ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRẦN HỒNG MINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ CHỨA TNT, NH4NO3 VÀ ĐỀ
XUẤT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TẠI NHÀ MÁY Z115

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRẦN HỒNG MINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ CHỨA TNT, NH4NO3 VÀ ĐỀ
XUẤT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TẠI NHÀ MÁY Z115
Ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Mã số ngành: 8440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. TRẦN VĂN ĐIỀN


ii
LỜI CẢM ƠN
Qua hơn 2 năm học tập và rèn luyện tại trường Trường Đại học Nông lâm,
được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình của quý thầy cô, đặc biệt là quý thầy cô
Khoa môi trường đã truyền đạt cho em những kiến thức về lý thuyết và thực
hành trong suốt thời gian học ở trường. Và trong thời gian thực tập tại Công Ty
TNHH MTV Điện cơ hóa chất 15 (Z115) - Bộ Quốc phòng, nơi mà em đã công
tác 13 năm qua, em đã có cơ hội áp dụng những kiến thức học ở trường vào thực
tế ở Công ty, đồng thời học hỏi được nhiều kinh nghiệm thực tế trong quá trình
công tác đặc biệt là vấn đề về không ngừng cải tiến công nghệ, nâng cao chất
lượng môi trường làm việc cho người lao động, xử lý chất thải. Cùng với sự nổ
lực của bản thân, em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.
Từ những kết quả đạt được này, em xin chân thành cám ơn:
Quý thầy cô Khoa Môi trường - Trường Đại Học Nông lâm - Đại học Thái
Nguyên đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong thời gian qua. Đặc
biệt, là thầy giáo PGS.TS. Trần Văn Điền đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành
tốt báo cáo tốt nghiệp này.
Ban Giám đốc Công Ty TNHH MTV Điện cơ hóa chất 15 (Z115) - Bộ
Quốc phòng, nơi em công tác.
Các đồng nghiệp, bạn bè đang công tác tại Viện hóa học vật liệu Viện
KHCN Quân sự, đồng chí Vũ Duy Nhàn - Trưởng Phòng hóa sinh của Viện.
Do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót trong cách
hiểu, lỗi trình bày. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô
và Ban lãnh đạo nhà trường, các anh chị trong Công ty để báo cáo tốt nghiệp đạt
được kết quả tốt hơn./.
Thái Nguyên, ngày

tháng


2.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................ 32
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 32
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................ 32
2.3 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 32
2.4. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu ........................................... 33
2.4.1. Phương pháp luận ...................................................................................... 33
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 33


iv
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 35
3.1. Hiện trạng sử dụng TNT, NH4NO3 ở Nhà máy Z115.................................. 35
3.1.1. Hiện trạng TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115....................................... 35
3.1.2. Công nghệ sản xuất tại Nhà máy Z115 có phát sinh nước thải chứa
TNT và NH4NO3 ................................................................................................. 35
3.2. Công nghệ xử lý nước thải có chứa TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115 ............ 38
3.3. Đánh giá hiệu quả của các công nghệ xử lý nước thải có chứa TNT và
NH4NO3 ............................................................................................................... 40
3.3.1. Thải lượng nước thải có chứa TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115 .............. 40
3.3.2. Nước thải trước và sau khi xử lý tại hệ thống hiện có .............................. 40
3.3.3. Đánh giá thực trạng về xử lý nước thải tại Nhà máy Z115....................... 41
3.3.4. Đánh giá các phương pháp xử lý nước thải chứa TNT ............................. 44
3.3.5. Đánh giá các phương pháp xử lý nước thải chứa NH4NO3 ...................... 45
3.4. Đánh giá ưu nhược của công nghệ xử lý hiện tại, đề xuất các giải pháp
nâng cao hiệu quả xử lý nước thải có chứa TNT và NH4NO3 tại Nhà máy
Z115..................................................................................................................... 45
3.4.1. Đánh giá ưu nhược của công nghệ đang áp dụng ..................................... 45
3.4.2. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải có chứa
TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115 ................................................................... 46
3.5. Thiết kế hệ thống xử lý hoàn chỉnh phù hợp với điều kiện thực tế đồng

các chất thải.

Anaerobic
Anamox

Ammnium Quá trình mà trong đó amoni

Oxidation

được oxy hóa trực tiếp thành khí
nito

BOD

Biochemical oxygen Demand

COD

Chemical oxygen Demand

Lượng Oxy cần thiết để vi sinh
vật oxy hóa các chất hứu cơ
Là lượng oxy cần thiết để oxy
hóa tổng chất vô cơ và hữu cơ
Thời gian lưu (HRT của một bể

HRT

Hydraulic retention time


môi trường tĩnh vào một khoảng
thời gian nhất định

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

QTCN

Quy trình công nghệ
Single Reactor High Activity Quá trình phản ứng độc lập với

SHARON

Ammonia Removal Over
Nitrit

TCQS
TCVN/QS

dòng chảy liên tục loại bỏ
Amoni thành nitrit

Tiêu chuẩn quân sự
Tiêu chuẩn Việt Nam dùng
cho quân sự

TNT

2,4,6 trinitrololuen

Hình 1.1: Công thức cấu tạo phân tử TNT ............................................................ 4
Hình 1.2: TNT và các hợp chất trung gian của TNT .......................................... 10
Sơ đồ 1.3: Sơ đồ nguyên lý SHARON................................................................ 22
Sơ đồ 1.4: Sơ đồ nguyên lý ANAMOX .............................................................. 23
Sơ đồ 2.1: Công nghệ sản xuất thuốc nổ công nghiệp có sử dụng đồng thời
TNT và NH4NO3 điển hình tại Nhà máy Z115 ................................. 35
Sơ đồ 2.2: Công nghệ sản xuất thuốc nổ công nghiệp có sử dụng TNT điển
hình tại Nhà máy Z115 ...................................................................... 36
Sơ đồ 2.3: Xử lý nước thải hiện có tại Nhà máy Z115 ....................................... 39
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ công nghệ AAO ....................................................................... 47
Sơ đồ 3.2: Sơ đồ quá trình phân hủy TNT trong điều kiện kỵ khí ..................... 50
Sơ đồ 3.3: Sơ đồ quá trình phân hủy TNT trong điều kiện hiếu khí................... 51
Sơ đồ 3.4: Sơ đồ quá trình phân hủy TNT bởi nấm mục trắng........................... 52
Sơ đồ 3.5: Sơ đồ nguyên lý ANAMOX .............................................................. 54
Sơ đồ 3.6: Sơ đồ xử lý mô hình thực nghiệm ..................................................... 56
Hình 3.7: Mô hình phòng thí nghiệm .................................................................. 56
Biểu đồ 3.8: Biểu đồ Uvis biến đổi chất tại bể kị khí ......................................... 57
Biểu đồ 3.9: Biểu đồ Uvis biến đổi chất tại bể thiếu khí .................................... 57
Biểu đồ 3.10: Biểu đồ Uvis biến đổi chất tại bể hiếu khí ................................... 58
Biểu đồ 3.11: Biểu đồ hiệu quả xử lý COD ........................................................ 58
Biểu đồ 3.12: Biểu đồ hiệu quả xử lý NH4+ ........................................................ 59
Biểu đồ 3.13: Biểu đồ hiệu quả xử lý TNT ......................................................... 59
Bảng 3.10: Chi phí xây dựng hệ thống mới ........................................................ 61
Bảng 3.11: Khái toán chi phí xử lý nước thải bằng công nghệ AAO-MBBR .... 62


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

2

giới (1965), rồi chuyển đổi thành Nhà máy V115 và Nhà máy Z115 - Tổng cục
CNQP ngày nay.
Các phương pháp hóa học thường sử dụng để xử lý nước thải chứa TNT,
NH4NO3 là: phương pháp oxy hóa khử hóa học, điện hóa, oxy hóa bằng O 3, O3UV, Fenton, keo tụ, tách chiết…Các phương này có nhược điểm khó áp dụng
đối với các loại nước thải có chất thải nồng độ cao, đòi hỏi thiết bị máy móc
phức tạp, chi phí xây dựng lớn, khó áp dụng quy mô lớn và thường gây ô nhiễm
thứ cấp.
Phương pháp vật lý thường sử dụng than hoạt tính dạng bột hoặc dạng hạt
để hấp phụ. Phương pháp này có ưu điểm hiệu quả xử lý cao, triệt để tuy nhiên
giá thành xử lý khá cao, mặt khác than hoạt tính sau khi xử lý sẽ gây ô nhiễm
thứ cấp. Thứ hai, phương pháp này không xử lý được nước thải có chứa đồng
thời cả TNT và NH4NO3 mà phải nhờ đến ao, đầm lầy iểu đồ 3.11: Biểu đồ hiệu quả xử lý COD


59

Hiệu quả xử lý NH4+
Nồng độ NH4+ nước đầu vào dao động từ 28 đến 45 mg/l, sau 30 ngày xử lý
thì hiệu quả của toàn bộ quá trình đạt 50-66% với nồng độ NH4+ đạt thấp nhất là
12,5 – 15mg/l.

Biểu đồ 3.12: Biểu đồ hiệu quả xử lý NH4+
Hiệu quả xử lý TNT
Thí nghiệm được tiến hành với nồng độ TNT trong nước thải tăng dần từ
3mg/l đến 23mg/l và được theo dõi trong 30 ngày, mỗi nồng độ lặp lại 3 lần,
mỗi lần 1 ngày. Kết quả được thể hiện như sau:

Biểu đồ 3.13: Biểu đồ hiệu quả xử lý TNT

BỂ ĐIỀU HÒA

Bơm

Bể anaerobic
Bơm

BỀ
CHỨA
BÙN

Bể anoxic
Bơm

Máy sục khí

Bể oxic

Chảy

BỂ LẮNG
SINH HỌC

Bơm hóa

Chảy

Nguồn tiếp nhận
QCVN
40:2011/BTNM

Số lượng

Quy cách
Bêtông cốt
thép, KT
8x8x2,5m
Bể Thép
4,5 m3
Bêtông cốt
15m3
Bêtông cốt
5m3
Bêtông cốt
10m3
Bêtông cốt
5m3
Bêtông cốt
10m3

1

Bể gom

Cái

01

2

Bể điều hòa


Bể chứa bùn

Cái

01

8

Bể lắng sinh học

Cái

01

9
10
12
13
14
15

Máy sục khí
Bơm bùn
Bơm nước
Bể axit, bazơ
Hệ thống đường ống
Nhân công lắp đặt

Cái



62

Bảng 3.11: Khái toán chi phí xử lý nước thải bằng công nghệ AAO-MBBR
I

Nội dung

I

Vật tư, năng lượng
Giá thể sử dụng: 0.5kg x5.000

1

đồng = 5000 đồng

Lượng dùng cho

Đơn giá

Thành tiền

xử lý 1m3

(đồng/kg,lít)

(đồng/m3)


2

0,5 lít x 12000 lít = 1000 đồng
Điện dùng chạy bơm nước 1,5

5 cái

KW
3

Mỗi mẻ 100 m3 hoạt động
trong 8h
Điện bơm khí 0,5 KW

3,6 KWh
1 cái sục 30 ngày cho mẻ

4

100 khối
II

Lao động
Nhân công vận hành vệ sinh,

1

0,04

bảo dưỡng bảo trì

1. Việc sử dụng TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115 hàng năm, số lượng
khá ổn đinh và xác định lâu dài;
2. Hiện trạng xử lý nước thải có chứa TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115
tốt, đảm bảo theo quy định của pháp luật Việt Nam, cụ thể là QCVN
40:2011/BTNVMT và TCVN/QS 596:2018;
3. Công nghệ xử lý nước thải có chứa TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115
đã lạc hậu, vẫn cần xử lý thứ cấp là thiêu đốt, chôn hủy hoặc thuê đơn vị ngoài
dẫn đến chi phí cho xử lý khá cao;
4. Đã làm rõ được ưu nhược của qui trình và công nghệ xử lý hiện tại, đề
xuất các giải pháp cải tiến nâng cao hiệu quả xử lý, tập trung vào giải pháp công
nghệ để xử lý nước thải có chứa TNT và NH4NO3 tại Nhà máy Z115.
Kiến nghị
Hướng phát triển của luận văn trong thời gian tới có thể cần phải thực hiện
thực nghiệm nhiều hơn đồng thời phải tiến hành ở quy mô pilot để đánh giá
chính xác hơn. Một hướng nữa của đề tài có thể phải nghiên cứu sâu về nguyên
lý sinh học, việc tách lập các chủng vi sinh vật và nuôi cấy nhằm tăng hiệu quả
xử lý TNT, NH4NO3.
Những nghiên cứu thành công trên thế giới và bước đầu nghiên cứu xử lý
TNT, NH4NO3 trong nước cho thấy hiệu quả xử lý cao với phương pháp sinh
học AAO-MBBR, với chi phí đầu tư xử lý thấp, xử lý được triệt để, đem lại hiệu
quả kinh tế, phương pháp trên sẽ được ứng dụng rộng rãi vào xử lý nước thải
chứa các chất độc trên trong công nghiệp quốc phòng, góp phần vào công tác
bảo vệ môi trường cho ngành và khu vực.


65

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt:
1. Đặng Thị Cẩm Hà (2012) “Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzyme ngoại

Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Thế Đồng
3. Đỗ Ngọc Khuê (2010) “Công nghệ xử lý các chất thải nguy hại phát sinh
từ hoạt động quân sự”. Nhà xuất bản Quân đội nhân dân.
4. Đỗ Ngọc Khuê, Nguyễn Văn Đạt, Đỗ Bình Minh, Nguyễn Quang Toại
(2004) “Nghiên cứu ảnh hưởng của bản chất điện cực tới quá trình phân hủy


66

điện hóa một số hợp chất nitro thơm và ứng dụng trong xử lý nước thải công
nghiệp quốc phòng”. Trung tâm KHKT&CNQS
5. Đỗ Ngọc Khuê (2004) “Hiện trạng và một số ý kiến về định hướng phát
triển công nghệ xử lý các chất thải độc hại đặc thù quốc phòng”. Trung tâm
CNKHQS.
6. Lê Thị Đức (2004) “Nghiên cứu công nghệ sinh học để xử lý nước thải có
chứa chất độc hại là thành phần thuốc phóng, thuốc nổ, thuốc gợi nổ, thuốc
nhuộm vũ khí và nhiên liệu tên lửa”. Đề tài nhánh Đề tài nhà nước KC-04-10.
7. Lê Thị Đức (2005) “Nghiên cứu sử dụng enzyme ngoại bào của vi sinh
vật để xử lý nước thải chứa TNT từ các cơ sở sản xuất quốc phòng”. Báo cáo đề
tài cấp Trung tâm KHKT-CNQS.
8. Lê Thị Đức, Đỗ Ngọc Khuê, Nguyễn Văn Đạt, Bùi Thu Hà, Trần Thị Thu
Hường (2004) “Nghiên cứu xử lý nước thải chứa TNT bằng phương pháp sinh
học kị khí”. Tạp chí Nghiên cứu KHKT-CNQS.
9. Lê Thị Đức, Nguyễn Văn Đạt, Đỗ Ngọc Khuê và các cộng sự (2004)
“Nghiên cứu xử lý nước thải chứa NG từ quá trình sản xuất thuốc phóng 2 gốc
bằng công nghệ vi sinh”. Trung tâm CNKHQS.
10. Lê Văn Cát (2000) “Cơ sở hoá học và kỹ thuật xử lý nước”. Trung tâm
Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia.
11. Nguyễn Hùng Phong, Đỗ Ngọc Khuê và các cộng sự (2004) “Thiết kế chế
tạo và đưa vào sử dụng thực tế hệ thống thiết bị tái sinh than hoạt tính dùng xử

Fe(0)-H2O ứng dụng trong xử lý nguồn nước bị nhiễm các chất hữu cơ độc hại,
khó phân hủy”, Bộ Khoa học và công nghệ - Quỹ phát triển khoa học và công
nghệ quốc gia, tr 5-10.
Tiếng Anh:
23. Aikaterini Tsitonaki (June 2008), “Treatment rains for the remediation of
aquifers polluted with MTBE and other xeno biotic compounds”, Department of
Environmental Engineering, PhD Thesis, p19-24.
24. Allen, S.J., Whitten, L., and Mckay, G. (1998), “The production and
charactezition of activated cacbons, a review”. Dev. Chem. Eng. Mineral
Process 6 (5), pp. 231-261.


68

25. Ana maria ocampo (August 2009), “Persulfate activation by organic
compounds”, Washington state university, p 4-6.
26. Ari M. Ferro (1998). “Phytoremediation of TNT, Contaminated Soils
Using Plants Selected by a Four-Step Screening Procedure”.
27. Arun Sethi (2006), “Systematic Laboratory Experiments In Organic
Chemistry”, New age international publishers. p781.
28. Bob Norris, Richard Brown (January 2005), “Technical and Regulatory
Guidance for In Situ Chemical Oxidation of Contaminated Soil and
Groundwater”, Technical/Regulatory Guideline, p 2-9.
29. Brown, R.A., D. Robinson and P.A. Block (2004). “Simultaneous
Reduction and Oxidation: Combining Sodium Persulfate and Zero Valent Iron.
3rd Oxidative”, Reductive Technology (ORT) Conference.
30. Chuanyue Wang, Delina Y. Luon, Joseph B. Hughes and George N.
Bennett

(2003),


Chaudhari

(2007),

nitroaromatic compounds”, J Eviron Manage.

“Microbial

remediation

of


69

36. Lemi Turker (2004). “PM3 treatment of lead styphnate and its mono ionic
forms”. Joumal of Molecular Structure (Theochem) 681, p. 143-147.
37. Muhammad Usman (2011), “Formation of mixed FeII-FeIII oxides and
their reacitivity to catalyze chemical oxidation: remediation of hydrocarbon
contaminated soils”, Nancy university.
38. Neuwoehner J , et all. (2007), “Toxicological characteration of 2,4,6Trinitrotoluene, its transformation products and two nitramine explosives”,
Environ Toxicol Chem.
39. Nishino SF., JC. Spain (2004), “Catabolism of nitroaromatic compounds”
In: Ramos J-L (ed) The Pseudomonas Vol III. Biosynthesis of macromolecules
and

molecular

metabolism”

and technology.


70
PHIẾU ĐIỀU TRA
HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY Z115
Người phỏng vấn:………………………………………………………………
Thời gian phỏng vấn: Ngày….. tháng…...năm 20….
Xin ông/bà vui lòng cho biết các thông tin về những vấn đề dưới đây
( Hãy trả lời hoặc đánh dấu X vào câu trả lời phù hợp với ý kiến của Ông/Bà)
1. Thông tin chung
1.1. Họ và tên người trả lời phỏng vấn:…………………………………
1.2. Giới tính: □ Nam□ Nữ
1.3. Tuổi:…………………………………………………………………
1.4. Nghề nghiệp:………………………………………………………
1.5. Địa chỉ:……………………………………………………………
2. Thông tin về nước thải
2.1 Nước thải của Nhà máy Ông/Bà có chứa thành phần nào độc hại?
………………………………………………………………………………
Tổng khoảng bao nhiêu m3/tháng?
□ 50 □ 100 □ 150□ 200□ khác
2.2 Ông/Bà có biết QCVN 40:2011 quy định về gì không?
□ Quy định về quản lý nước thải
□ Quy định về quản lý rác thải sinh hoạt
□ Quy định về quản lý chất thải nguy hại
□ Quy định về quản lý khí thải
2.3. Ông bà có biết TNT, NH4NO3 là ký hiệu gì không?
□ Là ký hiệu hóa chất
□ Là tên thiết bị, máy móc
□ Không rõ

……………………………………………………………………………………
Nguyên nhân
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
6. Xử lý nước thải
6.1. Nước thải tại Nhà nhà máy được xử lý như thế nào?
□ Xả ra suối
□ Xả xuống ao
□ Xử lý tại hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy
□ Phương án khác
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
6.2. Theo Ông/Bà cách xử lý như vậy có gây ảnh hưởng đến môi trường không?
□ Có ảnh hưởng đến môi trường
□ Không ảnh hưởng đến môi trường
6.3. Theo Ông/Bà xử lý CTNH như vậy có đúng quy định hay không?
□ Có□ Không
7. Đăng ký xả thải
Xin Ông / Bà vui lòng cho biết công ty Ông / Bà đã tiến hành đăng ký xả thải ra
môi trường hay chưa?
□ Đã đăng ký và được cấp sổ rồi
□ Đang làm hồ sơ đăng ký
□ Đã đăng ký nhưng chưa được cấp sổ
□ Chưa đăng ký
□ Không đăng ký
Lý do:
.................................................................................................................................
.........................................................................................................................