Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy




 !"#$%&'(
)*+#,-&'()*.+/0 121 3
 4 567!829:,;<90 =,
>?@. A-B/.,6*CD
E4FG;<90,!)B2H1
.67#IJ @#K1!)
 L 1!B!1!*CD24.M
!

 !
N2J,G<90B/.
NO?!?@P@,,6G0 #<1QR9
N3!?@RI LS!1!< 0, 
<<F
NO?!5<F,6@#7R <91,G

"#$#!
NT,<90,B/H1!)2
N3!!07H1,G#!5,6 L:
P9, 
NS<91M*1G7#121U
1
NVFI#S2#G<961<.6
%&'()&*&)+
NWLG0A-B/.,6*CDE!B
!1! I:!B!1!I,3260#!B!1!<G#
!B!1!
NR9#!829,6 0

XS,3!Y!I,3260?!G0, 
NZB!1!<G 1!I[ L<GT!*9!1IS 
1!D#
NZB!1!?!,6S2 1\7
,-./0)+
NFGL29,1PS*#IJ @#;!1
#1!B!1!*CD24!B!1!.
<@[#U
N5<FI#<F,6@
N5)16H,G,S7
,;G
12)
2
- 345467895:#;5:<=>:4?@
- 345467
NO]24,36B
# S<1!:B
G2^J
L1, <,_
GI7]!`
:#;5:<=>:4?@
NQA!!@E*!1QG5A!!Eab-3!8 7 =
a,9 )G241*Y55;Y!!]
aG< R!51B; <9HBa
(2RRHP1S6 7+SR
R2T;Qc,<deeFGV a
=29CI[!:H@0^5I54 L63
Hac =!1L 90_
 f!Hac8,_g 
X9<h  9W#  9-5

i#B;G62,#j1Q,KI;I#
,; aCI[17G6 LW)9<hdk
B/*P6! =.G/5%#l#W0,
Z1!-g7%Tmn#1 )G = *5IR7ZI@!
,Fdope
q<1;G62,j1/G< 1!
0 H)G6SaS1CI[r
;G6M L*
mP.R!1LH6*2,
G9s
d dtou-!2419vwx2@(!1!+,!1
1*@G[ )G
3
y duezvduet-!2419@{I@(+
,,691*@G[I'<9<9
z dueo-!2419|'<(b+,!1
*@g
} dudtm1*@g )G/mn
k duytm1*@I )G/mn
p du}eZ1!B!1!*2r(W0+
t duk}Z1!B!1!2I(CI[*?+(b+
u dupt-!2419%@~(mn+,!1
!B!1!2!
o dutew) )G*2rGP6!
dedut}w) )G*2!GP6!
ddduu}-'(W0+!1!B!1!2<•
 95 A $5 B> C=>5:#@"5D46#EF5G#?HIJH:4?@
2.1 Thành phần tổng quát
r#!)?B2I,. Trong
hrat cacbon có xenlulo và hêmixenlulo, chúng khác nhau về trọng l,

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
(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
4
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
gỗ
hydratcacbon
hêmixenlulôXenlulo4
5%
Lignin
18-30%
Chất có thể trích chiết

(terpen, axit nhựa…2-8%
5
này giúp ta hiểu được sự sắp xếp các lớp tường tế bào và đồng thời có thể giải
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 !5 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
21 79
5 95
3 97
2 98
6
Xylan
Các loại khác
5 95
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 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
7
oxit- nghóa là các vòng glucopyranô quay ngược nhau một góc 180 độ. Ở hai
đầu mạch phân tử, nhóm OH có tính chất hoàn toàn khác nhau – cấu trúc bán
acetal tại C
1
( nhóm OH của C
1
) có tính khử ( như nhóm alđehyt) còn nhóm OH
tại đầu C
1
thì có tính chất của alcol.
Số monome có thể đạt từ 2000 đến 10000 ( có thể lên đến 15000 đối với

cotton), độ trùng hợp này tương ứng với chiều dài mạch phân tử từ 5,2 –
7,7mm. Sau khi thực hiện quá trình nấu gỗ với tác chất ( phương pháp sản xuất
bột hoá học ) độ trùng hợp còn khoảng 600-1500. Mạch đại phân tử xenlulô có
cấu trúc mạch thẳng và có cấu hình dạng ghế. Các mạch phân tử này tập hợp
kề cận nhau và nhờ liên kết hydro mà hình thành cấu trúc vi sợi. Có khoảng
65-73%phần xenlulô là ở trạng thái kết tinh. Phần xenlulô ở trạng thái vô đònh
hình là phần khá nhậy với nước và một số tác chất hoá học. Chính thành phần
này làm tăng liên kết sợi và nhờ vậy làm tăng lực cô kết của tờ giấy. Xenlulô
không tan trong nước, trong kiềm hay trong axit loãng. Nhưng có thể bò phân
huỷ bằng phản ứng thuỷ phân và bò oxy hoá bởi dung dòch kiềm đặc ở
T
0
>150
0
C. Tóm lại, xenlulô khá trơ dưới tác kích của hoá chất, ở nhiệt độ
thường nó chỉ có thể hoà tan trong vài dung môi – phổ biến nhất
làcuprietylendiamin(CED) và cadmiumetylendiamin(Cadoxen), còn dung môi
ít phổ biến hơn nhưng mạnh hơn là N-metylmorpholin N-oxit và clorua liti
dimetylformamid

2.2.2 Lignin
w!!5C ^26HR,3#a3!/
r#<9IM92#F 2B.#P
,192*@#FR*53!H,,3526
V1,*@#@*@SQI_H!@#
8
!!#B7119B#!€
[Hz!)H9N!N#N•@#N
!@h6<1:7R,3wH5rR,3 L
S(,+;ue•@#d},p••@wH5

r0;24H•@,!#H<9h6
]
 7!5C#1 7?,24G<9
,7G<9# G<9H99keNpe•G<9@
<LG<9N*@NN@@g<LG<9!@N#
2!@#I@@XSI_H!B72G,
07 # ^26&"HGC2( ,,JB+G
L,7!0 ^<1`,*@,
@*@#1!09(+#!0@@#*#I@

WIIJ<#!)IB
wN*@RGB<!5H
9
"Sys-?.H
%& F5K5:=> @LM>H>IN589D4:545HMN5:7O4HMPQ5:>G4H89
R4S7
-7!0L*,!)I2
,rG#BS$ 3! 9!0
H!5a<,*#!0^!P1S
**CD2-? .1!0
7 @@<9<L‚NeN}#<L@<93 
%  & F5  K5:  H =@ A T5  @LM>H  >IN5  HMN5:7O4  HMPQ5:  7O4
HMPQ5:>G4H
wG<9d#}*7G<9@@#a*:
,1!#^6 <1?L2J2j_
%& F5K5:=> @LM>H>IN5HMN5:7O4HMPQ5:R4S7


Phản ứng oxi hóa – thủy phân hydrat cacbon trong môi trường kiềm
W5!0P.,S^!P1S,€

T2^
a)- Oxy hóa
&"/2-
y
#-
z
^-
p
H,g@2J*
2#7G?2N‚N*3,<
10
O
OH
OR
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OR
OH
OH
CH
2
OH
"
ƒ
ƒ"

ƒ
N"
ƒ
x&"
O
OH
OH
OH
CH
2
OH
ƒ"
y
&
N"
ƒ
O@
O
OH
OH
CH
2
OH
O
H
O
H
O
CH
2

OH
O
H
O
H
H
O
&"
&
b) Thủy phân trong môi trường kiềm
-1?*@2J*7-
y
^-
z
<13,IIJ
<qR!5H 7!5C*@ 9GPRS
#;<9 RIJL 6C,5!0T7
O
OH
CH
2
OH
O
O
„@
"
&
N&"
O
OH

CH
2
OH
O
O
„@
&
U
O
CH
2
OH
O
&
„@
U
&
U
&"
I2@
O
CH
2
OH
O
&
O
"
"
@

c) Phản ứng tách và chuyển vị
a<#1?I2H*@(7*@
^I@+>L9![ 824!0L,J2@…^
24!017‚
• !017
11
O
OH
CH
2
OH
O
O
Cell
-@
O
H
1
O
OH
CH
2
OH
O
O
Cell
-@
O
O

CH
2
OH
O
Cell
O
O
H
@
ƒ-@N&
N
O
CH
2
OH
H
H
O
O
-@
O
H
-T 0"S?
G<9* 2*
 (L,J2@…+
* Phản ứng chuyển vị
O
CH
2
OH

H
H
O
O
-@
O
&"
N
O
CH
2
OH
H
H
O
O
-@
O
-
OH
CH
2
OH
O
O
-@
OHC
O
OH
H

H
#91?*@*7 2#>
1!017a!HV@#<!0T 0
G<9*$<FS2*-g97
I@#S>R!1H,g,RT TG<9*

Trường hợp cấu trúc đicarbonyl loại aldehyt
12
O
O
H
O
O
-@
O
Cell
H
H
&"
N
-
O
O
O
O
-@
O
Cell
H
-"

y
&"
CH
2
OH
-@N&
U
ƒ
&"-N-"&
Trường hợp cấu trúc đicarbonyl loại keton
O
O
H
O
O
-@
O
Cell
&"
N
-
O
O
O
O
-@
O
Cell
-"
y

&"
CH
2
OH
H
Z5C*@<2J*,2*/-
p
#K
!0T7
13
O
O
O
OH
-@
Cell
O
H
O
OH
-@
H
C
H
C
H
HO
&"
N
H

O
OH
ƒ-@N&
U

-T 0G<9*(<72*+

#<7-
p
R7I@#LR7
?21@241<9!,&"H,g0
O
OH
CH
2
OH
O
Cell
O
Cell
OH
O
OH
O
O
Cell
-@
OH
-
†

&
"
O
OH
CH
2
OH
O
O
Cell
-@
O
O
OH
O
Cell
O
Cell
OH
-
"
&"
-1?*@*7-
d
S<12,IIJ<=< 
GCI@G-
y
< HM* L  2/<(9
)G!017‚+,a!#,MI[*
14

*@,…#L>?v*6@@7
-
d
a<#?>L?2*
C
=
O
O
OH
CH
2
OH
O
OH
N&"
CH
2
O
OH
CH
2
OH
O
-@
OH
O
-
&"



C
=
O
O
-
OH
CH
2
OH
O
-@
OH
&"


Phản ứng peeling
qR!5HH*@a<*@B9H
!0  ^26P5,S ^H!0H!0
6P1S,R.!5CH7
*@!0<1,S* 76
HP1S(‡ue

-+Z0  ^24R1I)<C/
7*@!)I22J1SL1*
B,,3>; 1&"
N
Ví dụs B,J a<C/-
d
( ;!5!@#+#I
-†&/2-

d
IH-
y
M*,I,3I2J 
a<
CHO
CH OH
C
C
HO H
C
H OR
H
R'
OH
O
OH
x&
&"
xˆ
&x
&"
N
"
ƒ
C OH
C
C
HO H
C

H OR
H OH
R'
"N-†&
C OH
C
C
OH H
C
H OR
H OH
R'
"N-N&
N
15