1 A.MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngành giấy là một trong số những ngành có lượng nước ô nhiễm thải ra sông nhiều nhất nước ta. Trong lượng nước này có độ pH rất cao, chỉ số BOD ( nhu cầu ôxy sinh hóa), và COD (nhu cầu ôxy hóa học) ở mức đáng báo động. Nhận thấy được rằng đây là một hiện trạng phổ biến cùng với nguồn kiến thức đã và sẽ có nhóm chúng em chọn đề tài “Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy”. Nhằm tăng thêm nguồn kiến thức về thành phần cơ bản của các chất hóa học có trong chất liệu tạo ra giấy, dịch đen, cũng như các thành phần có trong nước thải ngành giấy để đưa ra các phương pháp xử lý bằng hóa học thích hợp trong ngành này. 2.MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU 2.1. Mục đích: - Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ sở hóa học trong nước thải ngành giấy. - Giúp chúng em làm quen với việc nghiên cứu đề tài, khảo sát từ thực tế cuộc sống. - Tập cho chúng em sự tư duy logic để tìm ra giải pháp khi đứng trước một vấn đề khó khăn. - Giúp nâng cao khả năng làm việc theo nhóm, tạo sự đoàn kết giữa các thành viên trong nhóm 2.2. Yêu cầu: - Nắm vững kiến thức về cơ sở hóa hoc của các chất trong thành phần bột giấy. - Tập hợp sức mạnh của các thành viên trong nhóm, phân công công việc để cùng giải quyết vấn đề. 2 - Tìm kiếm thông tin một cách chính xác trên mạng, sách báo… - Khả năng tư duy, trình bày, liên kết tài liệu một cách khoa học có hệ thống. 3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Để nghiên cứu “Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy” phương pháp được dùng là phương pháp duy vật biện chứng, phương pháp thống kê, phương pháp logic. - Ngành giấy là một ngành thực tế, phổ biến và hiện là ngành đang có mức ô nhiễm cao. Vì vậy phép duy vật biện chứng giúp nghiên cứu vấn đề này. - Phương pháp thống kê được áp dụng để thống kê sắp xếp các nội dung tìm được một cách hợp lý, thống nhất. - Phương pháp logic giúp cho việc trình bày đề tài một cách rõ ràng rành mạch. 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Tăng thêm hiểu biết về các quy trình sản xuất ra giấy, dịch đen, nguồn phát sinh nước thải, các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học như đông keo tụ, … - Nâng cao khả năng tư duy, khả năng làm việc theo nhóm. - Nâng cao tinh thần trách nhiệm của sinh viên về tình trạng ô nhiễm nói chung và ô nhiễm nguồn nước thải nói riêng. 3 B. NỘI DUNG 1. Khái niệm và nguồn gốc của giấy 1.1 Khái niệm - Giấy là một tấm mỏng bằng vật liệu sơ sợi, được hình thành khi tráng huyền phù sơ sợi trong nước lên bề mặt một tấm lưới mịn để thoát nước và sau đó làm khô sao cho vẫn giữ nguyên dạng tấm mỏng phẳng. 1.2. Nguồn gốc của giấy - Từ “paper” xuất phát từ tên một loài cây là “papyrus”. Người Ai Cập cổ đại đã làm ra những tờ giấy viết đầu tiên bằng cách xé thân cây này rồi ép những lớp mỏng thành tờ giấy. Tuy nhiên khi đó sự phân tách sơ sợi rồi đan kết của sơ sợi trong tờ giấy (bản chất thực sự của quá trình làm giấy hiện đại) thì chưa có. Nghề giấy thực sự bắt nguồn từ Trung Quốc vào khoảng 100 năm sau công nguyên. Khi đó người ta đã biết sử dụng huyền phù của sợi tre nứa hoặc cây dâu tằm để làm giấy. Nghệ thuật làm giấy của người Trung Quốc đã phát triển đến mức cao. Ngày nay một số mẫu giấy rất đẹp của người Trung Quốc cổ vẫn còn được lưu giữ. Vài thế kỷ sau nghề làm giấy được lan truyền đến Trung Đông, sau đó đến Châu Âu, nơi mà nguồn nguyên liệu là sợi bông và sợi lanh, giẻ rách từ vải cũ rất dồi dào, và hồi đó người ta sử dụng các loại nguyên liệu này để làm giấy. Đầu thế kỷ 15 một số cơ sở sản xuất giấy qui mô công nghiệp đã mọc lên ở Tây Ban Nha, Ý, Đức và Pháp. Còn tại Bắc Mỹ, nhà máy giấy đầu tiên đã được xây dựng tại Philadenphia vào năm 1960. Sau này khi các nguồn nguyên liệu là sợi bông và giẻ rách trở nên không đáp ứng đủ nhu cầu làm nguyên liệu giấy thì người ta mới tìm ra cách sử dụng gỗ làm nguồn nguyên liệu chính để sản xuất giấy. Một số mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ sản xuất bột và giấy trên thế giới : 4 1. 1798 Cấp bằng sáng chế cho Nicholas – Louis Robert (pháp) về phát minh ra máy xeo giấy liên tục đầu tiên. 2. 1803 – 1807 Cấp bằng sáng chế cho hai anh em nhà Fourdriner (anh) về việc cải tiến máy xeo liên tục do Donkin thiết kế. 3. 1809 Cấp bằng sáng chế cho John Dickinson (Anh) về phát minh ra giấy xe tròn. 4. 1817 Máy xeo tròn đầu tiên ở Mỹ. 5. 1827 Máy xeo dài đầu tiên ở Mỹ 6. 1840 Phát minh phương pháp sản xuất bột gỗ mài (Đức). 7. 1854 Phát minh phương pháp nấu bột soda (sử dụng xút) (Anh). 8. 1867 Cấp bằng sáng chế cho Benjamin Tilghman (Mỹ) về phát minh ra phương pháp nấu bột sulphit. 9. 1870 Lần đầu tiên sản xuất bột gỗ mài trên qui mơ cơng nghiệp. 10. 1874 Lần đầu tiên sản xuất bột sunphit trên qui mơ cơng nghiệp. 11. 1884 Carl Dahl (Đức) phát minh ra phương pháp nấu bột kraft. 2. Thành phần hóa học của ngun liệu sản xuất bột giấy 2.1 Thành phần tổng quát Trong gỗ, có hai thàn phần cấu trúc cơ bản là hydrocac và lignin. Trong hrat cacbon có xenlulo và hêmixenlulo, chúng khác nhau về trọng lượng và cấu trúc, tính chất hoá học. Cấu trúc và sự phân bố những thành phần này trong gỗ thay đổi tuỳ vào loại nguyên liệu vào vò trí trong cay cũng như vò trí trong các lớp tøng tế bào. Tổng quát, gỗ chứa 60-80% hat cacbon gồm xenlulo và hemi xenlulo, đây là thành phần chính của bột giấy. 20-40% hợp chất phênôlic –gồm lignin và các chất nhựa và chất mang màu. Thông thường gỗ mềm chứa khoảng 25- 30%, gỗ cứng chứa khoảng 20%lignin và đây là thành phần chủ yếu gây nên những khó khăn cho quá trình sản xuất bột giấy. Phần còn lại là các chất nhựa 5 (1-5%), protêin(1%),chất vô cơ (0.5-5%). Có thể tóm tắt thành phần hoá học của gỗ qua sơ đồ khối dưới đây(H1) Bản chất của sợi xenlulô là mềm mại, nhưng gỗ lại rất đanh cứng. Sở dó có tính chất này là vì các bó sợi được bao bọc, nối kết với nhau bởi một chất nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc rất phức tạp gọi là lignin. Bản chất hoá học của các thành phần này sẽ được đề cập trong phần kế tiếp. Hình 1: Thành phần hoá học tổng quát của gỗ hydrat  Sự phân bố của các thành phần trong gỗ Ba thành phần xenlulô, hêmixenlulô, lignin không được phân bố một cách đồng đều trong các tế bào gỗ, có sự khác nhau khá rõ giữa các loại tế bào, các loại gỗ như vùng gỗ chòu nén và gỗ bình thường …Hoặc hàm lượng xylan trong các tế bào nhu mô của loại gỗ cứng và gỗ mềm thì cao hơn nhiều trong các tế bào sợi. Những hiểu biết về sự phân bố các thành phần cấu trúc này giúp ta hiểu được sự sắp xếp các lớp tường tế bào và đồng thời có thể giải gỗ hydratcacbon hêmixenlulô Xenlulo4 5% Lignin 18-30% Chất có thể trích chiết (terpen, axit nhựa…2-8% 6 thích được một số tích chất vật lý và hoá học của gỗ – một vật liệu composit thiên nhiên. Tuy nhiên, vì các số liệu về thành phần hoá học phụ thuộc nhiều vào xuất xứ của sợi, nên ở đây chỉ nêu một số điểm cơ bản. Bảng 1 Trình bày sự phân bố thành phần hoá học của tế bào gỗ mềm. Những giá trò này được tính trên bề dầy trung bình của các lớp tường tế bào. Hàm lượng lignin trong lớp tường trung gian thì cao nhưng do nó mỏng nên xét về tỉ lệ chỉ có một phần nhỏ tổng lượng lignin nằm ở lớp này. Số liệu từ bảng 1 còn khẳng đònh rằng hydrat cacbon trong các lớp tường thứ cấp là cao nhất. Nhưng những ý kiến về sự phân bố này vẫn còn nhiều tranh cãi, tuy nhiên khuynh hướng chung cho thấy rằng trong loại gỗ mềm, xenlulo được phân bố tương đối đồng đều ở lớp tường thứ cấp và cao nhất là ở lớp thứ cấp giữa S 2 Đối với lignin, sự phân bố cũng rất khác nhau tuỳ thuộc vò trí và loại gỗ. Nhưng trong gỗ cứng, lớp tường S 2 của tế bào sợi của lignin có cấu trúc chủ yếu loại syringyl nhưng lớp S 2 của tế bào ống dẫn thì lại chứa cấu trúc loại guaiacyl. lớp tường trung gian, phổ biến là loại guaiacyl-syringyl. Còn trong gỗ mềm, lignin ở lớp tường thứ cấp là guaiacyl. Bảng 1 : Sự phân bố của các phân tử chính trong tường tế bào sợi ‘tracheid’ gỗ mềm (tính theo % so với lượng tổng cộng của mỗi cấu tử) Cấu tử Vùng phân bố ( M + P ) (S 1 + S 2 + S 3 ) Lignin Polysaccarit Xenlulo Glucomannan Xylan 21 79 5 95 3 97 2 98 5 95 7 Các loại khác 75 25 Hàm lượng và thành phần của các chất trích ly cũng thay đổi nhiều theo loại gỗ. Ví dụ các axit nhựa tìm thấy trong các ống dẫn nhựa ở loại gỗ mềm , có các chấy béo và chất sáp thì nằm ở tế bào nhu mô của cả loại gỗ mềm và gỗ cứng . Các chất vô cơ trong cây khá thấp. Hàm lượng của chúng trong phần rễ, cành, vỏ cây, lá cao hơn nhiều so với trong gỗ. Và khác với các thành phần cấu trúc gỗ, hàm lượng các chất vô cơ thay đổi nhiều theo điều kiện môi trường phát triển của cây. Hàm lượng các chất này thấp nên kết quả phân tích thật ra cũng khó đạt được độ chính xác cao, nhưng tổng quát thì các cây trẻ chứa nhiều chất vô cơ hơn các cây già và gỗ cứng cũng chứa một hàm lượng cao hơn gỗ mềm . 2.2 Thành phần gỗ 2.2.1 Hydrat cacbon  Xenlulô Xenlulô là một polyme sinh học quan trọng và phổ biến nhất trên thế giới. Mặc dù nó đã được sử dụng từ rất lâu nhưng những thông tin về cấu trúc và tính chất hoá học của nó là khá mới mẻ, như những tính chất cao phân tử của xenlulô thì vẫn chưa được biết hoàn toàn. Bằng một số phương pháp hoá học, ta tách được hoàn toàn ligin và xem như sợi được cấu tạo từ xenlulô tinh. Đó là một loại polymer, nếu đem xử lý với axit HCl loãng và dưới áp suất, nó sẽ phân huỷ để cho những monome đường glucô C 6 H 12 O 6 . Về cấu tạo, phân tử xenlulô có cấu tạo mạch thẳng, bao gồm những đơn vò D-glucopyranô, liên kết với nhau bằng liên kết ß- 1,4-gluc oxit- nghóa là các vòng glucopyranô quay ngược nhau một góc 180 độ. Ở hai . ôxy hóa học) ở mức đáng báo động. Nhận thấy được rằng đây là một hiện trạng phổ biến cùng với nguồn kiến thức đã và sẽ có nhóm chúng em chọn đề tài Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải. tư duy, trình bày, liên kết tài liệu một cách khoa học có hệ thống. 3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Để nghiên cứu Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy phương pháp được dùng. các phương pháp xử lý bằng hóa học thích hợp trong ngành này. 2.MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU 2.1. Mục đích: - Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ sở hóa học trong nước thải ngành giấy. - Giúp