Ngành công nghiệp giấy đang nỗ lực để trong tương lai có thể xây dựng nhà máy hoàn toàn không có chất thải và đưa ra giải pháp tiết kiệm nguồn tài nguyên rừng. Một giải pháp được đưa ra là tái sử dụng nước trắng trong dây chuyền sản xuất. Vậy, các vấn đề nảy sinh từ việc tái sử dụng nước trắng trong sản xuất giấy và cáctông là gì? Tất cả sẽ có trong nội dung bài viết chi tiết dưới đây của chúng tôi.

   Nước trắng trong ngành sản xuất giấy là nước thoát ra sau công đoạn cô đặc bột và thoát ra ở quá trình xeo giấy, công đoạn lưới, ép. Thành phần nước trắng phụ thuộc vào loại máy, loại bột giấy, loại phụ gia không phải dạng sợi và số lượng hòm hút chân không ở bộ phận ướt của máy xeo. Về căn bản, nước trắng chứa xơ sợi ngắn, chất hòa tan và tỷ lệ lớn chất phụ gia như chất độn, tinh bột, màu, …

Các vấn đề nảy sinh từ việc tái sử dụng nước trắng trong sản xuất giấy và cáctông được thống kê trong bảng dưới đây. Có thể chia chúng thành ba loại: mức độ có mặt của chất rắn lơ lửng cao; tích tụ chất rắn hòa tan; và sự tăng bảo lưu nhiệt lượng.

Tăng chất rắn lơ lửng	Tăng chất rắn hòa tan	Tăng nhiệt năng
Bụi Mài mòn Hạt nhỏ Bít bạt, bít lưới Thời gian sử dụng bạt Thời gian sử dụng lướt Tốc độ thoát nước giảm Bít vào phun	Bùn loãng Bọt Ăn mòn Gia keo Vết lốm đốm trên giấy Màu sắc Kiểm soát pH Kết tủa Đóng cặn Mùi Thời gian lưu	Nhiệt độ Vấn đề gia keo Nhiệt độ phòng máy Công suất bơm chân không giảm

Chất hòa tan và colloid gây ra vấn đề nghiêm trọng hơn so với chất rắn lơ lửng. Sau một thời gian dài vận hành với chi phí nước sạch được giảm đi sẽ có hiện tượng đóng cặn và ăn mòn thiết bị. Mức độ tuần hoàn nước cao dẫn đến nồng độ chất hòa tan tăng đến mức ảnh hưởng tới quá trình gia phụ liệu (gia keo, bọt,…) và vận hành máy, tăng hàm lượng sợi ngắn trong tờ giấy… Trong nhiều trường hợp tái sử dụng nước trắng làm tăng khả năng thoát nước do tăng nhiệt độ nước trắng.

   Vấn đề hay gặp nhất khi tái sử dụng nước trắng là tắc hệ thống phun rửa lưới, bạt và phun trong hòm đầu máy. Nguyên nhân tắc chủ yếu là do sự có mặt của xơ sợi dài (thường lớn hơn 3mm) trong nước trắng. Để khắc phục hiện tượng này có thể sử dụng sàng với rãnh nhỏ hơn 5 – 7 lần chiều dài xơ sợi cần loại. Ví dụ, nếu đường kính vòi phun lưới 0,13 – 0,15 mm thì dùng sàng #60. Sàng này cùng được dùng để loại cặn trong nước sạch cấp cho vòi phun.

  Hệ thống có thể bị ăn mòn bởi điện hóa và do vi sinh vật. Tốc độ ăn mòn chịu tác động bởi hàng loạt các yếu tố tương tác lẫn nhau như: mức độ oxy hòa tan; pH; chất rắn hòa tan; clorua; sunfat; …độ cứng của nước; độ kiềm; độ axit; nhiệt độ; tốc độ chảy qua bề mặt; nồng độ dioxit cacbon; và sự tiếp xúc với các kim loại khác. Nhiều yếu tố tham gia vào quá trình ăn mòn làm cho nó trở nên phức tạp và khó kiểm soát.

   Ăn mòn làm giảm tuổi thọ của thiết bị và tăng chi phí bảo dưỡng. Tuy nhiên, những tác động này theo thời gian rất khó xác định bởi vì vòng quay của thiết bị thay đổi. Để giải quyết vấn đề này cần có sự cải tiến, nhưng điều này sẽ làm tăng chi phí bảo dưỡng thiết bị. Ở một số nhà máy sản xuất giấy mỏng người ta đã thay các thiết bị được làm từ vật liệu khác loại ra khỏi hệ thống, hoặc phủ lớp cách điện với các thiết bị liền kề. Phần lớn ống thép bị ăn mòn được thay bằng ống thép không gỉ hoặc ống sợi thủy tinh.

Kỹ thuật cho phép kiểm soát ăn mòn bao gồm điều chỉnh pH, bảo vệ catot, phủ lớp bảo vệ và bổ sung chất ức chế hóa học. Các chất ức chế có thể là canxi bicacbonat, cromat và đicromat, nitrat, polyphotphat, silicat, borat, natri benzoat và các chất ức chế hữu cơ. Không có chất ức chế vạn năng cho nước trắng. Các chất có nhiều hứa hẹn hơn cả là polyphotphat, silicat và borat. Tuy nhiên cho đến nay các chất ức chế hóa học vẫn chưa được sử dụng trong hệ thống nước của nhà máy giấy.

Trong điều kiện hiếu khí ăn mòn điện hóa có xu hướng chiếm ưu thế, nhưng trong điều kiện kỵ khí ăn mòn bởi vi sinh vật trở nên quan trọng. Sự có mặt của sunfat tích tụ trong quá trình tái sử dụng nước trắng và vi khuẩn khử sunfat làm tăng tốc độ ăn mòn. Sản phẩm của quá trình khử sunfat là sunfua gây mùi. Ăn mòn bởi vi sinh vật có thể kiểm soát được bằng cách sử dụng chất diệt khuẩn. Tốc độ ăn mòn khoảng 0,9 mm/năm là chấp nhận được, từ 0,9 – 1,3 mm là phải xem xét, còn nếu lớn hơn phải áp dụng biện pháp làm giảm tốc độ ăn mòn.

   Bùn và mùi được xem xét cùng nhau vì trong tất cả trường hợp sinh ra mùi đều liên quan đến phát triển sinh học. Hầu hết các vấn đề mùi nảy sinh trong hệ thống nước trắng đều do quản lý kém, không có chương trình diệt khuẩn hữu hiệu hoặc có vùng nước ứ đọng trong nước hay trong hệ thống chuẩn bị bột.

Do thực hiện việc tái sử dụng nước trắng trong sản xuất nên nồng độ các chất hòa tan tăng lên trong hệ thống. Sự tăng hydrat cacbon và dinh dưỡng tạo thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn. Khả năng kìm hãm vi khuẩn phát triển trong môi trường giàu dinh dưỡng chậm hơn và nồng độ chất diệt khuẩn bổ sung vào hệ thống tăng lên. Khi tái sử dụng lượng lớn nước, nhiệt độ sẽ tăng từ 20 – 35°C lên trên 50°C, gây nên sự thay đổi lớn về quần thể vi khuẩn. Các vi sinh vật ưa nhiệt có khuynh hướng hình thành bào tử vì vậy khó diệt hay kiểm soát. Vận hành hệ thống nước trong nhà máy ở nhiệt độ đủ cao để ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn vì lý do an toàn và tiện lợi cho con người là không khả thi.

Các nhà máy đối phó với vấn đề bùn bằng cách vệ sinh công nghiệp thường xuyên hơn và bổ sung chất ức chế tạo sinh khối vào một số điểm công tác trong hệ thống. Các chất diệt khuẩn được sử dụng là clo và dẫn xuất, phenol, hợp chất lưu huỳnh hữu cơ và hợp chất bạc.

   Màu của nước tuần hoàn là vấn đề khi sản xuất giấy trắng và giấy màu luân phiên nhau. Để khắc phục nên bắt đầu sản xuất với loại giấy trắng với nước sạch, chạy bằng nước sạch đến khi nước trắng đủ để đánh tơi bột trong nghiền thủy lực và điều chỉnh nồng độ; nếu nhà máy sản xuất giấy màu thì nên sản xuất tiếp theo là giấy màu nhạt hơn và kết thúc bằng giấy màu đậm nhất. Sau đó cần vệ sinh sạch sẽ trước khi bắt đầu chu kỳ mới. Khả năng quay vòng nước được cải thiện nếu thuốc nhuộm bắt màu tốt với sợi và dễ tẩy. Hệ thống nước trắng nên tách riêng để tái sử dụng hiệu quả trong trường hợp nhiều máy cùng đồng thời sản xuất giấy trắng và giấy màu.

   Vì lượng thải giảm đi và lượng nước trắng tuần hoàn trong nhà máy tăng lên, nồng độ chất điện ly tăng lên đáng kể. Nhiều quá trình trong phần ướt của máy, đặc biệt quá trình phụ thuộc vào lực hút hay đẩy ion, sẽ bị biến đổi trong môi trường có nồng độ muối cao như vậy. 

Thử nghiệm với mô hình máy xeo khép kín hoàn toàn tại Trường Đại học Tổng hợp Tây Michigan đưa đến kết luận rằng có thể sản xuất giấy catalog từ 70% bột gỗ mài và 30% bột sunfat trong điều kiện khép kín hoàn toàn. Người ta thấy rằng nồng độ muối tăng lên đến 4000 mg/l có ảnh hưởng ít đến các tính chất cơ lý và quang. Thử nghiệm được khẳng định tại Trường Đại học Tổng hợp Michigan sản xuất giấy có độ đục trong điều kiện tái sử dụng hết nước trắng.

 

Nguồn tham khảo: Sách “Bảo vệ môi trường trong công nghiệp bột giấy và bột giấy” – Tác giả: Doãn Thái Hòa – NXB: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

Phụ trách bài viết: Đỗ Thị Huệ