Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ xử lý dăm m- 123docz.net

II .NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1 Nghiên cứu xác lập quy trình công nghệ xử lý dăm mảnh nguyên liệu gỗ keo và bạch đàn với chế phẩm Cartapip™ ở quy mô phòng thí nghiệm

3.1.1 Phân tích chất lƣợng của dăm mảnh gỗ sử dụng cho sản xuất bột giấy tẩy trắng.

Các mẫu nguyên liệu được lấy và xác định các tính chất ban đầu. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.1.

Bảng 3.1 Hàm lượng nhựa và vi sinh vật của dăm mảnh sử dụng cho nghiên cứu

STT Chỉ tiêu Các mẫu nguyên liệu

M1 M2 M3

1 Độ ẩm, % 48,64 49,03 49,34

2 Hàm lượng xenluloza, % 48,69 48,54 48,87

3 Hàm lượng lignin, % 29,00 29,32 28,65

4 Hàm lượng các chất trích ly trong

axeton, % 2,44 2,55 2,25

5 Mật độ vi sinh vật tổng số, CFU/g

- Vi khuẩn 21.108 28.108 98.108

- Xạ khuẩn 43.106 57.106 12.108

- Nấm mốc 93.106 96.106 32.108

Ghi chú: M1 là mẫu hỗn hợp dăm mảnh keo/bạch đàn 70/30 lấy mẫu tháng 2; M2 là mẫu hỗn hợp dăm mảnh keo/bạch đàn 70/30 lấy mẫu tháng 4; M3 là mẫu dăm mảnh mua ngoài.

Ngoài các tính chất ban đầu, các mẫu nguyên liệu còn được nấu và tiến hành phân tích một số chỉ tiêu chất lượng của quá trình nấu.

Bảng 3.2 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng bột sau nấu của các mẫu dăm mảnh sử dụng cho nghiên cứu

TT Chỉ tiêu Đơn vị Các mẫu nguyên liệu

M1 M2 M3

1 Hiệu suất bột % 46,0 45,9 43,5

2 Trị số Kappa - 20,1 20,61 18,6

3 Tàn kiềm g/l 8,0 8,0 9,2

4 Độ nhớt ml/g 802 806 790

5 Hàm lượng nhựa % 0,631 0,683 0,76

Ghi chú: Các mẫu nguyên liệu được nấu theo chế độ công nghệ được trình bày trong mục 2.4.3

Kết quả phân tích mẫu chất lượng dăm mảnh trong bảng 3.1 và 3.2 cho thấy:

- Nguyên liệu mảnh mua ngoài có chất lượng gần tương tự với mảnh keo tự chặt, nguyên nhân là do mảnh mua ngoài hiện nay chủ yếu là gỗ keo có lẫn một ít các thành phần gỗ bạch đàn, mỡ, bồ đề với tỷ lệ rất thấp.

- Tại các mẫu mảnh mua ngoài, do mảnh được chặt trước khi vận chuyển tới nhà máy, nên sau thời gian chặt và vận chuyển tới nhà máy hàm lượng nhựa trong nguyên liệu đã giảm đi.

- Kết quả phân tích chỉ số vi sinh cho thấy, mật độ vi sinh vật tổng số của mảnh mua ngoài cao hơn rất nhiều so với nguyên liệu tự chặt. Nguyên nhân là do mảnh bị nhiễm vi sinh vật trong quá trình chặt, bảo quản và vận chuyển tới nhà máy. Mật độ vi sinh vật trong nguyên liệu ban đầu lớn, sẽ hạn chế sự cạnh tranh và phát triển của chế phẩm sinh học phun, cấy lên nguyên liệu ban đầu. Mặt khác, hàm lượng các chất trích ly của mảnh mua ngoài giảm so với mảnh mới chặt nên cũng hạn chế sự phát triển của nấm trong chế phẩm sinh học, do đây là nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển của nấm.

Để cho nấm trong chế phẩm có thể cạnh tranh và phát triển cần có biện pháp giảm thiểu nhiễm hoặc tăng khả năng cạnh tranh của các enzyme có trong chế phẩm.

Với mục đích đánh giá khả năng phát triển của các loại nấm trong chế phẩm sinh học trên các loại nguyên liệu khác nhau. Nhóm thực hiện đề tài tiến hành xử lý nấm cho các mẫu nguyên liệu được lấy trong thời gian khảo sát (tháng 2/2017). Các mẫu nguyên liệu được chia làm 2 phần, một phần cấy nấm trực tiếp, một phần được xông hơi trước khi cấy nấm. Các điều kiện công nghệ của quá trình thí nghiệm được áp dụng theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Điều kiện công nghệ cụ thể như sau:

+ Mức dùng chế phẩm: 0,2.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ;

+ Thời gian xử lý: 14 ngày;

+ Độ ẩm dăm mảnh duy trì: 45 ÷ 60%;

+ Nhiệt độ xử lý: Nhiệt độ môi trường tự nhiên tháng 02/2017 (Từ 13 ÷ 29 oC)

+ Chế phẩm sinh học sử dụng: CartapipTM;

Kết quả sau 14 ngày xử lý chế phẩm sinh học trong phòng thí nghiệm được tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 3.3 Kết quả xử lý chế phẩm sinh học Cartapip™ trên các mẫu nguyên liệu ban đầu sau 14 ngày

Mẫu nguyên liệu Chế độ

Không xông hơi Có xông hơi

M1 + + +

M3 - +

Ghi chú: M1 là mẫu hỗn hợp dăm mảnh keo/bạch đàn 70/30 lấy mẫu tháng 2, M3 là mẫu dăm mảnh mua ngoài; (+): mẫu nấm sống và phát triển trên nguyên liệu; (+ +): mẫu nấm phát triển tốt; (-): mẫu nấm không phát triển trên nguyên liệu. Chi tiết trong phụ lục hình ảnh.

Kết quả tổng hợp trong bảng 3.3 cho thấy đối với các mẫu nguyên liệu có xông hơi, kết quả cấy nấm lên nguyên liệu đều thành công, 100% các mẫu đều có nấm sinh trưởng và phát triển sau 14 ngày xử lý. Đối với các mẫu không tiến hành xông hơi, chỉ có mẫu mảnh tươi được chặt từ gỗ chưa bóc vỏ tại nhà máy là cho kết quả nấm sinh trưởng và phát triển sau 14 ngày, tuy nhiên mức độ phát triển không cao như tại các mẫu mảnh đã được xông hơi, khử khuẩn. Mẫu mảnh mua ngoài, nấm đều không sinh trưởng được. Chi tiết hình ảnh các mẫu nguyên liệu cấy nấm sau 14 ngày được thể hiện ở phụ lục hình ảnh kèm theo báo cáo.

Như vậy, kết quả khảo sát cho thấy mật độ vi sinh vật trong nguyên liệu ban đầu ảnh hưởng rất lớn đến khả năng sinh trưởng và phát triển của nấm trên nguyên liệu. Đối với mảnh mua ngoài, để chế phẩm có thể sinh trưởng và phát triển cần có biện pháp giảm thiểu nhiễm như xông hơi cho dăm mảnh, tuy nhiên chi phí cho phương pháp này rất lớn. Đối với các loại nguyên liệu gỗ khúc tự chặt tại nhà máy cho kết quả nấm sinh trưởng khá tốt. Chính vì vậy, để phù hợp với thực tế sản xuất, nhóm thực hiện đề tài chỉ tiến hành nghiên cứu ứng dụng chế phẩm sinh học trên nguyên liệu mảnh mới tự chặt tại nhà máy.

3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng chế phẩm Cartapip™ đến hàm lượng nhựa của dăm mảnh

Sau khi lựa chọn được loại nguyên liệu phù hợp với thực tế sản xuất, đề tài tiến hành nghiên cứu, lựa chọn các điều kiện công nghệ trong quá trình xử lý dăm mảnh nhằm đưa ra được chế độ công nghệ tối ưu.

Đối với các chế phẩm sinh học, điều kiện sinh trưởng và phát triển tốt của nấm trên mảnh nguyên liệu ảnh hưởng bởi các điều kiện như mức dùng chế phẩm, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian bảo quản,... Trong các điều kiện công nghệ trên, để phù hợp với điều kiện thực tế sản xuất và theo khuyến cáo của nhà sản xuất chế phẩm, nhóm thực hiện đề tài cố định nhiệt độ xử lý là nhiệt độ môi trường nhằm mục tiêu có thể triển khai ứng dụng trong thực tế sản xuất và độ ẩm của dăm mảnh nguyên liệu 45 ÷ 60%.

Hai yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế, hiệu quả sản xuất là mức dùng chế phẩm và thời gian bảo quản. Trong đề tài này, nhóm thực hiện chỉ nghiên cứu tối ưu hóa 02 thông số trên.

Đối với mức dùng chế phẩm sinh học Cartapip™, theo khuyến cáo của nhà sản xuất, mức dùng chế phẩm có thể dao động từ 0,1.1010 ÷ 0,4.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ tùy theo loại nguyên liệu. Vì vậy, nhóm thực hiện đề tài tiến hành nghiên cứu mức dùng với các điều kiện công nghệ như sau:

+ Tỷ lệ Keo/Bạch đàn: 70/30;

+ Chế phẩm sinh học sử dụng: Cartapip™; + Thời gian xử lý: 14 ngày;

+ Độ ẩm duy trì: 45 ÷ 60%;

+ Nhiệt độ xử lý: Nhiệt độ môi trường tự nhiên tháng 03/2017

(Từ 15 ÷ 29 oC);

+ Mức dùng chế phẩm: Thay đổi từ 0,1.1010 ÷ 0,4.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ;

Kết thúc thời gian xử lý, dăm mảnh nguyên liệu được chẻ, nghiền xay thành bột gỗ, trích ly và đem đi xác định hàm lượng các chất trích ly trong axeton. Kết quả quá trình nghiên cứu được thể hiện trong hình 3.1.

Hình 3.1 Ảnh hưởng của mức dùng chế phẩm Cartapip™

đến hàm lượng nhựa của dăm mảnh 1,86

1,62

1,54

1,47

1,44

1,41

1,38

1,36

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

1,3 1,5 1,7 1,9

Hàm lượng nhựa ( %)

Mức dùng Cartapip™ ( x1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ)

Kết quả trong hình 3.1 cho thấy, khi tăng mức dùng chế phẩm sinh học từ 0,1.1010 đến 0,4.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ thì hàm lượng nhựa sau xử lý giảm tương ứng từ 12,9% đến 26,9% so với mẫu đối chứng không xử lý bằng chế phẩm sinh học (tương ứng là 33,6% đến 44,3% so với mẫu nguyên liệu ban đầu).

Tại mức dùng 0,2.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ thì hàm lượng nhựa trong nguyên liệu giảm 21% so với mẫu đối chứng (39,8% so với mẫu nguyên liệu ban đầu).

Tiếp tục tăng mức dùng Cartapip™ lên 0,25 ÷ 0,4.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ thì hàm lượng nhựa tiếp tục giảm. Tuy nhiên, mức giảm chậm, trung bình cứ tăng mức dùng thêm 0,05.1010 CFU/tấn nguyên liệu khô tuyệt đối thì hàm lượng nhựa chỉ giảm thêm từ 1,1 ÷ 1,6% so với mẫu đối chứng. Mặt khác, việc tăng mức dùng Cartapip™ quá cao sẽ làm tăng chi phí sản xuất. Vì vậy, với mục tiêu đặt ra là giảm được tối thiểu 10% hàm lượng nhựa so với mẫu không xử lý, đề tài lựa chọn mức dùng chế phẩm Cartapip™ phù hợp là 0,2.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ.

3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xử lý với chế phẩm sinh học Cartapip™đến hàm lượng nhựa của dăm mảnh

Kế thừa các kết quả nghiên cứu có trước, nhóm thực hiện đề tài tiến hành khảo sát thời gian xử lý dăm mảnh bằng chế phẩm sinh học Cartapip™ là từ 7 – 28 ngày.

Điều kiện công nghệ cụ thể của quá trình xử lý như sau:

+ Tỷ lệ Keo/Bạch đàn: 70/30;

+ Chế phẩm sinh học sử dụng: Cartapip™;

+ Mức dùng chế phẩm: 0,2.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ;

+ Độ ẩm dăm mảnh duy trì: 45 ÷ 60%;

+ Nhiệt độ xử lý: Nhiệt độ môi trường tự nhiên tháng 3/2017

(Từ 15 ÷ 31 oC)

+ Thời gian xử lý: Thay đổi từ 7, 14, 21, 28 ngày;

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý dăm mảnh với chế phẩm Cartapip™ đến hàm lượng nhựa của dăm mảnh

Các kết quả phân tích trong hình 3.2 cho thấy, hàm lượng nhựa trong nguyên liệu giảm khi tăng thời gian bảo quản. Trong đó, tỷ lệ giảm hàm lượng nhựa các mẫu nguyên liệu bảo quản có chế phẩm sinh học cao hơn so với mẫu đối chứng. Sau thời gian bảo quản có sử dụng chế phẩm sinh học 7 ngày, hàm lượng nhựa trong nguyên liệu là 1,92%, giảm 9,43% so với mẫu đối chứng.

Hàm lượng nhựa trong nguyên liệu giảm rõ rệt nhất là sau thời gian bảo quản từ 14 ngày, cụ thể hàm lượng nhựa còn lại trong nguyên liệu là 1,47%, giảm 20,97% so với mẫu không xử lý bằng chế phẩm sinh học. Khi tăng thời gian bảo quản lên 21 ngày và 28 ngày, hàm lượng nhựa giảm so với thời gian bảo quản 14 ngày, nhưng tỷ lệ giảm so với mẫu không xử lý lại thấp hơn, tương ứng là 16,97% và 14,94%. Điều này có thể giải thích như sau: Chế phẩm sinh học Cartapip™ sử dụng có chứa chủng nấm Ophiostoma piliferum. Đây là loại nấm sống ký sinh trên gỗ (hay còn gọi là nấm dát gỗ - Sapstain fungus). Vì vậy các chất trích ly và đường đơn là nguồn dinh dưỡng chính của chúng, khi chúng xâm nhập vào các kênh dẫn nhựa, các tế bào nhu mô, chúng làm phân hủy các chất trích ly có trong gỗ vì vậy hàm lượng các chất trích ly giảm dần. Sau 1 thời gian, các chất trích ly cạn dần, dẫn đến sự phát triển của nấm

2,12

1,86

1,65

1,54 2,44

1,92

1,47

1,37

1,31 1,25

1,50 1,75 2,00 2,25 2,50

0 7 14 21 28

Hàm lượng nhựa (%)

Thời gian xử lý (ngày)

giảm. Khi tiếp tục kéo dài thời gian bảo quản thì sự hoạt động của nấm giảm nên không tác động mạnh đến các chất trích ly trong nguyên liệu. Mặt khác, để giảm thời gian lưu kho bãi nguyên liệu, giảm diện tích sân bãi, nhóm thực hiện đề tài lựa chọn thời gian xử lý nguyên liệu khoảng 14 ngày là phù hợp.

3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu đến hiệu quả sử dụng chế phẩm sinh học thương phẩm

Thông thường trong quá trình sản xuất bột giấy tại Tổng công ty Giấy Việt Nam, tỷ lệ nguyên liệu Keo/Bạch đàn theo khuyến cáo là 70/30. Tuy nhiên, trong một số năm gần đây, do nguồn cung Bạch đàn giảm nên quá trình sản xuất không đảm bảo được tỷ lệ trên. Có những thời điểm nhà máy chỉ có gỗ Keo để sản xuất bột giấy. Do vậy, nhóm thực hiện đề tài tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu Keo/Bạch đàn đến hiệu quả sử dụng chế phẩm sinh học. Các tỷ lệ Keo/Bạch đàn sử dụng trong nghiên cứu là 70/30; 80/20; 90/10 và 100/0. Các chế độ công nghệ khác như sau:

+ Tỷ lệ Keo/Bạch đàn: 70/30; 80/20; 90/10 và 100/0;

+ Chế phẩm sinh học sử dụng: Cartapip™;

+ Mức dùng chế phẩm: 0,2.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ;

+ Độ ẩm dăm mảnh duy trì: 45 ÷ 60%;

+ Nhiệt độ xử lý: Nhiệt độ môi trường tự nhiên tháng 4/2017

(Từ 20 ÷ 34 oC)

+ Thời gian xử lý: 14 ngày;

Kết quả nghiên cứu được thể hiện trong bảng 3.4.

Bảng 3.4 Hàm lượng nhựa trong nguyên liệu trước và sau quá trình bảo quản với một số tỷ lệ nguyên liệu khác nhau

STT Tỷ lệ Keo/Bạch Đàn

Hàm lƣợng nhựa, % Mức giảm so với mẫu đối chứng Ban đầu Đối chứng Xử lý nấm

1 70/30 2,44 1,86 (23,77%) 1,47 (39,75%) 20,97%

2 80/20 2,46 1,93 (21,54%) 1,53 (37,80%) 20,73%

3 90/10 2,48 1,97 (20,56%) 1,57 (36,69%) 20,30%

4 100/0 2,50 2,03 (18,80%) 1,62 (35,20%) 20,20%

Ghi chú: (...) Mức giảm hàm lượng nhựa so với nguyên liệu trước bảo quản.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tăng tỷ lệ gỗ Keo trong cơ cấu nguyên liệu, hàm lượng nhựa trong nguyên liệu ban đầu tăng lên. Tăng tỷ lệ gỗ keo cũng làm cho hiệu quả giảm hàm lượng nhựa sau quá trình bảo quản so với mẫu ban đầu giảm đi cả ở mẫu đối chứng và ở các mẫu có xử lý chế phẩm sinh học. Điều này có thể giải thích là do sự khác biệt về cấu trúc và thành phần hóa học của nguyên liệu gỗ Keo và Bạch đàn khác nhau nên hiệu quả giảm nhựa trong gỗ Bạch đàn cao hơn trong gỗ Keo. Tăng tỷ lệ gỗ keo, hiệu quả giảm nhựa ở mẫu có sử dụng chế phẩm sinh học so với mẫu đối chứng cũng có xu hướng giảm dần. Tuy nhiên, mức giảm không đáng kể, tỷ lệ Keo/Bạch đàn là 70/30 thì mức giảm là 20,97%, còn khi sử dụng 100% gỗ Keo, mức giảm là 20,20%.

Từ kết quả trên cho thấy, tỷ lệ nguyên liệu ảnh hưởng không đáng kể tới hiệu quả giảm nhựa của các mẫu có sử dụng chế phẩm sinh học so với mẫu đối chứng (mẫu bảo quản không sử dụng chế phẩm sinh học). Do đó, nhóm thực hiện đề tài lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu Keo/Bạch đàn ở mức 70/30 cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.1.5. Quy trình xử lý dăm mảnh với chế phẩm sinh học phù hợp trong quy mô phòng thí nghiệm

Từ các kết quả nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài đưa ra các thông số công nghệ của quá trình xử lý dăm mảnh trong quy mô phòng thí nghiệm với chế phẩm sinh học Cartapip 97 như sau:

- Nguyên liệu (keo/bạch đàn): 70/30;

- Chế phẩm sinh học lựa chọn: Cartapip 97;

- Mức dùng Cartapip™: 0,2.1010 CFU/tấn nguyên liệu KTĐ;

- Nhiệt độ xử lý: Nhiệt độ môi trường tự nhiên;

- Độ ẩm dăm mảnh: 45 ÷ 60%;

- Thời gian xử lý: 14 ngày;

Từ các kết quả trên, nhóm thực hiện đề tài xây dựng được quy trình công nghệ như sau:

a. Mô tả khái quát quy trình công nghệ

Nguyên liệu là dăm mảnh gỗ nguyên liệu giấy (keo + bạch đàn) được phối trộn với chế phẩm sinh học dạng dung dịch theo mức dùng phù hợp. Nguyên liệu được đảo trộn đều và bảo quản trong một thời gian nhất định. Hàm lượng nhựa có trong nguyên

liệu sẽ giảm dần, phù hợp với nguyên liệu trước khi vào nấu nhằm giảm thiểu tối đa các vấn đề do nhựa gây ra trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy.

b. Đặc điểm của quy trình công nghệ

Quy trình được xây dựng dựa trên lý thuyết và công nghệ ứng dụng chế phẩm sinh học cho ngành công nghiệp giấy và bột giấy trên thế giới và trong nước. Ứng dụng các loại chế phẩm sinh học nhằm giảm hàm lượng nhựa có trong nguyên liệu dăm mảnh ở công đoạn bảo quản nguyên liệu. Các nghiên cứu lựa chọn điều kiện công nghệ phù hợp với nguồn nguyên liệu gỗ cứng ở Việt Nam.

Vấn đề kỹ thuật được giải quyết trong quy trình này là đưa ra các thông số công nghệ thích hợp (tối ưu) của công đoạn bảo quản nguyên liệu như mức dùng chế phẩm sinh học, thời gian bảo quản để giảm được hàm lượng nhựa tối đa trong nguyên liệu.

c. Yêu cầu về nguyên liệu đầu vào

Nguyên liệu là dăm mảnh gỗ keo và bạch đàn sử dụng cho quá trình sản xuất bột giấy hóa học tẩy trắng trong nước. Dăm mảnh tươi, được chặt mới từ gỗ khúc và phối trộn theo tỷ lệ keo/bạch đàn là 70/30. Độ ẩm của dăm mảnh 45 ÷ 60%.

Chế phẩm sinh học có tên thương mại là Cartapip™. Nước sử dụng là nước công nghiệp.

d. Trình tự tiến hành

Chế phẩm sinh học được hòa tan trong nước sạch, khuấy đều trong 30 phút trước khi sử dụng.

Dăm mảnh tươi được chuẩn bị trong túi nilon, với khối lượng 1.500 gam KTĐ/mẻ. Chế phẩm sinh học được phun dạng tia vào dăm mảnh, đảm bảo sự đồng đều về độ ẩm và chế phẩm bám trên bề mặt dăm mảnh. Dăm mảnh được bảo quản ở nhiệt độ phòng, trong túi nilon, có miệng để hở. Độ ẩm của dăm mảnh được duy trì trong khoảng 45 ÷ 60%. Kết thúc thời gian xử lý 14 ngày, mảnh gỗ được đem phơi khô, một phần được đem đi chẻ nhỏ, nghiền thành bột gỗ để xác định hàm lượng chất trích ly còn lại sau xử lý.

e. Yêu cầu về sản phẩm