Tiểu luận môn kỹ thuật xử lí chất thải tái chế giấy

TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT GIẤY 1.1 Khái niệm Giấy là một loại vật liệu mỏng được làm từ chất xơ dày từ vài trăm µm cho đến vài cm, thường có nguồn gốc thực vật và được tạo thành mạng lưới b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

MỤC LỤC

I TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT GIẤY 3

1.1 Khái niệm 3

1.2 Tính chất 3

1.3 Phân loại 3

4 Quy trình sản xuất giấy 6

5 Ảnh hưởng 7

5.1 Ảnh hưởng kinh tế 7

5.2 Ảnh hưởng môi trường 8

5.3 Ảnh hưởng xã hội 9

II CÁC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VỀ TÁI CHẾ GIẤY 10

II.1 Bản chất hóa học của quá trình tuyển nổi khử mực 10

II.2 Nghiên cứu ảnh hưởng khi dùng NaOH đến kết quả khử mực giấy loại bằng hóa chất 11

II.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng enzym α-amylaza trong quá trình tuyển nổi khử mực giấy loại 12

III CÁC QUY TRÌNH ÁP DỤNG CỦA CÁC NHÀ MÁY HIỆN NAY 13

III.1 Quy trình công ty cổ phần giấy An Bình 13

IV Lợi ích của việc tái chế giấy 16

V THỰC NGHIỆM 19

1 Đối tượng sử dụng 19

2 Thiết bị và thông số 19

3 Quy trình tái chế 19

4 Thuyết minh quy trình 20

5 Kết quả thí nghiệm 22

6 Xử lý nước thải 24

VI KẾT LUẬN 26

VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

I TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT GIẤY

1.1 Khái niệm

Giấy là một loại vật liệu mỏng được làm từ chất xơ dày từ vài trăm µm cho đến vài cm, thường có nguồn gốc thực vật và được tạo thành mạng lưới bởi lực liên kết hiđrô không có chất kết dính Thông thường giấy được sử dụng dưới dạng những lớp mỏng nhưng cũng có thể dùng để tạo hình các vật lớn Trên nguyên tắc giấy được sản xuất từ bột gỗ hay bột giấy

1.2 Tính chất

- Độ sáng quang học: là khả năng của giấy phản xạ ánh sáng với độ tán xạ đồng

đều trong tất cả mọi hướng

- Độ trắng: được xác định theo tiêu chuẩn quốc tế ISO

- Độ đục: Tỷ số được biểu thị bằng % của lượng ánh sáng phản xạ từ một tờ giấy

đặt trên vật chuẩn màu đen và lượng ánh sang phản xạ của chính tờ giấy đó đặt trên vật chuẩn màu trắng trong điều kiện của phương pháp thử tiêu chuẩn

- Độ bóng: là kết quả phản xạ ánh gương của ánh sáng rọi lên bề mặt giấy

- Độ nhẵn: Tính chất đặc trưng để đánh giá mức độ phẳng của bề mặt giấy

- Độ ẩm: Là lượng nước có trong vật liệu

- Độ tro: Trọng lượng vật liệu còn lại sau khi nung trong điều kiện tiêu chuẩn của

phương pháp thử

- Độ thấu khí: Đặc tính của tờ giấy biểu thị khả năng cho phép không khí đi qua

cấu trúc xơ sợi của nó

- Độ hút nước: Khả năng hấp thụ và giữ lại khi tiếp xúc với nước của giấy; hoặc

tốc độ hút nước

1.3 Phân loại

PHÂN LOẠI GIẤY THEO ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG

1 Đại diện cho một giá trị: Tiền giấy, hóa đơn, chi phiếu, ngân phiếu, cổ phiếu, vé

máy bay,…

2 Giấy để lưu trữ thông tin: Sách, sổ tay, tạp chí, báo, truyện,

3 Bao bì, nhãn hàng: Thùng carton sóng, túi giấy, bao bì giấy, phong bì, tem, nhãn decal,…

4 Giấy để làm sạch: Giấy vệ sinh, khăn tay, khăn giấy,,…

5 Giấy kỹ thuật: Màng loa, giấy bồi (sản xuất hộp, khay), ống lõi, được sử dụng như một vật liệu cốt lõi trong vật liệu composite, vật liệu xây dựng (vật liệu nhẹ)

6 Một số loại giấy khác: Giấy nhám, giấy quỳ (chỉ thị dộ pH)

4 Quy trình sản xuất giấy

Nguyên liệu thô (tre, nứa, gỗ mềm…)

Chặt, băm, cắt

Rửa Nấu

Tẩy trắng

Hoàn tất Xeo Làm sạch ly tâm

Làm sạch

Nghiền đĩa Rửa Sàng

Nước

Hóa chất

Nước

Dịch đen Nước

Hóa chất

Thu hồi hóa chất

CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU

NGHIỀN BỘT

Nước thải

Nước thải

CHUẨN BỊ BỘT

XEO GIẤY

Những cây sau khi bị đốn sẽ được đưa vào nhà máy, vỏ cây sẽ bị loại bỏ Sau đó, phần lõi gỗ sẽ được cắt ra thành những mẫu gỗ nhỏ, những mẫu gỗ nhỏ này được trộn chung với nước và “nấu” thành bột giấy nhão Hỗn hợp bột giấy được mang đi tẩy trắng, sau đó các chất phụ gia được cho vào nhằm làm cho chất giấy thành phẩm trở nên tốt, bền hơn Hỗn hợp bột nhão sau đó được tráng mỏng, nước sẽ được rút sạch Sau khi lớp hỗn hợp mỏng hoàn toàn trở nên khô ráo, nó sẽ trở thành giấy Những tấm giấy dài sẽ tiếp tục được cắt thành những tờ có kích thước nhỏ hơn Ngoài ra, giấy đã qua sử dụng vẫn có thể được tái chế để làm ra sản phẩm giấy mới

5 Ảnh hưởng

5.1 Ảnh hưởng kinh tế

Ngành giấy là ngành công nghiệp mũi nhọn của Việt Nam, là ngành hấp dẫn đầu

tư, thu hút nguồn vốn đầu tư của nước ngoài khi số lượng doanh nghiệp liên doanh tăng , đóng góp rất lớn vào GDP hàng năm của nước ta

Sơ đồ đóng góp của giá trị sản xuất ngành giấy trong GDP

Sản xuất giấy bằng nguyên liệu bột giấy từ gỗ, chi phí nguyên liệu chiếm từ 65% giá thành sản phẩm Năng lực sản xuất các nhà máy Việt Nam còn thấp, công nghệ lạc hậu, sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng được tiêu dùng Hiện nay, sản xuất nội địa mới chỉ đáp ứng được dưới 60% nhu cầu ở các sản phẩm tiêu thụ chính là giấy bao bì, giấy in, giấy viết ở phân khúc chất lượng thấp đến trung bình Các doanh nghiệp giấy hầu

45%-hết chưa chủ động được nguồn nguyên vật liệu cho sản xuất, tỷ trọng nhập khẩu bột giấy vẫn là rất cao điều này làm ảnh hưởng tới sự ổn định cũng như chi phí sản xuất

Để sản xuất 1 tấn bột giấy ta phải thải ra môi trường từ 2 đến 3 tấn chất thải (chất thải loại từ gỗ và hóa chất trong quá trình xử lý) Tiêu tốn khoảng 250 m3 nước sạch để sản xuất nó Lượng nước sử dụng ở đầu vào thường xấp xỉ lượng nước thải ở đầu ra Nước thải của ngành công nghiệp giấy có hàm lượng COD khá cao 22000-46500 mg/l, BOD chiếm từ 40-60% COD, phần lớn được gây ra từ những chất hữu cơ không Lignin Ngoài các chỉ tiêu ô nhiễm của nước thải dịch đen đã được đề cập thì nước thải của xeo giấy có tỉ lệ COD, BOD, Lignin không cao bằng nước thải dịch đen, nhưng các chỉ tiêu

này cũng vượt quá giới hạn cho phép Do đó cần xử lý nước thải trước khi xả vào nguồn

tiếp nhận là một điều tất yếu Để xử lý hiệu quả lượng nước thải, chất thải trên trước khi đưa ra môi trường thì phải tốn một chi phí đáng kể Điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến giá thành sản phẩm cũng như sức cạnh tranh trên thị trường

5.2 Ảnh hưởng môi trường

5.2.1 Tiêu tốn tài nguyên

Để sản xuất ra một tấn giấy thành phẩm, các nhà máy Việt Nam sử dụng khoảng 1 tấn gỗ và khoảng 250 m3 nước, gây tiêu tốn tài nguyên rừng và nguồn nước ngọt.

Khi đốn hạ cây trong rừng để lấy gỗ sản xuất giấy, ngành công nghiệp giấy đã trồng rừng khác để thay thế Tuy nhiên, đây không phải là rừng bảo tồn mà là rừng nguyên liệu để sản xuất bột giấy và giấy Nhu cầu về giấy tăng càng đẩy mạnh quá trình chuyển đổi từ rừng tự nhiên thành rừng sản xuất

Việc khai thác gỗ có thể làm cạn kiệt rừng tự nhiên vốn là nguồn tài nguyên không thể tái sinh Nếu tăng cường trồng rừng để làm nguồn nguyên liệu dùng cho sản xuất giấy, nhiều ảnh hưởng tiêu cực, bất lợi sẽ xảy ra đối với chất lượng nước, tính đa dạng sinh học, môi trường sống của động, thực vật hoang dã và tính toàn vẹn của hệ thống sinh thái rừng tự nhiên Dù có phục hồi rừng, nhiều giá trị sinh thái của rừng tự nhiên cũng không thể phục hồi Khi một cây xanh được chặt hạ để sản xuất giấy, CO2 tồn trữ trong cây có cơ hội thoát ra ngoài, làm tăng lượng CO2 gây khí nhà kính trong khí quyển

5.2.2 Chất thải sinh ra ảnh hưởng đến môi trường và hệ sinh thái

Quá trình sản xuất giấy tiêu thụ một lượng nước lớn và do đó cũng thải ra một lượng nước thải đáng kể (lượng nước sử dụng ở đầu vào thường xấp xỉ lượng nước được thải ra) Nước thải này chứa một lượng lớn các chất rắn lơ lửng (SS), xơ sợi và các hợp chất hữu cơ hòa tan, hóa chất dư và các chất phụ gia chưa phản ứng hết, Lượng nước thải này nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và tốn chi phí để xử lý cao

Khí thải phát sinh trong quá trình từ các phương tiện giao thông, vận chuyển và sản xuất Khí thải phát sinh từ các xe chuyên chở vật liệu, sản phẩm chủ yếu là khói thải chứa các khí như CO, NO2, SO2, CO2, bụi…Khí thải sản xuất chủ yếu là do quá trình đốt nhiên liệu(than và dầu FO), cung cấp nhiệt cho lò hơi, thành phần gồm CO2, SO2, NO2…

Ngoài ra, trong quá trình sản xuất còn phát sinh các chất thải rắn, nhiệt, tiếng ồn ảnh hưởng đến môi trường

Ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước: Nước thải của nhà máy sản xuất giấy và bột giấy khi thải vào nguồn nước sẽ làm cho chất lượng nước xấu đi (DO giảm, pH tăng, nồng độ nhiều hoá chất độc hại gia tăng, đặc biệt là lignin, phenol ), gây ảnh hưởng tới

sự sống của hầu hết các loài thủy sinh và thậm chí gây cạn kiệt một số loài có giá trị kinh

tế (tôm, cá)

Ảnh hưởng đến hệ sinh thái trên cạn: Hầu hết các chất ô nhiễm chứa trong khí thải, nước thải, chất thải rắn và các chất thải nguy hại đều có tác động xấu đến đời sống của động, thực vật ; làm cho cây trồng chậm phát triển, đặc biệt là các sương khói quang hóa gây tác hại đến các loại rau, đậu, lúa, ngô, các loại cây ăn trái và các loại cây cảnh Các chất ô nhiễm không khí như SO2, NO2, Cl2 và bụi than, ngay cả ở nồng độ thấp cũng làm chậm quá trình sinh trưởng của cây trồng, ở nồng độ cao làm vàng lá, hoa quả bị lép,

bị nứt, và ở mức độ cao hơn cây sẽ bị chết

5.3 Ảnh hưởng xã hội

Ngành sản xuất giấy từ gỗ sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của con người Rừng là nguồn gen vô tận của con người, là nơi cư trú của các loài động thực vật quý hiếm Mất rừng sẽ dẫn đến suy giảm đa dạng sinh học, mất cân bằng sinh thái Khi chặt phá rừng là nguyên nhân gián tiếp dẫn đến sự biến đổi khí hậu.Rừng bị phá hủy là tác nhân của 20% lượng khí nhà kính.Theo Ủy ban Liên chính phủ về Thay

đổi Khí hậu, việc phá rừng chủ yếu ở các vùng nhiệt đới, đóng góp 1/3 lượng khí thải carbon dioxit do con người gây ra Việc gia tăng carbon dioxit góp phần gây nên biến đổi khí hậu, sự nóng dần lên của trái đất, thiên tai, nước biển dâng, hạn hán, gây ảnh hưởng ngiêm trọng đến đời sống của con người

II.1 Bản chất hóa học của quá trình tuyển nổi khử mực

Để tách loại bỏ mực và các chất độn trong quá trình công nghệ khử mực cần thiết có sự trợ giúp của năng lượng hóa học cho các tác động cơ học (như đánh tơi, khuấy,nghiền,…)

Việc tách mực in trong quá trình khử mực tức là phá hủy mối liên kết mực giấy Các chất kiềm, đặc biệt là NaOH có khả năng xà phòng hóa và thủy phân axít béo để tạo xà phòng và nước Quá trình xà phòng hóa làm phá hủy các liên kết hóa học giữa các chất màu với bề mặt xơ sợi Các phản ứng này cũng loại bỏ các liên kết giữa chất độn với giấy, tạo ra sự thấm ướt các phần tử xơ sợi vừa tách được mực

Thành phần của axít béo gồm:

CH3(CH2)16COO-Na+

Kỵ nước Ưa nước

Cơ chế phản ứng:

II.2 Nghiên cứu ảnh hưởng khi dùng NaOH đến kết quả khử mực giấy loại bằng hóa chất

Để làm rõ ảnh hưởng của mức dùng NaOH tới kết quả khử mực giấy loại, chế

độ công nghệ được sử dụng như sau:

- Giai đoạn đánh tơi: khối lượng bột giấy 120 gam khô tuyệt đối, thời gian 60

phút, nhiệt độ 70÷750C, nồng độ bột 4%, hóa chất sử dụng: 1,5% H2O2 ; 0,3% chất khử mực PE 3001, 2,0% Na2SiO3; 0,1% DTPA so với nguyên liệu khô tuyệt đối

- Giai đoạn ủ: nồng độ bột 4,0%, nhiệt độ 70÷750C, thời gian 60 phút

- Giai đoạn tuyển nổi: nồng độ 1,0÷1,2%, nhiệt độ 35÷400C, thời gian tuyển nổi

20 phút

- Rửa bột, vắt khô, xeo mẫu: rửa bột đến pH trung tính, vắt khô, xác định hiệu

suất, đi xeo mẫu ở định lượng 200 g/m2 để xác định mức loại mực, độ trắng

Và mức dùng NaOH thay đổi từ 1,0 đến 2,0 % so với nguyên liệu khô tuyệt đối Kết quả thí nghiệm được ghi ở bảng 1

Bảng 1: Ảnh hưởng của mức dùng NaOH tới kết quả khử mực giấy loại

STT NaOH % Hiệu suất bột,% Mức loại

Kết quả khử mực giấy loại với các mức dùng NaOH thay đổi từ 1,0 đến 2,0%

so với nguyên liệu khô tuyệt đối (bảng 1) cho thấy khi tăng mức dùng NaOH thì hiệu suất bột tăng từ 74,5 đến 75,6 %, mức loại mực tăng từ 92,1 đến 93,3%, độ trắng tăng từ 80,4 lên tới 81,4 % ISO rồi giảm dần khi tăng tiếp mức dùng NaOH, tuy nhiên mức thay đổi là không đáng kể Nhưng với mức dùng NaOH ở 1,5% so với nguyên liệu khô tuyệt đối cho kết quả cao hơn cả với hiệu suất bột 75,8%, mức loại mực 93,5%, độ trắng 81,4% ISO Như vậy, mức dùng NaOH 1,5% so với nguyên liệu khô tuyệt đối là phù hợp hơn cả

II.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng enzym α-amylaza trong quá trình tuyển nổi khử mực giấy loại

Để nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng enzym ∝-amylaza trong quá trình khử mực giấy loại, chế độ công nghệ được lựa chọn như sau :

- Quy trình đánh tơi: thời gian đánh tơi 60 phút, nồng độ bột 4% nhiệt độ

70÷75oC, thời gian xử lý enzym 20 phút, pH 7÷7.5, mức dùng hóa chất: 1.5% NaOH, 2.0% Na2Si03, 0.1% DTPA, 1.5% H2O2

- Giai đoạn ủ: thời gian: 60 phút, nhiệt độ: 70÷75 oC, nồng độ bột 4%

- Giai đoạn tuyển nổi: nồng độ bột 1.0÷1.2%, nhiệt độ 35÷40oC, thời gian tuyển nổi 20 phút

- Rửa bột, vắt khô, xeo mẫu: rửa bột đến pH trung tính, vắt khô, xác định hiệu

suất, đi xeo mẫu ở định lượng 200 g/m2 để xác định mức loại mực, độ trắng Và thay đổi

mức dùng enzym ∝-amylaza từ 0.01 đến 0.05% so với nguyên liệu khô tuyệt đối Kết quả đưa ra ở bảng 2

Bảng 2 Ảnh hưởng của mức dùng enzym ∝-amylaza tới kết quả khử mực giấy loại

III CÁC QUY TRÌNH ÁP DỤNG CỦA CÁC NHÀ MÁY HIỆN NAY

III.1 Quy trình công ty cổ phần giấy An Bình

Thu gom và chuyên chở

Giấy thải được thu gom và đóng thành từng bành, lèn chặt và được chở tới nhà máy giấy -nơi nó sẽ được tái chế thành một loại giấy mới

Lưu kho

Những chủng loại giấy thải khác nhau – như giấy báo và giấy thùng carton cũ - sẽ được chứa trong những kho riêng, vì các nhà máy giấy sử dụng những loại giấy thu hồi khác nhau để sản xuất ra các loại giấy tái chế khác nhau Khi nhà máy cần đến, công nhân sẽ dùng xe nâng để đưa giấy thu hồi từ kho bãi đến nhập vào băng chuyền

Tái tạo bột giấy và sàng

Giấy được băng chuyền đưa tới một bể chứa lớn gọi là bể đánh bột, có chứa nước

và hóa chất Bể đánh bột sẽ cắt giấy thu hồi thành những mảnh nhỏ Việc đun nóng hỗn

tái tạo bột giấy

Nghiền tẩy màu

hợp sẽ khiến giấy mau chóng bị cắt nát thành những sợi cellulose (thành phần chính cấu thành thực vật) gọi là xơ sợi Giấy cũ được thu hồi sẽ bị đánh tơi, trở thành một hỗn hợp quánh dẻo gọi là bột Bột được đẩy tới những chiếc sàng có những lỗ và rãnh đủ hình dạng và kích thước; ở đó những mẩu tạp chất nhỏ như nylon hay băng keo sẽ bị giữ lại Quá trình này được gọi là sàng

Tẩy sạch

Bột sẽ được làm sạch trong những ống hình nón nhờ chuyển động lắc, qua đó các tạp chất nặng như kim kẹp, đinh ghim… sẽ bị đánh văng khỏi nón và rơi xuống đáy ống Tạp chất nhẹ bị gom vào giữa nón và sẽ được loại ra Quá trình này có tên là nghiền

Tẩy mực

Có khi bột phải trải qua một quá trình “giặt giũ” có tên là tẩy mực để loại bỏ chất mực in và băng dính (gồm các loại keo dán và băng keo) Người làm giấy thường kết hợp hai quá trình tẩy mực gọi là xả nước trong đó những phần tử mực in nhỏ sẽ được xả bỏ đi theo nước và tuyển nổi để loại những phần tử lớn hơn và băng dính các thứ ra cùng với các bong bóng khí Trong quá trình tẩy mực tuyển nổi, bột được trữ trong những bồn lớn gọi là hệ tuyển nổi, ở đó không khí và những hóa chất giống như xà bông gọi là chất hoạt động bề mặt được sục vào trong bột Chất hoạt động bề mặt sẽ tách mực in và băng dính

ra khỏi bột, đẩy chúng lên bề mặt hỗn hợp nhờ các bọt khí Những bong bóng khí chứa mực in tạo thành lớp bọt tăm sủi bên trên và sẽ được loại đi, để lại một lượng bột “sạch sẽ” bên dưới

Nghiền, tẩy màu và làm trắng

Trong quá trình nghiền, bột sẽ được nhồi đập để làm cho xơ sợi được bong lên, trở nên lý tưởng cho việc xeo giấy Nếu trong bột có nhiều bó xơ sợi lớn, quá trình nghiền sẽ phân tách chúng để cho tơi và rời ra Nếu trong giấy loại có màu thì hóa chất tẩy màu sẽ giúp loại bỏ chúng Sau đó, nếu cần sản xuất giấy trắng thì bột sẽ phải được tẩy trắng với hydrogen peroxide, chlorine dioxide hay oxygen để trở nên trắng và sáng hơn Nếu sản xuất loại giấy màu nâu để dùng trong công nghiệp (như giấy carton làm thùng) thì không cần công đoạn tẩy trắng này Xeo giấy Đến đây thì ta đã có được loại bột sẵn sàng cho quá trình xeo giấy Loại xơ sợi đã qua tái chế có thể được sử dụng riêng mình nó, hoặc được trộn chung với những xơ sợi từ gỗ (gọi là xơ sợi nguyên sinh) để tăng độ mịn hoặc