Tẩy trắng bột giấy không sử dụng clo nguyên tố(ECF), giảm ô nhiễm môi trường

Thời gian vừa qua, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã tiến hành một loạt nghiên cứu liên quan đến công nghệ nấu và tẩy trắng bột giấy, áp dụng những thành tựu mới nhất của thế giới nhằm nâng cao chất lượng, độ trắng của bột giấy từ các loại nguyên liệu phổ biến trong nước, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nhất là nước thải. Ban biên tập trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc bài viết tổng hợp những kết quả đã đạt được trong lĩnh vực tẩy trắng bột giấy không sử dụng clo nguyên tố (ECF – Elementary Chlorin Free) do Tiến sỹ Cao Văn Sơn, người trực tiếp tham gia hoặc chủ trì các đề tài nghiên cứu thực hiện.

Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, vấn đề ô nhiễm môi trường do sử dụng tác nhân tẩy trắng là clo, các hợp chất có chứa clo đã gây nhiều khó khăn cho quá trình xử lý nước thải. Các hợp chất hữu cơ chứa clo sinh ra trong quá trình tẩy trắng hầu hết là độc hại và có khả năng tồn tại bền vững trong môi trường. Do vậy, từ lâu các nghiên cứu nhằm cải tiến công nghệ tẩy nhằm giảm một phần clo, đặc biệt là loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng clo nguyên tố đã được các nhà khoa học tiến hành không ngừng. Hiện nay hơn 75% sản lượng bột giấy hóa học tẩy trắng đều sử dụng công nghệ mới không dùng clo nguyên tố (ECF) và ngày càng tăng với những cải tiến vượt bậc. Bột sau tẩy có chất lượng tốt, độ trắng cao, có thể lên tới trên 90%ISO.

Nhìn chung các quy trình tẩy trắng ECF là tổ hợp của từ 4 đến 6 giai đoạn ghép lại. Ứng với mỗi giai đoạn là một giai đoạn rửa. Quy trình càng nhiều giai đoạn thì tiêu tốn càng nhiều nước rửa, nhiều năng lượng  và lượng nước thải ra môi trường tăng lên. Mặt khác chi phí đầu tư ban đầu cũng tăng, do vậy xu hướng trong những thập kỷ gần đây là song song với việc cải tiến thiết bị thì các nhà sản xuất cũng như các nhà nghiên cứu đều có xu hướng tối ưu từng giai đoạn tẩy trắng, lựa chọn các tác nhân tẩy trắng thân thiện với môi trường và rút ngăn các quy trình tẩy trắng.

Xu hướng tẩy trắng bột giấy hóa học trên thế giới.

Cho tới thời điểm này, không ai có thể phủ nhận clo và các hợp chất của nó là những tác nhân tẩy trắng bột giấy hiệu quả nhất trong ngành công nghiệp và được sử dụng rộng rãi, liên tục trong suốt khoảng thời gian từ 1900 đến 1990 ở hầu hết các nhà máy sản xuất bột giấy trên thế giới với các quy trình tẩy trắng truyền thống khá hiệu quả như: CEH₁H₂; CEDED; (C+D)EHDED…Nhìn chung các loại bột sau tẩy thường có độ trắng và độ bền cơ lý cao do tác động khử lignin có tính chọn lọc tốt của clo và các hợp chất của nó.

Mặc dù vậy, nước thải của quá trình tẩy trắng chứa rất nhiều các hợp chất độc hại với môi trường và sức khỏe con người. Năm 1985, các nhà môi trường đã khẳng định nước thải của hầu hết các nhà máy sản xuất bột giấy tẩy trắng sử dụng tác nhân tẩy là clo nguyên tố đều chứa các hợp chất: 2,3,7,8-tetra-chloro-dibenzo-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD), 2,3,7,8 – tetra -chloro-dibenzo-furan (2,3,7,8-TCDF)…, với tải lượng AOX từ 1 ÷ 8kg/ADt. Các hợp chất này rất độc, khó phân hủy sinh học và có thể gây ra bệnh ung thư ở người .

Trước các yêu cầu ngày càng khắt khe về môi trường sinh thái dẫn tới việc cần thiết phải hạn chế, loại bỏ các giai đoạn tẩy trắng bột giấy sử dụng clo nguyên tố.

Đầu thập kỷ 70 của thế kỷ trước, đánh dấu một bước thay đổi lớn trong công nghệ tẩy trắng bằng việc lần đầu tiên giai đoạn clo hóa được thay thế hoàn toàn bằng giai đoạn tách loại lignin bằng oxy-kiềm. Với  sự thay thế này đã làm giảm đáng kể tính độc hại cũng như lượng thải của các hợp chất AOX có trong nước thải.

Bắt đầu từ năm 1985, với những tiến bộ trong công nghệ nấu bột, bột có trị số kappa khá thấp mà chất lượng vẫn đảm bảo. Bột sau nấu được khử lignin bằng oxy-kiềm và kết hợp với một số giai đoạn tẩy bằng đioxyt clo hình thành lên một số quy trình mới: quy trình tẩy trắng  không sử dụng clo nguyên tố (ECF).

Tuy nhiên mãi tới năm 1990, dây chuyền tẩy trắng sử dụng công nghệ ECF lần đầu tiên được triển khai xây dựng và được khởi chạy vào năm 1993 tại Alberta Pacific – Canada. Cho tới nay, công nghệ ECF đã trở thành công nghệ được phổ biến rộng rãi trên thế giới với nhiều quy trình tiên tiến và hiệu quả. Lượng  thải AOX từ các công đoạn tẩy chỉ còn 0,2 – 1,0kg/ADt và sau xử lý có  thể giảm 40-60% lượng AOX. Theo thống kê tính tới năm 2004, sản lượng bột kraft tẩy trắng  theo công nghệ ECF chiếm tới 75% sản lượng bột hóa tẩy trắng trên thế giới.

Hiện tại và tương lai công nghệ ECF vẫn giữa vai trò chủ đạo trong công nghiệp bột giấy, song sẽ có nhiều cải tiến hơn về công nghệ, thiết bị nhằm làm giảm tới mức tối đa lượng thải AOX ra môi trường, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng khắt khe về bảo vệ môi trường như: các nhà máy tẩy trắng bột giấy xây mới sau năm 2001 yêu cầu: ở Úc, lượng AOX trong nước thải là nhỏ hơn 0,25kg/ADt; ở Pháp là  nhỏ hơn 1,0kg/ADt; ở Đức là nhỏ hơn 0,25kg/ADt…hay theo tiêu chuẩn của liên minh châu Âu, tiêu chuẩn  BAT: hàm lượng AOX tối đa cho phép là 0,25kg/ADt hay 5,0mg/l…

Nhìn chung hầu hết các nhà máy hiện nay đều sử dụng một trong số các tác nhân tẩy trắng: đioxyt clo, oxy, peroxyt hydro, ozon…trong các giai đoạn tẩy của mình. Các quy trình tẩy hiện đại đều cho độ trắng trên 90%ISO với chất lượng bột khá cao, hàm lượng AOX có trong nước thải ngày càng có xu hướng giảm.

Các quy trình ECF hay được sử dụng ở Canada và Scandinavia thường có dạng: O-D-(EOP)-D-D; O-D-(EOP)-D-P; O-D-(EOP)-D;O- Z-(EOP)-(D_ND)…Còn ở Thủy điển: O-Q-(PO)-DD cho gỗ cứng (Aspa Bruk – Munksjo); O-(PO)-(DQ)-(PO) cho gỗ mềm (Stora Enso - Skoghall). Ở Phần lan thường sử dụng quy trình: O(ZD)(O/EO)(ZD)EP,  O(ZQ)(OP)ZP, O(Z/D)(EOP)DP cho cả nguyên liệu là gỗ cứng và gỗ mềm, ngoài ra còn rất nhiều quy trình ECF đang được sử dụng có hiệu quả ở nhiều nhà máy trên thế giới.

Tuy nhiên, xu hướng của các quy trình tẩy ECF mới trang bị cho các nhà máy mới xây dựng là rút ngắn, tối ưu các giai đoạn tẩy, sử dụng điôxyt clo ở nhiệt độ cao, sử dụng oxy và peroxyt hydro trong các giai đoạn tẩy chính nhằm hạn chế sử dụng đioxyt clo.

Mới đây nhất là công trình của M.Ragnar, với một loạt các quy trình rút gọn được ông và các cộng sự nghiên cứu thành công đối với nguyên liệu là bạch đàn Grandis và Saligna: D(EO)D, D(EOP)D, (DQ)(PO), (DQ)(PO)D, (AQ)_h(PO)D, (DQ)_h(PO), D_h(EO)D và (AD)_h(EO)D…Bột sau tẩy trắng đều đạt độ trắng 89 – 90%ISO, độ hồi màu không đáng kể hay như quy trình D_h(PO)D của Luiz cho chất lượng bột cũng rất khả quan: độ trắng đạt 88 – 90%ISO.

Một số quy trình tẩy mới, có hiệu quả đã được áp dụng với quy mô công nghiệp như: quy trình D_h(PO)D (khởi chạy năm 2003) tại nhà máy Ripasa, Limeira, Brazin; quy trình D_h(EOP)D (khởi chạy năm 2003) tại nhà máy CMPC, Santa Fe, Chile; quy trình D_h(PO)D₁D₂ (khởi chạy năm 2005) tại nhà máy Mondi, Richards Bay, Nam Mỹ…

Một số kết quả nghiên cứu mới về công nghệ tẩy ECF tại Việt Nam

Ở nước ta, hiện nay chỉ có Tổng Công ty Giấy Việt Nam và Công ty cổ phần giấy An Hòa là có hệ thống dây chuyền sản xuất bột hoá tẩy trắng (BHKP) tương đối đồng bộ. Dây chuyền BHKP của Tổng Công ty Giấy Việt Nam thuộc thế hệ của những năm 80 của thế kỷ trước: công nghệ nấu mẻ truyền thống, công nghệ tẩy cổ điển dùng clo nguyên tố. Năm 2004, sau khi cải tạo nâng cấp giai đoạn I, công đoạn tẩy trắng đã được cải thiện: lắp thêm một giai đoạn oxy-kiềm nên đã giảm được 60% lượng clo nguyên tố sử dụng và nâng công suất  lên 75.000 tấn bột tẩy trắng/năm. Quy trình tẩy của dây chuyền: O-C-(EP)-H₁-H₂, chất lượng bột nhìn chung đạt trung bình: độ trắng 82 – 84%ISO, độ nhớt >400cm³/g.

Dây chuyền BHKP của Công ty cổ phần Giấy An hòa được đầu tư khá hiện đại, tiên tiến với nồi nấu liên tục, tẩy trắng ECF (quy trình O-O-D_h-Eop-D₁) công suất 130.000 tấn/năm. Chất lượng bột khá tốt, độ trắng có thể đạt tới trên 88%ISO, phần lớn tiêu thụ trong nước và một phần xuất khẩu...

Trước sức ép về môi trường ngày càng mạnh, trong tương lai gần các công nghệ cổ điển sẽ bị loại bỏ và được thay bằng các công nghệ tiên tiến, hiệu quả và ít ô nhiêm hơn. Mặt khác để nâng cao sức cạnh tranh, các doanh nghiệp phải luôn nghiên cứu, cải tiến công nghệ, áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật công nghệ vào sản xuất nhằm giảm giá thành sản phẩm, giảm phát thải ô nhiễm ra môi trường. Trên bước đường đồng hành với các đơn vị sản xuất trong ngành giấy, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất bột giấy BHKP, ngay từ năm 2001, Viện CN Giấy và Xenluylô đã có những nghiên cứu, ứng dụng thành công công nghệ tẩy trắng bột giấy sử dụng oxy – kiềm.  Kết quả nghiên cứu đã  đưa ra công nghệ tẩy trắng ECF (O-Do-E(O)-D₁-D₂) khá hiệu quả, phù hợp với một số chủng loại nguyên liệu của Việt Nam như: bạch đàn, keo tai tượng, tre nứa, keo lá tràm. Một số kết quả nghiên cứu mới nhất về công nghệ tẩy trắng ECF gần đây nhất là: nghiên cứu rút gọn các giai đoạn tẩy hình thành nên quy trình ECF mới, ứng dụng giai đoạn (PO), tách loại lignin bằng oxy hai giai đoạn, sử dụng xúc tác molypdat trong giai đoạn (DPmo)… cho phép giảm mức dùng lượng clo hoạt tính từ 17 – 40% và lượng AOX giảm tới 35 – 45%  trong nước thải với chất lượng bột không đổi so với quy trình thông thường đối với hai loại nguyên liệu là keo tai tượng và bạch đàn.

Trong bài viết này, xin giới hiệu một số kết quả nghiên cứu tiêu biểu về công nghệ tẩy trắng ECF mà Viện công nghiệp Giấy và Xenluylô đã thực hiện thành công.

Tẩy trắng bột giấy sunphát từ nguyên liệu gỗ cứng theo phương pháp ECF rút gọn

Mục tiêu của nghiên cứu này là thiết lập chế độ công nghệ tẩy trắng bột giấy sunphát từ nguyên liệu gỗ bạch đàn, keo tai tượng (độ tuổi 5 – 7 tuổi) cho độ trắng lớn hơn 86%ISO theo công nghệ ECF rút gọn các giai đoạn tẩy xuống còn 2 -3 giai đoạn nhằm giảm mức dùng đioxyt clo và giảm thiểu lượng AOX trong nước thải so với công nghệ ECF thông thường.

Các nghiên cứu đã thử nghiệm, so sánh một số quy trình ECF rút gọn đã được công bố và ứng dụng trên thế giới bao gồm: D₀(EO)D; D₀(EOP)D; (AQ)_h(PO)D; (AD)_h(EO)D; (DQ)_h(PO); D_h(EO)D. Các so sánh được thực hiện với các mức dùng hóa chất (ClO₂ mức dùng NaOH, peroxyt, oxy..), điều kiện tiến hành tương đương nhau, quy trình đối chứng sử dụng là (D₀E₀D₁E₁ D₂).

Từ các kết quả thí nghiệm và phân tích về độ trắng, độ nhớt, tính chất cơ lý của bột sau tẩy, tổng mức dùng clo hoạt tính, độ hồi mầu, hiệu suất tẩy đã lựa chọn được hai quy trình ECF rút gọn khả quan nhất là quy trình D_h(EO)D và quy trình (DQ)_h(PO) so với quy trình ECF thông thường D₀E₀D₁E₁D₂: mức dùng tổng clo hoạt tính (3,693% và 2,508% so với 4,5%); độ trắng (87,1%ISO và 85,4%ISO so với 87%ISO); độ nhớt (693ml/g và 650ml/g so với 650ml/g)...Trên cơ sở hai quy trình này đã tiến hành nghiên cứu, tối ưu các điều kiện công nghệ trong giai đoạn D₀ (mức dùng clo hoạt tính, nhiệt độ và thời gian tẩy trắng).

Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box – Wilson, đã lựa chọn được các điều kiện tối ưu cho hai quy trình  ECF rút gọn D_h(EO)D và quy trình (DQ)_h(PO) cho hai loại nguyên liệu: bạch đàn và keo tai tượng:

1. Đối với quy trình (DQ)^*(PO):

Bảng 1. Các điều kiện công nghệ cho quy trình ECF rút gọn (DQ)^*(PO)

Ghi chú: Bột trước trước khi vào tẩy phải được tách loại lignin bằng oxy – kiềm đảm bảo trị số kappa: 9 – 10. K₃ là trị số kappa sau giai đoạn  sau giai đoạn  (DQ)^*, quy trình này ứng dụng cho cả nguyên liệu keo tai tượng và bạch đàn

2. Đối với quy trình D^*(EO)D₁

Bảng 2. Các điều kiện công nghệ cho quy trình ECF rút gọn D^*(EO)D₁

Ghi chú: K₁ là trị số kappa sau giai đoạn  sau giai đoạn  D^*

Với các điều kiện của quy trình trên, tính chất cơ lý của bột sau tẩy trắng (bảng 3) cho thấy  bột tẩy theo quy trình ECF rút gọn cho phép giảm lượng dùng đioxyt clo (khoảng 17%), mặc dù giảm số giai đoạn tẩy song chất lượng bột thu được vẫn tương đương và có phần trội hơn so với quy trình ECF thông thường.

Bảng 3.Chỉ số độ bền cơ lý của bột khi ứng dụng quy trình ECF rút gọn mới

Ghi chú: bột sau tẩy được nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn PFI với: áp lực nghiền 3,44kN/cm², nồng độ nghiền 10%, số vòng nghiền 8000 vòng.

Khi tính toán và phân tích các chỉ số AOX có trong nước thải cho thấy các quy trình mới cũng cho phép giảm lượng AOX: 23% - 29% so với quy trình ECF thông thường.

Bảng 4. Hàm lượng AOX trong nước thải của các quy trình tẩy khác nhau

Ghi chú: Lượng AOX được  tính sơ bộ  theo công thức: AOX, kg/ADt = 0,1(lượng dùng Cl₂ (kg/ADt)+ 0,526 lượng dùng ClO₂(kg/ADt)) khi tiến hành ở nhiệt độ cao lượng AOX giảm 15 -30%.

Ứng dụng giai đoạn PO (peroxyt - oxy) trong quy trình  ECF cho nguyên liệu gỗ cứng

Hydro peroxyt được biết đến và sử dụng từ rất lâu, tuy nhiên chủ yếu là dùng trong sản xuất bột cơ học. Mãi tới những năm 70 của thế kỷ 20, H₂O₂ mới được phát hiện có khả năng tách loại lignin trong quá trình sản xuất bột kraft tẩy trắng. Với các quy trình truyền thống H₂O₂ thường được sử dụng kết hợp trong các giai đoạn trích ly kiềm (E), song trong những năm gần đây trước các đòi hỏi nghiêm ngặt về môi trường thì  H₂O₂ đã và đang được nghiên cứu và sử dụng như một giai đoạn tẩy độc lập với các cải tiến về chế độ công nghệ.

Trong mục này đề cập đến việc nghiên cứu ứng dụng giai đoạn (PO) trong một số quy trình tẩy ECF rút gọn: D_hE_PQ(PO); D_h(PO)D; (AQ)_h(PO)D; (D_hQ)(PO)D; D_h(EOP)D...trong tẩy trắng bột giấy nấu từ nguyên liệu là gỗ keo tai tượng và bạch đàn.

Các kết quả nghiên cứu sơ bộ cho thấy, với mức dùng clo hoạt tính (quy đổi) là 4,5% thì quy trình (D_hQ)(PO)D cho kết quả khả quan nhất đối với cả hai loại nguyên liệu keo tai tượng và bạch đàn: độ trắng đạt trên 86%ISO, độ nhớt trên 630ml/g và tương đương với quy trình D₀E₀D₁E₁D₂

Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box – Wilson, đã lựa chọn được các điều kiện tối ưu của giai đoạn (PO) (nhiệt độ tẩy, mức dùng NaOH, mức dùng H₂O₂) của quy trình  ECF rút gọn (D_hQ)(PO)D cho hai loại nguyên liệu: bạch đàn và keo tai tượng (bảng 5)

Bảng 5. Các điều kiện công nghệ cho quy trình ECF rút gọn (D_hQ)(PO)D

Kết quả phân tích tính chất cơ lý của bột sau tẩy trắng khi sử dụng quy trình tẩy trên cho thấy, bột tẩy theo quy trình ECF mới cho phép giảm lượng dùng đioxyt clo (khoảng 40%), giảm bớt giai đoạn tẩy nhưng chất lượng bột nhìn chung vẫn tương đương so với quy trình ECF thông thường (bảng 6).

Bảng 6. Chỉ số độ bền cơ lý của bột khi ứng dụng quy trình (D_hQ)(PO)D

Ghi chú: bột sau tẩy được nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn PFI với: áp lực nghiền 3,33N/mm, nồng độ nghiền 10%, số vòng nghiền 7500 vòng.  

Các phân tích về nước thải cũng cho thấy, với quy trình mới cho phép giảm lượng AOX tới 44% so với quy trình ECF thông thường (bảng 7).

Bảng 7. Hàm lượng AOX trong nước thải từ quy trình tẩy (D_hQ)(PO)D

Ghi chú: Lượng AOX được  tính sơ bộ  theo công thức: AOX, kg/ADt = 0,1(lượng dùng Cl₂ (kg/ADt)+ 0,526 lượng dùng ClO₂(kg/ADt)) khi tiến hành ở nhiệt độ cao lượng AOX giảm 15 -30%.

Tẩy trắng bột giấy hóa học từ gỗ cứng bằng dioxit clo kết hợp với hydro peroxyt trong môi trường axit theo công nghệ ECF.

Với các tiến bộ về công nghệ và thiết bị trong các quy trình tẩy trắng ECF hiện đại H₂O₂ đã được sử dụng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quy trình tẩy và là một tác nhân quan trọng trong việc thay thế đioxit clo. Ứng dụng như một tác nhân để tách loại lignin, hydro peroxyt cần môi trường axit và xúc tác. Ngay từ đầu năm 1984, Eckert đã công bố phát minh trong việc sử dụng các ion kim loại chuyển tiếp như vonfam và molypđen làm các chất xúc tác cho quá trình tách loại lignin bằng hyđro peroxit. Năm 2003, Trường Đại học Tổng hợp Công nghệ Quốc gia Siberi (Liên Bang Nga) đã thực hiện một khối lượng lớn các nghiên cứu trong lĩnh vực lý thuyết và công nghệ sản xuất bột giấy từ gỗ bằng phương pháp tách loại lignin sử dụng hyđro peroxit trong môi trường axit, bổ sung xúc tác là phức chất của các kim loại đa hoá trị.

Trong môi trường axit, dưới tác dụng của chất xúc tác, hydro peroxyt được kích hoạt sẽ tham gia tích cực vào quá trình ôxy hóa và tách loại lignin. Trên cơ sở lý thuyết về động học xúc tác các nhà nghiên cứu đã xác định được rằng quá trình xúc tác diễn ra theo sơ đồ sau:

                         H2O2 + Cat <->  M <-> H2O + 1/6 O2 + Cat         

Trong đó, M là các phức chất có thành phần khác nhau, chúng được biết đến nhiều nhất là Mo, W, Cr. Với hệ peraxit của Mo, khi cho H2O2 tác dụng với Na2MoO4 sẽ tạo thành 2 hợp chất trung gian có khả năng phản ứng cao: Na2MoO6 (màu vàng), Na2MoO8 (màu đỏ) và một hợp chất không có khả năng phản ứng là Na2MoO5. Các hợp chất mới tạo thành này có tính oxy hóa mạnh hơn so với H2O2, chúng sẽ phản ứng với các nhóm dễ bị oxy hóa của lignin là các nhóm hydroxyl và các liên kết không no.

Ngoài ra, các nghiên cứu và các kết quả thử nghiệm đầu tiên tại nhà máy về quá trình tách loại lignin bằng phương pháp xử lý Pmo (xử lý bằng hyđro peroxit sử dụng xúc tác molypđat trong môi trường axit) được thực hiện bởi Rabelo. Hầu hết, giai đoạn Pmo được sử dụng để thay thế giai đoạn axit hydrolysis nóng hoặc nhằm giảm lượng ClO2 trong giai đoạn D. Các tác dụng chính của giai đoạn Pmo là: tăng tính chọn lọc và tăng khả năng tách loại lignin; tăng hiệu quả loại bỏ axit hexenuronic; và tăng việc sử dụng các chất hóa học không chứa clo.

Tại Việt Nam, hiện vẫn chưa có nghiên cứu thử nghiệm nào về việc ứng dụng giai đoạn (DPmo) trong sơ đồ tẩy trắng ECF cho nguyên liệu gỗ cứng. Để có thể ứng dụng giai đoạn (DPmo) vào các quy trình tẩy trắng ECF cho bột gỗ cứng trong nước, mục tiêu của nghiên cứu là xác lập chế độ công nghệ của giai đoạn (DPmo) (đioxitclo kết hợp với hydro peroxyt sử dụng xúc tác molypđat) thay thế giai đoạn D0 trong quy trình D0-(Eop)-D₁.

Đối với giai đoạn tẩy trắng (DPmo) thì ba yếu tố công nghệ ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng bột giấy sau tẩy cần được nghiên cứu đó là: nhiệt độ, thời gian, mức dùng hóa chất (đioxyt clo, hydro peroxyt, xúc tác molypđat).

Trên cơ sở nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ trong giai đoạn (DPmo) tới chất lượng bột giấy sau tẩy (hỗn hợp nguyên liệu 70% keo tai tượng và 30% bạch đàn), đã xác lập được chế độ công nghệ giai đoạn (DPmo) trong quy trình tẩy trắng ECF cho nguyên liệu gỗ cứng như sau:

Chế độ công nghệ giai đoạn (DPmo)

Giai đoạn (DPmo) được tiến hành theo thứ tự sau: tẩy 15 phút bằng H2SO4 + đioxit clo sau đó bổ sung thêm H2O2 + xúc tác molypđat và tiến hành tẩy tiếp với thời gian là 105 phút. Thời gian tẩy được tính bằng tổng thời gian của hai giai đoạn nói trên.

- Nồng độ bột giấy:                             10%

- Thời gian tẩy trắng:                           120 phút

- Nhiệt độ tẩy:                                     80 0C

- pH cuối:                                            2,5 ÷ 3,5

- Mức dùng clo hoạt tính:                    2,0%

- Mức dùng H2O2:                             0,75%

- Mức dùng molypđat (%Mo):            0,05%

Chế độ công nghệ giai đoạn Eop

- Nồng độ bột giấy:                             10%

- Thời gian tẩy trắng:                           120 phút

- Nhiệt độ tẩy:                                     75 0C

- Áp suất ôxy:                                      300 kPa

- Mức dùng kiềm:                                 0,15xK1 % (K1 là trị số kappa sau giai đoạn ôxy – kiềm)

- Mức dùng MgSO4:                           0,1%

- Mức dùng Na2SiO3:                        0,25%

- Mức dùng H2O2:                             0,3%

Chế độ công nghệ giai đoạn D1

- Nồng độ bột giấy:                             10%

- Thời gian tẩy trắng:                           90 phút

- Nhiệt độ tẩy:                                     75 0C

- pH cuối:                                            3 ÷ 4

- Mức dùng clo hoạt tính:                    1,45%

Một số chỉ tiêu chất lượng bột giấy sau tẩy trắng của quy trình tẩy trắng ECF sử dụng giai đoạn (DPmo) với quy trình đối chứng đưa ra trong bảng 8.

Bảng 8. Các tính chất cơ lý của bột giấy sau tẩy trắng bằng quy trình (DPmo)-(Eop)-D1 

Ghi chú: Bột sau tẩy được nghiền trên máy nghiền tiêu chuẩn PFI tới độ nghiền 40 oSR vàđược xeo trên máy xeo Rapid với định lượng 70 g/m2.          

Từ các kết quả trên bảng 8, cho thấy quy trình tẩy trắng (DPmo)-(Eop)-D₁ cho chất lượng bột giấy là tương đương với với quy trình đối chứng. Sử dụng giai đoạn (DPmo) thay thế giai đoạn D₀ trong quy trình tẩy D₀-(Eop)-D₁ cho cũng cho phép giảm tới 42,53% lượng clo hoạt tính trong giai đoạn D₀,  hàm lượng AOX và độ màu trong nước thải giảm  tương ứng là 36,7% và 33,67%. Tuy nhiên chi phí về vật tư hóa chất còn cao, phần lớn là do xúc tác (Na2MoO4) có giá thành khá cao, song nếu thu hồi triệt để thì chi phí hóa chất sẽ giảm xuống chỉ tương đương với quy trình D₀-(Eop)-D₁.

Kết luận

Tính tới thời điểm này, tẩy trắng bột giấy theo công nghệ ECF vẫn thống trị trong công nghiệp sản xuất bột giấy hóa học tẩy trắng trên thế giới với sản lượng trên 75%.

Xu hướng mới trong công nghệ tẩy trắng ECF trên thế giới là lựa chọn các tác nhân tẩy mới theo hướng thân thiện với môi trường nhằm giảm mức dùng và tiến tới thay thế ClO₂, tối ưu các điều kiện công nghệ trong từng giai đoạn tẩy và rút ngắn các quy trình tẩy xuống còn 2 – 3 giai đoạn.

Các nghiên cứu mới về công nghệ tẩy ECF của Viện CN Giấy và Xenluylô cho thấy các quy trình tẩy trắng cho phép giảm mức dùng hoặc thay thế lượng clo hoạt tính từ 17 - 40%, giảm lượng AOX trong nước thải từ 23 – 44%. Các quy trình này hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tế và phù hợp đối với nguyên liệu gỗ cứng trong nước

TS.Cao Văn Sơn

Nguồn: Bản tin Khoa học công nghệ Giấy và Xenluylô; số 2/2015