Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton

Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU Ñaët vaán ñeà Qua thöïc teá trong nhöõng naêm gaàn ñaây cho thaáy Vieät Nam laø nöôùc coù toác ñoä phaùt trieån kinh teá cao trong khu vöïc. Beân caïnh söï phaùt trieån veà kinh teá ñem laïi söï thay ñoåi cuoäc soáng vaø boä maët cuûa ñaát nöôùc, Vieät Nam coøn phaûi ñoái ñaàu vôùi vaán naïn oâ nhieãm moâi tröôøng do quaù trình coâng nghieäp hoaù vaø hieän ñaïi hoaù gaây ra. Söï phaùt trieån cuûa caùc ngaønh coâng nghieäp ñaõ mang laïi những nguoàn lôïi lôùn ñoàng thôøi thaûi ra moät löôïng chaát thaûi ñoäc haïi gaây aûnh höôûng xaáu ñeán moâi tröôøng cuõng nhö söùc khoeû cuûa con ngöôøi. Ñeå coù ñöôïc giaûi phaùp cuõng nhö nhöõng höôùng ñi cuï theå nhaèm phaùt trieån neàn kinh teá song song vôùi vieäc baûo veä moâi tröôøng, Vieät Nam ñaõ coù nhöõng keá hoaïch thieát thöïc vaø haønh ñoäng cuï theå ñeå giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà moâi tröôøng. Cuøng vôùi söï taêng nhanh veà nhu caàu xaõ hoäi vaø söï phaùt trieån caùc ngaønh coâng nghieäp khaùc nhö daàu khí, ñieän, deät may,… ngaønh döôïc phaåm nöôùc ta cuõng coù nhöõng böôùc phaùt trieån vöôït baäc laøm ña daïng vaø phong phuù hôn caùc döôïc phaåm saûn xuaát trong nöôùc. Theo ñònh höôùng cuûa Nghò quyeát Hoäi nghò laàn thöù 2 cuûa Ban chaáp haønh Trung öông Ñaûng Coäng Saûn Vieät Nam khoaù VIII laø “ñeán naêm 2020 ñaït trình ñoä coâng ngheä tieân tieán trong khu vöïc ASEAN ôû caùc ngaønh kinh teá trong ñieåm”, ngaøy 09/09/1996 Boä tröôûng Boä Y teá ñaõ kyù quyeát ñònh soâ1516/BYT-QÑ chính thöùc aùp duïng taïi Vieät Nam tieâu chuaån THÖÏC HAØNH TOÁT SAÛN XUAÁT THUOÁC (GMP) cuûa Hieäp hoäi caùc nöôùc Ñoâng Nam AÙ (ASEAN), ñoàng thôøi yeâu caàu caùc cô sôû saûn xuaát thuoác coù keá hoaïch trieån khai thöïc hieän. Ñaây laø vaán ñeà soáng coøn cuûa caùc doanh nghieäp saûn xuaát döôïc phaåm. Töø sau quyeát ñònh ñoù ñeán nay ñaõ coù khoaûng treân 20 xí nghieäp Döôïc ñaït GMP ñoái vôùi caùc coâng ty xí nghieäp trong nöôùc vaø coù voán ñaàu tö nöôùc ngoaøi. Vieäc trieån khai aùp duïng GMP vaøo trong saûn xuaát ngoaøi nhöõng vaán ñeà cô baûn nhö: moâ hình toå chöùc moät nhaø maùy GMP, tieâu chuaån kyõ thuaät cuï theå nhaø xöôûng, caùch toå chöùc heä thoáng ñaûm baûo chaát löôïng,… thì vaán ñeà moâi tröôøng ñöôïc yeâu caàu phaûi giaûi quyeát trieät ñeå. Vì vaäy vieäc xöû lyù oâ nhieãm sinh ra trong quaù trình saûn xuaát laø moät trong nhöõng yeáu toá caàn thieát ñeå caùc cô sôû döôïc phaåm ñaït GMP. Trong quaù trình saûn xuaát baøo cheá döôïc phaåm, löôïng chaát thaûi thaûi ra cuõng coù nhöõng tích chaát vaø thaønh phaàn ñaëc tröng gaây nhieàu taùc haïi xaáu ñeán moâi tröôøng. Vieäc baøo cheá caùc loaïi khaùng sinh cuõng thaûi ra moät löôïng nöôùc thaûi coù chöùa dö löôïng thuoác khaùng sinh. Söï hieän dieän cuûa thaønh phaàn khaùng sinh trong moâi tröôøng cuõng aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán söùc khoeû coäng ñoàng. Moãi loaïi khaùng sinh naøo ñoù ñi vaøo moâi tröôøng nöôùc, maëc duø ôû löôïng raát nhoû, noù coù theå gieát cheát caùc vi khuaån nhaïy caûm ñoàng thôøi taïo ñieàu kieän cho nhöõng vi khuaån mang nhöõng gen khaùng thuoác phaùt trieån vaø caùc vi khuaån mang gen naøy seõ laây lan sang caùc vi khuaån khaùc, trong ñoù coù caùc chuûng vi khuaån gaây beänh cho con ngöôøi vaø vaät nuoâi. Khi nhöõng vi khuaån coù haïi naøy xaâm nhaäp vaø gaây beänh cho con ngöôøi thì seõ raát khoù khaên trong vieäc ñieàu trò vaø coù theå daãn ñeán töû vong. Do nhöõng taùc ñoäng treân neân vieäc tieán haønh caùc bieän phaùp giaûm thieåu vaø loaïi tröø söï xaâm nhaäp cuûa khaùng sinh vaøo moâi tröôøng laø ñieàu caàn thieát. Vieäc tìm kieám moät phöông phaùp xöû lyù thuoác khaùng sinh hieäu quaû, hôïp lyù trong ñieàu kieän Vieät Nam laø nhieäm vuï quan troïng cho khoa hoïc coâng ngheä cuûa Vieät Nam. Do ñoù, vieäc thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu :”Khaûo saùt quaù trình xöû lyù COD cuûa nöôùc thaûi thuoác Ampicillin baèng phöông phaùp Fenton” nhaèm tìm ra nhöõng giaûi phaùp kyõ thuaät hôïp lyù ñeå loaïi boû dö löôïng thuoác khaùng sinh khoûi nöôùc thaûi tröôùc khi thaûi ra moâi tröôøng. Muïc tieâu vaø noäi dung nghieân cöùu Muïc tieâu nghieân cöùu Tìm ñöôïc phöông phaùp hieäu quaû ñeå xöû lyù thuoác khaùng sinh, loaïi boû thuoác khaùng sinh ra khoûi moâi tröôøng. Noäi dung cuûa ñeà taøi Thu thaäp caùc taøi lieäu lieân quan veà saûn xuaát döôïc ôû Vieät Nam Tìm hieåu coâng ngheä baøo cheá döôïc phaåm taïi Vieät Nam Tìm hieåu moât soá tính chaát hoaù lyù, caáu truùc cuûa caùc nhoùm khaùng sinh cô baûn Tìm hieåu caùc aûnh höôûng cuûa khaùng sinh ñeán moâi tröôøng Tìm hieåu caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi Ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa caùc coâng ngheä xöû lyù Löïa choïn phöông phaùp xöû lyù: phöông phaùp oxi hoaù vôùi taùc nhaân Fenton Khaûo saùt thaønh phaàn nöôùc thaûi thuoác Ampicillin Khaûo saùt ñaùnh giaù khaû naêng phaân huyû khaùng sinh cuøng caùc yeáu toá aûnh höôûng trong phöông phaùp xöû lyù oxi hoaù Fenton Thöû nghieäm phöông phaùp treân moâ hình, khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình phaân huyû, thu thaäp caùc thoâng soá toái öu nhaèm phuïc vuï cho vieäc thieát keá veà sau. Ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa phöông phaùp xöû lyù. Phöông phaùp nghieân cöùu Tìm hieåu taøi lieäu saùch baùo trong vaø ngoaøi nöôùc veà ngaønh döôïc phaåm cuõng nhö aûnh höôûng cuûa khaøng sinh ñeán moâi tröôøng Tìm hieåu caùc coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi trong vaø ngoaøi nöôùc Nghieân cöùu thöïc nghieäm: döïa treân nhöõng kyõ thuaät tieân tieán trong xöû lyù nöôùc thaûi aùp duïng vôùi ñieàu kieän Vieät Nam Ñaùnh giaù phöông phaùp xöù lyù thoâng qua nhöõng chæ tieâu baèng nhöõng phöông phaùp phaân tích hieän ñaïi. Chöông 2: ÑAÏI CÖÔNG VEÀ KHAÙNG SINH 2.1 Môû ñaàu Naêm 1928, Alexander Fleming ñaõ tìm ra ñöôïc Penicillin khi nuoâi caáy naám penicillum notaum vaø ñeán naêm 1942 Penicillin ñaõ ñöôïc saûn xuaát vôùi quy moâ coâng nghieäp. Naêm 1944, ngöôøi ta tìm ñöôïc Streptomycin. Caùc naêm sau ñoù lieân tuïc nhieàu khaùng sinh ñaõ ñöôïc tìm ra töø caùc xaï khuaån, vi naám,… goùp phaàn cho coâng vieäc ñieàu trò caùc beänh nhieãm truøng maø tröôùc ñoù laø nguyeân nhaân gaây töû vong vôùi ña soá caùc tröôøng hôïp. Khaùng sinh laø caùc chaát coù taùc duïng choáng vi khuaån. Caùc chaát naøy coù theå laø chieát xuaát töø vi sinh vaät (chuû yeáu laø töø vi naám), laø chaát toång hôïp hay baùn toång hôïp. Ñeå choáng vi khuaån ôû ngöôøi, khaùng sinh coù theå söû duïng theo ñöôøng toaøn thaân (nhö ñöôøng uoáng, ñöôøng tieâm) hoaëc duøng taïi choã (nhö boâi ngoaøi da). Taùc duïng cuûa khaùng sinh treân vi khuaån coù theå coù hai phöông thöùc: dieät khuaån hay kìm khuaån. Loaïi khaùng sinh dieät khuaån – nhö Penicillin – coù taùc duïng tröïc tieáp tieâu dieät vi khuaån. Loaïi khaùng sinh kìm khuaån – nhö Chloramphenicol – chæ coù khaû naêng kìm haõm söï phaùt trieån, sinh soâi cuûa vi khuaån, ñeå cô theå con ngöôøi vôùi söùc ñeà khaùng töï nhieân saün coù seõ tieâu dieät chuùng deã ung5treân thöïc teá hai phöông phaùp noùi treân ñeàu coù taùc duïng choáng vi khuaån vaø ñeàu coù giaù trò töông ñöông trong ñieàu trò beänh. 2.2 Phaân loaïi khaùng sinh Khaùng sinh ñöôïc chia laøm nhieàu nhoùm khaùc nhau caên cöù theo caáu truùc hoaù hoïc cuûa töøng loaïi. Söï hieåu bieát veà caùc nhoùm naøy coù yù nghóa quan troïng ñoái vôùi ngöôøi söû duïng, vì moãi nhoùm ñeàu coù taùc duïng chính vaø taùc duïng phuï rieâng, nhöõng ñoäc tính rieâng, maø ngöôøi söû duïng caàn naém vöõng tröôùc khi ñöa vaøo cô theå. Hieän nay löôïng khaùng sinh söû duïng trong ñieàu trò coù khoaûng hôn 100 loaïi khaùc nhau, coù nhieàu ñeà nghò phaân loaïi khaùc nhau, nhöng thoâng thöôøng ñöôïc phaân thaønh caùc nhoùm chính nhö sau: a. Nhoùm BETA – LACTAMIN (beta – lactam, dieät khuaån): nhoùm naøy ñöôïc chia laøm hai phaân nhoùm: Phaân nhoùm Penicillin: Benzyl penicillin: penicillin G, procain – penicillin,… Phenoxypenicillin: penicillin V Penicillin khaùng penicilinase: oxacilin, choxaxilin,… Aminopenicillin: ampicillin, amoxycillin, bacampicillin,… Carbonxypenicillin: carbenicillin, ticarcillin. Ureidopenicillin: azlocillin, piperacillin. Carbanpenem: imipeneeem Phaân nhoùm Cefalosporin: Theá heä 1: cefalotin, cefazolin, cefalexin, cefaclor,… Theá heä 2: cefamandol, cefaroxim, cefaxitin, cefamatazol,… Theá heä 3: cefotaxim, cefoperazon, ceftriaxon, cefftizoxim,… b. Nhoùm AMINOSID (aminoglycosid, dieät khuaån): streptomycin, gentamycin, tobrammycin, amikacin, kanamycin, frammycetin, neomycin,… c. Nhoùm PHENICOL (kìm khuaån): cloramphenicol, thiaphenicol d. Nhoùm MACROLID (kìm khuaån): nhoùm naøy ñöôïc chia thaønh ba nhoùm Phaân nhoùm Macrolid “thaät”: erythromycin, azithromycin,… Phaân nhoùm Synergistin: pritinamycin, virginiamycin Phaân nhoùm Lincosanid: lincomycin, clidamycin e. Nhoùm CYCLIN (tetracyclin, kìm khuaån): tetracuclin, oxytetracyclin,… f. Nhoùm QUINOLON (kìm khuaån): Theá heä 1: acid nalidixic, acid oxolinic, acid pipemidic,.. Theá heä 2 (Flourquinolon): ciprofloxacin, pefloxacin… g. Nhoùm GLYCOPEPTID (dieät khuaån): vancomycin, teicoplanin h. Nhoùm POLYPEPTID (dieät khuaån): polymycin B, polymycin E (colistin), bacitracin, tyrothricin. i. Nhoùm NITROIMIDAZOL (dieät khuaån): metronidezol, ordinazol… Nhoùm SULFAMID (kìm khuaån): ñöôïc chia laøm 5 phaân nhoùm: Phaân nhoùm thaûi nhanh: sulfafurazol, sulfamethizol,… Phaân nhoùm thaûi hôi chaäm: sulfadiazin, sulfamethoxazol,… Phaân nhoùm thaûi chaäm: sulfadimethoxin, sulfamethoxypyridazin,… Phaân nhoùm thaûi raát chaäm:sulfadoxin Phaân nhoùm ít haáp thu qua ñöôøng tieâu hoaù: sulfaguanidin,… k. Nhoùm RIFAMYXIN: rifampicin, rifamycin S.V. l. Nhoùm khaùng sinh CHOÁNG NAÁM: ketoconazol, cotrimazol,… m. Nhoùm thuoác CHOÁNG LAO: rifampicin, theambutol, streptomycin. o. Nhoùm thuoác choáng phong: closazimin, dapson p. Caùc nhoùm khaùng sinh khaùc: moät soá khaùng sinh ñaëc bieät khaùc, khoâng thuoäc nhoùm naøo: Caùc daãn xuaát cuûa oxyquynolein: nitroxolin, cloroidoquin,… Caùc daãn xuaát cuûa nitrofuran: nitrofurantoin, furazolidon,… Novobiocin, acid fucidic, fosfomycin. 2.3 Tính chaát cuûa moät soá nhoùm khaùng sinh thoâng duïng 2.3.1 Nhoùm beta – lactamin Khaùng sinh thuoäc hoï beta – lactamin laø nhöõng khaùng sinh coù caáu truùc azetidin –2 – on (coøn ñöôïc goïi laø voøng b - lactamin) BETA LACTAMIN Nhoùm naøy coù hai phaân nhoùm chính thöôøng ñöôïc söû duïng laø Penicillin vaø cefalosporin coù sô ñoà phaân nhaùnh theo hình 1 Hình 1: Sô ñoà phaân loaïi caùc nhoùm b - lactamin chính 2.3.1.1 Penicillin a. Caáu truùc chung: b. Tính chaát vaät lyù: Caùc Penicillin döôùi daïng muoái hoaëc daïng acid laø boät traéng, khoâng muøi khi tinh khieát. Phoå UV: ña soá cuûa caùc nhoùm R acyl hoaù treân 6APA ñeàu laø voøng thôm neân cho phoå haáp thu ôû vuøng UV coù ñöôïc. Baûng 2.1 cho thaáy böôùc soùng haáp thu cöïc ñaïi cuûa vaøi Penicillin trong dung moâi nöôùc. Baûng 1: Böôùc soùng haáp thu cöïc ñaïi cuûa moät soá Penicillin (dung moâi nöôùc) Teân khaùng sinh R lmax (nm) Benzyl Penicillin (muoái Na) 264 Phenoxymethylpenicillin (muoái Na) 268 274 Ampicillin (trihydrat) 257 262 265 Phoå IR: ôû vuøng 1600 – 1800 cm-1 coù caùc ñænh ñaëc tröng vôùi caùc nhoùm sau ñaây: -Nhoùm lactam ôû giöõa 1780 vaø 1770 cm-1 -Chöùc amid ngoaïi voøng ôû giöõa 1700 vaø 1650 cm-1 -Chöùc carboxyl ôû khoaûng 1600 cm-1 c. Tính chaát hoaù hoïc: Tính acid: Caùc Penicillin coù khaû naêng taïo muoái Natri vaø kali tan trong nöôùc, trong khi ñoù caùc muoái kim loaïi naëng (ví duï muoái Cu2+) thì khoâng tan hoaëc kích thích söï phaân huyû. Caùc Penicillin cuõng coù khaû naêng taïo muoái vôùi caùc amin: -Taïo caùc Penicillin thuyû giaûi chaäm (taùc ñoäng treã) nhö procain Penicillin, benethamin Penicillin, benzathin Penicillin. -Moät soá chaát coù tính baz ví duï nhö caùc aminosid, caùc alkaloid khi troän cung vôùi Penicillin trong cuøng moät oáng tieâm seõ gaây ra keát tuûa. Caùc Penicillin cuõng coù khaû naêng taïo thaønh nhöõng este. Tính khoâng beàn cuûa voøng beta – lactam Söï phaân huyû trong moâi tröôøng kieàm: ôû pH > 8 seõ coù söï taán coâng cuûa ion OH- treân carbonyl lactam gaây ra söï môû voøng. Theo quy luaät chung, cuoái cuøng seõ coù söï taïo thaønh acid penicilloic, nhöng söï decarboxyl coù theå xaûy ra ñeå taïo acid penicilloic. Moâi tröôøng coù söï hieän dieän cuûa nhöõng muoái kim loaïi naëng ( ZN2+, Cd2+, Pb2+ hoaëc Hg2+) seõ laøm cho acid penicilloic bò thuyû phaân thaønh carbinolamin khoâng beàn, chaát naøy seõ tieáp tuïc bò phaân huyû taïo D – penicillamin vaø acid peneldic. Acid peneldic ñeán löôït noù coù theå bò decarboxyl hoaù ñeå trôû thaønh penicillo – aldehyd. Söï alcol phaân vaø amino phaân: voøng beta – lactam nhaïy vôùi moät soá taùc nhaân aùi nhaân khaùc vôùi xuùc taùc cuûa caùc ion thöôøng laø caùc ion kim loaïi naëng: Cu2+, Zn2+, Sn2+. Baûng 2: Moät soá quaù trình alcol phaân vaø amino phaân Chaát phaûn öùng Taùc nhaân aùi nhaân Saûn phaåm taïo thaønh Alcol R’ OH Amin R’ – NH – R’’ Hydroxyllamin R’ O- R’ – N – R’’ NH- - OH Este penicilloic Amid penicilloic Acid hydroxamic, chaát naøy taïo phöùc vôùi Fe3+ (maøu ñoû) vaø vôùi Cu2+ (maøu xanh ngoïc) Söï phaân huyû trong moâi tröôøng acid: söï hieän dieän cuûa H+, cô cheá coù theå giaûi thích do söï taán coâng aùi ñieän töû treân nguyeân töû S, kích thích söï môû voøng lactam vaø voøng thiazolidin, tieáp theo laø söï taùi saép xeáp ñeå taïo thaønh caáu truùc oxazolic cuûa acid penicillenic. Cuoái cuøng neáu moâi tröôøng quaù acid, coù theå taïo thaønh acid penicillic. Ngoaøi ra voøng b - lactam coù theå bò môû bôûi b - lactamas tieát ra töø vi khuaån (laø moät trong nhöõng lyù do gaây ñeà khaùng) 2.3.1.2 Moät soá Penicillin thoâng duïng: a. Penicillin thieân nhieân: Penicillin G vaø Penicillin V Penicillin G: ñöôïc söû duïng döôùi daïng muoái Natri hay kali beàn trong khoaûng pH = 6 –7, ôû pH £ 5 hay pH ³ 8 hoaït tính khaùng sinh giaûm raát nhanh. Penicillin V (phenoxy methyl Penicillin): do coù söï hieän dieän cuûa nhoùmphenoxy methyl treân nhoùm carboxamid, nguyeân töû O caïnh nhaân benzen laøm cho daõy beân caïnh coù tính huùt eletron (ngöôïc laïi vôùi Penicillin G), ñaûm baûo tính beàn trong moâi tröôøng acid. b. Penicillin toång hôïp Nhoùm naøy goàm nhöõng Penicillin baùn toång hôïp coù hoaït phoå roäng treân caùc vi khuaån gram aâm vaø treân nhöõng vi khuaån maø caùc nhoùm khaùc taùc duïng yeáu. Ngoaøi ra cuõng coù söï thay ñoåi veà maët caáu truùc theo höôùng coù ñöôïc tính beàn trong moâi tröôøng acid coù theå söû duïng uoáng ñöôïc. Nhoùm naøy coù 4 loaïi: Ba loaïi ñaàu laø söï thay theá treân Ca cuûa chöùc carboxamid treân Penicillin G: -Moät nhoùm –NH2 Þ Aminobenzyl Penicillin -Moät nhoùm – COOH Þ Carboxylbenzyl Penicillin -Moät nhoùm – NH – CO – N – CO Þ Ureido Penicillin Nhoùm cuoái cuøng coù caáu truùc hôi khaùc vì chöùc carboxamid thoâng thöôøng naèm treân 6PAP ñöôïc thay theá baèng: -Moät nhoùm – NH = CH – N = Þ Amidino Penicillin Caùc khaùng sinh chính trong nhoùm naøy laø: Ampicillin Ampicillin toàn taïi döôùi daïng khan vaø daïng trihydrat Do hieäu quaû huùt e- cuûa nhoùm NH2 neân Ampicillin beàn trong moâi tröôøng acid, coù theå duøng ñeå uoáng ñöôïc. Amoxycillin Ñaây laø chaát töông ñoàng cuûa Ampicillin nhöng haáp thu toát hôn vaø söï haáp thu khoâng bò caûn trôû bôûi thöùc aên. 2.3.1.3 Cephalosporin a. Caáu truùc chung Caáu truùc cô baûn cuûa caùc cephalosporin laø acid cephalosporanic hoaëc 7 amino cephalospranic acid. R vaø R3 thay ñoåi R7 : H hoaëc OCH3 X : S hoaëc Oxi hoaù X = S phaân bieät tuyø thuoäc vaøo R7 -R7 – H: cephalosporin -R7 = O – CH3: cephamycin X = O (oxacephem) vaø X = CH2 (carbacephem) laø nhöõng chaát töông ñoàng veà caáu truùc cuûa cephalosporin. b. Tính chaát vaät lyù Caùc Cephalosporin thöôøng ôû daïng tinh theå traéng coù maøu nheï , khoâng muøi hoaëc coù muøi thoaûng nheï. Vaøi Cephalosporin coù muøi löu huyønh (ví duï cephalexin, cepharadin,…) Ñoä quay aùnh saùng phan cöïc: söï hieän dieän cuûa 3C* (6,7 vaø trong tröôøng hôïp a thay theá ôû vò trí 7), trong nöôùc cepha laø nhöõng chaát quay cöïc phaûi (dextrogyre). Coù theå döïa vaøo naêng suaát quay cöïc ñeå ñònh tính hoaëc kieåm ñoä tinh khieát Phoå UV: caáu truùc cephem cho 2 haáp thu ôû khoaûng 260nm vaø 220nm. Phoå IR: nhö tröôøng hôïp cuûa Penicillin, vuøng haáp thu ôû khoaûng 1600 – 1800 cm-1 c. Tính chaát hoaù hoïc Tính khoâng beàn cuûa voøng beta – lactam: ñaây laø ñaëc tính hoaù hoïc then choát Söï taán coâng cuûa caùc taùc nhaân aùi nhaân (AN): caùc baz môû voøng azetidin –2 – on, taïo ra nhöõng daãn chaát cuûa acid cephalosporic khoâng coù hoaït tính sinh hoïc. Nhöõng taùc nhaân aùi nhaân coù theå laø: -Caùc baz (NaOH, KOH) taïo muoái cuûa acid Cephalosporic -Caùc alcol (alcol phaân) taïo ra caùc este cuûa acid Cephalosporanic -Caùc amin (amino phaân) taïo amid khoâng coù hoaït tính sinh hoïc. Söï taán coâng cuûa caùc taùc nhaân aùi ñieän töû AE: Ngöôïc laïi vôùi Penicillin, caùc Cephalosporin beàn hôn trong moâi tröôøng acid. Tính acid: do chöùa nhoùm COOH ôû C4, caùc Cephalosporin theå hieän nhö caùc acid a, b baát baõo hoaø khaù maïnh, coù theå: Caùc baz (NaOH, KOH) taïo muoái cuûa acid Cephalosporic Taïo muoái: thöôøng laø muoái Na, ñöôïc söû duïng döôùi daïng thuoác tieâm vì tan ñöôïc trong nöôùc (daïng acid ñöôïc söû duïng uoáng) Taïo caùc este ñöôïc xem laø tieàn chaát. Coù 2 este ñöôïc söû duïng trong ñieàu trò laø cefuroxim acetyl vaø cefpodoxim procetyl. 2.3.1.4 Moät soá Cephalosporin thoâng duïng Cephalosporin theá heä 1: Nhoùm 1: cephalotin, cephapirin, cephacetril Nhoùm 2: cephaloridin, cephalozin Nhoùm 3: cephalexin, cephadroxil, cepharadin, cephaclor, cephatrizin b. Cephalosporin theá heä 2: cephamandol, cefuroxim, cefuroxime acetyl, cefoxitin c. Cephalosporin theá heä 3: Nhoùm Cephalosporin sulfo Cephalosporin: cefsulodin Ureido Cephalosporin: cefoperazon Aminothiazolyl Cephalosporin: cefotiam Methoxyimino Cephalosporin Nhoùm cephamycin: cefotetan Nhoùm oxacephalosporin: moxalactam 2.3.2 Nhoùm Phenicol Nhoùm Phenicol coù ñaïi dieän khaù thoâng duïng laø chloramphenicol ñöôïc phaân laäp töø moâi tröôøng nuoâi caáy streptomyces venezuelae naêm 1947 2.3.2.1 Caáu truùc Caáu truùc cuûa Chloramphenicol goàm 3 phaàn: nhaân benzen nitro hoaù ôû para, chuoãi amino – 2 propandiol –1,3 vaø nhoùm dicloracetyl 2.3.2.2 Tính chaát a. Tính chaát vaät lyù: Chloramphenicol ôû daïng boät vi tinh theå traéng hoaëc hôi vaøng Ñoä tan: ít tan trong nöôùc (2,5mg/ml), deã tan trong propylen glycol (150,8mg/ml), raát deã tan trong methanol, ethanol, ethyl acetat, aceton Ñieåm chaûy 150,5 – 151,5oC Naêng suaát quay cöïc thay ñoåi theo dung moâi Phoå UV trong dung moâi methanol: haáp thu cöïc ñaïi taïi 274nm, cöïc tieåu taïi 235nm Phoå IR vôùi caùc ñænh ñaëc tröng. b. Tính chaát hoaù hoïc Do nhoùm nitro thôm Khöû hoaù nhoùm nitro trong chloramphenicol thaønh amin thôm baäc nhaát, sau ñoù taïo muoái diazoni vaø taïo phaåm maøu azoic vôùi b naphtol. Khöû hoaù töøng phaàn nhoùm nitro bôûi Zn/CaCl2 taïo N-arylhydroxylamin, chaát naøy ñöôïc chuyeån thaønh daãn chaát cuûa hydroxylamic khi taùc duïng vôùi benzoylclorid, saûn phaåm thu ñöôïc taïo phöùc vôùi Fe3+ cho maøu ñoû tím. Ñun noùng chloramphenicol vôùi dung dòch NaOH, maøu vaøng xuaát hieän, sau ñoù chuyeån thaønh maøu da cam. Do nhoùm dicloacetyl Khi ñun noùng chloramphenicol vôùi KOH, thu ñöôïc dung dòch chöùa ion Cl- cho phaûn öùng traàm hieän vôùi AgNO3/HNO3 Phaûn öùng FUJIWARA – ROSS ñaëc tröng cho nhoùm gem – diclo: ñun caùc thuyû chloramphenicol vôùi piridin vaø NaOH, maøu ñoû xuaát hieän. Do nhoùm alcol baäc nhaát: phaûn öùng taïo este vôùi caùc acid töông öùng cho: Caùc este palmitat, stearat khoâng ñaéng (khoâng tan trong nöôùc) duøng cho treû em. Este succinat, glicinat tan ñöôïc duøng laøm thuoác tieâm Tính beàn: chloramphenicol beàn döôùi taùc duïng cuûa nhieät, ôû 100oC vaãn coøn hoaït tính khaùng khuaån. Dung dòch chloramphenicol trong nöôùc töông ñoái beàn ôû pH trung tính, bò phaân huyû bôûi kieàm vaø acid, dung dòch naøy vaãn giöõ ñöôïc hoaït tính trong moät thaùng/37oC, 5 giôø/100oC, voâ haïn ñònh ôû 25oC. 2.3.3 Nhoùm Aminosid 2.3.3.1 Tính chaát Trong caáu truùc cuûa caùc aminosid coù nhoùm NH2 vaø OH, neân phaân töû raát phaân cöïc. Söï hieän dieän cuûa nhöõng nhoùm amin vaø guanidin laøm cho caùc phaân töû Aminosid coù tính baz. Vaø chuùng thöôøng ñöôïc söû duïng döôùi daïng muoái. Daïng baz: ñoä tan thay ñoåi trong nöôùc vaø caùc dung moâi höõu cô. Daïng muoái: thöôøng laø muoái sulfat, haùo aåm, raát tan trong nöôùc, khoâng tan trong alcol vaø caùc dung moâi höõu cô. Dung dòch ôû pH trng tính beàn vôùi nhieät, thuyû giaûi chaäm trong moâi tröôøng acid. Phoå UV: troáng ôû böôùc soùng 220nm. Phoå IR: khoâng coù daõy ñaëc tröng tröø tröôøng hôïp streptomycin (nhoùm guanidin). 2.3.3.2 Moät soá Aminosid thoâng duïng a. Streptomycin: saûn xuaát chuû yeáu töø streptomyces griceus thöôøng ñöôïc duøng döôùi daïng streptomycin sulfat. Tính chaát vaät lyù: Streptomycin sulfat: tinh theå maøu traéng, khoâng muøi, vò hôi ñaéng, raát tan trong nöôùc. Tính chaát hoaù hoïc: Phaûn öùng do nhoùm streptidin: Vôùi acid picric cho daãn xuaát picrat coù ñieåm chaûy xaùc ñònh. Söï hieän dieän cuûa hai nhoùm guanidin khieán phaân töû coù tính baz maïnh, khi ñun vôùi NaOH seõ phaân huyû, phoùng thích NH3, laøm ñoåi maøu giaáy quyø. Phaûn öùng Sakaguchi: taïo maøu ñoû vôùi NaOCl vaø alpha naphtol. Phaûn öùng do nhoùm streptoza: döôùi taùc duïng cuûa kieàm, streptoza chuyeån thaønh maltol, chaát naøy taïo phöùc maøu tím beàn vôùi Fe3+, öùng duïng ñeå ñònh tính vaø ñònh löôïng. b. Gentamycin: ñöôïc trích ly trong moâi tröôøng nuoâi caáy goàm gentamycin A, B, C, X. Söû duïng trong ñieàu trò laø gentamycin C daïng sulfat. 2.4 Söï ñeà khaùng khaùng sinh. Ñaây laø vaán ñeà thöôøng gaëp ñoái vôùi vi khuaån. Söï ñeà khaùng khaùng sinh voâ cuøng nguy hieåm vì coù theå taïo ra caùc chuûng vi khuaån khaùng thuoác trong coäng ñoàng. Moät soá khaùng sinh tröôùc ñaây toû ra höõu hieäu trong ñieàu trò nhieãm khuaån nhö ampicillin, tetracillin, chloramphenicol…hieän nay ñaõ bò khaùng bôûi caùc vi khuaån coù theå ñeán 90 – 95%. Nguyeân nhaân cuûa söï ñeà khaùng coù theå do töï nhieân nhöng söï goùp phaàn cuûa con ngöôøi cuõng khoâng nhoû laøm cho möùc ñoä ñeà khaùng ngaøy caøng nghieâm troïng hôn. 2.4.1 Caùc caùch ñeà khaùng cuûa vi khuaån 2.4.1.1 Thay ñoåi tính thaám cuûa maøng teá baøo Caùc vi khuaån gram aâm coù thaønh ngoaøi taùc duïng nhö haøng raøo ngaên caûn söï thaâm nhaäp cuûa khaùng sinh vaøo vi khuaån. Con ñöôøng chính ñeå caùc phaân töû öa nöôùc vaøo vi khuaån laø ñi qua caùc oáng daãn ptrotein ôû maøng. Söï roái loaïn veà maët chaát löôïng vaø soá löôïng ôû caùc oáng daãn naøy seõ laøm giaûm söï tích luyõ khaùng sinh. 2.4.1.2 Sinh ra nhöõng enzym laøm khaùng sinh maát taùc duïng. Caùc enzym naøy seõ thieâu huyû hoaëc laøm thay ñoåi caùc phaân töû khaùng sinh. Caùc enzym ôû maøng ngoaøi teá baøo coù hieäu löïc nhaát trong vieäc laøm khaùng sinh maát taùc duïng, vì khaùng sinh khoâng theå ñeán ñöôïc vò trí ñích. Men b - lactamas laøm maát taùc duïng cuûa khaùng sinh nhoùm b - lactam. Men phosphorylase, adenylase laøm baát hoaït khaùng sinh nhoùm aminosid. Men acetylase laøm baát hoaït nhoùm chloramphenicol. 2.4.1.3 Thay ñoåi vò trí ñích Söï thay ñoåi vò trí ñích coù theå laøm giaûm khaû naêng gaén keát cuûa khaùng sinh, nhöng vaãn giöõ ñöôïc chöùa naêng bình thöôøng. Moät cô cheá nöõa laø söï saûn xuaát quaù möùc caùc ñích ñeå caàn phaûi coù noàng ñoä khaùng sinh cao hôn môùi mang laïi taùc duïng. 2.4.2 Caùc kieåu ñeà khaùng khaùng sinh. Söï ñeà khaùng khaùng sinh ñöôïc chia laøm 2 loaïi laø khaùng töï nhieân vaø khaùng thu nhaän. 2.4.2.1 Ñeà khaùng töï nhieân (intrinsic resistance) Söï ñeà khaùng laø baûn chaát noäi taïi cuûa vi khuaån. Nhieàu khaùng sinh coù taùc duïng vôùi vi khuaån Gram döông nhöng laïi khoâng coù taùc duïng vôùi Gram aâm hoaëc ngöôïc laïi. Ví duï: Pseudomonas aeruginosa (tröïc khuaån muû xanh) khaùng töï nhieân vôùi Penicillin G, vì khaùng sinh naøy khoâng xaâm nhaäp qua thaønh vi khuaån. 2.4.2.2 Ñeà khaùng thu nhaän (acquired resistance) Laø tröôøng hôïp vi khuaån tröôùc ñaây nhaïy caûm vôùi khaùng sinh, nhöng sau moät thôøi gian tieáp xuùc vôùi khaùng sinh ñoù vi khuaån trôû neân ñeà khaùng. Trong khi ñeà khaùng töï nhieân luoân qua trung gian nhieãm saéc theå, ñeà khaùng thu nhaän xaûy ra coù theå do ñoät bieán ôû nhieãm saéc theå hoaëc do söï thu nhaän gen maõ hoaù ñeà khaùng töø beân ngoaøi qua plasmid hoaëc transposon. a. Ñoät bieán nhieãm saéc theå Söï khaùng ñoái vôùi moät soá khaùng sinh coù theå xuaát hieän do ñoät bieán gen cuûa nhieãm saéc theå gaây bôûi nhöõng thay ñoåi ôû chuoãi AND. Kieåu ñeà khaùng naøy thöôøng ít gaëp, chæ chieám khoaûng 10 – 20% toàng soá caùc tröôøng hôïp ñeà khaùng thu nhaän. Quaù trình sinh saûn cuûa vi khuaån laøm lan truyeàn gen ñoät bieán khaùng thuoác cho caùc theá heä sau vaø taïo neân quaån theå vi khuaån khaùng thuoác. Ñeà khaùng do ñoät bieàn gen cuõng coù theå truyeàn töø vi khuaån naøy sang vi khuaån khaùc theo ba cô cheá: Chuyeån theå (transformation): laø söï vaän chuyeån AND töø vi khuaån cho sang vi khuaån nhaän. Chuyeån naïp (transduction): tính khaùng thuoác cuûa vi khuaån cho truyeàn cho vi khuaån nhaän qua trung gian tröïc khuaån theå (bacteriophage) Tieáp hôïp (conjugation): laø söï chuyeån vaät lieäu di truyeàn töø vi khuaån ñöïc sang vi khuaån caùi khi hai vi khuaån tieáp xuùc vôùi nhau. b. Plasmid Plasmid laø nhöõng phaân töû AND keùp daïng voøng troøn naèm trong baøo töông cuûa vi khuaån vaø coù khaû naêng töï nhaân leân. Plasmid nhoû hôn nhieãm saéc theå. Nhöõng plasmid mang gen khaùng khaùng sinh ñoùng vai troø quan troïng trong tính khaùng thuoác cuûa vi khuaån. Ñaïi ña soá caùc chuûng khuaån khaùng thuoác qua plasmid. Ñieàu quan troïng laø söï lan truyeàn gen khaùng khaùng sinh naèm treân plasmid. Vieäc söû duïng khaùng sinh böøa baõi laøm taêng khaû naêng lan truyeàn yeáu toá R laø yeáu toá di truyeàn ngoaøi nhieãm saéc theå, taïo ñieàu kieän cho vi khuaån khaùng thuoác phaùt trieån maïnh. Caùc transposon Trong teá baøo vi khuaån coù nhöõng ñoaïn AND chöùa moät hoaëc nhieàu gen coù hai ñaàu taän cuøng laø nhöõng chuoãi nucleotid gioáng nhau nhöng ngöôïc chieàu nhau vaø coù theå nhaûy töø vò trí naøy sang vò trí khaùc. Thaønh phaàn di truyeàn di ñoäng naøy goïi laø transposon. Khaùc vôùi plasmid, transposon coù theå chöùa moät gen khaùng khaùng sinh nhöng cuõng coù theå chöùa nhieàu gen khaùng khaùng sinh. 2.5 Aûnh höôûng cuûa khaùng sinh ñoái vôùi moâi tröôøng Trong nhöõng naêm 70, laàn ñaàu tieân döôïc phaåm trong moâi tröôøng (vôùi teân goïi laø hooc – mon) laø chuû ñeà ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc quan taâm vaø baøn luaän ñeán. Moïi keát luaän ñeàu höôùng tôùi moät ñieàu raèng caùc chaát hooc – mon ñeàu khoù bò phaân huyû sinh hoïc. Trong nhöõng naêm 80, vaán ñeà naøy ít ñöôïc quan taâm vaø chuù yù tôùi. Trong thôøi gian naøy, nhöõng chaát khaùc gaây hieåm hoaï cho moâi tröôøng nhö kim loaïi naëng, caùc hydrocarbon ña voøng thôm, ñioxin vaø furan, caùc loaïi loaïi hoaù chaát baûo veä thöïc vaät, caùc chaát taåy röûa ñöôïc tieán haønh nghieân cöùu moät caùch roäng raõi. Töø giöõa nhöõng naêm 90, moái quan taâm ñeán döôïc phaåm trong moâi tröôøng laïi tieáp tuïc phaùt trieån. Moät soá chaát ñaõ ñöôïc phaùt hieän trong nöôùc coáng, nöôùc thaûi töø caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi, nöôùc maët, phaân boùn vaø ñaát (baûng 3). Caùc nghieân cöùu ñeàu cho thaáy raèng haàu heát caùc chaát naøy ñeàu khoâng deã daøng phaân huyû sinh hoïc trong nhöõng heä thoáng thí nghieäm vaø haàu heát cuõng bò loaïi tröø raát chaäm trong moâi tröôøng. Döôïc phaåm ñang ñöôïc söû duïng vôùi soá löôïng lôùn trong y hoïc, thuù y hay caùc chaát cho theâm vaøo caùc saûn phaåm chaên nuoâi gia suùc, gia caàm. Trong quy trình chaên nuoâi, khaùng sinh thöôøng xuyeân ñöôïc ñöa vaøo nhö laø phöông phaùp phoøng choáng vaø baûo veä söùc khoeû vaät nuoâi. Hieän töôïng duøng sai muïc ñích khaùng sinh trôû neân phoå bieán töø khi Fleming tìm ra Penicillin. Khaùng sinh ñöôïc keâ ñôn ñeå ñieàu trò cho moät soá beänh khoâng thích hôïp. Moät soá loaïi khaùng sinh thoâng duïng thöôøng xuyeân bò laøm duïng vaø duøng khoâng ñuùng. Ví duï, caùc beänh lyù do virut thì khoâng caàn ñieàu trò baèng khaùng sinh. Söï laøm duïng, bao goàm caû vieäc khoâng hoaøn taát ñôn thuoác caøng daãn tôùi hieän töôïng khaùng khaùng sinh phaùt trieån. Vaán ñeà naûy sinh khi coù söï hieän dieän cuûa khaùng sinh ôû noàng ñoä thaáp trong moâi tröôøng daãn ñeán söï gia taêng cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh. Baûng 3: Noàng ñoä cuûa moät soá loaïi thuoác (mg/l) ñöôïc ño trong nöôùc thaûi, nöôùc maët, nöôùc ngaàm vaø nöôùc caáp. Nhoùm chaát Nöôùc thaûi Nöôùc maët Nöôùc ngaàm, nöôùc caáp Nguoàn Analgesics/ Antirheumatic Antibiotics Lipid Psychopharmacological Cytostatic 2.4 20 khoaûng 1.0 – 0.7 > 1 1.7 < 1 > 6.1 > 5 > 0.5 > 0.5 > 0.5 > 1.7 > 6a > 1 0.55 > 0.02 > 4a 0.006 0.17 7.5 0.07 UBA (1997) Ternes (1997) Heberer (1997) Hirsch (1999) UBA (1997) Ternes (1997) Richardson vaø Bowron (1985) Stan (1994) Ternes (1997) Heberer (1997) Heberer (1997) UBA (1997) Ternes (1997) Ahern (1990) Kummerer (1997) Steger-Hartmann (1997) Kummerer (1998) a Nöôùc thaûi sinh hoaït sau xöû lyù (pha loaõng vôùi nöôùc maët) Vaøi naêm gaàn ñaây, taùc ñoäng cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh gia taêng nhanh choùng vaø ngöôøi ta tin raèng ñieàu ñoù xuaát phaùt töø caùch söû duïng khaùng sinh. Löôïng khaùng sinh trong moâi tröôøng coù theå ñöa ñeán keát quaû sau quaù trình choïn loïc töï nhieân nhöõng vi khuaån thích öùng ñöôïc ñaõ mang gen khaùng khaùng sinh. Ñieàu naøy daãn ñeán vaán ñeà nghieâm troïng cho söùc khoeû coäng ñoàng khi maø khoâng bao laâu nöõa caùc beänh nhieãm khuaån seõ khoù coù cô hoäi chöõa khoûi baèng caùc khaùng sinh ñaõ bieát. Trong tröôøng hôïp coù theå xaûy ra khaû naêng khaùng khaùng sinh coù theå lan truyeàn töø vi khuaån khoâng mang beänh sang vi khuaån beänh, vaø beänh dòch coù theå xaûy ra. Trong thöïc teá, moät soá vi khuaån ñöôïc nghieân cöùu khaûo saùt lan truyeàn tính ñeà khaùng trong phoøng thí nghieäm cuõng toát nhö trong moâi tröôøng töï nhieân. 2.5.1 Chu trình xaâm nhaäp cuûa döôïc phaåm vaøo moâi tröôøng töï nhieân Döôïc phaåm ñöôïc thaûi vaøo moâi tröôøng nöôùc theo quaù trình baøi tieát cuûa con ngöôøi vaø ñoäng vaät, vaø qua quaù trình saûn xuaát thuoác._.. Ngöôøi ta thoáng keâ ñöôïc raèng coù ba ñöôøng khaùc nhau (Hình 2). Nguoàn goác döôïc phaåm phuïc vuï con ngöôøi baét nguoàn töø caùc hoä gia ñình vaø caùc beänh vieän ñöôïc thaûi vaøo caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi. Nhöõng döôïc phaåm naøy coù theå bò phaân huyû moät phaàn khi qua caùc quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi vaø cuoái cuøng ñöôïc thaûi ra soâng. Qua caùc daïng phaân vaø caùc baøi tieát töø ñoäng vaät, thuoác thuù y ñaõ lan truyeàn qua caùnh ñoàng, ñoàng coû vaø töø nhöõng nôi naøy chuùng chaûy thaúng vaøo suoái, soâng hay thaám loïc qua ñaát vaø tieán vaøo xaâm nhaäp nöôùc ngaàm. Qua quaù trình saûn xuaát, döôïc phaåm theo doøng nöôùc thaûi cuûa caùc heä thoáng xöû lyù moät phaàn xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng nöôùc , coøn moät phaàn khaùc xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng ñaát. 2.5.2 Khaùng sinh trong moâi tröôøng. Khaùng sinh cuõng nhö caùc loaïi thuoác khaùc ñöôïc choïn löïa vaø saûn xuaát vì khaû naêng hoaït ñoäng choáng laïi vi khuaån cuûa chuùng. Do coù nhöõng tính chaát nhö vaäy neân khaùng sinh coù nhöõng taùc ñoäng ñeán moâi tröôøng, bao goàm: Aûnh höôûng choáng vi khuaån Aûnh höôûng choáng naám Aûnh höôûng choáng sinh vaät caáp cao Khoù phaân huyû Saûn xuaát Döôïc phaåm cho ngöôøi Chaát thaûi Thuoác thuù y Thuoác taêng tröôøng Phaân boùn Ñaát troàng Moâi tröôøng ñaát Coáng thaûi Heä thoáng XLNT Nöôùc maët Buøn laéng Nöôùc ngaàm Nöôùc sinh hoaït Hình 2: Chu trình cuûa döôïc phaåm trong moâi tröôøng Moät soá nghieân cöùu ñaõ cho keát quaû laø khaû naêng phaân huyõ sinh hoïc cuûa haàu heát khaùng sinh trong moâi tröôøng töï nhieân raát keùm töùc laø chuùng toàn taïi khaù laâu trong moâi tröôøng. Baûng 4 cung caáp khaû naêng phaân huyû cuûa moät soá loaïi khaùng sinh thoâng duïng. Baûng 4: Toång quan veà söï phaân huyû cuûa moät soá khaùng sinh Caùc loaïi thuoác Theå loaïi Quaù trình phaân huyû Khaû naêng phaân huyû Thuoác cho ngöôøi Ampicillin Erythromycin Sulfamethoxazole Tetracyline Sulfasalazine Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc 48% phaân huyû Khoâng phaân huyû Khoâng phaân huyû Khoâng phaân huyû Khoâng phaân huyû Thuoác thuù y Flumequine Flurozolidone Oxytetracyline Silphadimicine Monesin Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh Khaùng sinh – taêng tröôûng Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc Keát tuûa buøn Phaân huyû sinh hoïc Phaân huyû sinh hoïc T1/2=150 ngaøy T1/2=50h – 2 thaùng T1/2=142 –300 ngaøy Trong 1 naêm – 75% khoâng phaân huyû Sau 10 tuaàn 60 – 70% khoâng thay ñoåi (kî khí) Dö löôïng thuoác, bao goàm caû khaùng sinh, ñaõ ñöôïc khaûo saùt trong moät soá moâi tröôøng nöôùc khaùc nhau nhö nöôùc ngaàm, nöôùc maët, vaø nöôùc caáp. Nhöõng nguoàn khaùng sinh thaûi ra moâi tröôøng xuaát phaùt töø vieäc trò beänh cho ngöôøi, gia suùc vaø gia caàm, quaù trình chaêm soùc söùc khoeû vaät nuoâi, vaø töø caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi. Trong quaù trình söû duïng thuoác cuûa con ngöôøi, khaùng sinh ñöôïc thaûi vaøo moâi tröôøng qua phaân vaø nöôùc tieåu. Ñeå chöùng minh cho ñieàu naøy, Hoeverstadt el al ñaõ phaân tích vaø tìm ra moät soá khaùng sinh trong phaân bao goàm trimethoprim vaø doxycyline vôùi noàng ñoä khoaûng 3 – 40 mg/kg vaø erythromycine vôùi noàng ñoä khoaûng töø 200 – 300 mg/kg. Noàng ñoä cuûa khaùng sinh trong nöôùc tieåu phuï thuoäc vaøo lieàu löôïng vaø caùch ñieàu trò (tieâm baép, tieâm tónh maïch, hay ñöôøng tieâu hoaù), söï tieâu thuï thöùc aên ñoà uoáng vaø khoaûng thôøi gian uoáng thuoác. Theâm vaøo ñoù, söï haáp thuï phuï thuoäc vaøo tính chaát cuûa moãi loaïi thuoác khaùng sinh. Ví duï, amoxycilline laø moät daïng caáu truùc thay ñoåi cuûa ampicillin vaø söï thay ñoåi naøy caûi thieän ñöôïc khaû naêng haáp thuï cuûa noù. Nhöõng khoù khaên nghieâm troïng naûy sinh khi ñaùnh giaù khoái löôïng khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng. Nhìn chung, nhöõng soá lieäu veà khaùng sinh ñaõ söû duïng haøng naêm chöa ñaày ñuû vaø nhöõng döõ lieäu coù saün khaùc nhau taïi moãi quoác gia. Thaäm chí, moät soá nôi khoâng thoáng keâ ñöôïc nhöõng döôïc phaåm naøo ñaõ ñöôïc keâ ñôn. Söï haáp thuï thuoác khaùc nhau ôû moãi caù nhaân caøng laøm phöùc taïp theâm trong vieäc ñaùnh giaù löôïng khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng. Cho neân, moät soá nhaø nghieân cöùu ñaõ baét ñaàu tieán haønh phaân tích caùc maãu ôû caùc moâi tröôøng khaùc nhau veà söï hieän dieän cuûa khaùng sinh. Baûng 5 theå hieän noàng ñoä cuûa khaùng sinh hieän dieän trong nguoàn thaûi vaø nöôùc maët taïi Ñöùc. Baûng 5: Noàng ñoä cuûa moät soá khaùng sinh choïn loïc thöôøng duøng taïi Ñöùc. Teân khaùng sinh Khoái löôïng keâ ñôn (taán/naêm) Noàng ñoä taïi nguoàn thaûi sau xöû lyù (mg/l) Noàng ñoä trong nöôùc maët (mg/l) Clarithromycin Erythromycin Roxithromycin Chloramphenicol Sulfamethoxazone Trimethoprim 1.3 – 2.6 3.9 – 19.8 3.1 – 6.2 ---- 16.6 – 76 3.3 – 15 0.24 6.00 1.00 0.56 2.00 0.66 0.26 1.70 0.56 0.06 0.48 0.20 Taïi Myõ, Cuïc Ño Ñaïc Ñòa Chaát Myõ ñaõ hoaøn thaønh nghieân cöùu ño ñaïc noàng ñoä cuûa 95 chaát oâ nhieãm höõu cô trong nöôùc thaûi vôùi nhöõng maãu nöôùc töø 139 doøng chaûy taïi 30 bang trong naêm 1999 vaø 2000. Chaát oâ nhieãm höõu cô trong nöôùc thaûi bao goàm döôïc phaåm, hooc – moân, vaø moät soá chaát oâ nhieãm höõu cô khaùc. Nhöõng hôïp chaát naøy ñöôïc tìm thaùy ôû nhieàu nôi bao goàm nguoàn nöôùc thaûi sinh hoaït, coâng nghieäp, noâng nghieäp. Trong nhöõng hôïp chaát naøy, 31 loaïi khaùng sinh cho ngöôøi vaø ñoäng vaät ñaõ ñöôïc ñieàu tra. 14 trong 31 loaïi khaùng sinh khoâng ñöôïc phaùt hieän trong nghieân cöùu naøy. Baûng 6 laø caùc loaïi khaùng sinh thöôøng xuyeân tìm thaáy, noàng ñoä cuûa 17 loaïi khaùng sinh vôùi möùc cao nhaát (mg/l) vaø möùc trung bình (mg/l) Baûng 6: Baûng toùm taét moät soá khaùng sinh trong moâi tröôøng ôû Myõ. Teân khaùng sinh Soá löôïng maãu Noàng ñoä cao nhaát (mg/l) Noàng ñoä trung bình (mg/l) Chlotetracylin Ciprofloxacin Erythromycin – H2O Lincomycin Norfloxacin Oxytetracyline Roxithromycin Sulfadimethozine (2) Sulfamethazine (1) Sulfamethazine (2) Sulfamethizole (1) Sulfamethoxazole (1) Sulfamethoxazole (3) Tetracyline (2) Trimethoprim (1) Trimethoprim (3) Tylosin (1) 84 115 104 104 115 84 104 84 104 84 104 104 84 84 104 84 104 0.69 0.03 1.7 0.73 0.12 0.34 0.18 0.06 0.12 0.22 0.13 1.9 0.52 0.11 0.71 0.03 0.28 0.42 0.02 1.0 0.06 0.12 0.34 0.05 0.06 0.02 0.22 0.13 0.15 0.066 0.11 0.15 0.013 0.04 Moät vaøi nghieân cöùu khaùc ñaõ xaùc ñònh moät soá khaùng sinh trong heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi vaø caùc doøng thaûi ôû khoaûng noàng ñoä töø ng/l ñeán mg/l. Alder ñaõ phaùt hieän thaáy ciprofloxacin khoaûng hôn 0.08 mg/l ôû nöôùc thaûi sau xöû lyù. Hirch cuõng tìm thaáy erythromycin vôùi noàng ñoä lôùn hôn 6 mg/l taïi doøng nöôùc thaûi sau xöû lyù. Ciprofloxacin ñöôïc ghi nhaän trong nöôùc thaûi beänh vieän vôùi noàng ñoä khoaûng töø 3 – 89 mg/l. Noàng ñoä amoxycillin trong nöôùc thaûi cuûa beänh vieän taïi Ñöùc ñöôïc phaân tích vaøo khoaûng 28 – 82.7 mg/l. Nhoùm khaùng sinh penicillin ñöôïc tìm ra vaøo khoaûng lôùn hôn 25 ng/l vaø 10 mg/l trong nöôùc soâng vaø nöôùc caáp. Ngoaøi ra, nhöõng coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi ñang nhaän nhöõng chaát thaûi chöùa ñöïng khaùng sinh noàng ñoä thaáp. Vaø vôùi noàng ñoä naøy seõ laø moâi tröôøng thuaän lôïi cho vi khuaån khaùng thuoác phaùt trieån. Hôn nöõa, caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi coù theå laø nôi tích luyõ chöùa ñöïng caùc loaïi khaùng sinh cuõng nhö caùc loaïi vi khuaån khaùng khaùng sinh phaùt trieån. 2.5.3 Quaù trình khaùng khaùng sinh trong moâi tröôøng Khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi sinh vaät ñaõ ñöôïc quan saùt ñieàu tra ôû moät soá moâi tröôøng nöôùc khaùc nhau bao goàm nöôùc soâng, bieån, nöôùc thaûi sinh hoaït, nöôùc maët, buøn laéng, nöôùc caáp... Nhöõng moâi tröôøng nöôùc naøy ñaïi dieän cho caùc heä sinh thaùi khaùc nhau vôùi caùc ñieàu kieän khí haäu rieâng bieät. Caùc keát quaû cuûa vi khuaån khaùng khaùng sinh cuõng khaùc nhau cho töøng loaïi hình sinh thaùi. Nhöõng heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi ñöôïc duøng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït vaø coâng nghieäp nhaèm laøm giôùi haïn taùc ñoäng thaáp nhaát ñeán moâi tröôøng. Hieän nay haàu heát caùc nguoàn thaûi ñeàu phaûi ñaït nhöõng giôùi haïn cho pheùp nhö SS, toång N, P, vi sinh, BOD5, COD… Tuy nhieân nhöõng tieâu chuaån naøy chöa ñöôïc quy ñònh ñoái vôùi caùc loaïi khaùng sinh vaø aûnh höôûng cuûa khaùng sinh vôùi noàng ñoä thaáp vaø söï phaùt trieån cuûa caùc vi khuaån khaùng khaùng sinh ñaõ ñeán möùc baùo ñoäng. Vai troø cuûa nhöõng heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi ngaên chaën söï lan traøn cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh trong moâi tröôøng töï nhieän coù taàm quan troïng lôùn ñoái vôùi heä sinh thaùi vaø cuoäc soáng con ngöôøi. 2.5.4 Quaù trình khaùng khaùng sinh trong caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi Hieän nay caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi vôùi caùc coâng ngheä ñieån hình coù theå nhaän nöôùc thaûi töø caùc beänh vieän hay töø caùc nhaø maùy döôïc phaåm. Guardabassi ñaõ nghieân cöùu hieän töôïng khaùng khaùng sinh cuûa Acintobacter spp. Taïi coáng thaûi töø caùc beänh vieän vaø caùc nhaø maùy döôïc phaåm. Möùc ñoä nhaïy caûm ñoái vôùi saùu taùc nhaân khaùng sinh ñaõ ñöôïc caùc ñònh trong 385 gioáng Acintobacter ñöôïc coâ laäp töø caùc maãu choïn loïc töø caùc beänh vieän vaø caùc nhaø maùy döôïc phaåm. Nhöõng taùc nhaân khaùng sinh ñöôïc phaân tích bao goàm amoxyycilin, oxytetracyline, chloramphenicol, sulfamethoxazole, gentamicin vaø ciprofloxacin. Söï ñeà khaùng ñoái vôùi oxytetracylin thöôøng xuyeân taêng nhanh trong nöôùc coáng khi nhaän doøng thaûi töø beänh vieän. Söï buøng phaùt laây lan nhanh choùng vi khuaån khaùng khaùng sinh daãn ñeán nhöõng vaán ñeà nghieâm troïng ñoái vôùi söùc khoeû cuûa ngöôøi beänh khoâng coù khaû naêng ñieàu trò vôùi khaùng sinh. Moät trong nhöõng nguoàn vi khuaån khaùng thuoác trong moâi tröôøng laø taïi coáng thaûi töø caùc heä thoáng xöû lyù. Muïc ñích nghieân cöùu cuûa Hassani laø ñaùnh giaù phaân loaïi loaøi Aeromonas hieän dieän trong nguoàn thaûi sau xöû lyù nhaèm xaùc ñònh aûnh höôûng cuûa phöông phaùp xöû lyù ñoái vôùi khaû naêng khaùng thuoác cuûa loaøi naøy. Taàm quan troïng khi ñaùnh giaù loaøi Aeromonas bôûi vì loaøi naøy laø moät chuûng loaïi vi khuaån lôùn phoå bieán trong moâi tröôøng nöôùc. Trong khoaûng thôøi gian 17 thaùng nghieân cöùu, söï phaân loaïi cuûa loaøi Aeromonas raát khaùc nhau giöõa nhöõng thaùng noùng vaø laïnh. Nhöõng nhoùm phoå bieán cuûa loaøi Aeromonas ñöôïc khaûo saùt laø A. caviae, A. hydrophila, A. sobria. Baûy nhoùm khaùng sinh (amoxycilin, cephalothin, streptomycin, trimethoprim – sulfamethoxazone, chloramphenicol, polymycin B vaø nalidixic) ñöôïc kieåm tra trong 264 maãu coâ laäp trong coâng trình nghieân cöùu naøy. Taát caû nhöõng maãu coâ laäp naøy ñeàu khaùng vôùi amoxycilin vaø 73% khaùng vôùi cephatothin, caû hai khaùng sinh ñeàu thuoäc nhoùm beta – lactam. Taàn soá khaùng toaøn boä ña khaùng sinh cuûa caùc maãu vi khuaån coâ laäp laø 77% vaø chæ soá khaùng khaùng sinh cuûa taát caû caùc gioáng laø 0.29. Nhìn chung trong nghieân cöùu naøy, A. sobria nhaïy caûm vôùi khaùng sinh hôn caùc gioáng A. caviae vaø A. hydrophila. Ngoaøi ra, moãi loaøi theå hieän moät möùc ñoä khaùng thuoác khaùc so vôùi loaøi khaùc. Ví duï, söï khaùng ñoái vôùi cephalothin cuûa A. caviae vaø A. hydrophila vaø A. sobria töông öùng vôùi 91%, 96% vaø 9%. Moät nghieân cöùu khaùc ñaùnh giaù taùc ñoäng cuûa caùc hoà oån ñònh nöôùc thaûi vôù hieän töôïng khaùng khaùng sinh cuûa nhoùm Aeromonas . Trong nghieân cöùu naøy, caùc möùc ñoä khaùng thuoác khaùc nhau cuûa loaøi Aeromonas coâ laäp töø nöôùc coáng vaø nguoàn xaû cuûa hoà oån ñònh nöôùc thaûi khoâng ñöôïc khaûo saùt. Taát caû caùc loaøi ñeàu coù khaû naêng khaùng vôùi moät soá loaïi khaùng sinh nhö khaùng vôùi ampicillin, amoxycilin vaø novobiocin. Khoaûng xaáp xæ 90% caùc gioáng cuûa A. hydrophila vaø A. caviae ñeàu khaùng vôùi cephalothin, vaø khoaûng hôn 80% gioáng cuûa A. sobria cuõng raát nhaïy caûm. Keát quaû nghieân cöùu naøy laø hôïp lyù vaø töông töï nhöõng keát quaû thu ñöôïc töø coâng trình nghieân cöùu cuûa Hassani Mezrious vaø Baleux nghieân cöùu khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa 879 gioáng E. coli coâ laäp töø nöôùc coáng chöa xöû lyù vaø nöôùc thaûi töø hoà hieàu khí vaø caùc heä thoáng duøng buøn hoaït tính. Caû hai caùch xöû lyù treân thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå laøm giaûm BOD5 moät caùch deã daøng. Soá löôïng gioáng khaùng khaùng sinh cuûa loaøi E. coli trong nöôùc thaûi sau xöû lyù taêng nhanh khi so saùnh vôùi tröôùc khi xöû lyù. Ñoái vôùi doøng vaøo vaø doøng ra cuûa heä thoáng, khaû naêng khaùng khaùng sinh taêng khi soá löôïng khaùng sinh ñöôïc giaûm töø baûy ñeán moät. Khaû naêng ña khaùng lôùn nhaát cuûa moät gioáng laø vôùi baûy khaùng sinh (ampicillin, mezlocilin, gentamicin, netilmicin, tobramycin, doxycylin, vaø chloramphenicol). Trong nghieân cöùu naøy, khaû naêng khaùng vôùi quinolone vaø aminosid khoâng ñöôïc tieán haønh khaûo saùt. Morse vaø Jackson ñaõ nghieân cöùu khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån trong heä thoáng xöû lyùnöôùc thaûi taïi thò traán Lubbock, Texas trong taùm thaùng. Keát quaû cho thaáy laø trong heä thoáng xöû lyù vi khuaån coù theå khaùng vôùi nhieàu loaïi khaùng sinh khaùc nhau (Baûng 7 vaø 8). Vi khuaån khaùng vôùi khaùng sinh hoï beta – lactam laø phoå bieán. Nhöõng khaùng sinh hoï beta – lactam ñöôïc nghieân cöùu bao goàm penicillin, ampicillin, amoxycillin vaø cephalothin. Treân ñóa sinh hoïc kieåm tra, amoxycillin ñöôïc keát hôïp vôùi chaát öùc cheá beta – lactamas laø acid clavulanic. Trong moät soá tröôøng hôïp chaát öùc cheá treân ñaõ khoâng coù taùc duïng vaø vi sinh vaät trong heä thoáng vaãn khaùng vôùi hoï beta – lactam phoái hôïp vôùi chaát öùc cheá beta – lactamas. Keát quaûtreân coù theå ñaùnh giaù laø vi khuaån trong heä thoáng xöû lyù coù cô cheá saûn sinh ra enzyme beta – lactamas, vaø giaûi thích ñöôïc raèng beta – lactamas ñöôïc saûn sinh ra nhieàu hôn löôïng chaát öùc cheá acid clavulanic hay laø söï ñoät bieán gen cuûa vi khuaån ñoái vôùi acid treân. Baûng 7: Keát quaû khaùng khaùng sinh trong nöôùc thaûi ñaàu vaøo Khaùng sinh Thaùng 6 Thaùng 7 Thaùng 8 Thaùng 9 Thaùng 10 Thaùng 11 Thaùng 12 Amoxycillin vôùi acid clavulanic Ampicillin Bacitracin Cephalothin Ciprofoxacin Penicillin Rifamicin Streptomycin Tetracyclin Vancomycin R R R R S R R MR NA R R R R R R R R R R R R R R R R R MR MR R R MR R NA R R R MR R R R S R R R R R R S NA R S R R R S R R R NA R R R R R MR R R R NA R (R:khaùng, MR: khaùng trung bình, S: nhaïy caûm, NA: khoâng nhaän bieát) Baûng 8: Keát quaû khaùng sinh trong nöôùc thaûi ñaàu ra Khaùng sinh Thaùng 6 Thaùng 7 Thaùng 8 Thaùng 9 Thaùng 10 Thaùng 11 Thaùng 12 Amoxycillin vôùi acid clavulanic Ampicillin Bacitracin Cephalothin Ciprofoxacin Penicillin Rifamicin Streptomycin Tetracyclin Vancomycin S R R R S R MR S NA R S R R R R R MR S S R S MR R MR S R S R S S R R NA R R R R R R R S S R MR S MR R S NA R S S R MR S R S S NA R S S R R S R MR S NA R Ñeå ñaùnh giaù taùc ñoäng cuûa nöôùc thaûi ñoâ thò bao goàm caû caùc doøng thaûi ñaõ ñöôïc xöû lyù, Goni Uriza ñaõ nghieân cöùu khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån coâ laäp töø soâng Agar ôû Taây Ban Nha. Nhöõng maãu nöôùc soâng naøy ñöôïc thu thaäp ôû ngöôïc doøng hay xuoâi doøng cuûa doøng chaûy töø heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi cuûa thaønh phoá Pamplona. Enterobacteriaceae vaø Aeromonas laø hai ñoái töoïng cuûa nghieân cöùu naøy. Haàu heát Aeromonas (72%) vaø 20% cuûa Enterobacteriaceae ñeàu khaùng vôùi nalidixic acid, moät loaïi thuoäc nhoùm quinolone. Tyû leä phaàn traêm khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa caû hai nhoùm vi khuaâån treân ñeàu giaûm xuoâi doøng theo doøng chaûy. Phaân tích di truyeàn hoïc cho thaáy raèng nhöõng khaû naêng khaùng thuoác naøy laø haàu heát do caùc nhieãm saéc theå trung gian ñoái vôùi Enterobacteriaceae vaø do caùc nhieãm saéc theå trung gian rieâng bieät ñoái vôùi Aeromonas. Moät soá nghieân cöùu khaùc khaû naêng khaùng cuûa vi khuaån töï nhieân vaø kî khí ôû ngöôïc doøng cuûa caùc thaønh phoá ít hôn, taêng leân ôû xuoâi doøng vaø giaûm daàn khi xuoâi doøng xa hôn. Nghieân cöùu khaùc bôûi Gonzalo ñaùnh giaù khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa 418 gioáng E. coli coâ laäp töø nöôùc soâng nhaän nguoàn thaûi töø coáng. Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy raèng vi khuaån ôû vuøng nöôùc ít bò oâ nhieãm hôn thì khaû naêng khaùng khaùng sinh cuõng thaáp hôn nhöõng vi khuaån ôû taïi caùc vuøng nöôùc bò oâ nhieãm cao hôn. Keát quaû nghieân cöùu cuõng cho thaáy raèng khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån cung khoâng toàn taïi laâu trong moâi tröôøng khoâng coù aùp löïc choïn loïc. Moâi tröôøng nöôùc töï nhieân nhö hoà, soâng, suoái laø moâi tröôøng cho khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån coù theå phaùt trieån. Arvanitdou nghieân cöùu söï chuyeån dòch cuûa khaû naêng khaùng khaùng sinh giöõa caùc vi khuaån thuoäc gioáng Salmonella coâ laäp töø nöôùc maët ôû mieàn baéc Hy Laïp. Söï khaùc veà caùch söû duïng khaùng sinh vaø caùc ñieàu kieän khí haäu ñöa ñeán keát quaû khaû naêng khaùng khaùng sinh giöõa caùc vi khuaån trong nöôùc maët thay ñoåi theo vi trí ñòa lyù. Nghieân cöùu chæ cho thaáy 24% gioáng Salmonella ñöôïc kieåm tra chæ khaùng vôùi moät hay nhieàu hôn nhöõng loaïi khaùng sinh thí nghieäm. Khaû naêng khaùng vôùi Streptomycin laø phoå bieán haàu heát nhöng khoâng lan truyeàn trong moïi tröôøng hôïp. Tuy nhieân, khaùng ampicillin (ampicillin laø thuoäc nhoùm beta – lactam) thì coù lan truyeàn. Taùc giaû cho raèng nhöõng phaùt hieän ñaõ chöùng minh söï hieän dieän cuûa nhoùm plasmid – trung gian phoå bieán thuoäc caùc daïng TEM beta – lactamas (TEM laáy teân cuûa beänh nhaân Temoriera maø ngöôøi ta phaân laäp ñöôïc chuûng E. coli ñaàu tieân coù enzyme naøy). Trong moät soá tröôøng hôïp, nhoùm khaùng ampicillin ñöôïc chuyeån dòch qua laïi vôùi nhoùm khaùng aminoglycosid. 2.5.5 Söï phaùt trieån cuûa khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån Ñieàu aûnh höôûng nghieâm troïng vaø gaây ra nguy cô nhieàu nhaát cuûa hieän töôïng khaùng khaùng sinh laø söï phaùt trieån roäng raõi cuûa khaû naêng khaùng khaùng sinh töø loaøi vi khuaån naøy ñeán loaøi vi khuaån khaùc, thaäm chí trong nhieàu tröôøng hôïp khaû naêng treân ñöôïc lan truyeàn töø vi khuaån khoâng gaây beänh sang vi khuaån gaây beänh. Moái nguy cô khaùng khaùng sinh ñang ñöôïc quan taâm ñoái vôùi moâi tröôøng cuûa caùc caù theå nhö beänh vieän, nhaø maùy döôïc phaåm,… vaø cuõng ñöôïc quan taâm trong moâi tröôøng nöôùc nhö trong heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi. Söï khaùng vôùi caùc taùc nhaân beta – lactam ñöôïc quan saùt giöõa vi khuaån Klebsiella pneumoniae vaø E. coli trong beänh vieän ôû Phaùp, vôùi keát quaû quan saùt söï keùm nhaïy caûm cuûa E. coli vôùi cefotaxim. Ba loaïi beta – lactamas ñöôïc xaùc ñònh laø trung gian hình thaønh khaû naêng khaùng vôùi cefotaxim vaø caùc penicillin vaø caùc nhoùm cephalosporin khaùc. Nhö vaäy, caùcnhoùm beta – lactam naøy laø nhöõng nhoùm coù hoaït phoå roäng. Chuùng ta nhaän thaáy roõ raøng raèng cô theå cuûa moãi thaønh vieân trong coäng ñoàng coù theå laø nôi chöùa ñöïng caùc vi khuaån hoäi sinh coù gen khaùng khaùng sinh. Ñieàu naøy coù theå gaây khoù khaên raát lôùn khi ñieàu trò caùc beänh veà nhieãm khuaån bôûi vì söï lan traøn caùc vi khuaån gaây beänh ñöôïc nhaän nhöõng gen khaùng thuoác töø nhöõng vi khuaån khoâng gaây beänh trong cô theå. Ñoái vôùi vi khuaån Gram - aâm, khaû naêng khaùng laø phoå bieán cho bôûi daïng trung gian TEM 1 beta – lactamas, daïng trung gian naøy chieám hôn 80% trong taát caû caùc plasmid trung gian. Taïi Edinburgh, thuoäc nöôùc Anh, khaû naêng khaùng khaùng sinh ñöôïc theo doõi trong cô theå con ngöôøi, bao goàm khaû naêng khaùng vôùi ampicillin. Plasmid chöùa daïng Tem 1 beta – lactamas ñöïôc maõ hoaù thoâng tin vaø ñöôïc xem xeùt trong coäng ñoàng vaø ngöôøi ta tin raèng noù laø thuû phaïm cuûa nhöõng enzyme beta – lactamas hoatï phoå roäng. 2.5.6 Keát luaän Qua nhöõng keát quaû nghieân cöùu treân ñaây cho thaáy söï hieän dieän cuûa khaùng sinh cuõng nhö nhöõng döôïc phaåm vaø caùc saûn phaåm chaêm soùc söùc khoeû con ngöôøi khaùc trong moâi tröôøng gaây ra nhöõng taùc ñoäng nghieâm troïng ñeán heä sinh thaùi vaø cuoäc soáng cuûa con ngöôøi. Khaùng sinh laø nhoùm hôïp chaát ñaëc bieát gaây ra nhöõng aûnh höôûng xaáu bôûi vì khaû naêng cuûa chuùng coù theå taïo thaønh t ính chaát khaùng khaùng sinh cuûa coäng ñoàng vi sinh vaät. Khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng töø nhieàu nguoàn khaùc nhau bao goàm theo caùc doøng chaûy töø caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït vaø caùc coâng ty döôïc phaåm, thaát thoaùt töø caùc quaù trình chaên nuoâi, töø caùc chaát thaûi cuûa con ngöôøi vaø ñoäng vaät chöùa khaùng sinh. Tuy nhieân noàng ñoä khaùng sinh khoâng chæ giôùi haïn trong moâi tröôøng nöôùc töï nhieân. Nhöõng phaùt hieän gaàn ñaây cho thaáy ñaõ phaân tích moät soá noàng ñoä cuûa moät soá khaùng sinh trong nöôùc caáp. Ñieàu ñoù cho chuùng ta thaáy khaû naêng toàn taïi vaø lan truyøeân roäng raõi cuûa khaùng sinh Ñieàu ñaùng lo ngaïi nhaát laø caùc vi khuaån khaùng khaùng sinh khi xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng coù theå lan truyeàn caùc maõ di truyeàn khaùng khaùng sinh ñeán coäng ñoàng vi khuaån, keát quaû laø söï thay ñoåi tính chaát khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån trong moâi tröôøng töï nhieân coù theå laøm roái loaïn heä sinh thaùi vaø seõ laø hieåm hoaï ñoái vôùi söùc khoeû con ngöôøi. Ví duï, khi con ngöôøi coù veát thöông laäp töùc veát thöông ñoù seõ laø muïc tieâu taán coâng cuûa caùc loaïi vi khuaån, khi caùc vi khuaån khaùng khaùng sinh xaâm nhaäp vaøo thì khaû naêng ñieàu trò baèng caùc loaïi khaùng sinh seõ raát khoù khaên vaø ñoâi khi khoâng mang laïi keát quaû nhö mong muoán vaø khaû naêng coù theå gaây töû vong. Hieän nay, caùc beänh nhieãm khuaån vaãn laø caên nguyeân haøng ñaàu gaây töû vong, haøng naêm cöôùp ñi sinh maïng khoaûng 17 trieäu ngöôøi. Nhöng ñeán nay söï khôûi phaùt tieàm taøng vaø tieán trieån khoâng ngöøng cuûa caùc vi khuaån khaùng thuoác ñaõ trôû thaønh moái lo ngaïi veà vaán ñeà moâi tröôøng cuõng nhö söùc khoeû cuûa coäng ñoàng. Vieäc xöû lyù ñeå loaïi boû khaùng sinh trong nöôùc thaûi trôû thaønh vaán ñeà caáp thieát. Chöông 3: TOÅNG QUAN VEÀ CAÙC COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI 3.1 Sô löôïc veà caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thoâng duïng. Caùc chaát thaûi nguy hieåm trong quaù trình thaûi raát ña daïng, chuùng khaùc nhau veà chuûng loaïi, noàng ñoä, nguoàn thaûi, löôïng thaûi, coù hoaëc khoâng coù chaát thaûi raén. Chính vì vaäy ñeå xöû lyù nöôùc thaûi thöôøng phaûi aùp duïng keát hôïp vaøi phöông phaùp. Caùc phöông phaùp hay söû duïng nhaát laø: -Haáp thuï baèng than hoaït tính -Thoåi khí -Xöû lyù sinh hoïc -Trung hoaø -Keát tuûa hoaù hoïc -Oxi hoaù hoaù hoïc -Khöû hoaù hoïc -Loïc -Laéng 3.1.1 Haáp thuï baèng than hoaït tính Than hoaït tính ñöôïc söû duïng raát hieäu quaû ñeå loaïi boû caùc chaát höõu cô nguy hieåm nhö: caùc chaát thôm, halocacbon, thuoác tröø saâu, phenol,…noù coøn coù khaû naêng haáp thuï raát toát caùc chaát voâ cô nhö antimon, asen, brom, clo, coban, iot, thuyû ngaân, keõm,… Coù hai loaïi than hoaït tính hay duøng laø than boät hoaëc than veâ vieân. Tröôùc khi xöû lyù nöôùc thaûi baèng than hoaït tính, nöôùc thaûi caàn ñöôïc xöû lyù sô boä taùch caùc chaát höïu cô, taùch daàu vaø caùc chaát raén lô löûng baèng caùc phöông phaùp nhö thoåi khí, xöû lyù sinh hoïc… Than hoaït tính coù theå söû duïng laïi sau khi qua quaù trình hoaøn nguyeân. 3.1.2 Thoåi khí Phöông phaùp thoåi khí thöôøng duøng ñeå xöû lyù sô boä nöôùc thaûi (taùch caùc chaát deã bay hôi) tröôùc khi ñöa vaøo xöû lyù baèng than hoaït tính hoaëc xöû lyù sinh hoïc. Coù nhieàu loaïi thieát bò thoåi khaùc nhau nhö thieát bò suïc khí, thaùp ñeäm, thaùp phun roãng… Phöông phaùp thoåi khí coù nhöôïc ñieåm laø ñöa caùc chaát nguy hieåm deã bay hôi vaøo khoâng khí. 3.1.3 Xöû lyù sinh hoïc Phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc laø duøng caùc vi khuaån öa khí ñeå phaân huyû caùc chaát höõu cô nguy hieåm vôùi söï coù maët cuûa oxy, taïo thaønh CO2, nöôùc vaø caùc teá baøo sinh hoïc môùi. Goàm caùc phöông phaùp cô baûn sau: -Buøn hoaït tính -Beå sinh hoïc suïc khí -Loïc taàng coá ñònh kieåu tia -Tieáp xuùc sinh hoïc loaïi quay a. Phöông phaùp buøn hoaït tính Phöông phaùp buøn hoaït tính thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi. Trong thieát bò xöû lyù baèng buøn hoaït tính, caùc vi khuaån ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi lô löûng vaø phaân boá töông ñoái ñeàu do söï khuaáy troän baèng khí neùn hoaëc caùnh khuaáy. Moät quy trình coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi baèng buøn hoaït tính thöôøng goàm caùc thieát bò: thieát bò ñieàu chænh pH, beå laéng (xöû lyù sô boä), beå buøn hoaït tính (xöû lyù baèng sinh hoïc), beå laéng caáp 2 (thu nöôùc trong vaø tuaàn hoaøn laïi buøn hoaït tính), thieát bò loïc buøn (xöû lyù buøn cuûa quaù trình xöû lyù haát thaûi). Oxy caán thieát cho quaù trình sinh hoïc ñöôïc caáp vaøo beå xöû lyù sinh hoïc baèng nhieàu caùch khaùc nhau nhö bôm suïc khí, khuaáy beà maët nöôùc thaûi… b. Beà sinh hoïc suïc khí Quaù trình phaân huyû caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi baèng phöông phaùp beå sinh hoïc suïc khí veà cô baûn gioáng nhö baèng phöông phaùp buøn hoaït tính. Vieäc caáp oxy cho quaù trình phaân huyû cuõng ñöôïc thöïc hieän baèng caùc phöông phaùp töông töï nhö phöông phaùp buøn hoaït tính. Söï khuaáy troän ñeå giöõ cho löôïng oxy hoaø tan lôùn vaø taát caû caùc haït raén ñeàu ôû traïng thaùi lô löûng. Beå sinh hoïc suïc khí ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù moät soá chaát thaûi nguy hieåm. Öu ñieåm cuûa loaïi thieát bò naøy laø chi phí vaän haønh thaáp, taïo ít buøn, nhöng coù nhöôïc ñieåm laø thôøi gian löu lôùn hôn so vôùi phöông phaùp buøn hoaït tính. c. Loïc taàng coá ñònh kieåu tia Phöông phaùp naøy khaùc bieät so vôùi hai phöông phaùp buøn hoaït tính vaø beå sinh hoïc suïc khí laø caùc vi khuaån khoâng ôû traïng thaùi lô löûng maø baùm vaøo caùc lôùp vaät lieäu, taïo thaønh lôùp maøng sinh hoïc. Caùc lôùp loïc taàng coá ñònh ñöôïc hình thaønh töø caùc lôùp vaät lieäu ñeäm khaùc nhau nhö ñaù vuïn, ñeäm nhaân taïo töø goã, chaát deûo… Caùc vaät lieäu ñeäm naøy trong quaù trình hoaït ñoäng seõ taïo ra lôùp maøng sinh hoïc do caùc vi khuaån baùm treân beà maët. Khi nöôùc thaûi ñi qua lôùp ñeäm naøy, caùc chaát höõu cô seõ bò caùc lôùp maøng sinh hoïc phaân huyû d. Tieáp xuùc sinh hoïc loaïi quay Thieát bò tieáp xuùc sinh hoïc loaïi quay xöû lyù caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi gioáng nhö thieát bò loïc taàng coá ñònh. Thieát bò naøy ñöôïc hình thaønh töø nhieàu ñóa troøn, coù ñöôøng kính lôùn laøm baèng polystyren hoaëc PVC ñaët saùt nhau, laép vaøo truïc maët naèm ngang, quay chaäm vaø gaäp khoaûng 40% trong beà maët nöôùc thaûi. Khi ñoù caùc maøng sinh hoïc ñöôïc hình thaønh treân beà maët tieáp xuùc cuûa ñóa seõ thöïc hieän quaù trình phaân huyû caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi baùm treân ñóa quay. 3.1.4 Xöû lyù baèng phöông phaùp hoaù hoïc Caùc quaù trình hoaù hoïc ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù caùc chaát thaûi nguy hieåm trong nöôùc thaûi laø: -Trung hoaø -Keát tuûa hoaù hoïc -Oxi hoaù hoaù hoïc -Khöû hoaù hoïc a. Phöông phaùp trung hoaø Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng ñeå trung hoaø nöôùc thaûi coù tính axit hoaëc kieàm cao tröôùc khi thaûi ra ngoaøi hoaëc tröôùc khi tieáp tuïc xöû lyù baèng phöông phaùp hoaù hoïc hoaëc sinh hoïc. Caùc chaát hay söû duïng ñeå trung hoaø nöôùc thaûi axit laø: -Ñaù voâi CaCO3 -Söõa voâi Ca(OH)2 -Xut NaOH -Hydroxit magie Mg(OH)2 Hoaù chaát hay söû duïng ñeå trung hoaø nöôùc thaûi kieàm cao laø axit sunphuric, axit clohydric b. Phöông phaùp keát tuûa hoaù hoïc Keát tuûa hoaù hoïc hay ñöôïc söû duïng ñeå xöû lyù caùc kim loaïi naëng trong nöôùc thaûi thoâng qua vieäc ñieàu chænh ñoä pH ñeå thu ñöôïc caùc hydroxit kim loaïi keát tuûa. Caùc hoaù chaát hay duøng ñeå ñieàu chænh pH laø söõa voâi, xut vaø hydroxit – magie. Caùc hydroxit kim loaïi keát tuûa ôû theå keo coù kích thöôùc raát nhoû, neáu khoâng coù caùc chaát trôï laéng (taïo boâng laéng) thì chuùng khoâng theå laéng ñöôïc. Caùc hoaù chaát taïo boâng laéng hay duøng laø caùc muoái kim loaïi nhö Fe2(SO4)3, FeSO4, FeCl3, Al2(SO4)3 vaø caùc polyme. Vieäc löïa choïn caùc chaát trôï laéngn phuø hôïp vaø cheá ñoä laøm vieäc caàn ñöôïc xaùc ñònh qua thöïc nghieäm. Trong tröôøng hôïp ñoä pH cuûa nöôùc thaûi sau khi xöû lyù caùc kim loaïi naëng cao hôn ñoä pH cho pheùp thì caàn ñieàu chænh lai pH baèng caùch boå sung theâm axit sunphuric. c. Phöông phaùp oxi hoaù hoaù hoïc Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå xöû lyù xyanua, caùc hôïp chaát coù chöùa löu huyønh, caùc chaát höõu cô, phenol, thuoác tröø saâu trong nöôùc thaûi. Caùc chaát oxi hoaù thöôøng ñöôïc söû duïng laø oxy khoâng khí, ozon (O3), clo (Cl2), natri hypoclorit (NaCLO), Clo dioxit (ClO2), hydro peroxit (H2O2). Tuyø theo töøng ñoái töôïng cuï theå maø phaûi xöû lyù ñoä pH tôùi caùc giaù trò khac nhau vôùi söï boå sung caùc hoaù chaát nhö xut, söõa voâi, axit clohydric Daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù chaát thaûi baèng phöông phaùp oxi hoaù hoaù hoïc thöôøng goàm moät vaøi thieát bò phaûn öùng coù caùnh khuaáy (töông öùng theo yeâu caàu cuûa töøng giai ñoaïn trong quaù trình). Thôøi gian löu, ñoä pH vaø cöôøng ñoä khuaáy laø caùc yeáu toá quan troïng ñeå thöïc hieän quaù trình. Cuõng töông töï nhö giai ñoaïn cuoái cuûa phöông phaùp keát tuûa hoaù hoïc, neáu nhö ñoä pH cuûa nöôùc thaûi khoâng ñaït tieâu chuaån thaûi thì phaûi duøng hoaù chaát ñeå ñieàu chænh laïi ñoä pH. d. Phöông phaùp khöû hoaù hoïc Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc khöû Croâm hoaù trò 6 ñoäc sang Croâm hoaù trò 3 keát tu._.. Aûnh höôûng caùc anion voâ cô Moät soá anion voâ cô thöôøng coù trong nöôùc ngaàm vaø nöôùc thaûi cuõng coù theå laøm giaûm hieäu quaû cuûa quaù trình Fenton, ñaëc bieät trong nöôùi thaûi deät nhuoäm vì trong quaù trình nhuoäm söû duïng raát nhieàu hoaù chaát trôï (auxiliary chemicals) coù nguoàn goác voâ cô. Nhöõng anion voâ cô thöôøng gaëp nhaát laø nhöõng ion cacbonat (CO32-), bicacbonat (HCO3-), ion clo (Cl-), nhöõng ion on naøy seõ toùm baét caùc goác hydroxyl *OH laøm hao toàn soá löôïng goác hydroxyl, giaûm maát khaû naêng tieán haønh phaûn öùng oxi hoaù hoaëc cuõng coù theå taïo thaønh nhöõng phöùc chaát khoâng hoaït ñoäng vôùi Fe(III) nhö caùc goác sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), photphat (H2PO4-) cuõng laøm cho hieäu quaû cuûa quaù trình Fenton giaûm ñi. Nhöõng chaát toùm baét caùc goác hydroxyl *OH ñöôïc goïi chung laø nhöõng chaát tìm dieät goác hydroxyl (hydroxyl scavengers). Nhöõng phaûn öùng saên luøng goác hydroxyl cuûa moät soá anion ñaëc tröng nhö sau: *OH + CO32- à *CO3 + HO- (k = 4,2x108 M-1s-1) (17) *OH + HCO3- à *HCO3 + HO- (k = 1,5x107 M-1s-1) (18) *OH + Cl- à *ClOH- (k = 4,3x109 M-1s-1) (19) Qua soá lieäu treân cho thaáy, haèng soá toác ñoä phaûn öùng giöõa *OH vaø ion cacbonat lôùn hôn nhieàu so vôùi ion bicacbonat, vì vaäy khi taêng pH, caân baèng cuûa bicacbonat-cacbonat seõ chuyeån dòch theo höôùng taïo thaønh cacbonat seõ gaây baát lôïi cho phaûn öùng oxi hoaù naâng cao. Trong khi ñoù, cacbonic axit laïi khoâng coù taùc duïng toùm baét caùc goác hydroxyl, vì vaäy trong tröôøng hôïp neáu ñoä kieàm cao, baèng caùch chænh pH sang moâi tröôøng axit ñeå chuyeån caân baèng cacbonat-bicacbonat töø cacbonat (chaát tìm dieät goác hydroxyl) dang cacbonic axit (khoâng phaûi chaát tìm dieät goác hydroxyl), seõ coù theå loaïi boû taùc duïng kìm haõm toác ñoä phaûn öùng cuûa caùc ion cacbonat vaø bicacbonat. Noùi chung, caùc ion clorua, cacnonat vaø bicacbonat thöôøng coù aûnh höôûng kìm haõm toác ñoä phaûn öùng nhieàu nhaát, trong khi ñoù caùc ion sulfat, phosphat hay nitrat coù aûnh höôûng ôû möùc ñoä thaáp hôn. 3.4 Löïa choïn phöông phaùp xöû lyù Khaùng sinh laø loaïi hoaù chaát coù hoaït tính ñaëc bieät goàm coù nhöõng tính chaát chung nhö sau: Aûnh höôûng choáng vi khuaån Taêng khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa vi khuaån Khoù phaân huyû Nhö vaäy coù theå keát luaän laø khaùng sinh khoù coù theå ñöôïc xöû lyù baèng caùc phöông phaùp thoâng duïng nhö phöông phaùp oxi hoaù sinh hoïc, hoaù lyù… Nhö ñaõ trình baøy ôû treân, chuùng ta thaáy raèng phöông phaùp oxi hoaù Fenton laø moät trong nhöõng phöông phaùp ñang ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaøo lónh vöïc xöû lyù moâi tröôøng. Phöông phaùp naøy coù nhöõng öu ñieåm sau: Coù theå khoaùng hoaù phaàn lôùn caùc hôïp chaát höõu cô khoù hay khoâng theå xöû lyù baèng sinh hoïc cuõng nhö caùc phöông phaùp oxi hoaù coå ñieån Veà phaàn thieát bò coù caáu truùc khaù ñôn giaûn, deã daøng trong vaän haønh, chi phí ñaàu tö bn ñaàu thaáp Hoaù chaát söû duïng laø nhöõng hoaù chaát phoå bieán treân thò tröôøng, khoâng gaây nhöõng taùc haïi ñoái vôùi moâi tröôøng Vì vaäy, tieán haønh nghieân cöùu öùng duïng khaû naêng oxi hoaù cuûa Fenton trong xöû lyù nöôùc thaûi thuoác khaùng sinh vôùi muïc ñích phaù vôõ, laøm maát hoaït tính cuûa khaùng sinh, cuõng nhö loaïi boû chuùng hoaøn toaøn. Chöông 4: MOÂ HÌNH, KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU 4.1 Moâ hình vaø phöông phaùp nghieân cöùu 4.1.1 Moâ hình Treân cô sôû lyù thuyeát ñaõ trình baøy ôû treân, böôùc ñaàu tieán haønh xaây döïng moâ hình thí nghieäm vôùi taùc nhaân Fenton coù caùc thaønh phaàn tham gia nhö sau: a. Duïng cuï thí nghieäm 6 coác nhöïa - 6 caùnh khuaáy Maùy ño pH 4 pipet 1 ml 1 boùp cao su b. Hoaù chaát söû duïng Dd H2SO4 25% Dd NaOH 2% Dd FeSO4 10% Dd H2O2 15% Ñeå coù ñöôïc hoãn hôïp dung dòch phaûn öùng ñoàng nhaát, dung dòch seõ ñöôïc khuaáy troän baèng caùnh khuaáy vôùi toác ñoä khuaáy khoaûng 60 – 80 voøng/phuùt. Quy trình thí nghieäm goàm caùc böôùc thöïc hieän ñöôïc moâ taû nhö sau: Böôùc 1: dung dòch ban ñaàu coù theå tích töø 100 – 150 ml ñöôïc ñieàu chænh pH trong khoaûng 2,5 – 3,5 baèng dung dòch H2SO4 25% hay dung dòch NaOH 2% taïo moâi tröôøng thuaän lôïi cho phaûn öùng xaûy ra. Böôùc 2: Löôïng xuùc taùc FeSO4 seõ ñöôïc hoaø tan trong dung dòch Böôùc 3: sau khi saét ñaõ tan heát. Tieáp tuïc cho töø töø moät theå tích V (ml) dung dòch H2SO4 15% vaøo hoãn hôïp treân. Luùc naøy phaûn öùng baét ñaàu xaûy ra Nöôùc thaûi thuoác khaùng sinh Nöôùc thaûi coù pH thích hôïp Dung dòch sau phaûn öùng Duøng NaOH hay H2SO4 ñieàu chænh pH Löôïng muoái saét (II) Löôïng H2O2 caàn thieát cho vaøo töø töø Duøng NaOH ñieàu chænh pH > 7 Phaân tích Sau thôøi gian phaûn öùng caàn thieát Phaân tích Hình 4: Sô ñoà quy trình tieán haønh thí nghieäm Böôùc 4: Sau khi tieán haønh phaûn öùng trong moät thôøi gian caàn thieát, baét ñaàu naâng pH cuûa hoãn hôïp sau phaûn öùng baèng dd NaOH 2% ñeán khoaûng pH ³ 7 nhaèm muïc ñích loaïi boû saét döôùi daïng keát tuûa Fe(OH)3 vaø ñoàng thôøi laøm cho löôïng H2O2 coøn laïi phaân huyû theo phöông trình phaûn öùng: 2H2O2 = 2H2O + O2 Böôùc 5: sau khi thöïc hieän caùc böôùc treân, dung dòch cuoái cuøng seõ ñöôïc ñöa ñi phaân tích ñaùnh giaù. 4.1.2 Phöông phaùp vaø ñoái töôïng nghieân cöùu 4.1.2.1 Phöông phaùp nghieân cöùu Phöông phaùp nghieân cöùu laø phöông phaùp thöïc nghieäm döïa treân cô sôû khaûo saùt caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán khaû naêng phaân huyû cuûa khaùng sinh trong phaûn öùng oxi hoaù vôùi taùc nhaân Fenton. Nhö ñaõ trình baøy ôû chöông 3, caùc yeáu toá tham gia vaøo phaûn öùng nhö pH, H2O2, xaùc taùc Fe2+, noàng ñoä taùc chaát, thôøi gian, nhieät ñoä ñeàu aûnh höôûng ñeán khaû naêng, hieäu quaû phaân huyû. Ñoái vôùi caùc yeáu toá thôøi gian, nhieät ñoä, pH thì theo lyù thuyeát ñaõ ñöa ra nhöõng thoâng soá cuï theå laø pH = 2,5 – 3.5, nhieät ñoä phaûn öùng töø 20 – 350C, thôøi gian phaûn öùng töø 30 phuùt ñeán vaøi giôø. Ba yeáu toá coøn laïi laø H2O2, Fe2+, vaø noàng ñoä taùc chaát thì phuï thuoäc vaøo ñoái töôïng cuï theå neân caàn phaûi khaûo saùt thöïc nghieäm ñeå tìm ra moái lieân heä giöõa chuùng. 4.1.2.2 Ñoái töôïng nghieân cöùu Ñoái töôïng nghieân cöùu ñöôïc choïn laø thuoác khaùng sinh Ampicillin thuoäc nhoùm khaùng sinh Penicillin. Ñaây laø loaïi khaùng sinh ñaïi dieän cho hoï khaùng sinh b - lactam ñöôïc saûn xuaát raát nhieàu taïi caùc xí nghieäp döôïc phaåm trong nöôùc. Maët khaùc, nhö ñaõ trình baøy ôû chöông 3, loaïi khaùng sinh naøy khi xaâm nhaäp vaøo moâi tröôøng seõ khoù bò phaân huyû sinh hoïc hoaøn toaøn vaø löôïng toàn dö cuûa noù seõ laøm taêng theâm khaû naêng khaùng khaùng sinh cuûa caùc vi khuaån, ñaëc bieät vaø nguy hieåm hôn laø nhöõng vi khuaån gaây beänh cho con ngöôøi vaø gia suùc. Ñieàu naøy seõ gaây aûnh höôõng nghieâm troïng tôùi moâi tröôøng vaø söùc khoeû coäng ñoàng. 4.1.3 Noäi dung nghieân cöùu Nghieân cöùu khaû naêng phaân huyû khaùng sinh vôùi taùc nhaân Fenton Khaûo saùt tính chaát maãu nöôùc thaûi thuoác ampicillin Thí nghieäm khaû naêng phaân huyû treân maãu nöôùc thaûi thuoác ampicillin vôùi taùc nhaân Fenton ôû caùc pH vaø thôøi gian khaùc nhau. Ñaùnh giaù hieäu quaû phaûn öùng oxi hoaù tieân tieán. Thí nghieäm 1: Xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm: Theå tích cuûa nöôùc thaûi: söû duïng 6 coác ñeå chöùa nöôùc thaûi thuoác ampicillin vaø ñaùnh soá thöù töï töø 1 ñeán 6. Trong ñoù, töø coác 1 ñeán coác 3 seõ chöùa theå tích nöôùc thaûi laø 150 ml, caùc coác coøn laïi töø coác 4 ñeán coác 5, löôïng nöôùc thaûi laø 100 ml. Nöôùc thaûi ban ñaàu coù pH = 6,14. Duøng dd H2SO4 25% ñeå giaûm pH cuûa nöôùc thaûi xuoáng 3,5. Löôïng dd H2SO4 25% cho vaøo nöôùc thaûi nhö trong baûng 16. COD cuûa nöôùc thaûi tröôùc khi xöû lyù laø 187,2 mg/l Löôïng dd FeSO4 10% cho trong baûng 16 Löôïng dd H2O2 15% cho trong baûng 16 Duøng caùnh khuaáy khuaáy ñeàu vôùi vaän toác 60 – 80 voøng/phuùt, sau thôøi gian phaûn öùng, duøng dd NaOH 2% taêng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Löôïng dd NaOH 2% cho vaøo 6 coác theo baûng 16. Thôøi gian phaûn öùng ñöôïc choïn laø t = 1h; t =1,5h; t =2h. Baûng 16: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 1 TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 187,2 Dd H2SO4 25% (ml) 0,015 0,01 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 0,65 1,15 1,27 0,62 0,87 1 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 1h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 187,2 Dd H2SO4 25% (ml) 0,015 0,01 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 0,72 1,15 1,25 0,7 0,87 1 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 1,5h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 187,2 Dd H2SO4 25% (ml) 0,015 0,01 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 0,7 1,1 1,21 0,68 0,87 1 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h) Thí nghieäm 2: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm(baûng 17) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 189,72 Dd H2SO4 25% (ml) 0,015 0,01 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 0,85 1,37 1,46 0,77 0,98 1,01 Baûng 17: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 2 (Thôøi gian phaûn öùng: t =1h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 189,72 Dd H2SO4 25% (ml) 0,015 0,01 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 0,85 1,37 1,42 0,77 0,98 1,01 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 1,5h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 189,72 Dd H2SO4 25% (ml) 0,015 0,01 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 0,7 1,1 1,21 0,77 0,87 1,01 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h) Thí nghieäm 3: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm(baûng 18): Baûng 18: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 3 TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 190,68 Dd H2SO4 25% (ml) 0,036 0,024 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 1,08 1,33 1,52 0,87 1,09 1,15 (Thôøi gian phaûn öùng: t =1h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 190,68 Dd H2SO4 25% (ml) 0,036 0,024 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 1,05 1,42 1,6 0,87 1,13 1,15 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 1,5h) (Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 190,68 Dd H2SO4 25% (ml) 0,036 0,024 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 1,1 1,45 1,58 0,87 1,07 1,15 Thí nghieäm 4: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm (baûng 19): TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 190,68 Dd H2SO4 25% (ml) 0,036 0,024 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 1,15 1,5 1,63 0,86 1,12 1,17 Baûng 19: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 4 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 1h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 190,68 Dd H2SO4 25% (ml) 0,036 0,024 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 1,13 1,53 1,6 0,83 0,13 1,17 (Thôøi gian phaûn öùng: t =1,5h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 3 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 190,68 Dd H2SO4 25% (ml) 0,036 0,024 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 1,12 1,35 1,58 0,86 1,13 1,17 (Thôøi gian phaûn öùng: t =2h) Thí nghieäm 5: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm (baûng 20): TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 2,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 208,84 Dd H2SO4 25% (ml) 0,06 0,04 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 2,3 2,8 3,1 2,28 2,15 2,2 Baûng 20: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 5 TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 2,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 208,84 Dd H2SO4 25% (ml) 0,06 0,04 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 2,3 2,8 3,1 2,28 2,15 2,2 (Thôøi gian phaûn öùng: t =1h) (Thôøi gian phaûn öùng: t =1,5h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 2,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 7 COD ñaàu vaøo (mg/l) 208,84 Dd H2SO4 25% (ml) 0,06 0,04 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 2,3 2,8 3,1 2,28 2,15 2,2 (Thôøi gian phaûn öùng: t = 2h) Thí nghieäm 6: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8. Caùc thoâng soá tham gia vaøo thí nghieäm naøy bao goàm(baûng 21): Baûng 21: Caùc thoâng soá vaø thaønh phaàn hoaù chaát tham gia vaøo thí nghieäm 6 TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 2,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 208,84 Dd H2SO4 25% (ml) 0,06 0,04 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 2,3 2,8 3,1 2,28 2,15 2,25 (Thôøi gian phaûn öùng: t =1h TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 2,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 208,84 Dd H2SO4 25% (ml) 0,06 0,04 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 2,3 2,8 3,1 2,28 2,15 2,25 (Thôøi gian phaûn öùng: t =1,5h) TT coác 1 2 3 4 5 6 V maãu (ml) 150 100 pH cuûa nöôùc thaûi 6,14 pH ñieàu chænh tröôùc phaûn öùng 2,5 pH ñieàu chænh sau phaûn öùng 8 COD ñaàu vaøo (mg/l) 208,84 Dd H2SO4 25% (ml) 0,06 0,04 Dd FeSO4 10% (ml) 0,1 Dd H2O2 15% (ml) 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 Dd NaOH 2% (ml) 2,3 2,8 3,1 2,28 2,15 2,25 (Thôøi gian phaûn öùng: t =2h) Keát quaû nghieân cöùu Keát quaû thí nghieäm 1: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7 Keát quaû cuûa thí nghieäm 1 ñöôïc trình baøy trong baûng 22 Baûng 22: keát quaû thí nghieäm 1 TT coác COD tröôùc xöû lyù (mg/l) COD coøn laïi (mg/l) Hieäu suaát (%) 1h 1,5h 2h 1h 1,5h 2h 1 187,2 143,52 137,28 131,04 23,33 26,67 30,00 2 118,56 112,32 74,88 36,67 40,00 60,00 3 93,60 62,40 31,20 50,00 66,67 83,33 4 87,36 81,12 74,88 53,33 56,67 60,00 5 81,12 74,88 24,96 56,67 60,00 86,67 6 62,40 56,16 12,48 66,67 70,00 93,33 Hình 5: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH=3.5, sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 7 (a):1h (b): 1,5h (c): 2h Nhaän xeùt: Keát quaû thu ñöôïc cho thaáy raèng hieäu suaát cao nhaát ôû coác thöù 6. Sau 1 giôø, phaûn öùng vaãn coøn tieáp tuïc xaûy ra, luùc naøy khaùng sinh chöa bò phaân huyû hoaøn toaøn do ñoù hieäu suaát thu ñöôïc chæ coù 66,67%. Sau 1,5giôø hieäu suaát cuõng chöa thöïc söï cao, chæ ñaït 70%. Sau 2 giôø, hieäu suaát xöû lyù ñaït 93,33% chöùng toû sau 2 giôø laø khoaûng thôøi gian caàn thieát ñeå khaùng sinh gaàn nhö bò phaân huyû hoaøn toaøn. Coù theå noùi quaù trình phaûn öùng ñöôïc chia laøm 2 giai ñoaïn. Giai ñoaïn 1 laø khoaûng thôøi gian töø 1 giôø ñeán 1,5 giôø, laø giai ñoaïn maø caùc moái lieân keát khoâng beàn trong caáu truùc cuûa khaùng sinh bò taán coâng caét ñöùt maïch. Giai ñoaïn 2 (töø 2 giôø trôû ñi) laø giai ñoaïn oxi hoaù caét ñöùt caùc lieân keát khaùc beàn hôn neân caàn thôøi gian vaø naêng löôïng lôùn hôn. Tính toaùn giaù thaønh: vieäc tính toaùn giaù thaønh ñöôïc aùp duïng cho hieäu suaát cao nhaát cuûa moãi ñieàu kieän pH. Töø ñoù coù theå löïa choïn ñöôïc ñieàu kieän phaûn öùng toái öu ñeå ñaït hieäu quaû xöû lyù cao nhaát ñoàng thôøi giaûm bôùt chi phí söû duïng hoaù chaát cuõng nhö chi phí xaây döïng, laép ñaët thieát bò veà sau. ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3,5. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 7 thì sau 2 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 93,33%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 23) Dd H2SO4 25%: ñöôïc pha töø dd H2SO4 ññ (98,08%) Ñeå ñöôïc 1 lit dd H2SO4 25% thì caàn 1 löôïng theå tích dd H2SO4 ññ nhö sau: C1V1 = C2V2 à V1 = C2*V2/C1 = 25%*1/98,08% = 0,25 lit Vôùi C1,V1: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2SO4 ññ C2,V2: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2SO4 25% 500 ml dd H2SO4 ññ coù giaù tieàn laø 18.000 ñ 250 ml dd H2SO4 ññ coù giaù laø 18.000*250/500 = 9.000 ñ Vaäy 1 lít dd H2SO4 25% coù giaù laø 9.000 ñ Dd FeSO4 10% Ñeå pha 1 lit dd FeSO4 10% thì löôïng FeSO4 caàn duøng laø kg FeSO4 coù giaù tieàn laø 7.000 ñ 0,1 kg FeSO4 coù giaù tieàn laø 7.000*0,1/1 = 700 ñ Vaäy 1 lít dd FeSO4 10% coù giaù laø 700 ñ Dd H2O2 15%: ñöôïc pha töø dd H2O2 50% Ñeå ñöôïc 1 lit dd H2O2 15% thì caàn 1 löôïng theå tích dd H2O2 50% nhö sau: C1V1 = C2V2 à V1 = C2*V2/C1 = 15%*1/50% = 0,3 lit Vôùi C1,V1: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2O2 50% C2,V2: noàng ñoä vaø theå tích cuûa dd H2O2 15% 1 lit dd H2O2 50% coù giaù tieàn laø 5.000 ñ 0,3 lit dd H2O2 50% coù giaù laø 5.000*0.3/1 = 1.500 ñ Vaäy 1 lít dd H2SO4 15% coù giaù laø 1.500 ñ Dd NaOH 2%: Ñeå pha 1 lit dd FeSO4 10% thì löôïng FeSO4 caàn duøng laø 1 kg NaOH coù giaù tieàn laø 8.000 ñ 0,02 kg NaOH coù giaù tieàn laø 8.000*0,02/1 = 160 ñ Vaäy 1 lit dd NaOH 2% coù giaù tieàn laø 160 ñ Baûng 23: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 93,33% ôû ñieàu kieän pH=3,5 sau 2h taêng pH=7 Teân hoaù chaát Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT Ñôn giaù (ñ/l) Thaønh tieàn (ñ/m3) TC (ñ/m3) dd H2SO4 25% 0,01 0,1 9.000 900 7.700 dd FeSO4 10% 0,1 1 700 700 dd H2O2 15% 0,3 3 1.500 4.500 dd NaOH 2% 1 10 160 1.600 Keát quaû thí nghieäm 2: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8 Keát quaû cuûa thí nghieäm 2 ñöôïc trình baøy trong baûng 24 Baûng 24: keát quaû thí nghieäm 2 TT coác COD tröôùc xöû lyù (mg/l) COD coøn laïi (mg/l) Hieäu suaát (%) 1h 1,5h 2h 1h 1,5h 2h 1 189,72 106,08 99,84 99,84 44,09 47,38 47,38 2 81,12 56,16 43,68 57,24 70,40 76,98 3 56,16 43,68 31,12 70,40 76,98 83,60 4 93,60 62,40 56,16 50,66 67,11 70,40 5 56,16 49,92 18,72 70,40 73,69 90,13 6 37,44 31,20 6,24 80,27 83,55 96,71 Hình 6: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH = 3,5 sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH=8 (a):1h (b): 1,5h (c): 2h Nhaän xeùt: Hieäu suaát cao nhaát ñöôïc ghi nhaän ôû coác soá 6. Sau thôøi gian phaûn öùng 1 giôø thì hieäu suaát thu ñöôïc khaù cao 80,27% vaø ñaït cao nhaát laø sau thôøi gian 2 giôø vôùi hieäu suaát laø 96,71%. Sôû dó coù ñöôïc keát quaû nhö vaäy laø do khi taêng pH leân 8 thì löôïng ion OH- ñöôïc gia taêng nhieàu hôn ñoàng nghóa vôùi vieäc caùc ion saét Fe3+ cuõng nhö caùc thaønh phaàn coøn laïi cuûa khaùng sinh ñöôïc laéng xuoáng nhieàu hôn. Do ñoù COD coøn laïi ít vaø ñaït ñöôïc hieäu suaát cao hôn so vôùi vieäc taêng pH leân 7 Tính toaùn giaù thaønh: ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3,5. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 8 thì sau 2 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 96,71%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 25): Baûng 25: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 96,71% ôû ñieàu kieän pH=3,5 sau 2h taêng pH=8 Teân hoaù chaát Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT Ñôn giaù (ñ/l) Thaønh tieàn (ñ/m3) TC (ñ/m3) dd H2SO4 25% 0,01 0,1 9.000 900 7.716 dd FeSO4 10% 0,1 1 700 700 dd H2O2 15% 0,3 3 1.500 4.500 dd NaOH 2% 1,01 10,1 160 1.616 Keát quaû thí nghieäm 3: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7 Keát quaû cuûa thí nghieäm 3 ñöôïc trình baøy trong baûng 26 Baûng 26: keát quaû thí nghieäm 3 TT coác COD tröôùc xöû lyù (mg/l) COD coøn laïi (mg/l) Hieäu suaát (%) 1h 1,5h 2h 1h 1,5h 2h 1 190,68 145,28 145,28 145,28 23,81 23,81 23,81 2 90,80 81,72 81,72 52,38 57,14 57,14 3 63,56 36,32 36,32 66,67 80,95 80,95 4 81,72 72,64 62,88 57,14 61,90 67,02 5 45,40 36,32 18,16 76,19 80,91 90,48 6 27,24 27,24 9,08 85,71 85,71 95,24 Hình 7: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH = 3, sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 7 (a):1h (b): 1,5h (c): 2h Nhaän xeùt: ÔÛ ñieàu kieän moâi tröôøng pH = 3 thì thuaän lôïi cho phaûn öùng oxi hoaù xaûy ra hôn laø ôû ñieàu kieän pH = 3,5. Theo lyù thuyeát cuûa GS - TSKH Traàn Maïnh Trí thì phanû öùng Fenton ñaït ñöôïc hieäu quaû cao ôû vaøo khoaûng pH treân döôùi 3. Do ñoù keát quaû thu ñöôïc cho thaáy raèng sau 1 giôø hieäu suaát ñaït 85,71%, lôùn hôn 66,67% ôû thí nghieäm 1. Tuy nhieân vieäc söû duïng hoaù chaát ôû thí nghieäm naøy toán keùm hôn ôû thí nghieäm 1. Tính toaùn giaù thaønh: ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 7 thì sau 2 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 95,24%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 27): Baûng 27: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 95,64% ôû ñieàu kieän pH=3 sau 2h taêng pH=7 Teân hoaù chaát Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT Ñôn giaù (ñ/l) Thaønh tieàn (ñ/m3) TC (ñ/m3) dd H2SO4 25% 0,024 0,24 9.000 2.160 9.776 dd FeSO4 10% 0,1 1 700 700 dd H2O2 15% 0,3 3 1.500 4.500 dd NaOH 2% 1,15 15,1 160 2.416 Keát quaû thí nghieäm 4: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 3. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8 Keát quaû cuûa thí nghieäm 4 ñöôïc trình baøy trong baûng 28 Baûng 28: keát quaû thí nghieäm 4 TT coác COD tröôùc xöû lyù (mg/l) COD coøn laïi (mg/l) Hieäu suaát (%) 1h 1,5h 2h 1h 1,5h 2h 1 190,68 145,28 136,20 118,04 23,81 28,57 38,10 2 99,88 81,72 45,40 47,62 57,14 76,19 3 81,72 72,64 27,24 57,14 61,90 85,71 4 99,88 82,35 81,72 47,62 56,81 57,14 5 36,32 33,32 27,24 80,95 82,53 85,71 6 18,16 18,16 18,16 90,48 90,48 90,48 Hình 8: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH = 3, sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 8 (a):1h (b): 1,5h (c): 2h Nhaän xeùt: Keát quaû ôûÛ thí nghieäm naøy cho thaáy haàu nhö hieäu suaát khoâng taêng leân sau thôøi gian 1 giôø phaûn öùng. Vieäc taêng pH leân 8 cuõng taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho söï keát tuûa. Do ño hieäu suaát thu ñöôïc cao hôn nhieàu so vôùi caùc thí nghieäm tröôùc ngay sau 1 giôø phaûn öùng. Hieäu suaát xöû lyù cao nhaát (90,08%) ôû thôøi gian phaûn öùng thaáp nhaát (1 giôø) taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho vieäc xaây döïng, laép ñaët caùc beå phaûn öùng. Tuy nhieân, trong thí nghieäm naøy, chi phí söû duïng hoaù chaát cao hôn caùc thí nghieäm treân Tính toaùn giaù thaønh: ÔÛ ñieàu kieän pH tröôùc xöû lyù laø 3. Sau thôøi gian phaûn öùng taêng leân pH = 8 thì sau 1 giôøù thu ñöôïc hieäu suaát laø 90,48%. Chi phí cho vieäc söû duïng hoaù chaát nhö sau (baûng 29) Baûng 29: Chi phí söû duïng hoaù chaát cho hieäu suaát 90,48% ôû ñieàu kieän pH=3 sau 1h taêng pH=8 Teân hoaù chaát Löôïng söû duïng (ml)/100 ml NT Löôïng söû duïng (lit)/ m3 NT Ñôn giaù (ñ/l) Thaønh tieàn (ñ/m3) TC (ñ/m3) dd H2SO4 25% 0,024 0,24 9.000 2.160 10.096 dd FeSO4 10% 0,1 1 700 700 dd H2O2 15% 0,3 3 1.500 4.500 dd NaOH 2% 1,17 17,1 160 2.736 Keát quaû thí nghieäm 5: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 7 Keát quaû cuûa thí nghieäm 5 ñöôïc trình baøy trong baûng 30 Baûng 30: keát quaû thí nghieäm 5 TT coác COD tröôùc xöû lyù (mg/l) COD coøn laïi (mg/l) Hieäu suaát (%) 1h 1,5h 2h 1h 1,5h 2h 1 208,84 136,2 154,36 163,44 34,78 26,09 21,74 2 154,36 163,44 172,52 26,09 21,74 17,39 3 190,68 199,76 190,68 8,70 4,35 8,70 4 118,04 145,28 154,36 43,48 30,43 26,09 5 154,36 163,44 163,44 26,09 21,74 21,74 6 181,6 199,76 199,76 13,04 4,35 4,35 Hình 9: Söï bieán thieân COD ôû ñieàu kieän pH=2,5 sau thôøi gian phaûn öùng taêng pH = 7 (a):1h (b): 1,5h (c): 2h Nhaän xeùt: ÔÛ ñieàu kieän pH = 2,5 thì khoâng thuaän lôïi cho phaûn öùng oxi hoaù, hieäu suaát xöû lyù raát thaáp cho caû 1h, 1,5h vaø 2h. Neáu nhö ôû moâi tröôøng pH quaù cao thì Fe2+ seõ deã daøng bò oxi hoaù thaønh Fe3+ ôû daïng keo, khi ñoù Fe3+ seõ tham gia phaûn öùng phaân huyû H2O2 thaønh O2 vaø H2O maø khoâng coù söï taïo ra goác *OH, khi ñoù hieäu suaát phaûn öùng raát thaáp. Trong thí nghieäm naøy, ñieàu kieän moâi tröôøng quaù axit (pH = 2,5) cuõng khoâng thuaän lôïi cho quaù trình phaân huyû taùc chaát. Ñoù laø do söï tieâu hao goác *OH theo phaûn öùng sau: *OH + H+ + e- à H2O k= 7.109M-1s-1 Ngoaøi ra, löôïng hoaù chaát duøng ñeå ñieàu chænh pH trong thí nghieäm naøy raát lôùn. Do ñoù, ôû ñieàu kieän naøy vieäc xöû lyù khoâng ñaït hieäu quaû. Tính toaùn giaù thaønh: Do hieäu suaát xöû lyù raát thaáp ñoàng thôøi khoâng hieäu quaû veà maët kinh teá neân ôû phaàn keát quaû naøy khoâng tính toaùn giaù thaønh. 4.2.6 Keát quaû thí nghieäm 6: xaùc ñònh khaû naêng phaân huyû cuûa thuoác khaùng sinh ôû ñieàu kieän pH = 2,5. Sau khi phaûn öùng seõ naâng pH cuûa nöôùc thaûi leân 8. Nhaän xeùt: phaàn thí nghieäm naøy keát quaû cuõng töông töï nhö thí nghieäm 5, moâi tröôøng quaù axit seõ khoâng thuaän lôïi cho vieäc phaân huyû khaùng sinh. Chöông 5: KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ Öu ñieåm cuûa quaù trình oxi hoaù tieân tieán baèng phöông phaùp Fenton laø coù theå khoaùng hoaù hoaøn toaøn nhöõng hôïp chaát höõu cô khoù hoaëc khoâng theå phaân huyû sinh hoïc. Tuy nhieân, ñeå coù theå ñaït ñöôïc nhö vaäy thì phaûi söû duïng moät löôïng hoaù chaát lôùn, ñoàng thôøi cuõng taïo ra moät löôïng buøn lôùn gaây toán keùm cho coâng vieäc thu gom vaø xöû lyù. Muïc ñích cuûa ñeà taøi naøy laø söû duïng moät löôïng hoaù chaát thaáp nhaát ñeå phaân huyû moät phaàn khaùng sinh sao cho ñaït ñöôïc hieäu suaát coù theå chaáp nhaän ñöôïc laø töø 70 – 80%. Sau giai ñoaïn xöû lyù hoaù hoïc naøy, nöôùc thaûi seõ ñöôïc xöû lyù tieáp baèng moät phöông phaùp sinh hoïc naøo ñoù. Ñieàu naøy caàn phaûi coù moät thôøi gian nöõa ñeå nghieân cöùu baèng thöïc nghieäm. Sau khi ñaõ trình baøy nhöõng keát quaû treân, coù theå keát luaän raèng thí nghieäm 2 laø coù hieäu quaû veà maët kinh teá. Vôùi pH tröôùc khi xöû lyù laø 3,5 thì vieäc duøng dd H2SO4 ñeå ñieàu chænh ít toán keùm hôn so vôùi pH = 3 maø hieäu suaát cuõng töông ñoái cao 80,27% sau 1 giôø phaûn öùng. Ñieàu naøy seõ giaûm chi phí ñeå xaây döïng caùc beå phaûn öùng. Vôùi hieäu suaát 93,33% ôû thí nghieäm 1 thì hieäu suaát naøy tuy cao nhöng phaûi maát moät thôøi gian phaûn öùng laø 2 giôø môùi ñaït ñöôïc hieäu suaát treân. Nhö vaäy phaûi toán moät khoaûn chi phí lôùn ñeå xaây döïng caùc beå löu nöôùc cho 2 giôø. ÔÛ caùc thí nghieäm coøn laïi, tuy hieäu suaát raát cao nhöng chi phí söû duïng hoaù chaát toán keùm neân khoâng hieäu quaû veà maët kinh teá. Toùm laïi, trong thôøi ñaïi ngaøy nay ngaøy caøng xuaát hieän nhieàu loaïi beänh nguy hieåm. Vaø khaùng sinh hieän vaãn laø moät trong nhöõng loaïi thuoác ñöôïc söû duïng phoå bieán trong coâng taùc ñieàu trò beänh. Hieän töôïng khaùng khaùng sinh ñaõ trôû thaønh moät nguy cô lôùn ñoái vôùi söùc khoeû cuûa con ngöôøi. Vì vaäy, nghieân cöùu vaø öùng duïng coâng ngheä xöû lyù thuoác khaùng sinh, loaïi noù ra khoûi moâi tröôøng laø ñieàu voâ cuøng caáp baùch. ._.