Nhu cầu sử dụng giấy của chúng ta đang ngày một nhiều, chính vì vậy các nhà máy sản xuất giấy luôn mở rộng công suất nhằm đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ giấy của thị trường. Tuy nhiên kéo theo đó là thực trạng nước thải nhà máy giấy gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đang là vấn đề đáng báo động.

Ngày nay, nhu cầu tiêu thụ giấy ngày càng gia tăng do các ngành dịch vụ, công nghiệp, văn phòng ngày một phát triển và mở rộng, đặc biệt là các văn phòng công ty, các xưởng sản xuất sách báo… tiêu thụ một lượng giấy không hề nhỏ. Để giải quyết vấn đề này, các nhà máy sản xuất giấy cũng dần nâng công suất hoạt động để đáp ứng được nhu cầu của thị trường. 

Khi vận hành hệ thống xử lý nước thải, nhà máy giấy đã gặp phải một số chất khó khăn trong việc xử lý nước thải cũng như xử lý bùn thải đó là Lignin.

Vậy Lignin là chất gì? Ứng dụng Lignin và cách xử lý Lignin trong nước thải sản xuất giấy hiệu quả là gì?

1. Lignin là chất gì?

Theo bách khoa toàn thư wikipedia Lignin là một loại hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình. Lignin xuất hiện ở hầu hết các loài thực vật có mạch trên cạn, giúp cây đứng thẳng và bảo vệ cây khỏi sự tấn công từ môi trường.

Đặc điểm

Đây là một loại polime thơm không carbohydrate có mạch nhánh với monome là các đơn vị phenylpropan không tan và khó bị phân hủy bằng enzyme. Lignin tạo liên kết với các hemicellulose bao quanh cellulose. Lignin thường tập trung ở những mô hóa gỗ, là chất kết dính tế bào và làm tăng độ bền cơ học của vách tế bào.

Ở thực vật, lignin giúp chống thấm nước qua vách tế bào mô xylen, ngăn cản sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh. Lignin có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng đặc trưng như các phản ứng clo hóa, este hóa, oxy hóa, dimetyl hóa,…

Lignin tồn tại ở 3 trạng thái: Thủy tinh, dẻo và lỏng dính.

Lignin bao gồm 2 loại chính là: lignin chứa lưu huỳnh và lignin không chứa lưu huỳnh. Trong đó lignin chứa lưu huỳnh bao gồm lignosulphonates và lignin Kraft, được sản xuất thương mại hóa và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống.

Một số ứng dụng

Một trong những ứng dụng rộng rãi của Lignin trong ngành công nghiệp năng lượng chính là tác dụng của hợp chất này trong quá trình sản xuất viên nén gỗ.

Là một nguyên liệu thô có khả năng tái tạo, chi phí phải chăng, lignin có tiềm năng thay thế cho bất kỳ sản phẩm nào có nguồn gốc từ các chất hóa dầu. Bên cạnh vai trò quan trọng trong sản xuất viên nén gỗ, lignin còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác.

Các sản phẩm liên quan đến đa cực

Lignin chứa cả nhóm ưa nước và kỵ nước. Phương pháp xử lý cụ thể có thể củng cố 1 trong 2 đặc tính này để phù hợp với ứng dụng cụ thể như nhũ tương hoặc chất siêu dẻo.

Vật liệu

Lignin là một polymer mạch phân nhánh tự nhiên và mạng lưới liên kết ngang được sử dụng làm chất kết dính trong vật liệu.

Lignin trong thực vật

Các sản phẩm có nguồn gốc từ lignin đóng và trò quan trọng trong việc hình thành đất và trong dinh dưỡng động thực vật.

Ứng dụng có độ tinh khiết/giá trị cao

Lignin có thể sử dụng làm nguyen liệu hỗ trợ cho các ứng dụng thực phẩm và mỹ phẩm bao gồm gel hoặc chất nhũ hóa. Lignin được điều chế đặc biệt thích hợp trở thành hoạt chất cho tính chống oxy hóa, chống vi khuẩn và virus. Những phẩm chất này đã được khám phá và có thể đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng trong tương lai.

2 Cách xử lý lignin

Trái ngược với các polyme sinh học khác (ví dụ: protein, DNA và thậm chí cả cellulose), lignin có khả năng chống lại sự phân hủy và thủy phân xúc tác axit và bazơ. Tuy nhiên, mức độ xử lý lignin nhiều hay ít khác nhau tùy theo loài và loại mô thực vật.

Ví dụ, syringyl (S) lignol dễ bị phân hủy hơn bởi sự phân hủy của nấm vì nó có ít liên kết aryl-aryl hơn và tiềm năng oxy hóa khử thấp hơn guaiacyl. Vì lignin được liên kết chéo với các thành phần khác của thành tế bào, lignin giảm thiểu khả năng tiếp cận của cellulose và hemicellulose với các enzym vi sinh vật, làm giảm khả năng phân hủy của sinh khối.

Dùng nấm để xử lý lignin

Các enzym phân giải lignin được tìm thấy trong nấm Phanerochaete chrysosporium và các loại nấm thối trắng khác. Một số loại nấm thối trắng, chẳng hạn như C. subvermispora, có thể phân hủy chất lignin trong lignocellulose. Những loại khác lại thiếu khả năng này. Hầu hết nấm phân hủy lignin nhờ các peroxidase (một loại enzyme xúc tác quá trình oxy hóa cơ chất hữu cơ bằng hydrogen peroxide) được tiết ra. Nhiều enzyme của nấm cũng được tiết ra, nên dễ phân hủy các hợp chất có nguồn gốc từ phenolic lignin. Một điều quan trọng khi nấm phân hủy lignin là hoạt động của các enzym phụ để tạo ra H2O2. H2O2 rất cần thiết cho lignin peroxidase và các peroxidase heme phát triển.

Sự phân huỷ lignin do vi khuẩn

Ngược lại với nấm, hầu hết các enzyme vi khuẩn tham gia vào quá trình phân giải lignin là nội bào. Vi khuẩn phân hủy lignin dễ thấy trong ao hồ, sông và suối. Xác lá, nhành cây chứa lignin, xenlulo và hemixenluloza có thể xâm nhập vào đường nước. Trong môi trường, lignin bị phân hủy mặt sinh học do vi khuẩn hoặc bào mòn thông qua biến đổi quang hóa. Ngoài ánh sáng, một số yếu tố môi trường ảnh hưởng đến khả năng phân hủy sinh học của lignin, bao gồm loại vi khuẩn, liên kết khoáng chất và trạng thái oxy hóa khử./.

PGS.TS Nguyễn Đức Khiển

Nguồn Môi trường và Đô thị Việt Nam