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

Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1Đặt vấn đề Qua thực tế trong những năm gần đây cho thấy Việt Nam là nước có tốc độ phát triển kinh tế cao trong khu vực. Bên cạnh sự phát triển về kinh tế đem lại sự thay đổi cuộc sống và bộ mặt của đất nước, Việt Nam còn phải đối đầu với vấn nạn ô nhiễm môi trường do quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá gây ra. Sự phát triển của các ngành công nghiệp đã mang lại những nguồn lợi lớn đồng thời thải ra một lượng chất thải độc hại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khoẻ của con người. Để có được giải pháp cũng như những hướng đi cụ thể nhằm phát triển nền kinh tế song song với việc bảo vệ môi trường, Việt Nam đã có những kế hoạch thiết thực và hành động cụ thể để giải quyết những vấn đề môi trường. Cùng với sự tăng nhanh về nhu cầu xã hội và sự phát triển các ngành công nghiệp khác như dầu khí, điện, dệt may,… ngành dược phẩm nước ta cũng có những bước phát triển vượt bậc làm đa dạng và phong phú hơn các dược phẩm sản xuất trong nước. Theo đònh hướng của Nghò quyết Hội nghò lần thứ 2 của Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng Sản Việt Nam khoá VIII là “đến năm 2020 đạt trình độ công nghệ tiên tiến trong khu vực ASEAN ở các ngành kinh tế trong điểm”, ngày 09/09/1996 Bộ trưởng Bộ Y tế đã ký quyết đònh sô1516/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. Đây là vấn đề sống còn của các doanh nghiệp sản xuất dược phẩm. Từ sau quyết đònh đó đến nay đã có khoảng trên 20 xí nghiệp Dược đạt GMP đối với các công ty xí nghiệp trong nước và có vốn đầu tư nước ngoài. Việc triển khai áp dụng GMP vào trong sản xuất ngoài GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 1 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton những vấn đề cơ bản như: mô hình tổ chức một nhà máy GMP, tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể nhà xưởng, cách tổ chức hệ thống đảm bảo chất lượng,… thì vấn đề môi trường được yêu cầu phải giải quyết triệt để. Vì vậy việc xử lý ô nhiễm sinh ra trong quá trình sản xuất là một trong những yếu tố cần thiết để các cơ sở dược phẩm đạt GMP. Trong quá trình sản xuất bào chế dược phẩm, lượng chất thải thải ra cũng có những tích chất và thành phần đặc trưng gây nhiều tác hại xấu đến môi trường. Việc bào chế các loại kháng sinh cũng thải ra một lượng nước thải có chứa dư lượng thuốc kháng sinh. Sự hiện diện của thành phần kháng sinh trong môi trường cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ cộng đồng. Mỗi loại kháng sinh nào đó đi vào môi trường nước, mặc dù ở lượng rất nhỏ, nó có thể giết chết các vi khuẩn nhạy cảm đồng thời tạo điều kiện cho những vi khuẩn mang những gen kháng thuốc phát triển và các vi khuẩn mang gen này sẽ lây lan sang các vi khuẩn khác, trong đó có các chủng vi khuẩn gây bệnh cho con người và vật nuôi. Khi những vi khuẩn có hại này xâm nhập và gây bệnh cho con người thì sẽ rất khó khăn trong việc điều trò và có thể dẫn đến tử vong. Do những tác động trên nên việc tiến hành các biện pháp giảm thiểu và loại trừ sự xâm nhập của kháng sinh vào môi trường là điều cần thiết. Việc tìm kiếm một phương pháp xử lý thuốc kháng sinh hiệu quả, hợp lý trong điều kiện Việt Nam là nhiệm vụ quan trọng cho khoa học công nghệ của Việt Nam. Do đó, việc thực hiện đề tài nghiên cứu :”Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton” nhằm tìm ra những giải pháp kỹ thuật hợp lý để loại bỏ dư lượng thuốc kháng sinh khỏi nước thải trước khi thải ra môi trường. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 2 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton 1.2Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Tìm được phương pháp hiệu quả để xử lý thuốc kháng sinh, loại bỏ thuốc kháng sinh ra khỏi môi trường. 1.2.2 Nội dung của đề tài  Thu thập các tài liệu liên quan về sản xuất dược ở Việt Nam  Tìm hiểu công nghệ bào chế dược phẩm tại Việt Nam  Tìm hiểu môt số tính chất hoá lý, cấu trúc của các nhóm kháng sinh cơ bản  Tìm hiểu các ảnh hưởng của kháng sinh đến môi trường  Tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải  Đánh giá hiệu quả của các công nghệ xử lý  Lựa chọn phương pháp xử lý: phương pháp oxi hoá với tác nhân Fenton  Khảo sát thành phần nước thải thuốc Ampicillin  Khảo sát đánh giá khả năng phân huỷ kháng sinh cùng các yếu tố ảnh hưởng trong phương pháp xử lý oxi hoá Fenton  Thử nghiệm phương pháp trên mô hình, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ, thu thập các thông số tối ưu nhằm phục vụ cho việc thiết kế về sau.  Đánh giá hiệu quả của phương pháp xử lý. 1.3Phương pháp nghiên cứu  Tìm hiểu tài liệu sách báo trong và ngoài nước về ngành dược phẩm cũng như ảnh hưởng của khàng sinh đến môi trường GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 3 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton  Tìm hiểu các công nghệ xử lý nước thải trong và ngoài nước  Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên những kỹ thuật tiên tiến trong xử lý nước thải áp dụng với điều kiện Việt Nam  Đánh giá phương pháp xứ lý thông qua những chỉ tiêu bằng những phương pháp phân tích hiện đại. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 4 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton Chương 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÁNG SINH 2.1 Mở đầu Năm 1928, Alexander Fleming đã tìm ra được Penicillin khi nuôi cấy nấm penicillum notaum và đến năm 1942 Penicillin đã được sản xuất với quy mô công nghiệp. Năm 1944, người ta tìm được Streptomycin. Các năm sau đó liên tục nhiều kháng sinh đã được tìm ra từ các xạ khuẩn, vi nấm,… góp phần cho công việc điều trò các bệnh nhiễm trùng mà trước đó là nguyên nhân gây tử vong với đa số các trường hợp. Kháng sinh là các chất có tác dụng chống vi khuẩn. Các chất này có thể là chiết xuất từ vi sinh vật (chủ yếu là từ vi nấm), là chất tổng hợp hay bán tổng hợp. Để chống vi khuẩn ở người, kháng sinh có thể sử dụng theo đường toàn thân (như đường uống, đường tiêm) hoặc dùng tại chỗ (như bôi ngoài da). Tác dụng của kháng sinh trên vi khuẩn có thể có hai phương thức: diệt khuẩn hay kìm khuẩn. Loại kháng sinh diệt khuẩn – như Penicillin – có tác dụng trực tiếp tiêu diệt vi khuẩn. Loại kháng sinh kìm khuẩn – như Chloramphenicol – chỉ có khả năng kìm hãm sự phát triển, sinh sôi của vi khuẩn, để cơ thể con người với sức đề kháng tự nhiên sẵn có sẽ tiêu diệt chúng dễ ung5trên thực tế hai phương pháp nói trên đều có tác dụng chống vi khuẩn và đều có giá trò tương đương trong điều trò bệnh. 2.2 Phân loại kháng sinh Kháng sinh được chia làm nhiều nhóm khác nhau căn cứ theo cấu trúc hoá học của từng loại. Sự hiểu biết về các nhóm này có ý nghóa quan trọng đối với người sử GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 5 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton dụng, vì mỗi nhóm đều có tác dụng chính và tác dụng phụ riêng, những độc tính riêng, mà người sử dụng cần nắm vững trước khi đưa vào cơ thể. Hiện nay lượng kháng sinh sử dụng trong điều trò có khoảng hơn 100 loại khác nhau, có nhiều đề nghò phân loại khác nhau, nhưng thông thường được phân thành các nhóm chính như sau: a. Nhóm BETA – LACTAMIN (beta – lactam, diệt khuẩn): nhóm này được chia làm hai phân nhóm:  Phân nhóm Penicillin:  Benzyl penicillin: penicillin G, procain – penicillin,…  Phenoxypenicillin: penicillin V  Penicillin kháng penicilinase: oxacilin, choxaxilin,…  Aminopenicillin: ampicillin, amoxycillin, bacampicillin,…  Carbonxypenicillin: carbenicillin, ticarcillin.  Ureidopenicillin: azlocillin, piperacillin.  Carbanpenem: imipeneeem  Phân nhóm Cefalosporin:  Thế hệ 1: cefalotin, cefazolin, cefalexin, cefaclor,…  Thế hệ 2: cefamandol, cefaroxim, cefaxitin, cefamatazol,…  Thế hệ 3: cefotaxim, cefoperazon, ceftriaxon, cefftizoxim,… b. Nhóm AMINOSID (aminoglycosid, diệt khuẩn): streptomycin, gentamycin, tobrammycin, amikacin, kanamycin, frammycetin, neomycin,… c. Nhóm PHENICOL (kìm khuẩn): cloramphenicol, thiaphenicol d. Nhóm MACROLID (kìm khuẩn): nhóm này được chia thành ba nhóm  Phân nhóm Macrolid “thật”: erythromycin, azithromycin,…  Phân nhóm Synergistin: pritinamycin, virginiamycin GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 6 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton  Phân nhóm Lincosanid: lincomycin, clidamycin e. Nhóm CYCLIN (tetracyclin, kìm khuẩn): tetracuclin, oxytetracyclin,… f. Nhóm QUINOLON (kìm khuẩn):  Thế hệ 1: acid nalidixic, acid oxolinic, acid pipemidic,  Thế hệ 2 (Flourquinolon): ciprofloxacin, pefloxacin… g. Nhóm GLYCOPEPTID (diệt khuẩn): vancomycin, teicoplanin h. Nhóm POLYPEPTID (diệt khuẩn): polymycin B, polymycin E (colistin), bacitracin, tyrothricin. i. Nhóm NITROIMIDAZOL (diệt khuẩn): metronidezol, ordinazol… Nhóm SULFAMID (kìm khuẩn): được chia làm 5 phân nhóm:  Phân nhóm thải nhanh: sulfafurazol, sulfamethizol,…  Phân nhóm thải hơi chậm: sulfadiazin, sulfamethoxazol,…  Phân nhóm thải chậm: sulfadimethoxin, sulfamethoxypyridazin,…  Phân nhóm thải rất chậm:sulfadoxin  Phân nhóm ít hấp thu qua đường tiêu hoá: sulfaguanidin,… k. Nhóm RIFAMYXIN: rifampicin, rifamycin S.V. l. Nhóm kháng sinh CHỐNG NẤM: ketoconazol, cotrimazol,… m. Nhóm thuốc CHỐNG LAO: rifampicin, theambutol, streptomycin. o. Nhóm thuốc chống phong: closazimin, dapson p. Các nhóm kháng sinh khác: một số kháng sinh đặc biệt khác, không thuộc nhóm nào:  Các dẫn xuất của oxyquynolein: nitroxolin, cloroidoquin,…  Các dẫn xuất của nitrofuran: nitrofurantoin, furazolidon,…  Novobiocin, acid fucidic, fosfomycin. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 7 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton 2.3 Tính chất của một số nhóm kháng sinh thông dụng 2.3.1 Nhóm beta – lactamin Kháng sinh thuộc họ beta – lactamin là những kháng sinh có cấu trúc azetidin –2 – on (còn được gọi là vòng β - lactamin) BETA LACTAMIN Nhóm này có hai phân nhóm chính thường được sử dụng là Penicillin và cefalosporin có sơ đồ phân nhánh theo hình 1 GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 8 C C N C O CO HN N C H H O R COOH COOH R O HH N S HN CO CO HN N O H H O R COOH H Carbapenam Sulfopenam Oxapenam PENICILIN Oxacephem CO HN O COOH CEPHALOSPORIN R 1 N O R 3 R 2 R 2 N C R 1 COOH O HNCO Carbacephem R 2 N S R 1 COOH O HNCO Cephamycin X HH OCH 3 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton Hình 1: Sơ đồ phân loại các nhóm β - lactamin chính 2.3.1.1 Penicillin a. Cấu trúc chung: b. Tính chất vật lý: Các Penicillin dưới dạng muối hoặc dạng acid là bột trắng, không mùi khi tinh khiết. Phổ UV: đa số của các nhóm R acyl hoá trên 6APA đều là vòng thơm nên cho phổ hấp thu ở vùng UV có được. Bảng 2.1 cho thấy bước sóng hấp thu cực đại của vài Penicillin trong dung môi nước. Bảng 1: Bước sóng hấp thu cực đại của một số Penicillin (dung môi nước) Tên kháng sinh R λ max (nm) Benzyl Penicillin (muối Na) CH 2 264 Phenoxymethylpenicillin (muối Na) O CH 2 268 274 Ampicillin (trihydrat) CH 2 NH 2 257 262 265 Phổ IR: ở vùng 1600 – 1800 cm -1 có các đỉnh đặc trưng với các nhóm sau đây: -Nhóm lactam ở giữa 1780 và 1770 cm -1 GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 9 CO HN N S H H O CH 3 CH 3 H COO - R + PENICILLIN R Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton -Chức amid ngoại vòng ở giữa 1700 và 1650 cm -1 -Chức carboxyl ở khoảng 1600 cm -1 c. Tính chất hoá học:  Tính acid: Các Penicillin có khả năng tạo muối Natri và kali tan trong nước, trong khi đó các muối kim loại nặng (ví dụ muối Cu 2+ ) thì không tan hoặc kích thích sự phân huỷ. Các Penicillin cũng có khả năng tạo muối với các amin: -Tạo các Penicillin thuỷ giải chậm (tác động trễ) như procain Penicillin, benethamin Penicillin, benzathin Penicillin. -Một số chất có tính baz ví dụ như các aminosid, các alkaloid khi trộn cung với Penicillin trong cùng một ống tiêm sẽ gây ra kết tủa. Các Penicillin cũng có khả năng tạo thành những este.  Tính không bền của vòng beta – lactam  Sự phân huỷ trong môi trường kiềm: ở pH > 8 sẽ có sự tấn công của ion OH - trên carbonyl lactam gây ra sự mở vòng. Theo quy luật chung, cuối cùng sẽ có sự tạo thành acid penicilloic, nhưng sự decarboxyl có thể xảy ra để tạo acid penicilloic. Môi trường có sự hiện diện của những muối kim loại nặng ( ZN 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ hoặc Hg 2+ ) sẽ làm cho acid penicilloic bò thuỷ phân thành carbinolamin không bền, chất này sẽ tiếp tục bò phân huỷ tạo D – penicillamin và acid peneldic. Acid peneldic đến lượt nó có thể bò decarboxyl hoá để trở thành penicillo – aldehyd.  Sự alcol phân và amino phân: vòng beta – lactam nhạy với một số tác nhân ái nhân khác với xúc tác của các ion thường là các ion kim loại nặng: Cu 2+ , Zn 2+ , Sn 2+ . GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 10 [...]... Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 24 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton  nh hưởng chống nấm  nh hưởng chống sinh vật cấp cao  Khó phân huỷ Sản xuất Dược phẩm cho người Thuốc thú y Thuốc tăng trường Chất thải Cống thải Phân bón Môi trường đất Hệ thống XLNT Đất trồng Nước mặt Bùn lắng Nước ngầm Nước sinh hoạt Hình 2: Chu trình của dược phẩm trong... GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 28 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton Tylosin (1) 104 0.28 0.04 Một vài nghiên cứu khác đã xác đònh một số kháng sinh trong hệ thống xử lý nước thải và các dòng thải ở khoảng nồng độ từ ng/l đến µg/l Alder đã phát hiện thấy ciprofloxacin khoảng hơn 0.08 µg/l ở nước thải sau xử lý Hirch cũng tìm thấy erythromycin... COD Tuy nhiên những tiêu chuẩn này chưa được quy đònh đối với các loại GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 29 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton kháng sinh và ảnh hưởng của kháng sinh với nồng độ thấp và sự phát triển của các vi khuẩn kháng kháng sinh đã đến mức báo động Vai trò của những hệ thống xử lý nước thải ngăn chặn sự lan tràn của. .. kháng kháng sinh của loài E coli trong nước thải sau xử lý tăng nhanh khi so sánh với trước khi xử lý Đối với dòng vào và dòng ra GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 31 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton của hệ thống, khả năng kháng kháng sinh tăng khi số lượng kháng sinh được giảm từ bảy đến một Khả năng đa kháng lớn nhất của một giống là... này được thu thập ở ngược dòng GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 33 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton hay xuôi dòng của dòng chảy từ hệ thống xử lý nước thải của thành phố Pamplona Enterobacteriaceae và Aeromonas là hai đối tưọng của nghiên cứu này Hầu hết Aeromonas (72%) và 20% của Enterobacteriaceae đều kháng với nalidixic acid, một... học của hầu hết kháng sinh trong môi trường tự nhiên rất kém tức là chúng tồn tại khá lâu trong môi trường Bảng 4 cung cấp khả năng phân huỷ của một số loại kháng sinh thông dụng GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 25 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton Bảng 4: Tổng quan về sự phân huỷ của một số kháng sinh Các loại thuốc Quá Thể loại trình. .. Cục Đo Đạc Đòa Chất Mỹ đã hoàn thành nghiên cứu đo đạc nồng độ của 95 chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải với những mẫu nước từ 139 dòng chảy tại GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 27 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton 30 bang trong năm 1999 và 2000 Chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải bao gồm dược phẩm, hooc – môn, và một số chất ô nhiễm hữu... GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 26 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton Nồng độ của kháng sinh trong nước tiểu phụ thuộc vào liều lượng và cách điều trò (tiêm bắp, tiêm tónh mạch, hay đường tiêu hoá), sự tiêu thụ thức ăn đồ uống và khoảng thời gian uống thuốc Thêm vào đó, sự hấp thụ phụ thuộc vào tính chất của mỗi loại thuốc kháng sinh Ví... Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 12 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton  Ampicillin tồn tại dưới dạng khan và dạng trihydrat  Do hiệu quả hút e- của nhóm NH2 nên Ampicillin bền trong môi trường acid, có thể dùng để uống được H C CO HN H H CH3 S NH2 N O H CH3 - COO Na+ AMPICILLIN  Amoxycillin Đây là chất tương đồng của Ampicillin nhưng hấp thu tốt hơn... trường hợp của Penicillin, vùng hấp thu ở khoảng 1600 – 1800 cm -1 c Tính chất hoá học  Tính không bền của vòng beta – lactam: đây là đặc tính hoá học then chốt GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 14 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton  Sự tấn công của các tác nhân ái nhân (A N): các baz mở vòng azetidin –2 – on, tạo ra những dẫn chất của acid . thuốc kháng sinh khỏi nước thải trước khi thải ra môi trường. GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 2 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton 1.2Mục. Phương SVTH: Vũ Đức Mạnh 3 Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton  Tìm hiểu các công nghệ xử lý nước thải trong và ngoài nước  Nghiên cứu thực nghiệm:. nghệ của Việt Nam. Do đó, việc thực hiện đề tài nghiên cứu : Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton nhằm tìm ra những giải pháp kỹ thuật hợp lý để