Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  PHẠM THỊ THANH YÊN ận Lu NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DƯ LƯỢNG MỘT SỐ CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC VÀ ĐỘNG VẬT THỦY SINH TRONG MỘT SỐ HỒ HÀ NỘI án n tiế sĩ Kĩ th t uậ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Phạm Thị Thanh Yên ận Lu NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DƯ LƯỢNG MỘT SỐ CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC VÀ ĐỘNG VẬT THỦY SINH TRONG MỘT SỐ HỒ HÀ NỘI án n tiế Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 62520320 sĩ Kĩ t uậ th HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Huỳnh Trung Hải PGS.TS Nguyễn Quang Trung Hà Nội – 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học GS.TS Huỳnh Trung Hải PGS.TS Nguyễn Quang Trung Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cá nhân hay tổ chức khoa học cơng bố cơng trình khác nước Hà Nội, ngày …… tháng …… Năm 2017 Giáo viên hướng dẫn I Lu GS.TS Huỳnh Trung Hải Giáo viên hướng dẫn II Tác giả PGS.TS Nguyễn Quang Trung Phạm Thị Thanh Yên ận án n tiế sĩ Kĩ t uậ th Lời cảm ơn Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn GS.TS Huỳnh Trung Hải, PGS.TS Nguyễn Quang Trung hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Môi trường - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp nhiều ý kiến q trình thực luận án ận Lu Tơi xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Thanh Thảo, anh chị em phịng Độc Chất Học Mơi Trường – Viện Công Nghệ Môi Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ trang thiết bị, chuyên môn kỹ thuật q trình thực nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo hướng dẫn đưa ý kiến đóng góp q trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng ban, khoa Cơng nghệ Hóa trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ động viên tơi q trình thực luận án án n tiế Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới người thân gia đình, bạn bè ln động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận án sĩ Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017 Kĩ t uậ th Phạm Thị Thanh Yên MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT IV DANH MỤC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ VIII MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan thuốc kháng sinh ận Lu 1.1.2 Thuốc kháng sinh họ sulfornamides trimethoprim 1.1.3 Thuốc kháng sinh họ quinolones 1.2 Tổng quan hồ Hà Nội động vật thủy sinh 1.2.1 Tổng quan năm hồ Hà Nội 1.2.2 Động vật thủy sinh 10 1.3 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh 11 1.3.1 Hiện trạng sử dụng kháng thuốc sinh giới 11 1.3.1.1 Kháng sinh sử dụng cho người 11 1.3.1.2 Kháng sinh sử dụng nông nghiệp 12 án n tiế 1.3.2 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh Việt Nam 13 1.3.2.1 Kháng sinh dùng điều trị bệnh người 13 1.3.2.2 Kháng sinh sử dụng nông nghiệp 14 1.4 Ô nhiễm thuốc kháng sinh ảnh hưởng đến môi trường sinh thái 15 1.4.1 Thuốc kháng sinh môi trường 15 1.4.1.1 Kháng sinh môi trường nước 16 1.4.1.2 Sự tích tụ kháng sinh sinh vật, đất trầm tích 16 1.4.2 Ảnh hưởng kháng sinh môi trường 18 1.5 Đánh giá nguy hại môi trường 19 1.5.1 Tích lũy sinh học 19 1.5.2 Độc tính sinh học thương số nguy hại 20 1.6 Các phương pháp loại bỏ kháng sinh 23 1.7 Phân tích kháng sinh 24 1.7.1 Kỹ thuật xử lý mẫu 24 1.7.2 Các phương pháp phân tích kháng sinh 25 1.7.2.1 Phương pháp ELISA 25 1.7.2.2 Phương pháp von - ampe 26 1.7.2.3 Phương pháp điện di mao quản (CE) 26 1.7.2.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 27 1.7.2.5 Phương pháp sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) 28 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 sĩ Kĩ t uậ th I ận Lu 2.1 Đối tượng nghiên cứu 30 2.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 31 2.2.1 Hóa chất 31 2.2.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 32 2.3 Lấy mẫu, bảo quản xử lý mẫu 32 2.4 Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời kháng sinh quinolones, sulfonamides trimethoprim nước, trầm tích cá rơ phi 35 2.4.1 Khảo sát điều kiện tối ưu cho sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) 35 2.4.2 Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu nước xác định đồng thời kháng sinh 38 2.4.3 Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời kháng sinh 39 2.4.4 Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu cá rơ phi xác định đồng thời kháng sinh 40 2.5 Hàm lượng phân bố kháng sinh quinolones, sulfonamides trimethoprim hồ Hà Nội 41 2.6 Đánh giá nguy hại kháng sinh 42 2.6.1 Xác định hệ số tích tụ kháng sinh trầm tích động vật thủy sinh hồ Hà Nội 42 2.6.2 Ảnh hưởng kháng sinh tới quần thể sinh vật 42 2.7 Thẩm định phương pháp 43 án n tiế CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Tối ưu hóa quy trình phân tích kháng sinh quinolones, sulfonamides trimethoprim nước, trầm tích cá 45 3.1.1 Khảo sát pha động sử dụng cho LC/MS/MS 45 3.1.2 Quy trình xử lý mẫu nước hồ xác định đồng thời kháng sinh 46 3.1.2.1.Tối ưu hóa q trình chiết 46 3.1.2.2 Thẩm định phương pháp phân tích 48 3.1.3 Quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời kháng sinh 51 sĩ Kĩ t uậ th 3.1.3.1 Tối ưu hóa q trình chiết 51 3.1.3.2 Thẩm định phương pháp 54 3.1.4 Quy trình xử lý mẫu cá xác định đồng thời kháng sinh 57 3.1.4.1 Tối ưu hóa q trình chiết kháng sinh 57 3.1.4.2 Thẩm định phương pháp phân tích 60 3.1.5 Kết phân tích mẫu đối chứng 64 3.2 Hàm lượng kháng sinh nước, trầm tích động vật thủy sinh năm hồ Hà Nội 65 3.2.1 Hàm lượng kháng sinh nước hồ 65 3.2.2 Hàm lượng kháng sinh trầm tích 71 3.2.3 Hàm lượng kháng sinh động vật thủy sinh 75 3.3 Sự phân bố nồng độ kháng sinh theo không gian thời gian 80 II 3.3.1 Sự phân bố nồng độ kháng sinh nước hồ 80 3.3.2 Sự phân bố nồng độ kháng sinh trầm tích 87 3.4 Đánh giá nguy hại kháng sinh 92 3.4.1 Ảnh hưởng kháng sinh quần thể sinh vật nước 92 3.4.2 Ảnh hưởng kháng sinh tới quần thể sinh vật trầm tích 96 3.4.3 Sự tích tụ sinh học kháng sinh động vật thủy sinh 97 3.5 Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm kháng sinh hồ Hà Nội 99 3.5.1 Giải pháp quản lý 99 3.5.2 Giải pháp kỹ thuật 101 KẾT LUẬN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 124 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………… ….132 ận Lu án n tiế sĩ Kĩ t uậ th III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt A2O Anaerobic Anoxic Oxic Cơng nghệ gồm q trình yếm khí, thiết khí, hiếu khí AF Assessment factor Hệ số đánh giá AOPs Advanced oxidation processes Phương pháp oxy hóa tiến tiến BAF Bioaccumulation factor Hệ số tích lũy sinh học BOD5 Biological Oxygen Demand CAS Convetional Activated Sludge Công nghệ xử lý sinh học bùn hoạt tính truyền thống dạng liên tục CE Capillary electrophoresis Điện di mao quản CIP Ciprofloxacin Ciprofloxacin EC50 Effective concentration Nồng độ ảnh hưởng 50% 10 EMEA 11 ENR 12 Nhu cầu oxy hóa sinh học sau ngày ận Lu European Medicines Evaluation Agency Tổ chức đánh giá y học Châu Âu án Enrofloxacin COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học 13 FDA Food and Drug Administration Cục Quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ 14 HNK 15 HQ 16 HT 17 HTB 18 HTL 19 HYS 20 KOW 21 LC50 22 n tiế Enrofloxacin sĩ Kĩ Hazard quotients Hồ Ngọc Khánh Thương số nguy hại Hồ Trúc Bạch t uậ th Hồ Tây Hồ Thủ Lệ Hồ Yên Sở Octanol - water partition coefficient Hệ số phân bố octanol - nước Lethal concentration Nồng độ gây chết 50% LC/MS/MS Liquid chromatography tandem mass spectrometry Sắc ký lỏng hai lần khối phổ 23 LLE Liquid–liquid extraction Chiết lỏng – lỏng 24 m/z Mass to charge ratio 25 MEC Measured environmental concentration IV Tỷ số khối lượng điện tích Nồng độ chất nhiễm đo Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 26 MDL Method detection limits Giới hạn phát phương pháp 27 MQL Method quantification limits Giới hạn định lượng phương pháp MRL Maximum residue limit Giới hạn dư lượng tối đa 28 MSPD Matrix solid-phase dispersion Phân tán mẫu pha rắn 29 Nd Not detected Không phát thấy 30 NOEC No observed effect concentration Nồng độ ảnh hưởng không quan sát 31 NOR Norfloxacin Norfloxacin 32 OFL Ofloxacin Ofloxacin 33 OHTBL Ốc hồ Trúc Bạch cỡ lớn 34 OHTBN Ốc hồ Trúc Bạch cỡ nhỏ 35 PEC 36 Lu STT Nồng độ mơi trường dự đốn PLE Pressurised liquid extraction Chiết lỏng áp cao 37 PNEC Predicted no effect concentration Nồng độ không gây tác động dự đốn 38 QNS Quinolones Nhóm kháng sinh quinolone 39 R2 Correlation coefficients Hệ số tương quan 40 RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối 41 SAS Sulfonamides Nhóm kháng sinh sulfonamide 42 SMR Sulfamerazine 43 SMX Sulfamethoxazole 44 SMZ Sulfamethazine 45 SBR Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng sinh học hoạt động theo mẻ 46 SPE Solid phase extraction Chiết pha rắn 47 STZ Sulfathiazole Sulfamethiazole 48 TN Nồng độ N tổng số (nitơ Kjeldahl) 49 TP Nồng độ photpho tổng số 50 TRI Trimethoprim Trimethoprim 51 USE Ultrasonic-assisted extraction Chiết siêu âm 52 U Measurement uncertainty Độ không đảm bảo đo phương pháp 53 VSV ận Predicted environmental concentration án n tiế sĩ Kĩ t uậ th Sulfamerazine` Sulfamethoxazole Sulfamethazine Vi sinh vật V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng tổng hợp tính chất hóa lý kháng sinh họ SAs TRI Bảng 1.2 Bảng tổng hợp tính chất hóa lý kháng sinh họ quinolones Bảng 1.3 Tên cống thải lưu lượng nước thải vào hồ Tây Bảng 2.1 Diện tích,cống tiêu nước hồ Hà Nội 30 Bảng 2.2 Bảng tổng hợp số mẫu lấy năm hồ Hà Nội 33 Bảng 2.3 Thời gian lưu, thông số khối phổ kháng sinh họ SAs, QNs TRI 37 Bảng 3.1 Chế độ chạy gradien pha động kháng sinh QNs, SAs TRI 46 ận Lu Bảng 3.2 Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn hệ số tương quan kháng sinh SAs, TRI QNs mẫu nước 49 Bảng 3.3 Độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo kháng sinh nước 50 Bảng 3.4 Giới hạn phát phương pháp, giới hạn định lượng phương pháp xác định kháng sinh nước 50 Bảng 3.5 Hiệu suất thu hồi kháng sinh trạng thái mẫu trầm tích khác 52 Bảng 3.6 Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn hệ số tương quan kháng sinh SAs, TRI QNs trầm tích 55 án n tiế Bảng 3.7 Hiệu suất thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, ảnh hưởng mẫu, độ không đảm bảo đo kháng sinh nghiên cứu trầm tích 56 Bảng 3.8 Giới hạn phát phương pháp, giới hạn định lượng phương pháp xác định kháng sinh trầm tích 57 Bảng 3.9 Khảo sát dung dịch hòa tan cặn loại bỏ chất béo 59 Bảng 3.10 Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn, bình phương hệ số tương quan ảnh hưởng mẫu kháng sinh nghiên cứu mẫu cá 60 Bảng 3.11 Bảng tổng hợp độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo kháng sinh SAs, QNs, TRI thêm chuẩn mẫu cá trắng nồng độ μg/kg; μg/kg; 10 μg/kg 61 Bảng 3.12 Giới hạn phát phương pháp, giới hạn định lượng phương pháp xác định kháng sinh cá 62 Bảng 3.13 Kết phân tích đối chứng tổng nồng độ kháng sinh nước, cá, trầm tích ốc 63 Bảng 3.14 Sự chênh lệch nồng độ kháng sinh NCS phân tích với nồng độ kháng sinh đo phịng thí nghiêm khác 64 Bảng 3.15 Bảng tổng hợp nồng độ tần suất phát kháng sinh CIP, ENR, OFL, NOR hồ Hà Nội 68 Bảng 3.16 Bảng tổng hợp nồng độ kháng sinh tần suất phát SMX, STZ, SMZ, SMR, TRI hồ 69 Bảng 3.17 Nồng độ kháng sinh trầm tích hồ Tây 71 sĩ Kĩ t uậ th VI Bảng 12.P2.Nồng độ kháng sinh mẫu trầm tích lấy vào tháng 11 năm 2014 hồ Tây (μg/Kg) Nồng độ kháng sinh (µg/kg) 254-SMX 256-STZ 279-SMZ 291-TRI 320-NOR 332-CIP 362-OFL 265-SRM ENR-360 BHT1 0,40 nd nd nd nd nd nd nd