Giải 'bài toán' xử lý mảng bám vi sinh trong sản xuất giấy bao bì

Hướng đi mới trong nghiên cứu

Theo Viện Công nghệ sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), mảng bám vi sinh trong các nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp hiện nay là một vấn đề gây ảnh hưởng lớn đến sản xuất tại các nhà máy.

Kiểm soát mảng bám trong sản xuất giấy là điều quan trọng để duy trì chất lượng của sản phẩm giấy và đảm bảo vận hành không gặp sự cố, giảm tối đa thời gian ngừng hoạt động của máy do mảng bám và cặn bẩn của máy móc làm giấy gây ra.

Các chất diệt khuẩn hóa học thường được các nhà máy giấy sử dụng để kiểm soát vấn đề mảng bám, nhưng chưa thực sự hiệu quả và ngày càng có nhiều đòi hỏi khắt khe hơn về vấn đề bảo vệ môi trường và pháp lý.

Trong khi đó, chất phân tán sinh học là giải pháp tốt về mặt sinh thái để kiểm soát mảng bám trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy nhờ tác dụng loại bỏ hoặc giảm sử dụng chất diệt khuẩn hóa học.

Chất phân tán sinh học hòa tan và phân tán các chất kết bám tạo thành mảng bám, nhờ khả năng làm tan rã màng sinh học, ngăn ngừa sự tái tạo của mảng bám và ức chế sự hình thành màng biofilm khiến vi sinh vật không dễ dàng bám vào bề mặt thiết bị và đường ống và tồn tại ở dạng tự do.

Nhờ chất phân tán sinh học mà chất diệt khuẩn có thể dễ xâm nhập vào bên trong mảng bám, khiến cho các vi sinh vật ở bên trong bị tiếp xúc trực tiếp với chất diệt khuẩn nên bị tiêu diệt hiệu quả hơn. Các hợp chất phân tán sinh học không độc hại nên không ảnh hưởng đến quá trình sản xuất.

Các nghiên cứu sử dụng chất phân tán sinh học hiện nay đã và đang được phát triển. Nhiều chất phân tán sinh học hiện đã được sử dụng cho các hệ thống nước trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc nghiên cứu, ứng dụng còn chưa được thực hiện.

Xuất phát từ thực tiễn đó, Bộ Công Thương đã giao Viện Công nghệ sinh học thực hiện đề tài: Nghiên cứu tạo chế phẩm phân tán sinh học ứng dụng cho xử lý mảng bám vi sinh trong dây chuyền sản xuất giấy bao bì công nghiệp.

Với nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu mong muốn sẽ đem lại cách tiếp cận an toàn hơn cho ngành sản xuất giấy và mở ra mảng ứng dụng rộng hơn, tiềm năng hơn cho cho chất phân tán sinh học.

Mục tiêu chung của đề tài đó là tạo được chế phẩm chất phân tán sinh học và ứng dụng xử lý mảng bám vi sinh trong dây chuyền sản xuất giấy bao bì công nghiệp. Mục tiêu cụ thể là xây dựng được quy trình công nghệ và mô hình thiết bị tạo chế phẩm chất phân tán sinh học bằng phương pháp lên men vi sinh; ứng dụng thử nghiệm chất phân tán sinh học xử lý mảng bám vi sinh trong dây chuyền sản xuất giấy bao bì công nghiệp tại một doanh nghiệp.

Hiệu quả kinh tế cao

Từ thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ sinh học đã khảo sát đánh giá tình hình sản xuất, mức độ tuần hoàn nước, sử dụng hoá chất, chất diệt khuẩn và các vị trí phát sinh mảng bám tại 5 nhà máy giấy bao bì công nghiệp.

Cùng với đó, đề xuất được vị trí lấy mẫu và thử là bể máy, bể nước trắng và hòm phun bột; đã xác định được tính chất, thành phần các chất vô vơ, hữu cơ và mật độ vi sinh vật trong mẫu mảng bám thu nhận tại 2 nhà máy (Công ty Cổ phần Giấy Mục Sơn và Công ty TNHH Miza Nghi Sơn, Thanh Hoá); đã nghiên cứu định danh được 9 nhóm vi khuẩn trong các mẫu mảng bám thu được.

Từ 346 chủng vi sinh vật, đã định danh được 13 chủng có tiềm năng sinh tổng hợp chất phân tán sinh học. Trong đó, đã nghiên cứu môi trường và các điều kiện lên men chủng B. subtillisS343 và S. nematodiphila VM1-3 trên các quy mô phòng thí nghiệm, 50 và 200 lít/mẻ. Trong điều kiện lên men thích hợp ở quy mô 200 lít/mẻ, chủng B. subtilis S343 cho 18 g/L chất PTSH, có hiệu suất giảm mảng bám 68-71%. Tương tự, chủng S. nematodiphila VM1-3 cho 12 g/L chất phân tán sinh học có hiệu suất giảm mảng bám 54,03 - 76,61%.

Đề tài cũng đã nghiên cứu được điều kiện công nghệ thu nhận chất phân tán sinh học và xác định được các tính chất hoạt động và bản chất của chất phân tán sinh học từ hai chủng tuyển chọn. Chủng B. subtilissinh tổng hợp chất phân tán sinh học là surfactin. Chủng S. nematodiphila VM1-3 sinh tổng hợp chất phân tán sinh học là Rhamnolipid và một chất khác có thời gian lưu gần với Rhamnolipid.

Đồng thời, đã xây dựng được quy trình công nghệ và mô hình sản xuất chế phẩm chất phân tán sinh học, quy mô 200 lít/mẻ, ổn định, khả thi và được nghiệm thu ở Hội đồng nghiệm thu cấp sơ sở. Sản xuất được trên 7,2 kg chế phẩm phân tán sinh học là sản phẩm phối trộn của chất phân tán sinh học thu từ hai chủng tuyển chọn S. nematodiphila VM 1-3 và B. subtillisS343. Hiệu suất giảm mảng bám của chế phẩm đạt trên 50%. Chất phân tán sinh học thô sau tủa có thể bảo quản và sử dụng trong 2 tuần tại nhà máy để giảm chi phí. Chế phẩm chất phân tán sinh học dạng khô ổn định trên 6 tháng bảo quản.

Xây dựng được quy trình ứng dụng chế phẩm phân tán sinh học để giảm mảng bám hình thành trong quy mô pilot 1 m3/mẻ. Nồng độ chế phẩm chất phân tán sinh học sử dụng phù hợp để giảm mảng bám trên 50% là 5 g/m3 và 10 g/m3.

Chế phẩm phân tán sinh học đã được thử nghiệm xử lý mảng bám vi sinh vật trên dây chuyền sản xuất giấy bao bì công nghiệp tại Nhà máy giấy Mục Sơn - Thanh Hoá. Nồng độ chất phân tán sử dụng phù hợp là 5g/tấn giấy. Chế phẩm được bổ sung vào vị trí bể máy bằng bơm định lượng. Bổ sung chế phẩm làm giảm mảng bám hình thành tại các vị trí khảo sát của nhà máy trên 50%, giảm vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kị khí khử sunfat trong nước tuần hoàn. Quá trình thử không làm ảnh hưởng đến chất lượng giấy sản xuất cũng như quá trình sản xuất tại nhà máy.

Qua đó, đã đánh giá được hiệu quả kinh tế của việc sử dụng chế phẩm phân tán sinh học. Chi phí cho 1 kg chế phẩm phân tán sinh học là 5.110.000 đồng. Sử dụng chế phẩm chất phân tán sinh học, tiết kiệm cho doanh nghiệp Công ty Cổ phần Giấy Mục Sơn hơn 2,7 tỷ đồng/năm và đem lại nhiều hiệu quả chưa ước lượng được bằng giá trị kinh tế trong thời gian ngắn như: Tác động tốt đến sự phát triển của vi sinh vật trong dòng nước tuần hoàn nội vi, giảm tác động đến môi trường, chi phí xử lý nước thải.

Ngoài ra, trong quá trình thực hiện đề tài đã công bố được 3 bài báo (trong đó, có 1 bài báo quốc tế trong danh mục SCI và 2 bài tạp chí uy tín trong nước), được chấp nhận đơn hợp lệ 1 giải pháp hữu ích và 1 sáng chế, đào tạo được 1 thạc sỹ.

Viện Công nghệ sinh học kiến nghị Bộ Công Thương tiếp tục hỗ trợ kinh phí để đơn vị nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, thử nghiệm và chuyển giao cho các doanh nghiệp trong nước.