trắng bột sunfat có sử dụng enzym
Như đã xác định, tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng theo sơ đồ D0-EP-D1-E-D2 với
mức dùng dioxit clo 6,65 % so với bột KTĐ (theo clo hoạt tính) có thể thu được bột tẩy trắng có độ trắng min 85 % ISO. Bên cạnh đó cũng đã xác định được rằng, sử dụng enzym với một mức dùng hợp lý (150 g/tấn bột KTĐ) trong một chu trình tẩy trắng
X-D0-EP-D1-E-D2 có thể nâng cao được độ trắng của bột lên mức 87 ÷ 88 %ISO.
Như vậy, về nguyên tắc khi chỉ cần đạt độ trắng 85 %ISO, sử dụng enzym có thể giảm được tiêu hao chất tẩy. Để xác định khả năng này, đã tiến hành tẩy trắng bột
theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 với các điều kiện tối ưu như đã được thiết lập, ngoại
trừ mức dùng ClO2 được điều chỉnh ở các mức giảm khác nhau: 5, 10, 15, 20, 25 và
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 0 5 10 15 20 25 30 Mức giảm ClO2, % tổng mức dùng Độ tr ắn g, % I SO
Hình 3.4. Ảnh hưởng của xử lý enzym tới mức giảm tiêu hao ClO2
Có thể thấy, trong mọi trường hợp đối với bột qua xử lý bằng enzym thì tùy thuộc vào yêu cầu về độ trắng của bột mà có thể giảm được tới 30 % hoặc cao hơn nữa tiêu hao chất tẩy. Trong trường hợp cần đạt độ trắng 85 %ISO thì có thể giảm được 20 % mức dùng dioxit clo.
3.4.8. Ảnh hƣởng của enzym tới quá trình nghiền và một số tính chất của bột giấy sunfat tẩy trắng
Nghiền bột giấy là một trong những công đoạn quan trọng của quá trình sản xuất giấy. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nghiền, song hàm lượng và thành phần hemixenluloza trong bột giấy là một trong những yếu tố quan trọng.
Kết quả phân tích cho thấy, hầu như không sự khác biệt về hàm lượng pentozan: trong bột giấy chưa tẩy trắng (15,8 %), bột giấy chưa tẩy trắng đã qua xử lý enzym (15,6 %) và bột giấy tẩy trắng (15,2 %), điều đó chứng tỏ loại xylanaza này không làm phân hủy xylan tới mức có thể bị hòa tan nhiều trong dung dịch.
Để khảo sát sự ảnh hưởng của enzym tới quá trình nghiền bột sunfat tẩy trắng, đã tiến hành nghiền bột giấy bằng máy nghiền Hà Lan và khảo sát ảnh hưởng của thời gian nghiền tới độ nghiền đối với 02 loại bột có độ trắng tương đương
85 %ISO, bao gồm bột tẩy trắng sử dụng enzym (với mức dùng ClO2 5,32 % so với
bột KTĐ, theo clo hoạt tính) và không sử dụng enzym (với mức dùng ClO2 6,65 %,
theo clo hoạt tính). Kết quả thu được (Bảng 3.8) cho thấy, enzym có ảnh hưởng tốt tới tính chất phân sợi của bột giấy, sử dụng enzym cho tẩy trắng cho phép giảm đáng kể thời gian nghiền của bột tẩy trắng.
Bảng 3.8: Độ nghiền của bột sunfat tẩy trắng theo thời gian nghiền Độ nghiền, oSR
Thời gian nghiền, phút 0 10 20 30 40 50 54
Bột tẩy trắng theo sơ đồ
D0-EP-D1-E-D2 16 18 21 26,5 33 40,5 45
Bột tẩy trắng theo sơ đồ
X-D0-EP-D1-E-D2 16 18,5 22 28,5 36 45 -
Các mẫu bột giấy có độ nghiền 45 oSR được xeo mẫu định lượng 70 g/m2 và
xác định một số tính chất độ bền cơ học. Các chỉ số (Bảng 3.9) cho thấy, ở cùng độ trắng bột tẩy trắng sử dụng enzym có các chỉ số độ bền cơ học cao hơn so với bột tẩy trắng không sử dụng enzym. Đây là một đặc điểm khác biệt của sơ đồ tẩy trắng bằng dioxit clo so với các sơ đồ tẩy trắng ECF đã được nghiên cứu khác (như sơ đồ X-H-H-A hay X-H-P-A), bởi các sơ đồ tẩy trắng bột cùng loại này chỉ cho bột có độ bền cơ học hoặc tương đương hoặc cao hơn về chỉ số bục.
Bảng 3.9: Tính chất cơ lý của bột sunfat tẩy trắng
Chỉ số Bột tẩy trắng
không sử dụng enzym
Bột tẩy trắng sử dụng enzym
Thời gian nghiền (phút) 54 50
Độ nghiền (o SR) 45 45 Độ chặt (kg/m3 ) 682 695 Chỉ số kéo ( KN.m/g) 64,3 67,4 Chỉ số xé (mN.m2 /g) 4,8 5,2 Chỉ số bục (KPa.m2 /g) 3,9 4,2 Độ trắng (%ISO) 85,2 85,1 Độ nhớt (cm3 /g) 605 623
3.4.9. Đánh giá tác động tới môi trƣờng của quy trình tẩy trắng sử dụng enzym
Vấn đề đáng quan tâm của công nghệ tẩy trắng bột giấy là các hợp chất hữu cơ của clo (AOX) tạo thành trong quá trình tẩy trắng và là thành phần của nước thải sản xuất trắng. Như đã biết, các hợp chất AOX bao gồm [11]:
- Các chất nhựa chứa clo, như monoclorodihydroabietic; - Các chất axit béo chứa clom, như diclorostearic axit
- Các hợp chất hữu cơ chứa clo khác, như clorophenol; clorocatechol; cloroguaicol; 2-cloropropanol; clorovanilin; clorosyringaldehyde; clorinated syringal; 2,3,7,8-tetra clorodibenzo-p-dioxin (TCDD);2,3,7,8-tetra cloro dibenzo- furan (TCDF)…
- Các hợp chất gây độc: 1,3 dicloroacetone; 3, cloro-4dicloromethyl-5-
hydroxyl-2(5H) furanone; cloroacetone, cloroform; carbotetraclorine;
diclorometan…
Trong các hợp chất trên, độc hại nhất và khó phân hủy nhất là các hợp chất dioxin. Tuy nhiên đối với công nghệ ECF, đặc biệt là các quy trình công nghệ mới đều cho lượng AOX trong nước thải rất thấp: 0,2 † 1 kg AOX/tấn bột KTĐ, và đặc biệt là các hợp chất polyclornated dibenzo-p-dioxin (PCDD) và polyclornated dibenzo furan (PCDF) gần như không có hoặc còn rất nhỏ trong nước thải của các công đoạn tẩy trắng.
Xác định chỉ số AOX của nước thải từ quá trình tẩy trắng sử dụng enzym và không sử dụng enzym (Bảng 3.10) cho thấy, để sản xuất ra bột có độ trắng tương đương (85 %ISO) quy trình tẩy trắng sửu dụng enzym có hàm lượng AOX thấp hơn khoảng 20 % so với quy trình tẩy trắng không sử dụng enzym.
Bảng 3.10: Hàm lượng AOX* của nước thải từ quá trình
tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng
Quy trình tẩy trắng D0-EP-D1-E-D2 X-D0-EP-D1-E-D2
Hàm lượng AOX, kg/tấn 0.931 0,7448
(*)AOX = 0,07.
5 1
. mức dung ClO2 (theo clo hoạt tính).[11,24]
Rõ ràng đây là lợi ích lớn không chỉ đối với vấn đề xử lý nước thải mà còn có ảnh hưởng tốt đối với môi trường.
3.5. Quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng bằng dioxit clo có sử dụng enzym có sử dụng enzym
Trên cư sở các kết quả nghiên cứu đã xác lập trên Quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng bằng dioxit clo có sử dụng xylanaza FibreZyme LBR CONC có thể trình bày như sau:
Đặc điểm của Quy trình công nghệ:
Xử lý bột sunfat gỗ cứng có trị số Kappa trung bình bằng xylanaza ở điều kiện thích hợp và tẩy trắng bằng dioxit clo 03 công đoạn ở nhiệt độ trung bình. Bột tẩy trắng có tính chất phù hợp làm nguyên liệu sản xuất giấy in, viết. Sơ đồ tẩy trắng cho bột có độ bền cơ học cao hơn, hàm lượng AOX thấp hơn khoảng 20 % so với tẩy trắng không sử dụng enzym.
Quy cách chất lƣợng bột chƣa tẩy trắng:
- Nấu từ gỗ keo và bạch đàn tỉ lệ keo/bạch đàn 70/30 %;
- Trị số Kappa: 19 đv;
Các thông số công nghệ của Quy trình:
Thông số công nghệ Các công đoạn
Công đoạn X
Mức dùng enzym 150 g/tấn bột KTĐ
Nhiệt độ xử lý 30 ÷ 60 oC
Thời gian xử lý 120 phút
Các công đoạn tẩy trắng
D0 EP D1 E D2
Mức dùng ClO2, % bột KTĐ
(theo clo hoạt tính) 4,65 - 1,30 - 0,70
Mức dùng NaOH,% bột KTĐ - 1,5 - 0,5 - Mức dùng H2O2, % bột KTĐ - 0,5 - - - Nồng độ bột, % 10 10 10 10 10 Thời gian xử lý, phút 30 60 90 60 90 Nhiệt độ, o C 55 70 75 70 75 pHđầu 2,5 11 3,5 10 3,5
Trình tự tiến hành, sơ đồ khối của quy trình:
Bột chƣa tẩy trắng
Xử lý bằng
enzym Vắt nước
Nước thải hoặc tái sử dụng
Nướ c n ó n g NaOH TẨY TRẮNG Hơi C lO 2 NaO H H2 O2 Bột tẩy trắng
Quy cách chất lƣợng sản phẩm (bột tẩy trắng) đạt đƣợc:
- Độ trắng: min. 85 %ISO; - Chỉ số kéo: min. 67 kN.m/g;
- Chỉ số xé: min. 5 mN.m2/g;
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, có thể đƣa ra các kết luận sau:
1. Đã xây dựng được quy trình tẩy trắng bột giấy sunfat gỗ cứng (nấu từ gỗ keo và bạch đàn tỉ lệ dăm mảnh 70/30), bằng dioxit clo có sử dụng enzym
FibreZyme® LBL CONC của hãng Dyadic International (USA), cho bột độ trắng
cao phù hợp sản xuất giấy in viết.
2. Đối với bột giấy sunfat có trị số Kappa ban đầu 19 đv thì mức dùng enzym (hoạt độ 2167 U/g) hiệu quả là 150 g/tấn bột KTĐ, nhiệt độ và thời gian xử lý như khuyến cáo của nhà sản xuất.
3. Tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 cho phép tăng
độ trắng của bột tẩy trắng cao hơn 2 %ISO hoặc giảm được tới 20 % mức dùng dioxit clo cũng như giảm được khoảng 20 % hàm lượng AOX.
4. Xử lý bột sunfat bằng enzym không những không ảnh hưởng mà còn cải thiện hầu hết tính chất cơ học của bột và quá trình nghiền bột giấy.
5. Kết quả nghiên cứu là cơ sở áp dụng công nghệ tẩy trắng ECF thân thiện môi trường hơn, phù hợp với xu hướng phát triển công nghịêp giấy Việt Nam về ứng dụng công nghệ sản xuất sạch hơn, góp phần bảo vệ môi trường.
Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo
1. Cần mở rộng nghiên cứu sử dụng các loại enzym khác nhau, kể cả các chủng loại được phân lập và chế thử trong nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Chấn (1996), „Enzyme và xúc tác sinh học’, NXB y học, Hà
Nội.
2. Hoàng Quốc Lâm, Bùi Ánh Hoà (2004), “Nghiên cứu sản xuất bột giấy chất lượng cao từ Bạch đàn và Keo lai bằng công nghệ nấu sunfat và tẩy trắng ECF cải tiến”, Tạp chí Công nghiệp Giấy, số 9 & 10/2004, trang 18 21 & 15 16.
3. Đặng Thị Thu và cộng sự (2000), „Công nghệ enzyme’, NXB Khoa học và
kỹ thuật, Hà Nội.
4. Hồ Sĩ Tráng (2004), „Cơ sở hóa học gỗ và xenluloza’,Tập2, NXB Khoa học
và kỹ thuật, Hà Nội.
5. Anwar Sunna, Moreland D. Gibbs, and ect (2000). „A Gene Encoding a
Novel Multidomain β-1,4-Mannanase from Caldibacillus cellulovorans and Action of the Recombinant Enzyme on Kraft Pulp’. Applied and Environmental Microbiology. Vol. 66, No.2, p. 664-670
6. Augusto Quinde (1994), “Enzyme in the pulp and paper industry: A Review”, Pamphlet prepared.
7. Benca AMEC, (18/4/2004), Study report for: ‘Independent adviceon the
deverlopment of environmental guidelines for any new bleached eucalypt kraft pulp mill in Tasmania’. p.23-28 p.40-63, p.79-88
8. Carlton W.Dence and Douglas W.Reeve (1996), „Pulp Bleaching –
Principles and Practice, Section IV: The Technology of Chenical Pulp Bleaching’, p.213 – 443, TAPPI PRESS, Technology Park/Atlanta, P.O. Box 105113, Atlanta, GA 30348-5113 U.S.A.
9. Chartchai Khanongnuch, Kouhei Asada, Hideo Tsuruga, Toshihiko Ooi,
Shinichi Kinoshita (1998). ‘β-Mannanase and xylanase of Bacillus subtilis 5H
active for bleaching of crude pulp’. Journal of Fermentation and Bioengineering.Volume 86, Issue 5, P. 461-466.
10. Dominique Lachenal and Christine Chirat (8/2000), “Hingh temperature
11. D.R. Ranade – Agharkar Research Institute, India (2003), ‘ AOX : Impact on Environment and Biological Treatment’, A Seminar at AIT Conerence Center on
19th of November 2003.
12. G. M. Gübitz, D. Haltrich, B. Latal and W. Steiner (1997), „Mode of depolymerisation of hemicellulose by various mannanases and xylanases in relation to their ability to bleach softwood pulp’. Applied Microbiology and Biotechnology. Vol. 47, N6, P.658-662.
13. Hans Ulrich Süss, Kurt Schmidt, Michael Del Grosso and Madhu
Mahagaonkar (3/2000), „Peroxide application in ECF squenses: a description of the
state–of–the-art’, Appita Journal, Vol 53, No:2 (3/2000), p.116121.
14. Henricson, Kaj O (Helsinki, FI) (23/10/2001), ”Acid treatment of pulp at
high temperature prior to chlorine dioxide bleaching”, United States Patent
6306253.
15. H.U. Suess and D.Davies (7/8 -2007), „ECF bleaching of softwood kraft pulp: Understanding the potential of extraction’, Pulp and Paper Canada, Vol 108:7/8 (2007), p.41 47.
16. Jorge L. Colodette, José L. Gomide, Dimitris S. Argyropoulo (9/1999), „Effect of pulp processes on bleachability with ECF, Z-ECF and TCF bleaching’,
Appita Journal, Vol 52, No:5 (7/2007), p.368374
17. J.S. Tolan, J. Collins Marathon (2004), ‘Use of Xylanases in the
Production of Bleached, Unrefined Pulp at Marathon Pulp Inc’, Voss PPC, p. 161 ÷ 166.
18. Olavi Pikka, Reijo Vesala, Aki Vilpponen….(2000), ’Papermaking
Science and Technology, Book 6A: Chemical Pulping Chapter 9: Bleaching applications’, Gummerus Printing, Javaskyla, Finland, p. 641 ÷ 645.
19. Pratima Bajpai, Aradhna Anand (2006), “ Enzyme improve ECF bleaching of pulp” , BioResources, 1(1), p. 34 † 44.
20. Pratima Bajpai, Aradhna A., Sharma N (2005), “Bleaching of eucalyptus
kraft pulp with lacasse-mediator system”, In. Proc. 2005 International Pulp
Bleaching Conference, June 14-16, Stockholm, Sweden, 306-308.
21. Sergio Riva (2006), ‘Laccases: blue enzyme for green chemistry’, Trends
in biotechnology, p. 219 ÷ 226.
22. United States Patent 5854047 (1998). „Mannanase enzymes, genes coding
for them and a method for isolating the genes, as well as a process for bleaching of lignocellulosic pulp’
23. Viikari L. Kantelinen, A. Sundquist and Linko (1994), “Xylanases in
bleaching: From an idea to industry”, Fems Microb, Rev, p. 335 ÷ 350.
24. Yahya Hamzeh, Nicolas Bénattar, Gérard Mortha and Christophe Calais
(3/3007), ‘Modified ECF bleaching sequences optimizing the use of chlorie
dioxide’, Appita Journal, Vol 60, No:2 (3/2007), p.150 155.
25. Г. А. Пазухина, А.В. Аввакумова. „Реагенты для отбелки целлюлозы’.
Санкт-Петербург, 2002, 110 cтр.
26. Технология целлюлозно-бумажного производства. ‘Справочные
материалы. Т1.Часть 2: Производство полуфабрикатов’. Издательство Политехника, 2003. 633с.
PHỤ LỤC 1: NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
Bột giấy chưa tẩy trắng và enzym Bột giấy tẩy trắng
PHỤ LỤC 2: DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM
Máy xeo tờ (Hãng L & W) Máy sấy lô quay LEESON (Hãng L & W)
Bể tẩy trắng Máy đo độ bền kéo (Hãng L & W)
Máy đo độ bục (Hãng L & W) Máy đo độ chặt (Hãng L & W)
Máy đo độ trắng ELPHO CODE 071
SEM bột chưa qua xử lý enzym SEM bột đã qua xử lý enzym