Tài liệu hướng dẫn Sản xuất sạch hơn ngành giấy và bột giấy

Tài liệu hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy 1 Mục lục Mục lục.................................................................................................................. 1 Mở đầu.................................................................................................................. 3 1 Giới thiệu chung............................................................................................. 4 1.1 Ngành giấy và bột giấy của Việt nam ..................................................... 4 1.2 Mô tả quy trình sản xuất ......................................................................... 5 1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu thô................................................................. 8 1.2.2 Sản xuất bột .................................................................................... 8 1.2.3 Chuẩn bị phối liệu bột.................................................................... 11 1.2.4 Xeo giấy......................................................................................... 11 1.2.5 Khu vực phụ trợ............................................................................. 12 1.2.6 Thu hồi hóa chất............................................................................ 12 1.3 Hiện trạng chất thải............................................................................... 13 1.3.1 Nước thải....................................................................................... 13 1.3.2 Khí thải .......................................................................................... 15 1.3.3 Chất thải rắn.................................................................................. 15 2 Sản xuất sạch hơn – Nguyên tắc, nhu cầu và phương pháp luận .............. 16 2.1 Giới thiệu về Sản xuất sạch hơn (SXSH) ............................................. 16 2.2 Nhu cầu về SXSH................................................................................. 17 2.3 Phương pháp luận đánh giá sản xuất sạch hơn .................................. 19 2.4 Các kỹ thuật SXSH............................................................................... 23 3 Các cơ hội SXSH trong nhà máy giấy và bột giấy....................................... 25 3.1 Các cơ hội SXSH trong khu vực chuẩn bị nguyên liệu thô................... 25 3.2 Các cơ hội SXSH trong khu vực sản xuất bột giấy .............................. 26 3.3 Các giải pháp SXSH cho khu vực chuẩn bị phối liệu bột và xeo.......... 36 3.4 Giải pháp SXSH cho công đoạn thu hồi hóa chất ................................ 43 3.5 Các giải pháp SXSH cho khu vực phụ trợ............................................ 44 4 Phương pháp luận 6 bước đánh giá SXSH................................................. 48 4.1 Bước 1: Khởi động ............................................................................... 49 4.1.1 Nhiệm vụ 1: Thành lập nhóm ........................................................ 49 4.1.2 Nhiệm vụ 2: Các bước quy trình & nhận diện các dòng thải ......... 53 4.2 Bước 2: Phân tích các công đoạn ........................................................ 60 4.2.1 Nhiệm vụ 3: Chuẩn bị sơ đồ quy trình........................................... 60 4.2.2 Nhiệm vụ 4: Cân bằng nguyên liệu, năng lượng và cấu tử........... 62 4.2.3 Nhiệm vụ 5: Xác định tính chất của dòng thải ............................... 74 4.2.4 Nhiệm vụ 6: Định giá cho các dòng thải ....................................... 75 4.2.5 Nhiệm vụ 7: Xác định nguyên nhân............................................... 77 4.3 Bước 3: Phân tích các bước quy trình ................................................. 81 4.3.1 Nhiệm vụ 8: Xây dựng các giải pháp SXSH.................................. 81 4.3.2 Nhiệm vụ 9: Sàng lọc các cơ hội SXSH ........................................ 85 4.4 Bước 4: Lựa chọn các giải pháp SXSH................................................ 86 4.4.1 Nhiệm vụ 10: Tính khả thi kĩ thuật................................................. 86 4.4.2 Nhiệm vụ 11: Tính khả thi kinh tế .................................................. 88 4.4.3 Nhiệm vụ 12: Tính khả thi môi trường........................................... 90 4.4.4 Nhiệm vụ 13: Lựa chọn giải pháp để thực hiện............................. 91 4.5 Bước 5: Thực hiện các giải pháp SXSH............................................... 93 4.5.1 Nhiệm vụ 14: Chuẩn bị thực hiện.................................................. 93 4.5.2 Nhiệm vụ 15: Triển khai các giải pháp .......................................... 94 4.5.3 Nhiệm vụ 16: Quan trắc và đánh giá kết quả ................................ 94 4.6 Bước 6: Duy trì hoạt động SXSH ......................................................... 95 2 Tài liệu Hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy 5 Trở ngại trong việc thực hiện SXSH và cách khắc phục ............................. 96 5.1 Các rào cản thái độ............................................................................... 96 5.1.1 Bàng quan với các vấn đề quản lý nội vi và môi trường ............... 97 5.1.2 Không muốn thay đổi..................................................................... 97 5.1.3 Các biện pháp khắc phục các rào cản thái độ............................... 97 5.2 Các rào cản mang tính hệ thống .......................................................... 98 5.2.1 Thiếu các kỹ năng quản lý chuyên nghiệp .................................... 99 5.2.2 Các hồ sơ sản xuất sơ sài............................................................. 99 5.2.3 Các hệ thống quản lý không đầy đủ và kém hiệu quả................... 99 5.2.4 Các biện pháp khắc phục rào cản mang tính hệ thống ............... 100 5.3 Các rào cản tổ chức ........................................................................... 101 5.3.1 Tập trung hoá quyền ra quyết định.............................................. 101 5.3.2 Quá chú trọng vào sản xuất ........................................................ 102 5.3.3 Không có sự tham gia của công nhân......................................... 102 5.3.4 Các biện pháp khắc phục các rào cản mang tính tổ chức .......... 102 5.4 Các rào cản kỹ thuật........................................................................... 103 5.4.1 Năng lực kỹ thuật hạn chế........................................................... 103 5.4.2 Tiếp cận thông tin kỹ thuật còn gặp hạn chế............................... 104 5.4.3 Các hạn chế về công nghệ.......................................................... 104 5.4.4 Các biện pháp khắc phục rào cản kỹ thuật ................................. 104 5.5 Các rào cản kinh tế............................................................................. 105 5.5.1 Các ưu đãi tài chính chủ yếu ưu tiên cho khối lượng sản xuất hơn là chi phi phí sản xuất ................................................................................ 106 5.5.2 Nguyên liệu thô giá rẻ và dễ kiếm ............................................... 106 5.5.3 Chính sách đầu tư hiện hành ...................................................... 106 5.5.4 Các biện pháp khắc phục các rào cản kinh tế............................. 106 5.5.5 Triển khai các giải pháp có tính hấp dẫn về tài chính ................. 107 5.5.6 Phân bổ chi phí hợp lý và đầu tư có kế hoạch ............................ 107 5.5.7 Các chính sách công nghiệp lâu dài............................................ 107 5.5.8 Các khuyến khích về tài chính..................................................... 107 5.6 Các rào cản từ phía chính phủ ........................................................... 107 5.6.1 Các chính sách công nghiệp ....................................................... 108 5.6.2 Các chính sách môi trường ......................................................... 108 5.6.3 Các biện pháp khắc phục rào cản chính phủ .............................. 108 Tài liệu hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy 3 Mở đầu Sản xuất sạch hơn được biết đến như một tiếp cận giảm thiểu ô nhiễm tại nguồn thông qua việc sử dụng nguyên nhiên liệu có hiệu quả hơn. Việc áp dụng sản xuất sạch hơn không chỉ giúp các doanh nghiệp cắt giảm chi phí sản xuất, mà còn đóng góp vào việc cải thiện hiện trạng môi trường, qua đó giảm bớt chi phí xử lý môi trường. Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn trong ngành sản xuất giấy được biên soạn trong khuôn khổ hợp tác giữa Trung tâm Sản xuất sạch Việt nam, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách khoa Hà nội và Hợp phần sản xuất sạch hơn trong Công nghiệp (CPI), thuộc chương trình Hợp tác Việt nam Đan mạch về Môi trường (DCE), Bộ Công thương. Mục tiêu chính của tài liệu hướng dẫn này là nhằm từng bước hướng dẫn thực hiện Đánh giá SXSH (CPA) cho ngành công nghiệp giấy và bột giấy tại Việt Nam. Đối tượng của bộ tài liệu hướng dẫn này là các lãnh đạo nhà máy, các kỹ thuật viên và nhân viên của các ban ngành chính phủ và các tổ chức chịu trách nhiệm thúc đẩy và điều chỉnh/quy định công tác quản lý môi trường tại các nhà máy sản xuất giấy và bột giấy tại Việt Nam. Các cán bộ biên soạn đã dành nỗ lực cao nhất để tổng hợp thông tin liên quan đến hiện trạng sản xuất của Việt nam, các vấn đề liên quan đến sản xuất và môi trường cũng như các thực hành tốt nhất có thể áp dụng được trong điều kiện Việt nam. Trung tâm Sản xuất sạch Việt nam và Hợp phần Sản xuất sạch hơn trong Công nghiệp xin chân thành cảm ơn sự đóng góp của ông Rajiv Garg, cán bộ Hội đồng Năng suất quốc gia của Ấn Độ, các cán bộ của Công ty Cổ phần Tư vấn EPRO và đặc biệt là Chính phủ Thụy sĩ, thông qua Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên hợp quốc UNIDO và chính phủ Đan mạch, thông qua tổ chức DANIDA đã hỗ trợ thực hiện tài liệu này. Mọi ý kiến đóng góp, xây dựng tài liệu xin gửi về: Trung tâm Sản xuất sạch Việt nam, email: vncp@vncpc.org hoặc Văn Phòng Hợp phần Sản xuất sạch hơn trong công nghiệp, email: cpi-cde@vnn.vn. 4 Tài liệu Hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy 1 Giới thiệu chung Chương này nhằm giới thiệu tổng quan về các cơ sở sản xuất giấy và bột giấy ở Việt Nam nhằm cung cấp thông tin tổng quát về các xu thế về thị trường và tương lai của ngành công nghiệp này. Kể từ chương này người đọc sẽ có thể hiểu được các loại quy trình khác nhau và nguyên liệu thô được sử dụng trong ngành giấy và bột giấy. Cuối cùng, người đọc cũng có thể ước tính về các loại chất thải và ô nhiễm khác nhau sinh từ ngành công nghiệp này ở Việt Nam. Giấy là một sản phẩm của nền văn minh nhân loại với lịch sử lâu đời hàng nghìn năm. Thành phần chính của giấy là xenluylô, một loại polyme mạch thẳng và dài có trong gỗ, bông và các loại cây khác. Trong gỗ, xenluylô bị bao quanh bởi một mạng lignin cũng là polyme. Để tách xenluylô ra khỏi mạng polyme đó người ta phải sử dụng phương pháp nghiền cơ học hoặc xử lý hóa học. Quy trình sản xuất bột giấy bằng phương pháp nghiền cơ học là quy trình có hiệu quả thu hồi xenluylô cao nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng và không loại bỏ hết lignin, khiến chất lượng giấy không cao. Trong sản xuất giấy ngày nay, quy trình Kraft được áp dụng phổ biến nhất. Tuy nhiên, hiệu suất thu hồi xenluylô ở quy trình hóa học không cao bằng quy trình nghiền cơ học, nhưng quy trình hóa học này cho phép loại bỏ lignin khá triệt để, nên sản phẩm giấy có độ bền tương đối cao. Dư lượng lignin trong bột giấy làm cho giấy có màu nâu, vì vậy muốn sản xuất giấy trắng vàng chất lượng cao thì phải loại bỏ hết lignin. Thường người ta oxy hóa lignin bằng clo nhưng phương pháp này đều gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy các nhà hóa học đã tích cực nghiên cứu các quy trình thân môi trường để áp dụng cho việc tẩy trắng giấy. Đầu thập niên 1990, các nhà khoa học Mỹ đã phát triển quy trình khử mực in trên giấy nhằm mục đích tái chế giấy báo và tạp chí cũ. Quy trình này dựa trên cơ sở xúc tác enzym là xenluylô và tiêu tốn ít năng lượng, hiện nó đã được nhiều công ty ở Mỹ và các nước khác áp dụng. Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu các quy trình sinh học để áp dụng cho sản xuất bột giấy, với mục đích giảm tiêu hao năng lượng và tăng độ bền của giấy. 1.1 Ngành giấy và bột giấy của Việt nam Theo thống kê của Hiệp hội giấy Việt Nam, ngành giấy đạt tốc độ tăng trưởng cao và liên tục trong những năm vừa qua. Từ năm 1990 đến 1999, tốc độ tăng trưởng bình quân là 16%/năm, 3 năm sau đó (2000, 2001 và 2002) đạt 20%/năm. Dự báo tốc độ tăng trưởng 5 năm tiếp theo là 28%/năm. Với tốc độ tăng trưởng cao như vậy, cùng với gia tăng sản phẩm giấy nhập khẩu, đã giúp định suất tiêu thụ giấy trên đầu người của Việt Nam tăng từ Tài liệu hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy 5 3,5kg/người/năm trong năm 1995 lên 7,7kg/người/năm trong năm 2000, 11,4 kg/người trong năm 2002 và khoảng 16 kg/người/năm trong năm 2005. Để đáp ứng được mức độ tăng trưởng trên, ngành giấy Việt Nam đã có chiến lược phát triển từ nay đến 2010, đến năm 2010, sản lượng giấy sản xuất trong nước sẽ đạt tới 1,38 triệu tấn giấy/năm (trong đó khoảng 56% là nhóm giấy công nghiệp bao bì và 25% là nhóm giấy vệ sinh) và 600.000 tấn bột giấy. Hiện tại, bên cạnh khó khăn về chủ động nguồn bột giấy, ngành giấy Việt Nam đang đối mặt với các thách thức về quy mô, trình độ công nghệ và các vấn đề về xử lý môi trường. Đặc trưng của ngành giấy Việt nam là quy mô nhỏ. Việt nam có tới 46% doanh nghiệp có công suất dưới 1.000 tấn/năm, 42% có công suất từ 1.000-10.000 tấn/năm và chỉ có 4 doanh nghiệp có công suất trên 50.000 tấn/năm. Số lượng các doanh nghiệp có quy mô lớn trên 50.000 tấn/năm sẽ ngày càng gia tăng do quá trình đầu tư tăng trong giai đoạn 2006-2007. Quy mô nhỏ làm ảnh hưởng đến tính cạnh tranh sản xuất do chất lượng thấp, chi phí sản xuất và xử lý môi trường cao. Công nghệ sản xuất từ những năm 70-80 hiện vẫn còn đang tồn tại phổ biến, thậm chí ở cả những doanh nghiệp sản xuất quy mô trên 50.000 tấn/năm. Nước thải, lignin là những vấn đề môi trường chính đối với ngành sản xuất giấy. Việc xử lý là bắt buộc trước khi thải ra môi trường. Bên cạnh đó, phát thải khí từ nồi hơi, chất thải rắn của quá trình nấu, bùn thải của hệ thống xử lý nước thải cũng là những vấn đề môi trường cần được quan tâm. Hiện tại Chiến lược Phát triển ngành giấy và bột giấy Việt nam khuyến khích việc thành lập các doanh nghiệp sản xuất bột có công suất trên 100.000 tấn/năm, và sản xuất giấy trên 150.000 tấn/năm. Hiệp hội Giấy Việt nam đang xúc tiến xây dựng tiêu chuẩn phát thải môi trường ngành, đồng thời đề xuất cắt giảm hỗ trợ đối với các cơ sở sản xuất có quy mô dưới 30.000 tấn/năm. 1.2 Mô tả quy trình sản xuất Nguyên liệu thô được dùng trong sản xuất giấy và bột giấy ở Việt Nam gồm hai nguồn căn bản là từ rừng (tre và gỗ mềm) và giấy tái chế. Bột giấy được dùng để sản xuất những loại sản phẩm khác nhau như giấy viết, giấy bao bì, bìa các- tông, v.v... là khác nhau. Tuy nhiên có thể pha trộn bột giấy được tạo ra từ những nguyên liệu thô khác nhau để có được những đặc tính mong muốn cho thành phẩm. Ví dụ: trong sản xuất bìa carton, bột giấy làm từ tre có thể được trộn với bột giấy làm từ giấy thải để xơ có được độ bền cần thiết khi cấu thành giấy thành phẩm. Các bộ phận sản xuất khác nhau và quy trình vận hành của từng bộ phận được liệt kê trong Bảng 1. 6 Tài liệu Hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy Bảng 1: Các bộ phận sản xuất và các quy trình vận hành tương ứng Bộ phận Danh mục nguyên liệu thô Các công đoạn sản xuất Có nguồn gốc từ rừng (tre) Băm nhỏ, làm sạch, tách loại mảnh lớn, cát, v.v... Chuẩn bị nguyên liệu Có nguồn gốc từ giấy thải Loại bỏ kim loại, dây, thủy tinh, gỗ, sợi vải, giấy sáp, v.v... Có nguồn gốc từ rừng (tre) Nấu, nghiền, rửa bột, nghiền đĩa, tẩy, làm sạch và cô đặc. Sản xuất bột Có nguồn gốc từ giấy thải Thường giống như đối với công đoạn xử lý nguyên liệu có nguồn gốc từ rừng Có nguồn gốc từ rừng (tre) Nghiền đĩa, ly tâm, phối trộn, pha bột Chuẩn bị phối liệu bột Có nguồn gốc từ giấy thải Nghiền đĩa, ly tâm, phối trộn, pha bột Có nguồn gốc từ rừng (tre) Xeo Có nguồn gốc từ giấy thải Tách nước, sấy Có nguồn gốc từ rừng (tre) Khu vực phụ trợ Có nguồn gốc từ giấy thải Hệ thống khí nén, hệ thống nồi hơi và thiết bị hơi nước, hệ thống cung cấp nước sản xuất. Có nguồn gốc từ rừng (tre) Nồi hơi thu hồi, lò nung vôi, thiết bị bốc hơi Thu hồi hóa chất Có nguồn gốc từ giấy thải Không có Hình 1 trình bày sơ đồ quy trình tổng quát về quá trình sản xuất giấy. Tài liệu hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy 7 Hình 1. Sơ đồ quy trình sản xuất giấy và bột giấy CHUẨN BỊ BỘT NGHIỀN BỘT CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU XEO GIẤY Nguyên liệu thô (tre, nứa, gỗ mềm…) Chặt, băm, cắt Nấu Rửa Sàng Làm sạch Tẩy trẳng Rửa Nghiền đĩa Làm sạch ly tâm Xeo Hoàn tất Nước Hóa chất Nước Nước thải Dịch đen Nước thải Thu hồi hóa chất Hóa chất Nước 8 Tài liệu Hướng dẫn Sản xuất sạch hơn trong ngành giấy và bột giấy Sản xuất giấy là quá trình sử dụng nhiều năng lượng và nước. Các nguồn năng lượng chính là nhiên liệu (than, các sản phẩm dầu khí) để chạy nồi hơi, điện và dầu diesel cho máy phát điện. Suất tiêu hao năng lượng tại các nhà máy ở Việt Nam có sự dao động rất lớn. Sự khác nhau đó chủ yếu là do sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau và do tỉ lệ phối hợp nguyên liệu thô khác nhau (tre, giấy phế liệu, và bột giấy nhập khẩu), ví dụ tiêu thụ năng lượng cho sản xuất giấy tissue sẽ lớn hơn nhiều so với giấy bao gói hoặc giấy viết. Suất tiêu hao năng lượng điện và nhiệt (hơi nước) tương ứng là 1000- 2400 kWh/tấn giấy và 3 x 106 Kcal/tấn - 6.5 X 106 Kcal/tấn. Suất tiêu hao nước nằm trong khoảng từ 100 đến 350 m3/ tấn giấy. 1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu thô Nguyên liệu thô được sử dụng là tre, các loại gỗ mềm khác, giấy phế liệu hoặc tái chế, v.v… Trường hợp là gỗ thì sau khi đã cân trọng lượng, gỗ xếp đống trong sân chứa và sau đó được mang đi cắt thành mảnh. Với loại tre mỏng thì dùng máy cắt mảnh 3 lưỡi, còn với loại gỗ/tre dầy hơn thì dùng máy cắt có đĩa dao 6 lưỡi. Kích cỡ của mảnh được tạo ra là từ 15-35mm. Các mảnh quá to và quá nhỏ sẽ được loại ra. Mảnh có kích cỡ phù hợp sau đó sẽ được chuyển đến khu vực sản xuất bột giấy để nấu. Khi sử dụng các nguyên liệu thô như giấy thải, thì giấy thải sẽ được sàng lọc để tách các loại tạp chất như vải sợi, nhựa, giấy sáp hoặc giấy có cán phủ. Các tạp chất này sẽ được thải ra như chất thải rắn và phần nguyên liệu còn lại sẽ được chuyển đến công đoạn sản xuất bột giấy. 1.2.2 Sản xuất bột Nấu: Gỗ thường gồm 50% xơ, 20-30% đường không chứa xơ, và 20-30% lignin. Lignin là một hợp chất hóa học liên kết các xơ với nhau. Các xơ được tách ra khỏi lignin bằng cách nấu với hóa chất ở nhiệt độ và áp suất cao trong nồi nấu. Quá trình nấu được thực hiện theo mẻ với kiềm (NaOH) và hơi nước. Lượng NaOH được sử dụng khoảng 10-14% của nguyên liệu thô. Một mẻ nấu được hoàn tất sau khoảng 8 giờ và trong khoảng thời gian đó các loại khí được xả ra khỏi nồi nấu. Trong quá trình nấu phải duy trì tỉ lệ rắn/lỏng (dung tỉ của từng mẻ) nằm trong khoảng là 1:3 đến 1:4. Sau nấu, các chất nằm trong nồi nấu được xả ra nhờ áp suất đi vào tháp phóng. Bột thường được chuyển qua các sàng để tách mấu trước khi rửa. Rửa: trong quá trình rửa, bột từ tháp phóng và sàng mấu được rửa bằng nước. Dịch đen loãng từ bột được loại bỏ trong quá trình rửa và được chuyển đến quá trình thu hồi hóa chất. Bột được tiếp tục rửa trong các bể rửa. Quá trình rửa này kéo dài khoảng 5-6 giờ. Sàng: Bột sau khi rửa thường có chứa tạp chất là cát và một số mảnh chưa được nấu. Tạp chất này được loại bỏ bằng cách sàng và làm sạch li tâm. Phần tạp chất tách loại từ quá t