Tổng Quan Công Nghiệp Sản Xuất Giấy Và Bột Giấy

Ở nước ta bắt đầu đưa khái niệm này vào năm 1996 và theo Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam cho biết từ năm 1996 đến nay Chính phủ đã tiếp nhận 20 dự án quốc tế và đề tài cấp nhà nước về SXSH, giảm thiểu chất thải và các lĩnh vực liên quan. Ngày 22/9/1999, Bộ trưởng Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường đã ký Tuyên ngôn quốc tế về SXSH. Kế hoạch hành động quốc gia về SXSH (2001-2005) đã được ban hành.

Các hoạt động sản xuất sạch ở nước ta những năm gần đây chủ yếu tập trung vào các hoạt động chính như sau:

- Phổ biến thông tin và nâng cao nhận thức;

- Trình diễn kỹ thuật đánh giá SXSH tại doanh nghiệp nhằm thuyết phục giới công nghiệp tiếp cận SXSH vào hoạt động sản xuất kinh doanh;

- Đào tạo nguồn nhân lực và xây dựng năng lực quốc gia về sản xuất sạch hơn. Từ năm 1999 đến nay, số doanh nghiệp thực hiện SXSH tăng lên theo từng năm.

Theo Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam, năm 1999 có 10 DN, đến năm 2005 có 45 DN và đã có trên 35 tỉnh triển khai thực hiện SXSH trong công nghiệp, đến năm 2008 thì con số này đã lên đến hàng trăm doanh nghiệp.

Những con số trên quả là còn rất khiêm tốn so với tổng số DN trong cả nước nhất là trong tiến trình hội nhập hiện nay, các DN không ngừng phát triển cả về quy mô và công nghệ sản xuất. Tuy nhiên, SXSH trong công nghiệp cũng gặp không ít những rào cản như:

- Thiếu sự quan tâm và cam kết của các cơ sở công nghiệp với chiến lược SXSH;

- Thiếu các chuyên gia về SXSH cho các ngành công nghiệp khác nhau;

- Thiếu các thông tin về công nghệ tốt nhất hiện có và công nghệ tốt nhất có tính hấp dẫn về mặt kinh tế;

- Thiếu nguồn tài chính để đầu tư cho các công nghệ mới, sạch hơn. Đặc biệt thiếu hệ thống quy định có tính chất pháp lý khuyến khích tiết kiệm;

- Quyết định đầu tư chưa được đặt ra trên cơ sở tính toán chi phí tổng thể bao gồm cả các chi phí môi trường.

Hiện nay, SXSH vẫn được xem như là một dự án chứ không phải là chiến lược thực hiện liên tục của một DN, công ty, mặc dù Bộ Công Thương đã xây dựng và được Chính phủ phê duyệt Chiến lược quốc gia về sản xuất sạch hơn trong công nghiệp, đây là cơ sở pháp lý quan trọng để SXSH hơn thực sự phát triển và lan rộng trong các DN trên cả nước.

Từ thực trạng môi trường trong công nghiệp cho thấy, tác động tổng hợp các chất thải ra môi trường là rất lớn và ngày càng nghiêm trọng. Các loại chất thải không chỉ ảnh hưởng tới môi trường sản xuất kinh doanh của các DN mà tác hại lớn hơn là ảnh hưởng tới môi trường và đời sống nhân dân ở các khu vực xung quanh. Do vậy, việc áp dụng SXSH trong công nghiệp là rất cần thiết.

Nếu tính theo từng công đoạn trong quá trình sản xuất thì hiệu quả và lợi ích từ việc áp dụng SXSH trong công nghiệp là rất lớn. cụ thể có thể tóm tắt các lợi ích cơ bản như sau:

- Tiết kiệm chi phí thông qua giảm lãng phí năng lượng và nguyên liệu;

- Cải thiện hiệu quả hoạt động của công ty;

- Chất lượng và độ đồng đều của sản phẩm tốt hơn;

- Thu hồi một lượng nguyên liệu bị hao phí trong quá trình sản xuất;

- Có khả năng cải thiện môi trường làm việc (sức khỏe và an toàn);

- Cải thiện hình ảnh của công ty;

- Tuân thủ các quy định môi trường tốt hơn;

- Tiết kiệm chi phí xử lý cuối đường ống;

- Có được các cơ hội thị trường mới và tốt hơn.

Tài liệu của Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam đã có ví dụ thực tế về hiệu quả và lợi ích thu hồi bột giấy và nước sau xeo của một công ty. Trước khi áp dụng SXSH, hệ thống xeo giấy sử dụng nước xong thải bỏ ngay. Nhưng sau khi đã áp dụng SXSH công ty đã đầu tư một hệ thống bể lắng thu hồi bột và tuần hoàn nước quay về công đoạn xeo, giá thành đầu tư là 370 triệu đồng, thời gian hoàn vốn là 3,9 năm. Hiệu quả thu hồi 152 tấn bột giấy/năm và 37.975m3 nước/năm. Về mặt kinh tế, tiết kiệm 94 triệu đồng/năm, về môi trường giảm thải 152 tấn bột giấy và

37.975m3 nước thải/năm. Một ví dụ khác về cô đặc thu hồi dung dịch crom, trước SXSH nước rửa sau bước mạ crom có nồng độ loãng và bị thải bỏ, sau SXSH công ty này đã cô đặc dung dịch nước rửa và tuần hoàn trở lại bể mạ, giá thành đầu tư không đáng kể nhưng hiệu quả mang lại rò rệt. Đã giảm tiêu thụ 64kg crom/năm, tiết kiệm 2.359.000 đồng/năm, giảm thải 64kg crom/năm. Như vậy, việc áp dụng SXSH trong DN đem lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường cho các công ty.

Hơn nữa, hiện nay nhận thức của người tiêu dùng ngày một tăng về các vấn đề môi trường, tạo nên nhu cầu về các sản phẩm xanh trên thị trường quốc tế. Điều này dẫn đến việc có thể mở ra một cơ hội thị trường mới và sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao với giá thành cạnh tranh hơn nếu tập trung nỗ lực vào SXSH. Các DN khi áp dụng SXSH hầu hết đều được tiếp nhận hỗ trợ tài chính của ngân hàng hoặc các quỹ môi trường. Bên cạnh việc cải thiện hiện trạng kinh tế và môi trường, SXSH còn có thể cải thiện các điều kiện an toàn và sức khỏe nghề nghiệp cho nhân viên. SXSH sẽ tạo điều kiện thuận lợi để các DN thực hiện hệ thống quản lý môi trường như ISO 14000. Việt Nam đã gia nhập Tổ chức Thương mại thế giới năm 2006. Đây là thử thách cho các DN Việt Nam khẳng định khả năng cạnh tranh của mình trên thị trường. Khả năng cạnh tranh không chỉ chịu ảnh hưởng của giá cả và chất lượng của sản phẩm mà còn có cả các yếu tố liên quan đến thái độ của DN đối với các vấn đề xã hội và môi trường. Tiếp cận SXSH chính là công cụ và cơ hội giúp ngành công nghiệp hướng tới hiệu quả cao hơn trong sản xuất kinh doanh.‌

1.2. Tổng quan công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy

1.2.1. Sơ lược về công nghệ sản xuất giấy và bột giấy

Bản chất của công nghiệp giấy và bột giấy (CNGBG) là từ các nguyên liệu chứa xellulô (tre nứa, gỗ ...) bằng các tác nhân khác nhau ta loại bỏ phần không xellulô, phần bột xellulô thu được là bột giấy, tuỳ vào chủng loại của giấy sản phẩm, bột giấy có thể được tẩy trắng bằng hoá chất hoặc không tẩy trắng rồi được trộn với các thành phần khác (bột độn, bột màu, keo ...) để xeo thành giấy.

Các tác nhân để phân huỷ nguyên liệu tre, nứa, gỗ... thường là xút, các hợp chất của lưu huỳnh (Na2S hoặc Na2SO4), cơ, nhiệt.

Các tác nhân tẩy trắng thường là các hợp chất chứa clo hoạt động như clo, nước javen, clođioxit, các hợp chất chứa ôxy hoạt như ôxy kỹ thuật, H2O2. Như vậy, điều tất yếu là nước thải của CN GBG tất yếu là chứa nhiều loại hoá chất độc hại, nhất là các hợp chất hữu cơ chứa clo và tất nhiên là một lượng lớn xút dư.

So với các nghành công nghiệp khác, CN GBG được liệt vào nhóm 5 ngành lớn (thép, nhôm, giấy, hoá chất, ximăng) về mặt tiêu hao năng lượng và gây ô nhiễm môi trường. Đối với môi trường nước, CN GBG thuộc loại thải nhiều số một.

Như vậy, một nhà máy giấy hoàn chỉnh sẽ gồm các công đoạn sau:

 Chuẩn bị nguyên liệu: băm, rửa nguyên liệu thành các mảnh nhỏ;

 Nấu bột với các hoá chất thích hợp để hoà tan những phần không phải xellulô;

 Rửa và tẩy bột;

 Xeo giấy thành sản phẩm.

 Đối với những nhà máy hiện đại

 Thu hồi hoá chất (xem sơ đồ kèm theo)

Ngành công nghiệp giấy và bột giấy là một trong những ngành sản xuất lâu đời nhất, tuy nhiên quá trình tẩy trắng bằng hoá chất có thể coi là sản phẩm của thế kỷ 20 và đang có những bước ngoặt ở những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 này. Quá trình tẩy trắng bột giấy (xenlulo thực vật) trải qua những bước tiến hoá sau:

1. Hipoclorua một giai đoạn (H): Ca(ClO)2 được điều chế bằng cách thổi khí Cl2 qua huyền phù Ca (OH)2, sản phẩm thu được trộn với huyền phù 7% bột giấy ở 35 oC. Tới những năm 1920, quá trình này đã là chủ đạo.

2. Hipoclorua hai giai đoạn (HH): khoảng 70% của tổng H theo yêu cầu được cho vào từ đầu khuấy trộn tới khi hết clo tự do, rửa sạch rồi cho nốt 30% còn lại vào. HH tăng khả năng tẩy trắng và giảm thiểu ảnh hưởng của chất oxi hoá lên cường độ của sợi xenlulo.

3, 4. Clo hoá bằng khí clo (C): khí Cl2 được áp dụng quy mô công nghiệp từ năm 1930, C tỏ ra là chất oxi hoá lignin chọn lọc (nghĩa là ôxy hoá lignin mạnh hơn trong khi ít oxi hoá xenlulo hơn) hiệu quả hơn H nhiều. Đây là bước ngoặt trong kỹ thuật tẩy trắng. Đặc biệt do C phân huỷ mạnh lignin nên khi kết hợp với xử lý kiềm (ankali extraction - công đoạn E) hiệu quả tẩy lignin (delignin) rất lớn.

Sự kết hợp CEH giảm thiểu chi phí H, tăng mạnh độ trắng, giảm thiểu ảnh hưởng tới cường độ sợi xenllulô (do ôxy hoá xellulô). Quá trình CEHH chính là công nghệ đang áp dụng ở nhà máy giấy lớn nhất nước ta là nhà máy giấy Bãi Bằng, trong đó CE chủ yếu là quá trình lôi kéo lignin ra khỏi tế bào gỗ, HH tạo độ trắng của sản phẩm.

5. Clorua dioxit (D): quá trình này được áp dụng từ 1940. D tỏ ra là tác nhân tạo độ trắng chọn lọc hơn cả H. Chất lượng giấy của dây chuyền CEHD tỏ ra cao hơn CEHH mà cường độ sợi ít bị ảnh hưởng lớn.

6. Hydrogen peroxit (P): P tương tự D nghĩa là có tính tẩy trắng chọn lọc cao. Do lí do kinh tế, P thường đưa vào sau D khi mà lượng lignin còn ít. Từ 1960, CEDEP trở nên tiêu chuẩn trong ngành bột giấy. ở BaPaCo, quá trình D được đưa vào từ 1997 cùng với E.

7. Oxygen (O): bắt đầu từ phát hiện của nhóm Robert (Pháp) về nghiên cứu bảo vệ xenllulo bằng muối của Mg2+. Người ta thấy khi đó ôxy oxi hoá mạnh lignin trong khi không động tới xenllulo. Quá trình này được thương mại hoá đầu tiên từ 1970 ở Nam Phi. ở VN, BaPaCo có kế hoạch đưa công nghệ này vào trong kế hoạch

mở rộng nhà máy giai đoạn 1 (khoảng 2001). ở Thuỷ Điển phần lớn các nhà máy chuyển sang dùng O từ 1980. ở Bắc Mỹ thì bắt đầu chậm hơn.

8. Ozon: về nguyên tắc, O3 mạnh hơn O và có thể tẩy hoàn toàn lignin, tuy nhiên nó cũng phá huỷ xenllulo. Mãi 1992, vấn đề này mới được kiểm soát và nhà máy đầu tiên áp dụng là Union Camp Co., Virginia (1.000 tấn /ngày) sử dụng ozon và D. Tới 1995 có tổng số khoảng 15 nhà máy, chủ yếu ở Châu Âu áp dụng công nghệ này.

9. Những công nghệ khác:

Độ trắng của giấy phụ thuộc chủ yếu vào dư lượng lignin sau nấu và tẩy. Vậy, để loại lignin, vấn đề thay đổi kỹ thuật nấu và tẩy đều rất quan trọng. Từ những năm 1980, việc nghiên cứu nấu tẩy lignin tăng cường đã đem lại những kết quả mang tính bước ngoặt. Ví dụ, thêm 0,1% antraquinone (AQ) chỉ số  giảm mạnh tới 15% và nhu cầu sunfua giảm trong khi hiệu suất xơ không giảm. Gần đây xuất hiện công nghệ ASAM (Alkaline -Sulfite-Antraquinon-Methanol) với 15% sulfit, 5% NaOH (tính theo Na2O/gỗ) và 0,1% AQ hoà tan trong 80% nước và 20% methanol. So với công nghệ nấu Kraft tăng cường, ASAM cho kết quả xử lý lignin tăng thêm 15-25%, hiệu suất xơ tăng 3%, cơ lý tính tốt hơn 20%. Tuy nhiên, phương pháp này còn chưa thương mại hoá. Bên cạnh thay đổi hoá chất, việc thay đổi kỹ thuật nấu cũng góp phần tăng hiệu quả đề lignin, ví dụ công nghệ EMCC (Extended Modified Continuous Cooking). Hệ quả của các công nghệ nấu mới này là giảm chi phí hoá chất tẩy trắng và giảm tổng lượng thải vào môi trường.

Gần đây, ở các nước công nghiệp đã nghiên cứu quá trình đề lignin bằng quá trình sinh hoá, người ta chờ đợi sự áp dụng kỹ thuật rất sinh thái này vào những năm đầu thế kỉ 21. Tóm tắt sự phát triển các công nghệ sản xuất giấy và bột giấy được biểu diễn ở hình 1-1 [6].

Gç

Bét (5%L)

Bét tÈy tr¾ng

Thu håi HC

NÊu

TÈy tr¾ng

(CDEHDED)

N•íc th¶i= 100%

*1950s:

100m3/t

*1970s: 50m3/t

H×nh 1-1a- Nhµ m¸y bét

DEopDED

=15  20

Bét

DeL b»ng oxy (O)

Bét

DÞc h

TÈy tr¾n g

*1950s: 100m3/t

*1970s:

50m3/t

NÊu deL t¨ng c•êng

Thu håi

 =8  12

Gç (27%L)

Bét tÈy tr¾ng

N•íc th¶i = 50%

H×nh 1-1b- Nhµ m¸y bét 1990

DEopP/ZEopP

Bét tÈy tr¾ng

Bét

TÈy tr¾n g

DeL b»ng oxy (O)

NÊu deL t¨ng c•êng

 =15  20  =8  12

Gç(27%L) Bét

Thu håi HC

DÞc h

N•íc th¶i

515m3/ t

H×nh1-1c- Nhµ m¸y bét 2010

Hình1-1. Sự phát triển các công nghệ sản xuất giấy và bột giấy

L•îng

ho¸

chÊt

t•¬ng

®èi

L•îng

ho¸

chÊt

t•¬ng

®èi

N¨m N¨m

Hình 1-2. Xu thế tiêu thụ hoá chất tẩy trắng trong ngành bột giấy thế giới (trái) và công ty Weyerhaeuser (phải)

1.2.2. Chất thải trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy

Nhà máy giấy và bột giấy sinh ra chất thải dạng nước thải, khí thải, và chất thải rắn. Loại phát thải nổi bật nhất là nước thải, tiếp đó là khí thải và chất thải rắn.

1.2.4.1 Nước thải

Các nhà máy giấy và bột giấy sinh ra một lượng lớn nước thải và nếu không được xử lý thì có thể ảnh hưởng tới chất lượng nguồn tiếp nhận. Bảng 1.2 cho thấy các nguồn nước thải khác nhau trong một nhà máy giấy và bột giấy {14}.

Bảng 1.2: Các nguồn nước thải từ các bộ phận và thiết bị khác nhau

Bộ phận

Các nguồn điển hình

Sản xuất bột giấy

� Hơi ngưng khi phóng bột

� Dịch đen bị rò rỉ hoặc bị tràn

� Nước làm mát ở các thiết bị nghiền đĩa