Ứng dụng enzyme để tẩy mực trong xử lý giấy loại

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, theo Chương trình phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghiệp chế biến của Chính phủ, ngoài việc nghiên cứu tạo ra, hoàn thiện các quy trình công nghệ, thiết bị lên men vi sinh, sản xuất thử nghiệm và sản xuất ở quy mô công nghiệp một số chế phẩm enzyme, protein phục vụ cho ngành công nghiệp chế biến (thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, các chất phụ gia, hóa chất, nguyên liệu hóa dược, nhiên liệu sinh học, hàng tiêu dùng…) thì việc nghiên cứu, ứng dụng các chế phẩm sinh học vào thực tế sản xuất tại các cơ sở công nghiệp chế biến là rất cần thiết.

Đối với quá trình sản xuất giấy, nguyên liệu xơ sợi dùng trong sản xuất chủ yếu từ hai nguồn chính: bột giấy nguyên thủy được sản xuất từ nguyên liệu gỗ hoặc phi gỗ (sản xuất theo phương pháp cơ học hoặc sản xuất theo phương pháp hóa học) và bột giấy tái sinh.

Ngày nay với chiến lược bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tăng cường sử dụng nguyên - nhiên - vật liệu tái tạo, giấy loại đã và đang ngày càng được quan tâm và trở thành nguồn nguyên liệu chính, quan trọng trong công nghiệp sản xuất giấy trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.

Giấy loại thường có ba loại chính: hỗn hợp cactong cũ (Old corrugated container - OCC); giấy báo cũ (Old newspaper - ONP), tạp chí cũ, sách cũ… và hỗn hợp giấy loại văn phòng. Thông thường, OCC được xử lý dùng cho sản xuất giấy bao gói công nghiệp; giấy báo cũ, giấy loại văn phòng được khử mực, tẩy trắng dùng cho sản xuất giấy in báo, giấy vệ sinh, giấy in, giấy viết và các lớp lót của giấy cactong duplex …

Quá trình khử mực giấy báo loại, giấy loại văn phòng thông thường gồm các công đoạn chính: đánh tơi nguyên liệu và xử lý hóa chất (NaOH, H₂O₂, EDTA, Na₂SiO₃, hơi nước); làm sạch; khử mực (tuyển nổi); tẩy trắng; và đưa tới phân xưởng sản xuất giấy. Hiện nay trên thế giới, để nâng cao hiệu suất thu hồi bột, giảm thiểu độ bụi, tăng độ trắng cho bột giấy…đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng thành công một số chế phẩm enzyme vào công đoạn xử lý nguyên liệu ban đầu. Ở Việt Nam việc nghiên cứu công nghệ, thiết bị khử mực giấy loại và ứng dụng enzyme vào quá trình khử mực giấy loại cũng rất được quan tâm.

Các dây chuyền khử mực giấy loại hiện nay, phần lớn đều sử dụng tác nhân hóa học cho quá trình xử lý ban đầu. Việc sử dụng hóa chất trong quá trình khử mực giấy loại cho phép cải thiện mức độ loại mực và tăng độ trắng của bột giấy khử mực (DIP). Tuy nhiên những hóa chất này không chỉ có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý triệt để mà còn tác động làm ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của xơ sợi.

Các nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới đã chỉ ra rằng các enzyme cellulase, xylanase, lipase, α-amylase, hemicellulase đều có tác dụng nhất định trong khử mực giấy loại. Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ ứng dụng đơn hoặc kết hợp hai enzyme trong quá trình xử lý nên hiệu quả có phần chưa triệt để, tiêu hao enzyme lớn dẫn đến chi phí còn cao. Do vậy, việc nghiên cứu, ứng dụng một cách toàn diện, kết hợp các enzyme, tối ưu các điều kiện công nghệ nhằm thu hồi tối đa xơ sợi, nâng cao chất lượng bột giấy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường đáp ứng được yêu cầu về bảo vệ môi trường theo quy chuẩn QCVN12:2008/BTNMT về nước thải công nghiệp giấy và bột giấy, đồng thời giảm chi phí sản xuất là điều kiện sống còn đối với các cơ sở sản xuất, nhà máy sản xuất giấy có dây chuyền khử mực giấy loại.

Kết quả các nghiên cứu ở Việt Nam đã  khẳng định có thể ứng dụng một số loại enzyme trong giai đoạn xử lý nguyên liệu ban đầu của quá trình khử mực giấy loại. Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ được tiến hành trong phòng thí nghiệm với việc sử dụng đơn enzyme (cellulase, xylanase, lipase hoặc α-amylase) nhằm thay thế một phần hóa chất (NaOH, H₂O₂, EDTA, Na₂SiO₃) trong quá trình xử lý nguyên liệu ban đầu. Chất lượng bột thu được còn hạn chế như: độ bụi còn cao, hiệu suất thu hồi bột chưa cao... Để thay thế hoàn toàn hóa chất trong giai đoạn xử lý nguyên liệu ban đầu, đồng thời nâng cao hiệu suất thu hồi bột giấy và chất lượng bột DIP, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã nghiên cứu ứng dụng enzyme để tẩy mực trong xử lý giấy loại.

Có 04 loại enzyme phù hợp cho quá trình khử mực giấy báo loại và giấy loại văn phòng: Enzyme Lipase SUKALip,Trung Quốc; Enzyme amylase AU-PEA550,Trung Quốc; Enzyme cellulase AU-PEA91, Trung Quốc; Enzyme xylanase Papyrase IL 403, (UAE).

Sử dụng tổ hợp enzyme và các điều kiện công nghệ phù hợp để thay thế các hóa chất của giai đoạn xử lý nguyên liệu trong khử mực giấy báo loại; mức dùng enzyme xylanase/ cellulase/lipase theo khối lượng là: 0,0105%/0,006%/0,010% ; pH = 7; thời gian xử lý 40 phút; Nhiệt độ xử lý 40^oC. Chất lượng bột giấy đạt: Hiệu suất thu hồi 86,3%; chiều dài đứt 4119m; Chỉ số xé 8,56mN.m²/g; Chỉ số chịu bục 2,21kPa.m²/g; Chỉ số Eric 457ppm (mức độ loại mực >90%); Độ trắng đạt 58,6%ISO. 

Sử dụng tổ hợp enzyme và các điều kiện công nghệ phù hợp để thay thế các hóa chất của giai đoạn xử lý nguyên liệu trong khử mực giấy loại văn phòng; mức dùng enzyme xylanase/cellulase/lipase/α-amylase theo khối lượng là: 0,003%/0,005%/ 0,020%/0,002 ; pH = 7; thời gian xử lý 60 phút; Nhiệt độ xử lý 50^oC. Chất lượng bột giấy đạt: Hiệu suất thu hồi 77,8%; chiều dài đứt 5673m; Chỉ số xé 8,07mN.m²/g; Chỉ số chịu bục 3,46kPa.m²/g; Chỉ số Eric 25,6ppm (mức độ loại mực >96%); Độ trắng đạt 86,7%ISO.

Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã tiến hành thử nghiệm tại 03 nhà máy có dây chuyền xử lý giấy loại ở Việt Nam là: Công ty Cổ phần Giấy Bãi Bằng, Công ty Giấy tissue Sông Đuống và Công ty Cổ phần Diana Bắc Ninh kết quả cho thấy việc ứng dụng tổ hợp enzyme xylanase/cellulase/lipase cho giấy báo loại và xylase/cellulase/lipase/α-amylase cho giấy loại văn phòng thay thế một phần hoặc hoàn toàn hóa chất của giai đoạn xử lý nguyên liệu ban đầu là hoàn toàn khả thi. Việc ứng dụng enzyme vào sản xuất khá thuận lợi, ít phải thay đổi, cải tạo máy móc - thiết bị và hoàn toàn có thể áp dụng cho các dây chuyền xử lý giấy loại.

Mục tiêu của ngành công nghiệp giấy đang hướng tới là sản xuất ổn định và bền vững nên ngoài việc cải tiến về công nghệ, thiết bị nhằm nâng cao năng suất chất lượng, tiết kiệm nguyên vật liệu và bảo vệ môi trường thì việc ứng dụng các chế phẩm sinh học vào quá trình sản xuất là rất cần thiết và đang từng bước được tiến hành, triển khai ở quy mô công nghiệp. Việc nghiên cứu thành công, ứng dụng tổ hợp enzyme xylanase/cellulase/lipase cho giấy báo loại và xylanase/cellulase/lipase/α-amylase cho giấy loại văn phòng tiếp tục khẳng định và mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới và ứng dụng các chế phẩm sinh học vào công nghiệp giấy.

PT - Theo Đề tài cấp Nhà nước năm 2012-2014