Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất các loại thuốc vitamin bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí

i địa. Theo định hướng của Nghị quyết Hội nghị lần thứ 2 của Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng Sản VIII là “đến năm 2020 đạt công nghệ trình độ tiên tiến trong khu vực ASEAN ở các ngành kinh tế trọng điểm”, ngày 09/09/1996 Bộ trưởng Bộ Y tế đã ký quyết định số 1516/BYT-QĐ chính thức áp dụng tại Việt Nam tiêu chuẩn THỰC HÀNH TỐT SẢN XUẤT THUỐC (GMP) của Hiệp hội các nước Đông Nam Á (ASEAN), đồng thời yêu cầu các cơ sở sản xuất thuốc có kế hoạch triển khai thực hiện. Trong số các sản phẩm dược, thuốc vitamin C là một trong những sản phẩm chính thông dụng trên thị trường. Việc sản xuất bào chế vitamin này đã thải ra một lượng nước thải có những tính chất và thành phần đặc trưng gây nhiều tác hại xấu đến môi trường. Bởi khi hòa tan vào nước, các chất có nguồn gốc từ vitamin C sẽ kết hợp với nhau hình thành nên một lớp màng dẫn đến sự khó phân hủy, tồn lưu lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật gây độc tích lũy, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống. Vì vậy việc xử lý ô nhiễm sinh ra trong quá trình sản xuất thuốc là một trong những yếu tố cần thiết để các cơ sở dược phẩm đạt GMP. Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất các loại thuốc Vitamin bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí” được thực hiện nhằm tìm ra những giải pháp kỹ thuật hợp lý xử lý nước thải sản xuất Vitamin, góp phần vào công tác bảo vệ môi trường trong giai đoạn hiện nay. 1.2 Mục tiêu của đề tài Đi cùng với công tác bảo vệ môi trường và hướng tới thực hiện tiêu chuẩn thực hành tốt sản xuất trong lĩnh vực bào chế dược phẩm, đề tài được thực hiện với mục tiêu tìm ra phương pháp hiệu quả xử lý nước thải sản xuất Vitamin – một trong những loại thuốc bổ cần thiết cho nhu cầu hàng ngày của con người. Đây chính là cơ sở nhằm xây dựng giải pháp kỹ thuật để giải quyết vấn đề môi trường nói chung cho các xí nghiệp dược phẩm ở Việt Nam hiện nay. 1.3 Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu công nghệ bào chế dược phẩm ở Việt Nam. Đánh giá mức độ ô nhiễm và nguồn gây ô nhiễm trong sản xuất bào chế dược phẩm. Tiến hành phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải sản xuất Vitamin C (thí nghiệm với mẫu nhân tạo). Tiến hành chạy mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu đầu ra với các tải trọng khác nhau. Đưa ra kết quả để đánh giá khả năng xử lý nước thải sản xuất Vitamin C bằng công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Xây dựng mô hình mô phỏng bể sinh học hiếu khí – Aerotank với kích thước nhỏ, quy mô phòng thí nghiệm. Vận hành mô hình mô phỏng để xử lý nước thải. Kiểm nghiệm các đặc tính ô nhiễm của nước thải trước và sau xử lý để đánh giá hiệu quả xử lý. Phương pháp phân tích: các thông số được phân tích theo phương pháp chuẩn (APHA, AWWA, TCVN 1995 và Standard Methods). Các thông số đo và phương pháp phân tích được trình bày trong bảng sau: Thông số Phương pháp phân tích pH pH kế COD Phương pháp đun hở SS Lọc, sấy 1050C, cân phân tích N-NH4 Phương pháp Nessler, so màu bằng máy quang phổ kế hấp thu P - PO4 Phương pháp ascorbic so màu bằng máy quang phổ kế hấp thu Bảng 1.1 Các thông số và phương pháp phân tích Phương pháp xử lý số liệu: Các số liệu được thể hiện trên các bảng biểu. Số liệu được quản lý và xử lý bằng chương trình Microsoft Excel/Microsoft office 2000. Văn bản soạn thảo được sử dụng trên chương trình Microsoft Word/Microsoft Office 2000 1.5 Phạm vi nghiên cứu Do hạn chế về thời gian nên đề tài chỉ được thực hiện cho nước thải sản xuất thuốc Vitamin C – một trong những loại thuốc bổ thông dụng trên thị trường hiện nay. Mô hình được sử dụng dưới dạng mô phỏng có kích thước nhỏ, áp dụng trong phòng thí nghiệm. Ứng dụng đối với bể sinh học hiếu khí – Aerotank. Từ nhu cầu chăm sóc sức khỏe cho người dân, thị trường dược phẩm Việt Nam ngày càng có nhiều bước tiến mới. Bên cạnh các sản phẩm nhập khẩu từ nước ngoài, ngành dược trong nước cũng đã có nhiều kỹ thuật mới, nhiều dược chất mới, tá dược mới được đưa vào sử dụng góp phần làm phong phú và đa dạng hơn cho các sản phẩm dược Việt Nam. Nhưng để nâng cao chất lượng sản phẩm và tính cạnh tranh trên thị trường, các cơ sở sản xuất cần phải đầu tư nâng cấp nhằm hướng tới thực hiện Tiêu Chuẩn Thực Hành tốt sản xuất thuốc (GMP). 2.1 Tiêu chuẩn thực hành tốt sản xuất thuốc (GMP) GMP bắt đầu được hình thành từ những năm 1960 và cho đến nay nó đang áp dụng trên 100 quốc gia bao gồm: GMP của Mỹ, Canada, Nhật…; GMP của Châu Aâu; GMP của ASEAN; GMP của Tổ Chức Y tế Thế Giới (WHO). Tại Việt Nam, đến năm 2002 có 20 cơ sở sản xuất dược phẩm đã được Bộ Y Tế duyệt và cấp giấy chứng nhận đạt tiêu chuẩn GMP – ASEAN. Thực hành tốt sản xuất thuốc (GMP: Good Manufacturing Practices) là hệ thống những quy định chung hay hướng dẫn nhằm đảm bảo các nhà sản xuất có thể cho ra những sản phẩm luôn luôn: - Đạt tiêu chuẩn chất lượng đã đăng ký. - An toàn cho người sử dụng. Trong quá trình sản xuất thuốc có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của thuốc như tình trạng lộn xộn, nhầm lẫn hay nhiễm/nhiễm chéo. Việc kiểm tra chất lượng thuốc có thể bị hạn chế vì chỉ kiểm tra một số mẫu đại diện cho lô sản xuất, khả năng của phương pháp hay thiết bị kiểm nghiệm có giới hạn. Do đó mục tiêu áp dụng GMP là giúp các nhà sản xuất thuốc phòng ngừa hay giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng thuốc trong quá trình sản xuất. 2.1.1 Năm yếu tố quan trọng của GMP Môi trường Nguyên liệu Con người Quy trình Thiết bị 2.1.2 Mười nội dung chính của GMP Khái niệm Nhân sự Nhà xưởng Thiết bị Vệ sinh Chất lượng Tự thanh tra Xử lý khiếu nại Tài liệu… Sản xuất Hình 2.1 Các nội dung chính trong GMP 2.1.3 Giao thao giữa GMP, ISO và TQM Học thuyết của Demming đã được xem là học thuyết có ảnh hưởng lớn nhất của thế kỷ 20 trong lĩnh vực quản lý chất lượng. Dựa vào học thuyết này, thế giới đã phát triển theo 2 hướng khác nhau: - Quản lý chất lượng trên cơ sở tiêu chuẩn hóa (Được phát triển mạnh ở Mỹ và Châu Aâu mà đỉnh cao của nó hiện nay là ISO 9000). - Quản lý chất lượng toàn diện (được khởi xướng từ Nhật Bản và thành công ở nhiều nước Châu Á). Thực hành tốt sản xuất (GMP) và Hệ thống tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO: International Organisation for Standardisation) giống nhau ở chỗ cùng xây dựng nên các tiêu chuẩn chất lượng và dùng các tiêu chuẩn này để đánh giá hệ thống chất lượng của một doanh nghiệp. Trong khi Quản lý chất lượng toàn diện (TQM: Total Quality Management) không đặt trọng tâm vào tiêu chuẩn hóa mà lại đặt trọng tâm vào con người. TQM không phải là một tiêu chuẩn do đó không có chính sách xét duyệt và cấp giấy chứng nhận đạt TQM. Về thực chất, cả 3 hệ thống GMP, ISO, TQM có những điểm giống nhau cơ bản về mục tiêu, chỉ khác nhau về sự hệ thống hóa hồ sơ và cách áp dụng. Mục tiêu cơ bản của GMP, ISO và TQM là đảm bảo chất lượng hàng hóa và dịch vụ cung cấp cho khách hàng, thông qua một hệ thống quản lý chất lượng được áp dụng triệt để và rộng khắp trong tất cả các khâu của sản xuất và dịch vụ. Một doanh nghiệp dược phẩm đạt ISO 9002 thì không chắc chắn sản phẩm của họ sẽ được chấp nhận ở thị trường Châu Aâu, Mỹ….mà không cần tới giấy chứng nhận GMP Châu Aâu hoặc GMP của WHO. Do đó, đối với các nhà sản xuất dược phẩm, GMP là tiêu chuẩn đầu tiên và bắt buộc. Tuy nhiên, ISO 9002 cũng được khuyến khích thực hiện, miễn là hai hệ thống văn bản của GMP và ISO 9002 không tồn tại song song để tránh tới những bất cập trong lĩnh vực quản lý, lãng phí về nguồn lực (nhân lực, thời gian), ảnh hưởng tới lợi nhuận của doanh nghiệp. 2.2 Sơ lược về ngành dược Việt Nam Trong ngành sản xuất dược phẩm, người ta chia thành 3 giai đoạn sản xuất như sau: Nghiên cứu và phát triển. Chuyển đổi những hợp chất hữu cơ tự nhiên trở thành nguyên liệu dược phẩm thông qua các quá trình lên men, chiết tách và tổng hợp hóa học. Hoàn tất pha trộn và đóng gói sản phẩm. Ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy sản xuất dược phẩm đều là quy trình pha trộn và đóng gói thành phẩm được tiến hành với những sản phẩm bao gồm thuốc gây tê, mê, thuốc tẩy trùng, nước muối bão hòa, thuốc chống đông, thuốc giảm đau, thuốc huyết áp, kháng sinh, thuốc lợi tiểu, thuốc chống nhiễm trùng, thuốc trợ tim, thuốc thần kinh và các loại vitamin trong các dạng thành phẩm như viên nang, viên nén, thuốc tiêm, xirô, kem, chai dịch truyền, bao thuốc dạng lỏng… 2.3 Quy trình sản xuất 2.3.1 Mguyên phụ liệu và sản phẩm 2.3.1.1 Sản phẩm Các nhà máy dược tại Việt Nan, sản phẩm sau khi vô chai và đóng gói sẽ có nhiều tên gọi thương mại khác nhau, nhưng chỉ theo các dạng sử dụng thông dụng sau: viên nén, viên nang, xirô, bao bột dạng lỏng, kem, thuốc mỡ và chai thuốc sát trùng, dạng chai dịch truyền và thuốc tiêm. 2.3.1.2 Nguyên liệu Nguyên liệu cho sản xuất dược phẩm bao gồm các thành phần dược liệu chính, các chất tá dược như đường, lactose,…và các dung môi như methylene chlorid, dichloro ethane, ethyl acetate và methanol. Phần lớn các dược liệu này đều là những sản phẩm nhập khẩu. Nguyên liệu cơ bản phục vụ việc sản xuất vỏ viên nang là gelain y tế. Gelain là hỗn hợp của protein nước bão hòa có nguồn gốc chính từ colagen, một dạng protein tự nhiên. Một số nguyên liệu chính khác sử dụng trong sản xuất vỏ viên nang là thuốc nhuộm, chất trợ nhuộm, chất bảo quản và glyxerin. Một số các nguyên liệu đóng gói khác nhau như chai thủy tinh, nắp nhựa, đai niêm phong nhôm, túi giấy, nhựa, carton, nhãn và màng co cũng được sử dụng trong quy trình sản xuất. 2.3.2 Cơ sở hạ tầng sản xuất 2.3.2.1 Trang thiết bị máy móc sản xuất Những thiết bị chính được sử dụng để sản xuất các sản phẩm khác nhau gồm: Thùng khuấy trộn. Máy nghiền mịn. Buồng sấy. Lò và tủ hấp. Máy dập viên. Máy bao viên. Máy sản xuất vỏ viên nang. Máy gói viên nang. Vì những mục đích khác nhau nên có thể có các máy rót tự động hay bán tự động để rót thuốc dạng lỏng vào chai, ống tiêm, bột vào chai và cream vào các tube. Các máy in. 2.3.2.2 Hệ thống cung cấp nước Trong nhà máy, hệ thống nước sản xuất sẽ gồm 3 loại chính sau: - Nước làm mềm thông qua hệ thống trao đổi cation để cung cấp cho nồi hơi. - Nước khử khoáng được dùng để hoà tan nguyên liệu rắn và được cung cấp bởi thiết bị lọc RO. - Nước cất được dùng cho các loại ống tiêm và các loại thuốc khác. Quá trình rửa ống tiêm cũng dùng đến nước này. 2.3.3 Một số quy trình sản xuất điển hình 2.3.3.1 Pha chế thuốc Nguyên liệu thô từ trong kho chứa được chuyển qua khu vực pha chế, tại đây nguyên liệu được cân đong pha trộn và là khâu ưu tiên quan trọng nhất trong khu vực sản xuất. 2.3.3.2 Quy trình sản xuất thuốc viên Nguyên liệu Kiểm nghiệm Tá dược Trộn bột Đóng gói ép vỉ Làm sạch viên Đóng kiện Tá dược đã K.N Sấy khô sửa hạt Kiểm nghiệm bán thành phẩm Nhào ướt Sát hạt Tá dược bóng đã K.N Hồ dính Trộn hạt Dập viên Kiểm nghiệm thành phẩm lưu mẫu Bao bì đã xử lý Xuất xưởng Hình 2.1: Quy trình sản xuất thuốc viên 2.3.3.3 Quy trình đóng gói viên nang Quy trình đóng gói viên nang là quá trình trong đó thuốc được cho vào các viên con nhộng bằng máy đóng viên nang. Nguyên liệu cũng trải qua các bước như pha chế, rây sàng và nhào trộn giống như quy trình sản xuất thuốc viên. 2.3.3.4 Quy trình sản xuất xirô Xirô bảo quản và hoà tan với nước khử khoáng trong bình thuỷ tinh ở nhiệt độ cố định khoảng 900C. Dung dịch được khuấy trộn liên tục và sau đó được làm mát đến nhiệt độ khoảng 300C. Sau đó, những nguyên liệu chính được đưa vào và tiếp tục khuấy trộn. Hương vị được cho vào trong quá trình khuấy trộn. Độ lỏng của dung dịch xirô được duy trì bằng cách cho thêm nước khử khoáng. Sau quá trình trên, xirô được lọc và chứa trong các thùng chứa lớn trước khi đóng chai và vô bao. 2.3.3.5 Quy trình sản xuất nước uống Quy trình cũng bao gồm pha chế, khuấy trộn để đạt một hỗn hợp đồng nhất và rót hỗn hợp này vào máy để chiết rót vào chai hay bao với những khối lượng xác định. Cuối cùng chai hay bao được mang đi đóng gói in nhãn. Kiểm nghiệm nguyên phụ liệu Nguyên liệu Hòa tan hoàn toàn chất phụ Hòa tan hoàn toàn nguyên liệu chính Phụ liệu tá dược Lọc trong Xử lý làm sạch Vào chai Dán nhãn Đóng gói Bao bì Xuất xưởng Kiểm nghiệm thành phẩm lưu mẫu Định lượng bán thành phẩm Hình 2.2: Quy trình sản xuất nước uống Nguyên liệu 2.3.3.6 Quy trình sản xuất thuốc kem và thuốc mỡ Tá dược Xử lý làm sạch Kiểm nghiệm thành phần lưu mẫu Nguyên liệu Kiểm nghiệm Hòa tan thành phần dầu mỡ Hòa tan hoàn toàn vào thành phần nước Bao bì Nghiền điều hòa thành chất Kiểm nghiệm định lượng bán thành phẩm Vào ống tube, chai, lọ In, dán nhãn Đóng gói Xuất xưởng Hình 2.3: Quy trình sản xuất thuốc kem, mỡ Nguyên liệu Kiểm nghiệm nguyên phụ liệu Phụ liệu tá dược Hòa tan hoàn toàn chất phụ Hòa tan hoàn toàn nguyên liệu chính Định lượng bán thành phẩm Oáng tiêm rỗng Cắt loại Rửa sạch Lọc trong Lọc trùng Hấp tiệt trùng Đóng ống Hấp tiệt trùng Bao bì Soi Xử lý làm sạch Đóng gói Xuất xưởng Kiểm nghiệm thành phẩm lưu mẫu 2.3.3.7 Quy trình sản xuất thuốc tiêm Hình 2.4: Quy trình sản xuất thuốc tiêm 2.4 Ô nhiễm nước thải trong các nhà máy sản xuất dược phẩm 2.4.1 Nhu cầu sử dụng nước Nước được sử dụng chủ yếu cho các quá trình sau: Quá trình sản xuất. Rửa thiết bị. Rửa chai ống. Vệ sinh khu vực sản xuất. Cung cấp cho lò hơi. Cấp nước cho tháp giải nhiệt. Cung cấp cho hệ thống điều hòa không khí. Cung cấp cho phòng thí nghiệm. Cấp nước cho khu vực văn phòng. Nước khử khoáng được dùng cho các mục đích sau: Rửa chai, lọ, ống. Cấp cho quá trình sản xuất thuốc kem và mỡ. Cấp cho phòng thí nghiệm. Cấp nước cho máy cất nước. Nước cất được sử dụng trong sản xuất thuốc tiêm và một số loại thuốc khác. Tổng lượng nước tiêu thụ bao gồm cả nước vệ sinh dùng cho bộ phận văn phòng, nước rửa nhà xưởng và các loại nước làm sạch khác ước tính khoảng 120 – 180l/kg nguyên liệu. 2.4.2 Các nguồn thải trong nhà máy Trong quy trình sản xuất đã trình bày ở trên, chúng ta thấy rằng lượng nước tham gia vào quá trình sản xuất không lớn nhưng có mức độ ô nhiễm khá cao bởi vì có sự hiện diện hàm lượng khá lớn các loại hợp chất hữu cơ. Bảng sau đây là tóm tắt về tổng thể các nguồn thải và một số tính chất điển hình của nó. Nguồn thải Tính chất Rửa thiết bị máy móc Rửa chai, lọ. Vệ sinh nhà xưởng. Nước thải phòng thí nghiệm. Dòng nước thải bỏ nồi hơi. Nước ngưng tụ. Dòng nước thải bỏ của tháp giải nhiệt. Nước tái sinh hệ thống làm mềm nước. Nước thải văn phòng và các loại khác. BOD, COD, SS, DS Dòng nước sạch. BOD, COD, SS, DS BOD, COD, SS, DS DS Nước nóng. DS DS BOD, COD, SS. Bảng 2.1 Các nguồn thải trong nhà máy và tính chất ô nhiễm điển hình Chi tiết về các nguồn thải trên như sau: Rửa thiết bị máy móc: Đây là nguồn thải chính với mức ô nhiễm cao của các nhà máy dược phẩm. Trong một số nhà máy, có các bộ phận hay một phần của thiết bị có thể tháo lắp ra được thì đem rửa tại các khu vực riêng, còn phần còn lại của thiết bị thì được rửa tại chỗ. Nhìn chung các thiết bị đầu tiên được rửa bằng nước máy và sau đó tiếp tục rửa với nước nóng để đảm bảo không có nhiễm chéo. Các hóa chất tẩy rửa được sử dụng. Cuối cùng, thiết bị được làm khô bởi máy thổi khí. Nồi hấp và máy đóng viên thường được rửa với dung dịch sau khi hoàn tất mỗi mẻ. Rửa chai, lọ, ống: ống thủy tinh dùng trong sản xuất thuốc tiêm thông thường được rửa nước máy sau đó rửa bằng nước khử khoáng và cuối cùng được rửa bằng nước cất. Vệ sinh nhà xưởng: Nền của khu vực sản xuất thông thường được làm sạch bởi máy hút bụi để thu gom nguyên liệu khô và sau đó lau chùi dung dịch. Sàn nhà xưởng thường hay được rửa bằng nước. Nước thải rửa sàn chứa hàm lượng nhỏ các chất hóa học. Và lượng nước thải này cũng bao gồm cả phần nước thải do rửa chổi lau nhà có chứa các chất trên. Nước thải phòng thí nghiệm: Nước thải từ phòng thí nghiệm bắt nguồn từ các quá trình rửa vệ sinh các dụng cụ thiết bị phòng thí nghiệm, nó chứa đựng những chất ô nhiễm như dung môi, các tác nhân phân tích, các hóa chất dược phẩm. Nước thải bỏ của nồi hơi: Nhằm khống chế TDS trong nồi hơi, một phần của nước thải trong nồi sẽ được thải ra ngoài định kỳ. Phần nước thải này có TDS cao và cũng chứa hàm lượng vết các hóa chất dùng trong nồi hơi. Nhiệt độ của nước thải này khá cao khoảng 1000C. Hơi nước ngưng tụ: Hơi nước sau khi sử dụng cho nồi hấp, máy đóng viên nén, thiết bị cất nước, hệ thống điều hòa không khí và khử độ ẩm và hệ thống gia nhiệt cho các thiết bị thủy tinh. Nước thải bỏ của tháp giải nhiệt: Dòng nước thải này có TDS cao và cũng có hàm lượng nhỏ các hóa chất sử dụng cho hệ thống nước làm mát. Nước làm mềm: Nước thải của quá trình này chứa đựng TDS cao và một lượng muối còn dư lại. 2.4.3 Một số đặc tính của nước thải 2.4.3.1 Sự thay đổi của tính chất nước thải theo thời gian Như đã trình bày ở trên, nước thải ô nhiễm chủ yếu là xuất phát từ quá trình rửa làm vệ sinh các thiết bị dụng cụ. Do vậy, lưu lượng của nước thải phụ thuộc rất lớn vào thời gian hàng ngày và tính chất nước thải có biên độ dao động từ các nguồn ô nhiễm khác cũng dao động khá lớn theo thời gian do các loại hóa chất sử dụng khác nhau. 2.4.3.2 Sự thay đổi theo từng phân xưởng sản xuất Nước thải của quá trình sản xuất có những tính chất thay đổi với từng phân xưởng sản xuất, phụ thuộc chủ yếu tính chất của các loại nguyên liệu thô trong quá trình sản xuất. Trong nhà máy sản xuất người ta thường phân ra thành ba nguồn nước thải sản xuất như sau: Nước thải từ phân xưởng sản xuất b - lactam có chứa chất kháng sinh và các chất hữu cơ khác. Nước thải từ phân xưởng non b - lactam, có chứa các loại nguyên liệu thô khác. Nước thải từ phòng kiểm nghiệm có chứa các loại nguyên liệu còn có kim loại nặng, các loại hóa chất, dung môi khác nhau. Do vậy, sẽ rất khó khăn thì thành lập một khoảng xác định tính chất nước thải trong sản xuất dược phẩm. 2.5 Tình hình xử lý nước thải tại một số nhà máy sản xuất dược phẩm trong nước Hiện nay, do những nguyên nhân khách quan, một số xí nghiệp dược phẩm có thể có hoặc không có các hệ thống xử lý nước thải. Nhưng nhìn chung, các trạm xử lý nước thải của các nhà máy dược phẩm trong nước đều có điểm chung là dựa trên cơ sở các công nghệ sinh học thông dụng phổ biến như xử lý kỵ khí, hiếu khí…..Nước thải từ các phân xưởng b - lactam chưa được quan tâm chú trọng đến. Dưới đây là sơ đồ công nghệ xử lý nước thải đang được vận hành tại một số nhà máy dược phẩm ở phía Nam. Nước thải sản xuất Bể điều hòa Bể trung hòa Bể lắng Bể khử trùng Bể lắng cặn Bể Aerotank Bãi chôn lấp Bể nén bùn NaOH Thổi khí Chlorin Thổi khí Chất dinh dưỡng Thải Hình 2.5 : Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy OPV Việt Nam (công suất 40m3/ngày) Bể Aerotank Nước thải non b - lactam Bể điều hòa Bể UASB Bể lọc cát Bể trung gian Bể lắng Bể nén bùn Nước thải b - lactam Bể điều hòa Hệ thống RO Chất dinh dưỡng Thổi khí Nguồn xả Bùn thải Nguồn xả Hình 2.6: Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải XN dược phẩm TW25 (công suất 8m3/h) Nước thải sản xuất Bể điều hòa Bể trộn Bể khử trùng Bể lắng cặn Bể Aerotank Bể nén bùn Sân phơi bùn Chất dinh dưỡng Thổi khí Thải Chlorin Thổi khí Hình 2.7 : Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải XNLH Dược Hậu Giang (công suất 400m3/ngày đêm) 3.1 Mở đầu Năm 1820, bác sĩ hải quân P.Vysnievski (Nga) đã viết: trong thức ăn có những chất chữa được bệnh scorbut. Nhưng hầu như đến cuối thế kỷ XIX người ta vẫn cho rằng chỉ cần protid, lipid, glucid và một số khoáng chất là đủ cho con người sống và khỏe mạnh. Năm 1881, bác sĩ Lunin (Nga) đã viết rằng: trong sữa, ngoài casein, chất béo, lactose và muối còn có những chất khác cần thiết cho sự hoạt động bình thường của chuột bạch nhưng chưa xác định được là chất gì. Năm 1897, bác sĩ Eljkman (Hà Lan) nghiên cứu gà bị bệnh béri – béri (viêm đa dây thần kinh) ở Indonesia đã đưa ra kết luận: gạo giã trắng đã mất yếu tố chống lại bệnh béri – béri, cám gạo có thể chữa được bệnh này. Năm 1911, nhà bác học Funk (Ba Lan) đã tách ra được từ cám gạo các chất kết tinh có khả năng chữa được bệnh béri – béri, do chất này có chứa nhóm Nitơ (nhóm amin) nên ông đặt tên là VITAMINE để chỉ rằng đây là một amin không thể thiếu trong đời sống. Về sau người ta phát hiện ra được khoảng vài chục vitamin có cấu trúc rất khác biệt nhau và không phải tất cả đều chứa nitơ nên Drummond đề nghị gọi chúng là VITAMIN (bỏ chữ E cuối cùng) và gọi tên theo chữ cái Latin. 3.2 Phân loại Vitamin Vitamin là những hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học không thể thiếu được đối với người cũng như động vật, có vai trò quan trọng trong chuyển hóa các chất và đảm bảo cho cơ thể hoạt động bình thường. Cũng như các nguyên tố vi lượng (Fe, I, Mn, Zn..) vitamin là những chất không có giá trị về mặt năng lượng nhưng cần thiết cho cơ thể và cho sự phát triển, tác động ở liều thấp và cơ thể không tự tổng hợp được mà phải được cung cấp từ thực phẩm (Trừ Vitamin D và K, tất cả các vitamin còn lại đều được cung cấp từ thức ăn vì cơ thể không tự tổng hợp được hoặc nếu có thì với một lượng rất nhỏ không đủ cho nhu cầu hàng ngày). Các vitamin có cấu trúc rất khác nhau. Vitamin được phân loại dựa theo tính hòa tan: có 2 loại vitamin là tan trong dầu và tan trong nườc 3.2.1 Vitamin tan trong dầu 3.2.1.1 Vitamin A Vitamin A là tên chung của một số chất có cấu trúc hóa học và hoạt tính tương tự nhau. C20H30O PTL: 286,5 Tên khác: retinol Tên khoa học: 9,13 – dimetyl – 1 – (2,16,17 – trimetyl cyclohex – 1 – enyl) nona – 2’,, 4’, 6’, 8; tetraen – 1 – ol a. Nguồn gốc: trong thiên nhiên thường ở dạng este của acid béo trong gan cá, trứng, bơ, sữa… Provitamin A (tiền vitamin A) hay caroténoid thường có ở phần xanh của cây, vỏ quả có màu da cam: cà rốt, cà chua, gấc…Caroten có các dạng a, b, g, dạng b - caroten sẽ phân hủy thành 2 phân tử vitamin A. b. Cấu trúc Vitamin A có cấu trúc của diterpen gồm 4 đơn vị isopren ( -C5H8) ghép lại, trong phân tử có 4 liên kết đôi liên hợp ở mạch nhánh và 1 ở nhân b - ionon. Nhân b - ionon c. Tính chất Vật lý: tinh thể, màu hơi vàng, thực tế không tan trong nước, dễ tan trong alcol, cloroform, ether. ether dầu hỏa, dầu béo. Hóa học - Nhóm alcol bậc I có thể được ete hóa, este hóa, dưới dạng este thì chế phẩm bền vững hơn. Khi oxy hóa thành aldehyd thì rétinal tham gia vào chức năng thị giác hoặc thành acid retinoic tham gia quá trình biệt hóa tế bào. - Hệ thống liên kết đôi liên hợp làm cho phân tử có khả năng oxy hóa rất lớn và không bền, đặc biệt là khi tiếp xúc với ánh sáng, không khí. - Hệ thống liên hợp gắn với nhóm alcol bậc I nên dễ cho điện tử, vitamin A có thể cho phản ứng cộng với halogenid kim loại là chất ái điện tử để tạo chất có màu. - Phản ứng với stibi clorid trong môi trường cloroform tạo sản phẩm có màu xanh. Phản ứng này được dùng để định tính và định lượng theo phương pháp đo quang. 3.2.1.2 Vitamin D Tên khác: ergocalciferol hoặc cholecalciferol Vitamin D là tên được dùng để chỉ các chất có cấu trúc tương tự nhau. a. Nguồn gốc: Vitamin D2 hay ergocalciférol được điều chế bằng cách chiếu tia tử ngoại vào ergosterol có nguồn gốc thực vật như men bia, nấm. Vitamin D3 hay cholécalciferol; có trong dầu gan cá, ở người chất này được tạo bằng cách chiếu tia tử ngoại từ ánh sáng mặt trời, chất 7 – dehydrocholesterol ở trong da. Sau đó, chất này được hydroxyl hóa ở vị trí 25 tại gan rồi hydroxyl hóa 1 lần nữa ở vị trí 1 tại thận tạo thành 1,25 – dihydroxycalciferol là dạng hoạt tính. b. Cấu trúc Vitamin D là các stéroid tên stérol Provitamin D (sterol) Vitamin D c. Tính chất Vật lý - Tinh thể hình kim không màu, không tan trong nước, tan trong alcol, aceton, ether. chloroform. - Nhiệt độ nóng chảy chậm: 115 – 1180C, tức thời: 1200C. - Bền trong môi trường kiềm, trung tính ngay khi đun nóng đến 1000C. Không bền trong môi trường acid, ánh sáng. Hóa học: - Nhóm –OH ở vị trí 3: có thể tham gia phản ứng este hóa với acid palmitic, acetic, phosphoric, etylcarbonic. - Hệ thống liên kết đôi liên hợp: Có thể cho phản ứng màu với SbCl3 trong môi trường chloroform như vitamin A, tạo sản phẩm có màu hồng. Hấp thu ánh sáng UV nên có thể định tính và định lượng bằng phổ này. Phản ứng đặc trưng của nhân sterol: Phản ứng PESEZ dùng để phân biệt vitamin D với các sterol khác: hòa trong acid tricloacetic + dung dịch furfurol cho màu hồng, vitamin D2 cho màu đỏ tím, vitamin D3 cho màu vàng cam, các stérol khác không phản ứng. Phản ứng LIEBERMANN do –OH ở vị trí b: tác dụng với acid sulfuric đậm đặc cho màu đỏ, khi có thêm anhydrid acetic trong cloroform thì màu đỏ chuyển dần sang tím rồi xanh lơ. 3.2.1.3 Vitamin E Tên khác: tocoferol. a. Nguồn gốc Thực vật: mầm của lúa mì, đậu nành, bắp, xà lách, hạt hướng dương, dầøu thực vật… Động vật: sữa, trứng, thịt bò, heo, cá… b. Cấu trúc Vitamin E là dẫn xuất của nhân chroman, nhân chroman gắn các nhóm thế tạo thành tocol. + benzen dihydro pyran chroman tocol c. Tính chất Vật lý - Dầu nhờn, màu vàng sáng, không tan trong nước, acid loãng và kiềm loãng, tan trong ether, alcol tuyệt đối, bezen, chloroform. - Bền với acid, kiềm, chịu nhiệt đến 400C. - Bị tia UV phá hủy, dễ bị oxi hóa mất hoạt tính. Hóa học - Nhân chroman: hấp thu bức xạ UV nên có thể định tính, định lượng dựa vào phổ này. - Nhóm –OH ở vị trí 6: có thể este hóa với acid acetic, palmitic (dạng bền nhất). Tạo thành dẫn xuất quinon có màu. - Oxy hóa: Vitamin E là chất che chở cho các chất dễ bị oxy hóa khác. 3.2.1.4 Vitamin K a. Nguồn gốc Thực vật: bông cải xanh, xà-lách xon, rau xanh… chứa vitamin K1. Động vật: bột cá, gan, sữa, thịt … chứa vitamin K2. b. Cấu trúc Các vitamin K có cấu trúc quinon = metyl-2-naphtoquinon-1,4. naphtalen naphtoquinon – 1,4 2–metylnaphtoquinon–1 (vit K) c. Tính chất Vật lý - Vitamin K1: dầu lỏng sánh, màu vàng tươi, d = 0,976 ; kết tinh ở -200C - Vitamin K2: tinh thể màu vàng tươi, nhiệt độ nóng chảy 53-540C. - Vitamin K3: bột kết tinh màu vàng sáng, mùi mạnh, vị nóng, nhiệt độ nóng chảy 105-1070C. Hóa học - Phản ứng khử: 2 nguyên tử H có thể khử vitamin K3 (cómàu) thành naphtohydroquinol không màu (Vitamin K4), khi gặp ẩm thì chất này lại chuyển lại thành quinon có màu. vitamin K3 có màu vitamin K4 không màu - Phản ứng oxy hóa: Vitamin K3 bị oxy hóa dưới ảnh hưởng của ánh sáng và không khí và ngưng tụ thành dimer mất tác dụng cầm máu. Phản ứng xảy ra do liên kết đôi ở giữa 2 nhóm ceton nên rất linh động. Do đó cần bảo quản Vitamin K trong điều kiện tránh ánh sáng và không khí. Vitamin K1 dioxan nước H2O2 Na2CO3 vitamin K1 oxyd của vitamin K1 3.2.2 Vitamin tan trong nước 3.2.2.1 Vitamin B1 C12H18N4OSCl2 PTL: 337,27 Tên khoa học: 3-[4-amino-2-metylpyrimidin-5-yl)metyl]-5-(2-hydroxyetyl)-4-metylthiazolium hydroclorid. a. Nguồn gốc: Thực vật: trong men, mầm lúa mì, cám gạo, đậu tương, đậu phọng… Động vật: trong gan, thận, thịt heo, lòng đỏ trứng, sữa… b. Cấu trúc: Phân tử Vitamin B1 gồm nhân pyrimidin và nhân thiazol nối với nhau bằng cầu metylen ở C5 của pyrimidin và C3 của thiazol. pyrimidin thiazon Nhân pyrimidin hay metadiazin: là dị vòng 6 cạnh có 2N ở vị trí 1 và 3 (meta). Trong Vitamin B1 thì pyrimidin mang nhóm –CH3 ở vị trí 2 nhóm amin bậc I ở vị trí 4 Nhân thiazol: là thiofen có N ở vị trí 3. Thiofen là dị vòng lưu huỳnh có 5 cạnh. Trong Vitamin B1 thì thiazol mang nhóm –CH3 ở vị trí 4 nhóm b-hydroxy etyl là một alcol bậc I ở vị trí 5 Cầu -CH2- nối 2 nhân với nhau ở vị trí 3 của thiazol và 5 của pyrimidin, đây là phần không bền của phân tử. c. Tính chất Vật lý: tinh thể không màu hay bột kết tinh trắng, hơi đắng. Dễ tan trong nước, tan được trong glycerol, khó tan trong alcol, thực tế không tan trong ether. Hóa học: - Thiamin có tính chất của alcol do mang các nhóm b hydroxyetyl ở nhân thiazol nên có thể este hóa với acid palmitic, stearic, hydrocloric, nitric. - Phản ứng với tác nhân mang tính kiềm: thiamin chuyển thành dạng baz với đồng phân pseudo-baz rồi mở vòng thiazol. thiamin dạng bazo - Oxy hóa trong môi trường kiềm: chuyển sang dạng psedo-baz rồi khử nước và đóng vòng tạo thành thiocrom không còn tác dụng sinh học. Thiamin pseudobaz dẫn xuất oxy hóa thiocrom - Tác dụng của chất khử: phản ứng xảy ra được là do nitơ của thiazol trong thiamin ở dạng amoni bậc IV (nhân thiazol có nitơ hóa trị III không cho phản ứng). Các chất khử có thể chuyển thiamin thành dihydrothiamin không còn tác dụng của vitamin nữa. Điều này giải thích tại sao những thực phẩm đóng hộp và bảo quản bằng chất khử hóa lại giảm tỷ lệ vitamin rất mạnh. Do đó cũng cần thận trọng khi chọn chất bảo quản cho ống tiêm vitamin B1 là các tác nhân khử hóa tương tự như Na hydrosulfit. thiamin dihydrothiamin 3.2.2.2 Vitamin B2 a. Cấu trúc: vitamin B2 có cấu trúc nhân flavin benzen ptéridin flavin = benzo-6,7 ptéridin (pyrimido – pyrazin) Nhân flavin được tạo thành do sự ngưng tụ giữa ortodiamin phenylen với alloxan. ortodiamin alloxan alloxazin iso alloxazin phenylen Cấu trúc của iso-alloxazin được thế ở vị trí 7 và 8 bằng nhóm metyl, vị trí 10 bằng nhóm ribose. C17H20N4O6 PTL: 376,4 Tên khoa học: 7,8 dimetyl 10 [(2S,3S,4R) 2,3,4,5 tetrahydroxypentyl] Benzo{g}pteridine -2,4-dion hay dimetyl -7,8- (D-ribityl-1) – iso – alloxazin. b. Tính chất: Vật lý: bột kết tinh trắng hoặc hơi trắng hay tinh thể không màu, dễ tan trong nước, tan được trong glycerol, ít tan trong alcol. Hóa học - Phản ứng với các tác nhân khử do hệ thống oxy hóa khử - Tác động của ánh sáng lumiflavin lumichrom (alloxazin) - Tác động của kiềm 3.2.2.3 Vitamin B3 C6H6N2O PTL: 122,1 Tên khoa học: pyridin-3-carboxamid a. Cấu trúc Vitamin PP là amid của acid nicotinic. Piperidin là dịvòng 6 cạnh có chứa Nitơ mà khi dehydro hóa thì được pyridin có 3 liên kết đôi. Gắn nhóm –COOH lên vị trí 3 sẽ được acid nicotinic. Amid hóa acid nicotinic thì được amid của acid nicotinic hay nicotinamid (niaciamid) piperidin pyridin acid nicotinic nicotinamid b. Tính chất Vật lý: bột kết tinh trắng hoặc tinh thể không màu, dễ tan trong nước và alcol. Hóa học: cho phản ứng tạo tủa, tạo màu. - Phản ứng của amid: thủy phân trong môi trường kiềm tạo NH3 và muối của acid nicotinic NH3 + - Phản ứng của nhân pyridin Với natri carbonat khan: trộn với vita._.