vào trong sản xuất công nghiệp:

+ Phương pháp xử lý dăm mảnh với dung dịch xút ở nhiệt độ thấp hơn

1000C

+ Phương pháp sunphít trung tính (NSSC)

+ Phương pháp nấu xút - sôđa

+ Phương pháp nấu xút ở nhiệt độ cao

I.1.1 Phương pháp xử lý dăm mảnh với xút ở nhiệt độ thấp hơn 100 0 C

Với phương pháp này, tác nhân hóa học xử lý phổ biến là NaOH, ưu điểm

là hóa chất xử lý đơn giản, dễ vận hành thao tác, suất đầu tư thiết bị tương đối thấp Nhược điểm thời gian xử lý kéo dài, hóa chất không thu hồi được một cách triệt để, độ bền cơ lý của bột thu nhận được không cao so với các phương pháp khác Dăm mảnh xử lý theo phương pháp này thường dùng để nghiền thành bột bán hóa dùng cho cho sản xuất lớp sóng của cáctông, giấy bao gói hoặc dùng cho

sản xuất giấy vàng mã Khi phối trộn bột này với bột OCC làm tăng chất lượng giấy lớp sóng như: độ bền nén vòng lớp sóng và một số chỉ tiêu cơ lý khác so với sản xuất giấy lớp sóng từ 100% từ OCC Thông thường dăm mảnh được xử lý với xút, nồng độ kiềm từ 15 – 25 g/l, ở nhiệt độ thấp hơn 100 0C, thời gian xử lý từ 1

– 3h

Hình 1.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bột bán hoá theo phương pháp xử lý

dăm mảnh với xút ở nhiệt độ thấp hơn 100 0 C

I.1.2 Phương pháp nấu xút ở nhiệt độ cao

Hình 1.2 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bột bán hoá theo phương pháp nấu

Nghiền xé Rửa bột Nghiền bột Sàng bột SX giấy

Sử dụng lại hay thu hồi hoá chất

Đánh tơi Rửa bột Nghiền bột Sàng bột SX giấy

Bốc hơi Lò đốt thu hồi Hoá chất nấu

hơn Tuy nhiên tính lựa chọn của quá trình nấu không cao, theo các kết quả nghiên cứu và trên thực tế sản xuất nhiệt độ nấu 170 0C, mức dùng kiềm 8 – 12%, thời gian bảo ôn 15 – 60 phút, tỷ dịch 1/4 Hiện nay, phương pháp này đang được

áp dụng khá phổ biến và phù hợp với các nhà máy công suất nhỏ hay các cơ sở tư nhân dùng để sản xuất lớp mặt hay lớp sóng cho cáctông sóng, giấy bao gói chủ yếu từ nguyên liệu tre, nứa và gỗ cứng

I.1.3 Phương pháp sunphít trung tính (NSSC)

Phương pháp sunphít trung tính sử dụng tác nhân nấu là Na2SO3 cùng với các chất đệm mang tính kiềm và quá trình nấu diễn ra trong môi trường gần trung tính Trên thế giới, người ta đã nghiên cứu áp dụng phương pháp này từ những năm 50 để xử lý các loại nguyên liệu ngắn ngày và các loại gỗ lá rộng Bột thu nhận được có thể tẩy trắng hoặc không tẩy trắng và dùng để sản xuất giấy in, cáctông các loại

Tác nhân phân huỷ và hoà tan lignin của nguyên liệu xơ sợi thực vật trong quá trình nấu sunphít trung tính là sunphít natri (Na2SO3) Trong nấu sunphít trung tính, chủ yếu xảy ra hai quá trình hoá học, đó là phản ứng thuỷ phân và phản ứng sulfo hoá Tùy thuộc vào pH của môi trường, các quá trình trên sẽ xảy

ra với mức độ khác nhau Các phần lignin có cấu trúc phenol tự do là cấu tử chủ yếu tham gia phản ứng phân huỷ và sulfo hoá chủ yếu liên kết ete ở α và β Ngoài

ra vòng phenylcoumaran có thể tham gia phản ứng theo hai hướng: sulfo hoá bình thường, tạo hợp chất sulfo ở α và γ, hoặc tách loại metylol v.v

Lignin bị sunphonát hóa sẽ bị giảm khối lượng phân tử và tăng khả năng hòa tan trong nước Đó là nguyên nhân dẫn đến sự hòa tan lignin Ion HSO3- sinh

ra do sunphát natri bị thủy phân:

Tuy nhiên so với nấu sunphít trong môi trường axít (pH = 1-3) lignin trong nấu sunphít trung tính bị sunphonát hóa ở mức không cao đối với gỗ lá kim thì nấu sunphít trung tính không thể thu được ngay cả xenluylô có độ cứng rất cao

Vì vậy phương pháp này chủ yếu áp dụng cho gỗ lá rộng và thân cây thảo mọc nhanh Đối với gỗ lá rộng dùng phương pháp này chủ yếu là sản xuất bột bán hóa cho sản xuất giấy bao gói và cáctông sóng Cũng có thể áp dụng phương pháp này cho sản xuất bột giấy in báo

Những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình nấu sunphít trung tính là nhiệt độ, mức dùng hóa chất, pH và thành phần dịch nấu Nhiệt độ nấu càng cao thì tốc độ hòa tan lignin càng cao, tuy nhiên trong phương pháp nấu sunphít trung tính ở khoảng nhiệt độ 140 - 170 0C lượng lignin hòa tan không thay đổi nhiều song chất lượng bột tăng lên khá rõ rệt, ở nhiệt độ 175 0C độ bền cơ lý của bột bắt đầu giảm và giảm nhanh [38]

Trong thành phần dịch nấu nếu không đủ chất đệm, pH dịch nấu vào giai đoạn cuối sẽ chuyển sang vùng axít thấp hơn 7 dẫn đến giảm hiệu suất và chất lượng bột Nếu thừa chất đệm thì quá trình nấu sẽ nhanh hơn, nhưng giảm đáng

kể hiệu suất và làm bột có mầu sẫm khó tẩy trắng Tỷ lệ chất đệm thích hợp là 30% so với mức dùng Na2SO3 Chất đệm phù hợp nhất là bicacbonát natri, cũng

20-có thể sử dụng Na2CO3, Na2S…

Dịch sau nấu sunphít trung tính có thể được cô đặc và đốt giống như trong nấu sunphát để thu hồi lấy cacbonát natri và nhiệt Phần tro thu được ở dạng nóng chảy khi hòa tan trong nước thu được dung dịch cacbonát natri dùng để điều chế dịch nấu

Na2SO3 H2O 2Na+ + HSO3- + OH- (I.1)

Môi trường nấu từ kiềm nhẹ đến trung tính ít gây ăn mòn kim loại, dẫn đến thiết bị sản xuất rẻ tiền hơn, đầu tư cơ bản cho sản xuất thấp đi

Ở nước ta phương pháp sunphít nói chung và sunphít trung tính nói riêng chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Trong những năm trước đây, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã thử nghiệm phương pháp này đối với nguyên liệu tơ đay để sản xuất giấy cuốn thuốc lá và giấy cốt cho giấy nến, nấu bột giấy

từ bã mía theo phương pháp sunphít trung tính Đã thấy được các ưu điểm của phương pháp nấu này là bột dễ nghiền và có độ bền cơ lý cao hơn so với bột nấu theo phương pháp xút

I.1.4 Phương pháp nấu xút - sôđa

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp Sunphít trung tính là gây ô nhiễm môi trường (sinh ra khí SO2, và các hợp chất của lưu huỳnh) cũng như công đoạn thu hồi hóa chất nấu phức tạp, tốn kém nên giữa thập niên 60, quy trình nấu bột theo phương pháp nấu xút - sôđa rất phát triển

Tác nhân nấu có thể dùng độc lập NaOH hoặc Na2CO3, hoặc hỗn hợp của hai loại hóa chất trên Nếu chỉ dùng Na2CO3 thì quá trình nấu sẽ kéo dài đồng thời tốn nhiều hóa chất nên không kinh tế Công trình nghiên cứu ở Mỹ năm 1976 đã đưa ra tỷ lệ phối trộn giữa hai loại hóa chất trên trong cùng một mẻ nấu là 15-50% NaOH và 50-85% Na2CO3 lượng hóa chất tổng tính theo khối lượng khô tuyệt đối của Na2O Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tỷ lệ thích hợp nhất là 20% NaOH và 80% Na2CO3

Tính chất cơ lý của bột về cơ bản giảm không đáng kể khi so với bột nấu theo phương pháp sunphít trung tính Hơn nữa, dùng phương pháp nấu này còn có một số ưu điểm so với phương pháp sunphít trung tính:

+ Lượng hóa chất tiêu tốn ít hơn, phương pháp nấu sunphít trung tính mức dùng hóa chất nấu khoảng 6%, còn phương pháp này là 4,5% tính theo đơn vị

Na2O

+ Hiệu suất bột tăng (khoảng 1,8%)

+ Việc thu hồi hóa chất nấu được dễ dàng và triệt để hơn

+ Giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Đứng trước tình trạng mất cân đối về bột nói chung và đối với sản xuất giấy các tông bao gói nói riêng, năm 2007 Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô

được Bộ Công thương giao cho thực hiện đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu công

nghệ sản xuất bột hiệu suất cao cho sản xuất giấy lớp sóng của cáctông bao gói

từ nguyên liệu gỗ cứng (các loại keo, bạch đàn)” Các nghiên cứu sơ bộ ban đầu

cho thấy chất lượng bột hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế -

kỹ thuật cho sản xuất giấy lớp sóng của cáctông bao gói Tuy nhiên để nâng cao chất lượng hơn nữa, đáp ứng được các yêu cầu về giấy bao gói, cáctông hòm hộp chất lượng cao dùng cho xuất khẩu cần nghiên cứu có hệ thống, chuyên sâu hơn nữa

Với mục tiêu nâng cao chất lượng và giảm chi phí sản xuất giấy bao gói, hòm hộp cáctông, đặc biệt là các sản phẩm giấy chất lượng cao phục vụ xuất khẩu

đề tài sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ sản xuất bột giấy hiệu suất cao từ các loại gỗ cứng thông dụng, phổ biến ở nước ta như: bạch đàn và keo tai tượng

Phương pháp công nghệ được sử dụng trong nghiên cứu là: phương pháp xử lý

trình xử lý đơn giản, chi phí đầu tư thấpvà khá phù hợp với điều kiện Việt nam

I.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO TẨY TRẮNG

I.2.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất bột cơ học

Bột hiệu suất cao tẩy trắng thường là bột cơ học, nó được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp cơ học là chính Có lẽ công nghệ sản xuất bột cơ học được bắt đầu bằng ý tưởng của J.Ch Shọffer người Đức ngay đầu thế kỷ thứ 18, khi ông khẳng định mùn cưa và các sản phẩm thừa từ gỗ có thể đem nghiền nhỏ dùng cho sản xuất giấy Mặc dù vậy mãi sau này nó mới được thừa nhận, khi Friedrich Gottlod Keller (1816 - 1895) và Charles Fenerty (1821-1892) khám phá ra bột gỗ nghiền và lần đầu tiên áp dụng cho sản xuất giấy Năm 1843, Keller cho ra đời thể hệ máy đầu tiên: lô nghiền bằng đá và chạy bằng tay quay Trải qua hàng thế

kỷ, công nghệ sản xuất bột cơ học đã có những bước phát triển không ngừng Năm 1960 hầu hết bột cơ học được sản xuất theo quy trình bột gỗ mài và cùng thời điểm này xuất hiện thế hệ máy nghiền đĩa dùng cho bột cơ đầu tiên Đến năm

1980, khoảng 50% lượng bột cơ trên thị trường quốc tế được sản xuất theo phương pháp nghiền

Do sự đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng của sản phẩm giấy nên công nghệ bột cơ đã có những thay đổi, song song với bột gỗ mài và bột cơ nghiền đã xuất hiện bột nhiệt cơ (TMP), bột nhiệt cơ tẩy trắng (BTMP) và bột hoá nhiệt cơ (CTMP), bột hoá nhiệt cơ tẩy trắng (BCTMP), bột cơ học peroxyt kiềm (APMP)

và một số công nghệ cải tiến của nó…cho chất lượng bột tốt hơn như: tỷ lệ xơ sợi dài cao hơn, độ bền cơ lý của bột được cải thiện đáng kể và độ trắng của bột rất cao Phần lớn các nhà máy bột cơ có công suất lớn trên thế giới đều áp dụng công nghệ BCTMP, APMP, đặc biệt một số công nghệ cải tiến từ APMP như công nghệ: peroxyt kiềm có tiền xử lý hoá chất khi nghiền (P-RC-APMP) do công nghệ này tiết kiệm về đầu tư, chi phí điện năng, lượng COD thải ra môi

trường thấp trong khi chất lượng bột cao, khả năng tẩy trắng tới độ cao tốt hơn, hệ

số tán xạ ánh sáng tốt hơn (tại cùng một độ trắng, độ bền)…

Nguyên liệu dùng để sản xuất bột cơ trên thế giới chủ yếu từ gỗ rừng với cả

hai loại gỗ cứng và gỗ mềm Đối với gỗ mềm bao gồm: gỗ cây vân sam (Norway

spruce, Black spruce, White spruce ); gỗ cây linh sam (Blasam fir, Silver fir );

gỗ thông (Radiata pine, White pine, Red pine, Papula pine, Pitch pine, Longleaf

pine ); gỗ cây độc cần (hemlock) Bột cơ học làm từ nguyên liệu này cho chất

lượng bột rất tốt, xơ sợi mảnh, dài, mềm mại, độ trắng cao Tuy nhiên do công nghệ và thiết bị ngày càng phát triển và hoàn thiện nên một số loài gỗ cứng cũng

đã được đưa vào sử dụng như: gỗ cây Dương (loài Populus tremuloides ở vùng Bắc Mỹ; loài Populus tremula ở Châu Âu); một số dòng bạch đàn Urophylla ở

Nam Mỹ, Trung Quốc chất lượng bột khá tốt không thua kém nhiều so với bột làm từ gỗ mềm, độ trắng của bột có thể đạt tới trên 80%ISO tuỳ thuộc vào công nghệ Các cải tiến mới đây trong quá trình thẩm thấu, nghiền và tẩy trắng đối với công nghệ P-RC-APMP cho phép sản xuất ra bột có chất lượng và độ trắng rất cao (trên 84%ISO) đối với nguyên liệu là gỗ cây Dương Cũng với công nghệ

này, đối với nguyên liệu là cây bulô (Birch) độ trắng của bột cũng đạt 84,8%ISO

(với độ nghiền CSF 285ml, ) [23]

Trong những thập niên gần đây các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu

về công nghệ nhằm thay thế nguyên liệu gỗ mềm bằng nguyên liệu gỗ cứng mới như: bạch đàn và các loại keo - một dòng cây nguyên liệu giấy cho năng suất rất cao và đặc biệt là chu kỳ sinh trưởng khá ngắn (5 – 7năm/chu kỳ khai thác) Tuy nhiên chất lượng bột còn hạn chế, đặc biệt là độ trắng của bột thấp, hiện tượng hồi màu cao, đặc biệt là đối với các dòng keo Tuy nhiên một số kết quả nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng hoàn toàn có thể sản xuất được bột có độ trắng cao từ các nguyên liệu này

Kết quả nghiên cứu của G Pagalos chỉ ra rằng khi thêm 0,026% NaBH4 (so với nguyên liệu khô tuyệt đối) trong giai đoạn tẩy thứ 2 của quy trình tẩy H2O2 thì bột BCTMP từ nguyên liệu gỗ bạch đàn, gỗ keo có thể đạt tới 78,9%ISO [28] Eric C Xu và Marc J Sabourin đã cải tiến quy trình BCTAP thành APMP từ

nguyên liệu bạch đàn Urophylla ở Nam Mỹ, nâng độ trắng của bột sau tẩy lên

80%ISO [33] Đối với nguyên liệu là Keo lai Kwei – Nam và Wan Rosli cũng chỉ

ra rằng bột BCTMP từ nguyên liệu này thể đạt độ trắng 80%ISO qua hai giai đoạn tẩy với mức tiêu hao H2O2 khoảng 5% Nhà khoa học Yonghao Ni, Quin Jiang và Zhiqing Li người Trung Quốc cũng khẳng định có thể nâng cao độ trắng của bột BCTMP từ gỗ thích (Maple) khi tẩy trong môi trường khí trơ [32] Nghiên cứu của Juan Ramos, Florentina Davalos và Jorge Sandoval sử dụng axit HNO3 cho giai đoạn tiền thẩm thấu dăm mảnh bạch đàn và keo lai, kết quả cho thấy chất lượng bột CTMP, APMP sau tẩy trắng được cải thiện đáng kể, độ trắng đạt tới 81,3%ISO [29] Nhìn chung các nghiên cứu về bột cơ đối với nguyên liệu

là bạch đàn, keo lai, keo tai tượng, keo lá tràm ở khu vực Châu Á còn ở mức hạn chế, trong khi các loại nguyên liệu này ngày càng được nghiên cứu, lai tạo, ươm trồng và cho ra đời các dòng cây nguyên liệu giấy cho năng suất cao, chu kỳ sinh trưởng ngắn, phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng vùng miền tại khu vực này

Ở Việt Nam chỉ có duy nhất Công ty cổ phần giấy Tân Mai được đầu từ xây dựng một dây chuyền bột TMP (nay đã cải tạo thành BCTMP) công suất 40.000 tấn/năm với nguyên liệu đầu vào là gỗ thông nhập từ Newzeland Tuy nhiên trong những năm gần đây do giá nguyên liệu tăng cao, nguồn nguyên liệu

gỗ thông trong nước không đáp ứng được sản xuất, nên công ty đã có những nghiên cứu nhằm đưa nguồn nguyên liệu phổ biến trong nước vào sản xuất Đầu tiên là gỗ bạch đàn, song chất lượng bột thấp: độ bền thấp, xơ sợi vụn, gẫy nhiều,

độ bền cơ lý thấp và đặc biệt là độ trắng rất thấp không đáp ứng được ngay cả đối

với sản xuất giấy in báo Với sự trợ giúp của các chuyên gia nước ngoài công ty

đã chuyển đổi công nghệ và nguyên liệu và đã thu được một số kết quả nhất định: Bột BCTMP sản xuất từ gỗ keo lai có độ trắng ≈ 70%ISO, đáp ứng được nhu cầu cho sản xuất giấy in báo của công ty, một phần cho sản xuất giấy in, giấy viết Để nâng cao hiệu quả sử dụng gỗ keo lai, đảm bảo đạt tiêu chuẩn về chất lượng bột BCTMP, năm 2004 Bộ Công Nghiệp (nay là Bộ Công Thương) và Tổng Công ty giấy Việt Nam đã giao cho Viện CN Giấy và Xenluylô kết hợp với Công ty giấy

Tân Mai thực hiện đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột hoá nhiệt

cơ từ nguyên liệu gỗ keo lai” Kết quả nghiên cứu đã khẳng định, nguyên liệu gỗ

keo lai hoàn toàn có thể dùng làm nguyên liệu cho sản xuất bột BCTMP, bột sau tẩy trắng bằng H2O2, với quy trình QP1P2 cho độ trắng >75%ISO, chất lượng bột tương đương với bột nhập khẩu sản xuất từ bạch đàn và hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu của sản xuất giấy in, giấy viết theo TCVN

Bên cạnh công nghệ BCTMP, thì công nghệ P-RC-APMP lần đầu tiên được triển khai qua dự án của Nhà máy bột giấy Phương Nam (Long An) với nguyên liệu là cây đay Thiết bị cũng như công nghệ của nhà máy được cung cấp bởi hãng Andritz Các nghiên cứu ban đầu về loại nguyên này cũng được hãng thực hiện tại phòng thí nghiệm cũng như dây chuyền pilot của hãng, kết quả khẳng định, bột cơ từ nguyên liệu cây đay trồng ở vùng Long An theo công nghệ P-RC-APMP cho chất lượng bột khá cao, hoàn toàn đáp ứng được tiêu chuẩn bột dùng cho sản xuất giấy in, giấy viết

Đối với nguyên liệu là gỗ keo tai tượng, keo lá tràm hiện nay chưa được nghiên cứu nhiều, nhất là trong lĩnh vực sản xuất bột cơ học, nên việc nghiên cứu đưa các loại nguyên liệu này vào sản xuất bột cơ có chất lượng cao ở Việt nam là rất cần thiết

I.2.2 Công nghệ sản xuất bột proxyt – kiềm (APMP)

Trong những năm qua để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của khách hàng

về sản lượng và chất lượng bột cơ học, các nhà sản xuất bột CTMP đã bổ sung một số công đoạn vào dây chuyền sản xuất như rửa, tấy trắng nhiều giai đoạn liên tiếp, nhằm giảm thành phần nhựa và nâng cao độ trắng của bột giấy

Để giải quyết mâu thuẫn này, trong nhiều năm qua, người ta đã nghiên cứu, cải tiến công nghệ sản xuất bột giấy cơ học (MP) thành bột giấy cơ học perôxít kiềm (Alkaline peroxide mechanical pulp: APMP) Do đó, một số tính chất của APMP tương đương và có phần trội hơn, đặc biệt là độ trắng so với bột giấy hóa nhiệt cơ tẩy trắng (BCTMP) Công nghệ APMP có thể sản xuất ra bột có

độ trắng lên đến 89%ISO

Thực chất, công nghệ sản xuất bột APMP là công nghệ sản xuất BCTMP cải tiến Công nghệ APMP lần đầu tiên được trình bầy tại hội nghị bột cơ học quốc tế năm 1989 bởi hãng Andritz Và nhà máy vận hành thành công đầu tiên công nghệ này là Malette, Quebec – Canada và nhà máy Yalujiang Paper Dandong, Trung Quốc Các thông số vận hành cho thấy công nghệ này cho chất

lượng bột tốt hơn bột BCTMP và giảm khá nhiều chi phí năng lượng Bảng 1.1 so

sánh giữa 2 công nghệ BCTMP và APMP với nguyên liệu là gỗ thông

Ngày nay, phần lớn các dây chuyền mới xây dựng đều sử dụng công nghệ APMP và công nghệ cải tiến từ APMP như: P – RC – APMP

Nhìn chung, các công đoạn của công nghệ APMP thường bao gồm:

* Chuẩn bị nguyên liệu:

Từ bãi nguyên liệu, các khúc nguyên liệu được xe cạp vào mâm phân phối

Từ đây nguyên liệu được cấp vào hệ thống băng tải xích, băng tải cao su chuyển tới tang bóc vỏ (kiểu ướt hoặc khô) Các khúc nguyên liệu được bóc sạch vỏ, các

khúc nguyên liệu không hợp cách (quá cơ, có lẫn kim loại hoặc quá ngắn) được

loại ra khỏi hệ thống băng tải Khúc nguyên liệu được chặt trong máy cắt dăm

dạng mâm dao Mảnh nguyên liệu thoát ra từ máy cắt mảnh được tách bụi bởi

xiclon và sàng trên hệ thống sàng Mảnh hợp cách được băng tải chuyển tới bãi

chứa mảnh Mảnh qua cỡ được quay lại máy cắt mảnh, mảnh quá nhỏ cùng với

bụi được thu gom tới đốt ở lò hơi

Bảng 1.1: Một số so sánh giữa APMP và BCTMP với nguyên liệu là gỗ thông

Các thông số kỹ thuật BCTMP AMPM

* Xông hơi mảnh nguyên liệu

Mảnh nguyên liệu từ bãi nguyên liệu được chuyển tới bình gia nhiệt sơ bộ

bằng băng tải Tại đây mảnh nguyên liệu được xông hơi sơ bộ bằng hơi thu hồi từ

hệ thống nghiền và hơi áp suất thấp Dưới tác dụng nhiệt của hơi nước, các phân

tử lignin dần bão hoà nước và trở nên nềm hơn tạo điều kiện cho quá trình nghiền

tách xơ sợi sau này Nhiệt độ lignin bắt đầu chuyển sang trạng thái mềm khoảng

80 – 900C, tuỳ từng quy trình sản xuất bột cơ mà người ta có thể tiến hành ở nhiệt

độ 100 – 1500C

Thời gian xông hơi đảm bảo cho lượng không khí thoát hết ra khỏi các mao mạch khoảng 15 –20 phút

Tiếp đó mảnh nguyên liệu được chuyển dần tới máy rửa mảnh bằng hệ thống vít tải Quá trình rửa nhằm tách bỏ cát sạn bám trên mảnh Cát sạn từ hệ thống rửa

sẽ được lọc tách ra ngoài, nước sạch được tuần hoàn lại hệ thống rửa Nguyên liệu sau rửa được vắt ép tách nước và qua hệ thống vít tải tới phễu nạp liệu vào bình gia nhiệt Tại đây mảnh nguyên liệu được xông hơi trực tiếp trong một thời gian nhất định trước khi được vít nạp đặc biệt nạp vào thiết bị thẩm thấu hoá chất

* Thẩm thấu hoá chất

Thiết bị thẩm thấu hoá chất có dạng trụ hoặc dạng nghiêng với vít tải kép, nguyên liệu đi ngược từ dưới lên, dịch thẩm thầu gồm: NaOH, DTPA, H2O2, MgSO4, silicat natri được bơm vào liên tục, mức dịch trong thiết bị được khống chế tuỳ thuộc vào quy trình công nghệ

Dưới tác dụng của hoá chất các hợp chất trích ly, hợp chất có phân tử lượng thấp và một phần lignin sẽ bị hoà tan, song tác dụng quan trọng nhất là làm cho các thớ gỗ bị trương nở mạnh và trở nên mềm hơn Quá trình nghiền sẽ rễ ràng hơn và xơ sợi ít bị vụn gẫy hơn

Tuy nhiên không thể thẩm thấu với một lượng hoá chất lớn, trong thời gian dài và nhiệt độ cao bởi độ trắng của bột sẽ bị giảm, ảnh hưởng lớn tới quá trình tẩy trắng

Thông thường quá trình thẩm thấu hóa chất thường tiến hành ở nhiệt độ dưới 1000C với thời gian từ 10 -25 phút

Mảnh nguyên liệu từ đỉnh thiết bị thẩm thấu được chuyển vào chứa trong tháp chứa Đối với công nghệ APMP, quá trình thẩm thấu thường tối thiểu là 2 giai đoạn, có dây chuyền quá trình thẩm thấu lên tới 4 giai đoạn

*Nghiền bột

Máy nghiền dùng trong công nghệ APMP thường là máy nghiền đĩa công suất lớn với hệ thống đĩa nghiền và cơ cấu nạp liệu chuyên dụng Quá trình nghiền bột thường tiến hành với 2 giai đoạn Giai đoạn 1: nồng độ nghiền khoảng 35 – 50%, nhiệt độ nghiền 120 -1300C (2-3 at), giai đoạn 2: nồng độ nghiền 20 - 25%, áp suất môi trường Xơ sợi mới nghiền có xu hướng xoắn lại nên cần thiết phải ngâm bột trong nước nóng một thời gian để xơ sợi duỗi thẳng ra Vì vậy, bột sau nghiền được pha loãng và chứa trong bể ở nồng độ khoảng 3%

Bột sau nghiền có độ nghiền khoảng 35 - 600SR

* Sàng chọn và làm sạch

Bột từ bể chứa tiếp tục được pha loãng trước khi được bơm tới sàng áp lực Các mảnh nguyên liệu còn sót lại và búi xơ sợi được tách ra, qua hệ thống sàng cong, cô đặc và được nạp trở lại vào giai đoạn nghiền thứ 2 Bột tốt sau sàng được đưa tới hệ thống lọc cát nồng độ thấp 2 hoặc 3 cấp nhằm loại bỏ cát sạn Bột sau khi đã được làm sạch được đưa vào máy cô đặc, bột được chứa trong các tháp chứa trước khi chuyển tới hệ thống chuẩn bị bột của máy xeo hoặc tới hệ thống tẩy trắng bột Bột thô loại ra từ sàng được đưa đến hệ thống nghiền lại

*Tẩy trắng bột

Tuỳ từng loại nguyên liệu cũng như yêu cầu chất lượng bột cho các mục đích

sử dụng nhất định mà bột APMP sẽ được tẩy trắng thêm với mức dùng hoá chất nhất định

Bột từ bể chứa sau thiết bị cô đặc được chuyển tới thiết bị trộn hoá chất và gia nhiệt tới nhiệt độ nhất định theo yêu cầu kỹ thuật trước khi chuyển vào tháp tẩy Tuỳ công nghệ mà quá trình tẩy có thể được tiến hành tẩy một giai đoạn hoặc 2 giai đoạn với các loại hoá chất tẩy khác nhau Bột sau tẩy ở giai đoạn cuối cùng

được rửa sạch và trung hoà bằng khí SO2 hoặc axit sunphuric trước khi tới bể chứa

* Tồn trữ bột

Đối với các nhà máy sản xuất bột APMP thương phẩm, bột sau rửa được sàng chọn – làm sạch một lần nữa bằng hệ thống sàng áp lực và lọc cát nồng độ thấp Bột sau cô đặc, vắt ép tới nồng độ khoảng 30 -35% sẽ được phun vào hệ thống hầm sấy để sấy khô Bột khô sẽ được ép, đóng bành và bao gói Do bột có hiệu suất rất cao, hàm lượng lignin gần như không thay đổi nên độ trắng của bột sẽ dần

bị thay đổi dưới tác dụng của môi trường nên thời gian tồn trữ bột APMP thấp hơn nhiều so với bột hoá tẩy trắng

Trong khuân khổ đề tài, công nghệ APMP với các cải tiến của nó sẽ được sử dụng cho nghiên cứu 2 loại nguyên liệu: bạch đàn, keo tai tượng

Hình 1.3 Dây chuyền APMP của Anditz

I.2.3 Tẩy trắng bột APMP

Bột APMP là loại bột có hiệu suất cao, nên thành phần của bột vẫn chứa hầu hết các thành phần của gỗ: xenluylô, hemixenluylô, lignin và một số hợp chất

có phân tử thấp

Bản chất của quá trình tẩy trắng là song song với quá trình loại bỏ một phần lignin thì chủ yếu là quá trình làm mất màu các nhóm mang màu có trong lignin và các hợp chất có nguồn gốc từ lignin sinh ra trong quá trình sản xuất bột Đại phân tử lignin không mang màu song thành phần của nó có các tập hợp liên kết chưa bão hoà, mang màu như: nhóm cacbonyl, nhóm etylenic, các vòng aromatic [24], khi có mặt của các nhóm trợ màu thì cường độ màu sắc của

chúng tăng lên khá nhiều

Đối với bột cơ học, quá trình tẩy trắng chủ yếu được áp dụng theo hai phương pháp: phương pháp khử hoặc phương pháp oxy hoá Hai phương pháp này có thể sử dụng kết hợp với nhau Tác nhân tẩy trắng mang tính khử thường sử dụng là: bisunphit, đitionit, bohyđro song chất hay được sử dụng nhất là natri hyđrosunphit (Na2S2O4) Tác nhân oxy hoá bao gồm hợp chất peroxyt, ôzôn

Đối với bột APMP, bản thân quá trình nghiên bột cũng đã diễn ra quá trình tẩy Để tăng thêm độ trắng, một giai đoạn tẩy bằng hyđrôperoxyt (H2O2) thường được sử dụng

Quá trình tẩy trắng bằng hydro peroxyt thường được tiến hành trong môi trường kiềm Dưới tác dụng kiềm, H2O2 tạo thành ion perhyđrôxyl OOH- theo phương trình (I.2) Ion OOH- là tác nhân oxy hoá các nhóm mang mầu của các hợp chất hữu cơ có trong ligin và một số hợp chất hữu cơ phân tử lượng thấp khác, đem lại độ trắng cho bột

H2O2 + OH- → OOH- + H2O (I.2)

Theo Martin trong môi trường pH nhỏ hay nồng độ ion OH- thấp, không đủ cho phản ứng tạo ion OOH- nên hiệu quả tẩy rất thấp (tại pH 10,5 chỉ có dưới 10% H2O2 tạo thành OOH- trong khi tại pH là 12,5 thì lượng này là 95%) Tuy nhiên nếu pH của môi trường tẩy quá cao sẽ phá huỷ ngay các ion OOH- ngay sau khi tạo thành, mặt khác trong môi trường kiềm mạnh còn thúc đẩy phản ứng hoá học giữa kiềm và lignin làm độ trắng của bột giảm, đặc biệt khi tiến hành tẩy trắng ở nhiệt độ cao Như vậy việc khống chế pH là rất quan trọng trong quá trình tẩy trắng bột cơ học bằng peroxyt Thông thường pH thường được giữ trong khoảng 10,5 – 12,5 trong suốt quá trình tẩy

Natri hydroxyt là nguồn cung cấp kiềm chính trong công nghệ tẩy H2O2 Trong suốt quá trình tẩy, pH của môi trường giảm liên tục theo thời gian, để khắc phục hiện tượng này natrisilicat đến nay vẫn được sử dụng thêm vào dịch tẩy Nó không chỉ là nguồn kiềm bổ sung mà còn làm ổn định pH môi trường tẩy

Các kết quả nghiên cứu cho thấy Na2SiO3 thường được dùng ở mức 5% (so với bột khô tuyệt đối) [4], [33] Một lượng nhỏ khoảng 0,05% muối MgSO4 được thêm vào cùng với Na2SiO3, chúng có tác dụng khử hoạt tính xúc tác phân huỷ

H2O2 của các ion kim loại chuyển tiếp như: Mn, Cu, Fe Mặt khác nó còn hoạt hoá H2O2 tạo ra phản ứng phân ly qua sản phẩm trung gian là các peroxyt silicat HOO-.SiO3- không bền trong nước có tác dụng oxxy hoá mạnh hơn nhiều so với peroxyt [5] Bên cạnh việc sử dụng hỗn hợp Na2SiO3 và MgSO4 thêm vào trong dịch tẩy để hạn chế tới mức tối đa ảnh hưởng của các kim loại chuyển tiếp người

ta còn bổ xung thêm một giai đoạn xử lý bột (giai đoạn Q) trước khi tẩy bằng một

số hợp chất như: EDTA, DTPA, HEDTA, DTPMA Giai đoạn chelat hoá

thường được tiến hành ở nồng độ tương đối thấp do khả năng tạo phức tại nồng

độ thấp tốt hơn, nồng độ thường dùng là 5% [20] Nhiệt độ tiến hành khoảng

600C Giai đoạn Q này có thể kết hợp cùng với giai đoạn P

Đối với quá trình tẩy trắng bột cơ học bằng H2O2, nồng độ bột tẩy có ảnh hưởng khá nhiều tới độ trắng của bột sau tẩy do bản chất của quá trình tẩy bột cơ

là tẩy trắng bề mặt nên tại nồng độ cao thì nồng độ hoá chất tẩy trên bề mặt xơ sợi tăng lên, tăng hiệu quả của quá trình tẩy Xu hướng các hệ thống tẩy hiện đại ngày nay kể cả bột hoá lẫn bột cơ đều sử dụng các thiết bị tẩy có nồng độ trung bình hoặc nồng độ cao 15 – 35%, nhiệt độ tẩy thường được giữ trong khoảng 40 -

850C và thời gian tẩy không quá 120 phút

Mức dùng H2O2 là điều quan trọng nhất, nó không chỉ quyết định tới độ trắng Presley và Hill khẳng định với các điều kiện tẩy tốt nhất, khi tiến hành tẩy trắng bột APMP từ gỗ vân sam thì khi mức dùng H2O2 > 6% so với bột khô tuyệt đối thì độ trắng của bột tăng khá chậm Mặt khác khi mức dùng H2O2 cao thì lượng kiềm cũng phải tăng theo để đảm bảo cho quá trình phân ly H2O2, nên nồng

độ các ion OH- trong môi trường khá lớn phần nào thúc đẩy phản ứng kiềm với ligin làm độ trắng của bột giảm Tuy nhiên mức dùng H2O2 còn phụ thuộc khá nhiều vào độ trắng ban đầu của gỗ nguyên liệu, đặc biệt là đối với các loại gỗ cứng

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu quy trình sản xuất bột hiệu suất cao tẩy trắng từ các loại nguyên liệu trong nước, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu nên hướng nghiên cứu của đề tài sẽ tập chung vào công nghệ APMP

I.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÁC NHÀ MÁY SẢN XUẤT HIỆU SUẤT CAO

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa Công nghệ xử lý nước thải phát triển không ngừng và ngày càng hiện đại và tiên tiến hơn nhằm đáp ứng những nhu cầu cấp thiết của về bảo vệ môi trường Các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp nói chung và công nghệ sản xuất bột giấy nói riêng là sự kết hợp

tổng hòa các phương pháp xử lý hóa – lý và sinh học bao gồm các công đoạn dưới đây

I.3.1 Xử lý cấp 1

Trong quá trình xử lý cấp một, có rất nhiều phương pháp hóa lý được ứng dụng để xử lý loại bỏ các chất rắn lơ lửng, các hạt huyền phù, màu và các chất hợp chất độc như các phương pháp keo tụ, động tụ và oxy hóa, ozon hóa, điện phân, thẩm thấu ngược, lọc siêu âm, hấp phụ, và các các công nghệ lọc nano Nhưng phương pháp lắng và tuyển nổi là các phương pháp phổ biến nhất cho quá trình xử lý nước thải trong các nhà máy giấy và bột giấy trên thế giới

I.3.1.1 Quá trình lắng

Quá trình lắng và tuyển nổi là các quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước thải Nước cần xử lý được đưa vào bể và giữ lại đó trong suất quá trình làm việc Nhờ diện tích tiết diện lớn, tốc độ dòng chảy nhỏ mà quá tình xảy ra trong bể gần như ở trạng thải tĩnh Dưới tác dụng của lực trọng trường, các hạt cặn có khối lượng riêng lớn hơn khối lượng riêng của chất lỏng bao quanh nó

sẽ lắng xuống (quá trình lắng), trong khi đó các hạt cặn có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng sẽ nổi lên trên bề mặt (quá trình tuyển nổi) Bằng cách đó cặn lơ lửng có mặt trong nước thải, hoặc là di chuyển xuống đáy tạo thành lớp bông cặn, hoặc là di chuyển lên trên bề mặt nước tạo thành lớp váng bọt, phần nước trong sẽ được đưa ra ngoài

I.3.1.2 Quá trình tuyển nổi [15],[54]

Quá trình tuyển nổi là quá trình phân tách các hạt rắn hoặc lỏng được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng Các bọt khí dính kết với các hạt khiến cho lực đẩy của bọt khí kết hợp với hạt rắn đủ lớn để kéo các hạt

này nổi lên bề mặt Nhờ đó mà các hạt có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của chất lỏng cũng nổi được

Trong quá trình xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi được áp dụng để xử lý các chất lơ lửng trong nước và cô đặc bùn Một vài nhà máy xử lý nước thải giấy

và bột giấy ở Hà Lan đã thu hồi được 80% chất rắn lơ lửng, với tốc độ thải trên 1,4m3/m2h Nhờ sử dụng quá trình tuyển nổi khí hòa tan mà nhà máy giấy Shotton

cũng đã thu hồi được 30% nguyên liệu và nước thải được tái sử dụng lại

Bên cạnh đó quá trình tuyển nổi có thể xử lý các chất độc và các hợp chất khác có trong nước thải Tuy nhiên, quá trình tuyển nổi ứng dụng cho nước thải giấy và bột giấy không loại được nhiều các chất hữu cơ để giảm tải lượng COD

và BOD trong nước thải không giống như quá trình xử lý nước thải đô thị Quá trình tuyển nổi thường sử dụng kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông Hóa chất keo tụ thường sử dụng là: phèn nhôm, phèn sắt, vôi và một số loại polyme keo tụ…

I.3.2 Xử lý cấp 2

Nước thải sau khi đi qua hệ thống xử lý cấp 1, các chất rắn lơ lửng đã được loại bỏ Nước thải được đưa vào hệ thống xử lý cấp hai, giai đoạn này là giai đoạn ứng dụng các phương pháp sinh học để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như các chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường

Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất có trong nước thải làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển Một cách tổng quát, phương pháp xử lý xử lý sinh học có thể phân chia thành hai loại:

™ Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục

™ Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm ví sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh học Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau: [54]

™ Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật

™ Khuếch tán từ mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào

™ Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp

tế bào mới

Tốc độ quá trình oxy hóa sinh học phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng

I.3.2.1 Quá trình sinh học hiếu khí [54]

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:

™ Oxy hóa các chất hữu cơ:

™ Phân hủy nội bào:

C5H7NO2 + O2 5CO2 + H2O + NH3 ± ∆H [I.5] Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh học nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều Tuy nhiên trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình

xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

1) Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng (Quá trình sinh học tăng trưởng lơ lửng)

Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ oxy một cách liên tục

và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng không được nhỏ hơn 2 mg/l Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào:

™ Tỷ lệ giữa lượng thức ăn (chất hưu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật : tỷ lệ F/M

™ Nhiệt độ

™ Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của sinh vật

™ Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất

™ Lượng các chất cấu tạo tế bào

™ Hàm lượng oxy hòa tan

Theo như nghiên cứu điều tra các hệ thống xử lý nước thải của 80 nhà máy giấy và bột giấy ở Mỹ và 8 nhà máy ở Anh, và một số nhà máy của Thủy Điển, G.Thopson [43] đã xác định được một số loại vi sinh vật tồn tại phổ biến nhất

Enzim

trong hệ thống bùn hoạt tính này là : Haliscomenobacter Hydrossis, Throthix I và

II và Eikelboom loại 021N, N.limicola II và III

Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu

mỏ không quá 25mg/l, pH = 6,5 - 8,5, nhiệt độ 60C < t0C < 370C

2)Bể hoạt động gián đoạn( Sequencing Batch Reactor - SBR)

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy ra cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước:

™ Phản ứng

™ Lắng

™ Xả cặn

™ Ngưng

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được

sử dụng để khử chất hữu cơ chứa cacbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất

I.3.2.2.Quá trình sinh học kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh học phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh học

trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau :

Chất hữu cơ CHVi sinh vật 4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào mới [I.6]

Tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn [54]

™ Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử

™ Giai đoạn 2: Axit hóa

™ Giai đoạn 3: Axetat hóa

™ Giai đoạn 4: Metan hóa

Tuy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành :

1) Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng tiếp xúc (Anaerobic

Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ khi sử dụng quá trình tiếp xúc kỵ khí thu được kết quá rất cao Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước Bùn được tuần hoàn trơ lại bể kỵ khí Lượng bùn thải ra thường rất

ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật chậm Hệ thống xử lý dạng này ít được ứng dụng ngoài thực tế

2) Quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng chảy nước chảy ngược (từ dưới lên) (Upflow Anaerobic Sludge Blanket -UASB) [17]

Đây là một trong những quá trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do các đặc điểm sau:

™ Cả ba quá trình, phân hủy - lắng bùn - tách khí đều được lắp đặt trong cùng một hệ thống

™ Tạo thành các loại bùn có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

™ Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngững mà không cần nạp nguyên liệu

Theo Bejpai [18] cho biết rằng, nước thải nhà máy bột TMP được xử lý theo phương pháp này có thể giảm được COD từ 84 - 86% với thời gian lưu là 6 tiếng, loại được 81,5 % các chất hưu cơ với lượng thải ban đầu là 300 -2000mg/l BOD

3) Quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process)

Bể lọc kỵ khí là một cột chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa cacbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển Vì vi sinh vật được lưu giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào vi sinh vật (thời gian lưu bùn) rất cao (khoảng 100 ngày) [17], [54]

Ngoài các phương pháp kể trên, nhiều nhà máy xử lý nước thải có diện tích rộng có thể áp dụng phương pháp xử lý sinh học theo quá trình sinh học tự nhiên (hồ sinh học) Tùy theo nồng độ oxy hòa tan có trong hồ, hệ thống hồ sinh học được chia ra thành : Hồ hiếu khí và hồ hiếu khí tùy tiện và hồ kỵ khí

I.3.3 Quá trình xử lý cấp 3

Công nghệ giấy và bột giấy phải đương đầu với nhưng quy định nghiêm ngặt hơn về chất lượng nguồn thải trước khi vào nguồn tiếp nhận Các vấn đề phải đối mặt là nồng độ COD dư thừa, độ độc và màu Ngay cả khi đã tiến hành các bước xử lý sinh học đầy đủ, nhưng COD trong nước thải vẫn cao Ví dụ theo nghiên cứu của Oeller sau khi xử lý tỷ lệ COD : BOD từ 67:1 đến 14,5:1 Nước thải được xử lý vẫn có màu như ban đầu Màu của nước thải có thể sinh ra từ quá trình sản xuất giấy vệ sinh được nhuộm màu hoặc từ lignin [43]

Các quá trình xử lý cấp 3 chính được tiến hành ở một vài cơ sở công nghiệp là quá trình màng, đặc biệt là quá trình lọc trên thiết bị siêu lọc Các phương pháp này thường rất tốn kém, vì vậy nên chúng cũng ít được ứng dụng

vào thực tế Thay vào đó một số quá trình hóa lý đã từng phát triển để loại các chất độc từ nước thải bột và giấy giảm các thông số như mầu và COD Đó là quá trình ozon hóa và hấp phụ thông thường kết hợp với quá trình đông và keo tụ Quá trình đông tụ hóa chất sau đó tuyển nổi theo phương pháp khi hòa tan hoặc lọc nhiều cấp cùng có thể là một quá trình xử lý cấp ba phù hợp Ở Thủy Điển lựa chọn quá trình tuyển nổi theo phương pháp hòa tan kết hợp với quá trình keo tụ với nhôm và một chất polyme hữu cơ, kết quả cho thấy nồng độ COD < 100mg/l Hoặc nghiên cứu của Hostachy đã sử dụng quá trình ozon hóa hiệu quả loại COD đáng kể [44] Quá trình xử lý cấp 3 ít được áp dụng, chỉ xuất hiện ở một số quốc gia có yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường

I.3.4 Giới thiệu mô hình xử lý nước thải tại một số cơ sở sản xuất điển hình

1 Hệ thống xử lý nước thải giấy và bột giấy ở nhà máy giấy Shotton, Anh

Nhà máy giấy Shotton là nhà máy giấy lớn nhất ở Anh với sản lượng

430000 tấn giấy in mỗi năm và thải ra môi trường mỗi ngày là 18000 m3 nước thải Nhà máy sản xuất nhiều chủng loại giấy như giấy vệ sinh, giấy viết và sản xuất một số loại bột hiệu suất cao CTMP, bột sunfit v.v Sơ đồ hệ thống xử lý của

nhà máy được trình bày ở hình 1.4

Thuyết minh sơ đồ xử lý :

- Rác thải thô được loại bỏ qua song chắn rác, nước thải được làm nguội qua đập chảy tràn trước khi vào bể xử lý cấp 1, sau đó được đưa vào bể điều hòa để ổn định dòng và chất thải Rồi mới đưa thêm hóa chất vào để kết tủa tạo bông các chất rắn lơ lửng Các cặn bông được thu hồi bằng phương pháp lắng hoặc tuyển nổi

- Phần nước thải được đưa vào hệ thống xử lý sinh học hiếu khí, sử dụng thiết bị bùn hoạt tính với hệ vi sinh vật phát triển lơ lửng Cần bổ sung dinh dưỡng và

cung cấp đủ oxy để vi sinh vật phát triển và thực hiện quá trình oxy hóa các chất bẩn, đồng thời đảm bảo khuấy trộn đều trong bể Sau một thời gian phản ứng hỗn hợp nước - bùn được đưa sang bể lắng tách bùn Một phần tuần hòan trở lại hệ thống bổ sung cho lượng thiếu hụt, phần sử dụng làm phân bón hoặc chôn lấp

- Nước tách ra từ bể lắng đưa vào hệ thống làm sạch cấp 2 bằng phương pháp keo

tụ hóa học hoặc lọc, nước thải đạt tiêu chuẩn thải ra sông, hoặc chưa đạt tiêu chuẩn cho phép nước thải tiếp tục được dẫn đưa vào hệ thống xử lý cấp 3

Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy đạt hiệu quả cao loại COD > 75%

và BOD5 > 95%, TSS> 90 % [43]

Hình 1.4: Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy giấy và bột giấy ở Anh [43]

2 Hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy Guangzhou - Trung Quốc

Nhà máy giấy Guangzhou, nằm ở trung tâm thành phố phía Bắc Trung Quốc Đây là một trong những nhà máy giấy lớn nhất Trung Quốc Nhà máy sản

Nước

tràn

Hóa chất

Tuần hòan bùn

Bùn thải và phân bón sinh Làm

sạch cấp

cấp III

Bể tập trung

xuất các loại bột CTMP, bột sunfit và bột phi gỗ và sản xuất nhiều chủng loại giấy khác nhau Lượng nước thải ra từ nhà máy khoảng 65.000 m3/ngày với sơ đồ

xử lý được trình bầy ở hình 1.5 Các thông số nước thải sau xử lý đều đạt tiêu

chuẩn cho phép

Thuyết minh sơ đồ xử lý:

- Nước thải từ nhà máy được đưa vào hai hệ thống tuyển nổi theo phương pháp tuyển nổi khí hòa tan Chất keo tụ là acrylamit polyme và các trợ keo tụ để keo tụ, tạo bông các chất rắn lơ lửng có trong nước thải Các bông cặn được tách ra nhờ

hệ thống cần gạt Nước thải sau đó được đưa qua hệ thống dãy các bể phản ứng hiếu khí gián đoạn có thổi khí

- Nguồn dinh dưỡng Nitơ là Urê và axit phôtphoric 75% là nguồn phôtpho được

bổ sung vào nguồn nước thải trước khi vào hệ thống các bể hiếu khí gián đoạn Lượng dinh dưỡng tiêu hao được tính toán theo lưu lượng dòng thải dựa vào tỷ lệ COD : N : P = 500: 5:1

- Nước thải sau khi bổ sung dinh dưỡng được bơm vào các xử lý sinh học gián đoạn có lắp đặt hệ thống bơm sục khí áp lực cao Nước thải và bùn đều được kiểm soát bằng một hệ thống van tự động Nước thải sau xử lý đi ra theo hệ thống ống thải chảy ra sông Pearl, còn bùn thải được kiểm soát bằng đồng hồ đinh lượng, nếu lượng bùn sinh ra thừa sẽ được đưa ra hệ thống tách bùn, lượng bùn còn lại sẽ được tuần hoàn trở lại nhờ một hệ thống bơm áp lực Hệ thống hoạt động với công suất 6000m3/ngày và thời gian lưu khoảng 2,4 h so với thiết kế

Hệ thống xử lý nước thải đã hoạt động rất hiệu quả Qua sáu tháng nhà máy

đi vào hoạt động, nước thải sau xử lý được kiểm tra, kết quả cho thấy hầu hết các thông số nước thải đều đạt tiêu chuẩn cho phép COD < 200 mg/l , BOD5 < 30 mg/l và TSS < 50 mg/l

Hình 1.5 Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy Guangzhou - Trung Quốc [50]

Bể phản ứng 1 14.000(m 3 )

Bể phản ứng 2 14.000(m 3 )

Bể phản ứng 3 14.000(m 3 )

Bể phản ứng 4 14.000(m 3 )

Bể phản ứng 5 14.000(m 3 )

Dòng ra

Bể tập trung

P N

Bể thu hồi

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1 Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứu

II.1.1 Nguyên liệu

Nguyên liệu được dùng để nghiên cứu là gỗ keo tai tượng (Acacia

mangium), và bạch đàn đỏ ( Eucalyptus urophylla ) 6 tuổi được lấy từ lâm trường

Tam Thanh – Phú Thọ

Mẫu sau khi lấy được vận chuyển tới phòng thí nghiệm, được cưa rồi chẻ

thành những mảnh nhỏ có kích thước: 25 x 25 x (2-3) mm Sau đó, mảnh được

phơi khô, loại bỏ cát sạn và mảnh không hợp cách còn sót lại Mảnh sau đó được

cho vào túi nilon bảo quản, giữ đồng ẩm và xác định độ khô trước khi tiến hành

thí nghiệm Thành phần hoá học của gỗ keo tai tượng và bạch đàn đỏ được đưa ra

trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần hoá học của gỗ keo tai tượng và bạch đàn đỏ

Hoá chất sử dụng chính trong nghiên cứu là hoá chất công nghiệp: H2O2,

NaOH, Na2CO3, Na2SO3, MgSO4, DPTA, Na2SiO3…

Các hoá chất phân tích khác dạng tinh khiết của Trung Quốc, Anh

II.1.3 Thiết bị

- Máy nghiền bột cơ học do Ấn Độ sản xuất

- Máy nghiền bột Hà Lan 4,5 lít, 20 lít của Đức

- Máy nghiền bột PFI, Áo

- Hệ thống gia nhiệt sinh hơi, xông hơi và thẩm thấu hóa chất

- Nồi nấu tĩnh 4,5 lít, gia nhiệt gián tiếp bằng điện trở - Đức

- Hệ thống pilot xử lý hiếu khí, kỵ khí - Việt nam

- Tủ ổn nhiệt và nuôi cấy vi sinh

- Máy xeo Rapid-Kothen, hãng PTI của Áo sản xuất

- Máy đo độ nghiền, hãng PTI của Áo sản xuất

- Máy đo độ chịu xé Elmendorf do hãng Frank Prufgerate sản xuất

- Máy đo độ chịu bục do hãng Metrotex sản xuất

- Máy đo độ bền kéo và độ bền nén vòng Housfield do hãng Siber Hegner sản xuất Bể ổn nhiệt, Trung Quốc

- Các ống đong và pipet của Đức và Trung Quốc

- Cân điện tử Metler độ chính xác ±0.0001g của Thụy Sĩ

II.2 Phương pháp nghiên cứu

II.2.1 Sản xuất bột hiệu suất cao không tẩy trắng

* Nấu bột:

Quá trình nấu bột được tiến hành trong nồi nấu thí nghiệm 4,5 lít, dăm mảnh nguyên liệu được nạp vào nồi nấu, sau đó đổ dịch nấu vào nồi đã tính toán theo mẫu thí nghiệm và tiến hành đóng chặt nắp nồi Tiến hành gia nhiệt cho nồi nấu bằng 3 tổ điện khi nhiệt độ nồi nấu đạt nhiệt độ theo yêu cầu của mẫu thí nghiệm thì tính thời gian nấu Kết thúc thời gian bảo ôn, dịch đen được tách ra để xác định tàn kiềm, mảnh được rửa sơ bộ sau đó được đem đi nghiền Mỗi mẫu thí

nghiệm là 750g KTĐ (lấy đại diện 50g trong số 750g bỏ vào túi lưới inox buộc kín dùng để xác định hiệu xuất sau nấu)

* Nghiền bột:

Ban đầu mảnh được nạp từ từ vào máy nghiền bột cơ chuyên dụng (đĩa nghiền đơn φ360, động cơ 37kW, tốc độ vòng quay 1440v/phút) và nghiền với áp lực nhẹ nhằm làm dập các mảnh nguyên liệu Khi các mảnh nguyên liệu đã được nghiền dập nhỏ sẽ nghiền lần 2, lần 3 với áp lực nghiền tăng dần ( nồng độ nghiền

15 – 25%, bột ra có nhiệt độ 70- 800C) Kết thúc quá trình nghiền (bột đạt độ nghiền khoảng 25 – 27oSR) xả bột qua lưới #40, lấy phần dưới lưới, phần thô được loại bỏ

* Xeo mẫu giấy thí nghiệm:

Bột đem xác định tính chất cơ lý được xeo trên máy nghiền hà lan 4,5 lít tới độ nghiền nhất định

Bột giấy sau nghiền được xeo trên máy xeo Rapid-Kothen thí nghiệm

II.2.2 Sản xuất bột hiệu suất cao tẩy trắng

II.2.2.1 Quá trình xông hơi (sơ đồ xem phần phụ lục 1)

Quá trình xông hơi được tiến hành thiết bị xông hơi hình trụ đứng, có dung tích 20 lít Hơi nước dùng cho quá trình xông hơi được lấy trực tiếp từ đường ống dẫn hơi của xưởng thực nghiệm với áp lực 3,5 – 4,0 at (1500C) hoặc lấy từ nồi nấu 32 lít – gia nhiệt gián tiếp bằng điện

Nguyên liệu mỗi mẻ thí nghiệm dùng 1000g nguyên liệu KTĐ (lấy đại diện 50g trong số 1000g bỏ vào túi lưới inox buộc kín dùng để xác định hiệu xuất sau thẩm thấu) Nạp nguyên liệu vào nồi vặn chặt các đai ốc hãm, mở van (4, 5, 6) Nếu dùng hơi từ đường ống của xưởng thực nghiệm thù mở từ từ van (2) và đóng van 1 (cấp hơi từ nồi sinh hơi 32 lít) Đầu van (5) được nối với một ống cao su,

một đầu được cắm ngập trong xô nước sạch Theo dõi khí thoát ra ở xô nước cho tới khi xuất hiện hơi nước (đã hết nước ngưng) thì bắt đầu tính thời gian xông hơi

Kết thúc quá trình xông hơi, đóng van (6,7) Mở nắp nồi lấy toàn bộ mảnh cho nhanh vào túi nilon, nạp dịch thẩm thấu đã được gia nhiệt, buộc kín và ổn nhiệt trong bể ổn nhiệt bằng nước Kết thúc quá trình thẩm thấu, đổ hết mảnh ra lưới # 40 Tùy thuộc vào quy trình nghiên cứu quá trình thẩm thấu có thể tiến hành 2 – 4 giai đoạn, sau đó đem mảnh đi nghiền

Xác định hiệu suất sau thẩm thấu: Dăm mảnh trong túi inox được lấy ra và rửa sạch bằng nước cho tới khi hết dịch đen Mảnh được sấy khô tới khối lượng không đổi tại nhiệt độ 1050C

15 – 25%, bột ra có nhiệt độ 70- 800C) Kết thúc quá trình nghiền (bột đạt độ nghiền khoảng 25 – 27oSR) xả bột qua #40, lấy phần dưới lưới, phần thô được loại bỏ

II.2.2.3 Xeo mẫu giấy thí nghiệm:

Bột đem xác định tính chất cơ lý được nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn PFI với áp lực nghiền 3,33N/mm, nồng độ nghiền 10%, số vòng nghiền 7500 vòng

Bột sau nghiền được xeo trên máy xeo Rapid thí nghiệm với định lượng 70g/m2

II.2.2.4 Các tiêu chuẩn phân tích tính chất hóa - lý trong quá trình sản xuất bột

hiệu suất cao

a Thành phần hoá học của nguyên liệu được xác định theo tiêu chuẩn sau:

II.2.3 Thiết kế dây chuyền sản xuất bột hiệu suất cao công suất 20 tấn/ngày

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về công nghệ, lựa chọn quy trình khả quan nhất để tiến hành các tính toán và thiết kế công nghệ và lựa chọn thiết bị Các bước tiến hành:

+ Thiết kế đảm bảo dây chuyền vừa có thể sản xuất được bột không tẩy và

+ Thiết kế hệ thống điện, hơi, nước, hệ thống điều khiển

+ Thiết kế tổng mặt bằng, nhà xưởng và bố trí thiết bị đảm bảo dây chuyền hoạt động liên tục, đáp ứng đủ công suất

II.2.4 Lập phương án, xây dựng hệ thống xử lý nước thải bột APMP

Trên cơ sở nghiên cứu sản xuất bột hiệu suất cao, lựa chọn 1 quy trình tối

ưu nhất Từ các công đoạn của dây chuyền xác định tính chất, lưu lượng, đặc tính của các nguồn thải và dòng thải hỗn hợp của dây chuyền Từ các kết quả phân tích, lập phương án kỹ thuật xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho dây chuyền đảm bảo nước thải sau xử lý đáp ứng được tiêu chuẩn về nước thải của ngành sản xuất giấy – bột giấy của Việt nam: tiêu chuẩn đạt loại B – QCVN 2008

Các tiêu chuẩn dùng trong phân tích và xây dựng phương án:

- Xác định tổng các chất rắn lơ lửng (TSS) :ISO 11923 - 1997

- Xác định độ màu : APHA, 2120 B.Visual Compasion Method, UVmini - 1240

- Shimadzu, Nhật Bản

- Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) : ISO 15705 - 2002

- Xác định nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) : TCVN 6002 - 1995

- Xác định hàm lượng H2O2 dư :

- Xác đinh hàm lượng nitơ tổng : TCVN 5987 – 1995 – Phương pháp Kendan

- Xác định hàm lượng phootspho tổng : 4500 - p - E- Ascorbic Acid - Method

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

III.1 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT HIỆU SUẤT CAO

KHÔNG TẨY TRẮNG CHO MỖI LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP NGUYÊN LIỆU TỪ KEO TAI TƯỢNG VÀ BẠCH ĐÀN ĐỎ

Mục tiêu của nghiên cứu này là xác lập được quy trình sản xuất bột hiệu suất cao không tẩy trắng từ nguyên liệu gỗ keo tai tượng, bạch đàn đỏ và hỗn hợp của chúng để dùng cho sản xuất cáctông – hòm hộp cao cấp phục vụ xuất khẩu

Trên cơ sở nghiên cứu một số tài liệu, patent, một số công nghệ thường được áp dụng để nghiên cứu sản xuất bột hiệu suất cao không tẩy trắng nhóm đề tài đã lựa chọn công nghệ xử lý dăm mảnh trong môi trường kiềm nóng để nghiên cứu Với công nghệ này, tác nhân hóa học xử lý phổ biến là NaOH, ưu điểm là hóa chất xử lý đơn giản, thiết bị dễ vận hành thao tác, suất đầu tư thiết bị tương đối thấp Bột thu nhận được sau xử lý có màu sáng (các phương pháp còn lại bột giấy có màu nâu sẫm) Bột sau chế biến có thể phối trộn bột này với bột OCC làm tăng chất lượng giấy lớp sóng như: độ bền nén vòng lớp sóng và một số chỉ tiêu

cơ lý khác so với sản xuất giấy lớp sóng từ 100% từ OCC Thông thường dăm mảnh được xông hơi sư bộ sau đó được xử lý với xút, nồng độ kiềm từ 10 – 25 g/l, ở nhiệt độ thấp hơn 1000C, thời gian xử lý từ 1 – 3h

III.1.1 Phương pháp xử lý dăm mảnh trong môi trường kiềm nóng 1

giai đoạn

III.1.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến hiệu suất và tính chất cơ lý của bột

từ nguyên liệu gỗ keo tai tượng và bạch đàn đỏ (xử lý kiềm nóng một giai đoạn)

Dựa trên các kết quả đã nghiên cứu, tài liệu và thực tế của các nhà máy sản xuất bột bán hóa từ nguyên liệu tre nứa hoặc gỗ cứng thường nhiệt độ xử lý 95

0C, tỷ dịch 1/4 Điều kiện công nghệ áp dụng cho quá trình xử lý dăm mảnh được

lựa chọn như sau:

Xông hơi:

+ nhiệt độ hơi: 150o C + Thời gian: 15 phút

Thẩm thấu:

+ Thời gian xử lý : 90 phút + Tỷ lệ dịch : 1/4 + Nhiệt độ : 950C + Nồng độ kiềm : 5, 10, 15, 20, 25, 30 g/l Nguyên liệu sau xử lý được xác định hiệu suất, tàn kiềm Mảnh nguyên liệu sau xử lý được nghiền đến độ nghiền 300SR trên máy nghiền bột cơ học của Ấn

Độ và Hà Lan 4,5lít Để xác định tính chất cơ lý của bột giấy, bột giấy sau nghiền

được xeo trên máy xeo rapid thí nghiệm Kết quả được đưa ra trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến hiệu suất, tính chất cơ lý của bột

hiệu suất cao không tẩy trắng (xử lý kiềm nóng một giai đoạn)

Ghi chú: KTT: keo tai tượng; BĐ: bạch đàn đỏ, bột giấy được nghiền tới độ nghiền 30 0 SR, giấy

mẫu được xeo trên máy xeo rapid thí nghiệm định lượng 70 g/m 2

Kết quả trong bảng 3.1 cho thấy tính chất cơ lý của bột giấy từ hai loại

nguyên liệu tăng nhanh khi tăng nồng độ kiềm từ 5 g/l đến 15 g/l như chiều dài đứt tăng 12,0%, chỉ số độ chịu bục tăng 10,75% Khi nồng độ kiềm tăng từ 15g/l đến 30g/l tính chất cơ lý của bột giấy cũng được cải thiện nhưng không đáng kể Với nồng độ kiềm 15 g/l tàn kiềm trong dịch đen sau nấu là (3,7 - 3,8 g/l) thấp hơn nhiều so với nồng độ kiềm 20g/l tàn kiềm trong dịch đen sau nấu là (6,9 - 7,0 g/l) Từ kết quả trên cho thấy tàn kiềm trong dịch đen còn dư khá nhiều Có thể là

do thời gian xử lý chưa đủ dài nên nhóm đề tài chọn mức dùng kiềm là 15 g/l để tiếp tục nghiên cứu

III.1.1.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến hiệu suất, tàn kiềm và tính chất cơ

lý của bột hiệu suất cao từ keo tai tượng và bạch đàn đỏ (xử lý kiềm nóng một giai đoạn)

Thời gian xử lý là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và tính chất cơ lý của bột giấy Thời gian xử lý đủ, đảm bảo cho hóa chất có thời gian khuếch tán và thẩm thấu đều vào trong các mao mạch gỗ, trong môi trường kiềm làm cho các mảnh nguyên liệu trương nở tạo điều kiện cho các phản ứng hoá học của xút với các chất nhựa, một phần hemixenlulo, một phần pentozan và lignin làm cho mảnh mềm dễ nghiền

Trong thí nghiệm này, ngoài các yếu tố cố định được nêu ở trên, các điều kiện như nồng độ kiềm và thời gian xử lý như sau:

+ Nồng độ kiềm : 15 g/l

+ Thời gian xử lý :15, 30, 60, 90, 120, 150phút

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến tính chất cơ lý của bột hiệu suất

cao chưa tẩy trắng

mN/.m 2 /g 4,73 4,77 4,96 4,98 5,02 5,04 5,10 5,16 5,22 5,25 5,25 5,29

nghiệm định lượng 70 g/m 2 .

Phân tích kết trong bảng 3.2 cho thấy rằng, tương tự như nồng độ kiềm,

thời gian xử lý có ảnh hưởng quan trọng đến tàn kiềm và tính chất cơ lý của bột

giấy Kết quả cho thấy tăng thời gian xử lý từ 60 phút lên 90 phút hiệu suất giảm

và tính chất cơ lý của bột giấy tăng khá nhanh nhất Tuy nhiên dăm mảnh thu

nhận được sau xử lý 90 phút cho thấy ở lõi của mảnh vẫn còn màu trắng, điều này

cho thấy thời gian xử lý chưa đủ Hơn nữa mảnh cứng khó đánh tơi và nghiền

Khi tiếp tục tăng thời gian thẩm thấu từ 90 lên 150 phút kết quả cho thấy, tại 120

phút và 150 phút kết quả về độ bền cơ lý tăng không nhiều, hiệu suất không có sự

khác biệt, song mảnh rễ nghiền hơn hẳn Với kết quả này cho phép lựa chọn thời

gian thẩm thấu là 120 phút đối với cả hai loại nguyên liệu: bạch đàn đỏ và keo tai

tượng Chất lượng bột thu được phần lớn đạt tiêu chuẩn so với yêu cầu của đề tài

(hiệu suất > 75%; chỉ số bục >2,5 kPa.m2/g; chiều dài đứt > 4500m; chỉ số xé >

5,0 mN.m2.g) duy chỉ có chỉ số bục là gần đạt (2,2 kPa.m2/g)