Từ nhu cầu thực tế, công nghệ màng lọc sinh học hiếu khí MBR đã ra đời, thỏa mãn các yêu cầu đặt ra như: chất lượng nước đầu ra cao, tốn ít công đoạn xử lý, phân tách hoàn toàn pha rắn v
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Theo Tổng cục Thống Kê năm 2015, dân số Thành phố Hồ Chí Minh đạt 8.146.300 người, đây là nơi tập hợp nhiều khu đô thị, công nghiệp, bệnh viện, siêu thị, trung tâm thương mại, và trung tâm hành chính khác Với dân số đông, tương ứng phát sinh một lượng lớn nước thải cần được xử lý Về mặt môi trường, khi nhu cầu ngày càng lớn, dưới áp lực dân số sẽ kéo theo khó khăn về diện tích, mặt bằng xây dựng cho các công trình xử lý nước thải tại nội thành Hiện nay một trong những công nghệ rất phổ biến được ứng dụng nhiều nhất là công nghệ bùn hoạt tính thông thường (Conventional
Activated Sludge – CAS), tuy nhiên hệ thống CAS đã bộc lộ nhiều điểm hạn chế như khó khăn trong nâng cấp công suất, lượng bùn sinh ra quá cao, chưa đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn xả thải, tái sử dụng theo nhu cầu của nhiều quốc gia như hiện nay
Từ nhu cầu thực tế, công nghệ màng lọc sinh học hiếu khí (MBR) đã ra đời, thỏa mãn các yêu cầu đặt ra như: chất lượng nước đầu ra cao, tốn ít công đoạn xử lý, phân tách hoàn toàn pha rắn và lỏng, sinh khối luôn duy trì nồng độ cao, hoàn toàn kiểm soát được thời gian lưu bùn (SRT) và thời gian lưu nước (HRT) đồng thời lượng bùn sinh ra thấp (Gou và cộng sự, 2009) Công nghệ MBR trở thành lựa chọn được hàng đầu cho quá trình xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp và nước thải đô thị (Le-Clech và cộng sự, 2006) Nhược điểm của công nghệ chính là khả năng bẩn màng theo thời gian, để giảm thiểu bẩn màng giá thể Sponge được đề xuất cho vào bể màng sinh học nhúng chìm
MBR, Sponge có thể ngăn chặn hình thành bánh bùn trên bề mặt màng và lỗ màng do đó làm giảm bẩn màng đáng kể, lượng bùn sinh ra thấp, ngoài ra hệ thống còn làm giảm tăng trưởng vi khuẩn dạng sợi (Ngo và cộng sự, 2008; Guo và cộng sự, 2009; Lijuan
Deng và cộng sự, 2014) Ở đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, phát sinh môt lượng lớn nước thải từ nhiều ngành nghề, hiện nay đáng chú ý chính là nước thải từ các bệnh viện và trạm y tế, cơ sở chăm sóc sức khỏe Do đặc thù, những chất thải từ nước thải bệnh viện có thể dể dàng tiếp xúc với cơ thể người đồng thời gây ra ô nhiễm nguồn nước và sức khỏe cộng đồng (Nguyen và cộng sự, 2016) Đặc biệt là các chất ô nhiễm vi lượng từ nước thải y tế, bệnh viện tồn động trong nước thải đô thị ngày nay được xem là vấn đề cực kỳ nghiêm trọng, có thể có ảnh hưởng bất lợi cho môi trường dù chúng ở nồng độ thường thấp tại nơi được phát thải (Jan Sipma và cộng sự, 2009); (Richard H.Lindberg và cộng sự, 2006)
Kháng sinh (antibiotics) là một trong những nhóm quan trọng của dược phẩm và sản phẩm chăm sóc cà nhân (Pharmaceuticals and Personal Care Products) Thuốc kháng sinh, là một trong những loại thuốc quan trọng nhất để phòng ngừa và điều trị các bệnh truyền nhiễm (Tran và cộng sự, 2016), tuy nhiên chúng lại có tiềm năng gây rủi ro cho sức khỏe sinh vật sống và con người Mặc dù việc điều tra về sự tồn tại của kháng sinh trong nước thải bệnh viện đã được quan tâm nghiên cứu ở nhiều quốc gia, nhưng chỉ có một nghiên cứu được tiến hành trong Hà Nội, Việt Nam (Dương và cộng sự, 2008)
Gần đây nhất nghiên cứu của Võ và cộng sự (2016) tại thành Phố Hồ Chí Minh đã phát hiện ra rằng các chất kháng sinh từ 2 nhóm kháng sinh như Sulfonamide, Fluoroquinolone được tìm thấy với nồng độ cao trong 39 trạm xử lý nước thải bệnh viện
Các nghiên cứu ngoài nước cũng cho thấy rằng nhóm Floroquinolone được phát hiện nhiều nhất (Kovalova và cộng sự, 2012, Picó và Andreu, 2007, Santos và cộng sự, 2013)
Trong họ Floroquinolone, Ciprofloxacin là kháng sinh được tìm thấy trong nước thải sinh ra từ các bệnh viện ở Việt Nam, với nồng độ cao hơn 4-5 lần so với các nước như
Trung Quốc hay Úc (Võ và cộng sự, 2016) Ciprofloxacin đã được báo cáo trước đây như là một nguồn có thể gây ra một mối nguy về môi trường (Kümmerer & Henninger,
2003), gây sự suy thoái cho thủy sản (Girardi và cộng sự, 2011; Heath và Kosjek, 2012) Đáng báo động hơn, hiện nay theo tổ chức y tế Thế Giới (WHO) thì Việt Nam đang là một trong những quốc gia có tỷ lệ kháng thuốc kháng sinh cao nhất thế giới hiện tại Ở góc độ công nghệ, Sponge-MBR đang nổi lên khi chứng minh được tính hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ vi lượng (Kimura và cộng sự, 2004)
Do đó đề tài nghiên cứu “ Ảnh hưởng của kháng sinh Ciprofloxacin đến khả năng xử lý của Sponge MBR xử lý nước thải y tế ” được đề xuất nhằm góp phần tạo cơ sở đánh giá khả năng xử lý của mô hình Sponge-MBR đối với chất ô nhiễm trong nước thải y tế với sự hiện diện của kháng sinh nồng độ cao Đề tài cũng tập trung đánh giá thông qua chuỗi phân tích hiệu quả xử lý, khám phá cấu trúc bề mặt giá thể Sponge và xác định kích thước bông bùn hoạt tính qua các giai đoạn nồng độ kháng sinh từ thấp đến cao
Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài nhằm mục tiêu xác định hiệu quả loại bỏ và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh đến khả năng xử lý của Sponge MBR xử lý nước thải y tế khi vận hành ở thông lượng cao.
Phạm vi nghiên cứu
- Nước thải được lấy dự kiến từ một bệnh viện trên địa bàn Tp HCM
- Thí nghiệm mẽ xác định khả năng loại bỏ CIP tương ứng thời gian 0, 1h, 4h, 8h, 12h
- Nghiên cứu hiệu quả xử lý ở thí nghiệm liên tục với thông lượng màng 20 L/m 2 h, với nồng độ tiếp xúc của kháng sinh Ciprofloxacin trong nước thải điều chỉnh tăng dần từ nước thải thụ (khụng thờm khỏng sinh), 20àg/l, 50àg/l, 100àg/l, 200àg/l
- Mô hình liên tục có bổ sung giá thể Sponge với tỷ lệ 20% thể tích bể phản ứng
- Đánh giá hiệu quả sử lý các thành phân hữu cơ, nitơ, bẩn màng của hệ thống Sponge MBR
- Đánh giá sự biến đổi bên trong cấu trúc giá thể Sponge, kích thước bông bùn lơ lững qua các tải kháng sinh khác nhau
TỔNG QUAN
Nước thải y tế
Nguồn gốc nước thải y tế, chủ yếu phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của đội ngũ công nhân viên, bác sĩ, bệnh nhân; từ hoạt động khám chữa bệnh: mổ, tẩy rửa, sát trùng từ các cơ sở chăm sóc sức khỏe, bệnh viện Do đó, tính chất nước thải tương tự như nước thải sinh hoạt, nhưng có thêm các thành phần đặc trưng như: vi khuẩn, vi rút gây bệnh, các chất kháng sinh, kim loại nặng, chất độc, dược phẩm (PhACs), hóa chất trong quá trình điều trị, chữa bệnh; chất phóng xạ từ quá trình chẩn đoán và điều trị) Theo Emmanuel và cộng sự (2002) nước thải bệnh viện có tính chất hỗn tạp, giống cả nước thải đô thị, công nghiệp, và nước thải từ quá trình chăm sóc, nghiên cứu y tế
Theo khảo sát của Thu và cộng sự (2012) Việt Nam có khoảng 3 loại hình bệnh viện phổ biến, gồm: 39 bệnh viện thuộc trung ương, 394 bệnh viện trực thuộc tỉnh, và 640 bệnh viện trực thuộc quận huyện Riêng trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, tổng lượng nước thải tra môi trường hơn 23,000 m 3 nước thải y tế mỗi ngày (Sở Tài nguyên và Môi trường Tp HCM, 2012)
Về đặc tính, theo khảo sát của Võ và cộng sự (2016) tại 39 cơ sở y tế tại địa bàn
TP.HCM Nước thải của 7/39 các bệnh viện và cơ sở y tế không đạt quy chuẩn QCVN 28: 2010, cột B Nồng độ của một số chỉ tiêu hóa lý thông thường trong nước thải đã vượt quá giới hạn quy chuẩn Các giá trị trung bình nồng độ chất ô nhiễm của nước thải được xử lý từ các bệnh viện là cao hơn so với quy chuẩn
Bảng 2.1 Thành phần, tính chất nước thải y tế tại Thành phố Hồ Chí Minh (Võ và cộng sự, 2016)
Thông số Đơn vị Trung bình (Min-
Hình 2.1 Bản đồ phân bố một số cơ sở y tế được khảo sát tại Thành phố Hồ Chí Minh (Võ và cộng sự, 2016)
- Kí hiệu màu vàng: các bệnh viện trung ương - Kí hiệu màu trắng: bệnh viện huyện
- Kí hiệu màu đỏ: phòng khám tư
Tiến hành khảo sát: 12 bệnh viện thuộc trung ương, 3 bệnh viện huyện, và 24 trạm y tế)
Các chỉ tiêu (BOD5, COD, NH4+-N, Hoặc tổng coliforms) đã không được loại bỏ một cách hiệu quả từ nước thải bệnh viện (ví dụ, COD là 1.9 lần, BOD5 là 2.3 lần, NH4 +-N là 3.0 lần, và tổng coliforms là 300 lần) Kết quả còn cho thấy 18% mẫu nước thải khảo sát tại các trạm xử lý đã vượt tiêu chuẩn quốc gia (QCVN 28: 2010, cột B) Nguy hiểm hơn, có đến 58% trạm y tế trong cuộc khảo sát không có hệ thống xử lý nước (chỉ có bể tự hoại, do đó nước thải được xả trực tiếp vào môi trường)
Ngoài các chỉ tiêu ô nhiễm thông thường, nước thải còn chứa các dược phẩm, hóa chất từ các nguồn: từ quá trình xét nghiệm, vệ sinh, sát trùng, chuẩn đoán bệnh, chất thải từ quá trình bài tiết của người, nước thải y tế là nguồn chứa thêm các thành phần đặc trưng như: vi khuẩn, vi rút gây bệnh, các chất kháng sinh, kim loại nặng, chất độc, dược phẩm (PhACs – Pharmaceutical Active Compounds), hóa chất trong quá trình điều trị, chữa bệnh; chất phóng xạ từ quá trình chẩn đoán và điều trị) Nguồn gốc xuất hiện các dược phẩm, hóa chất trong nước thải bao gồm chủ yếu từ: các hóa chất, dược phẩm từ quá
19 trình xét nghiệm, vệ sinh, sát trùng, chẩn đoán bệnh, chất thải từ quá trình bài tiết của người bệnh có sử dụng các dược phẩm, hóa chất trong quá trình điều trị Hiện nay theo tổ chức y tế Thế Giới (WHO) thì Việt Nam đang là một trong những quốc gia có tỷ lệ kháng thuốc kháng sinh cao nhất thế giới hiện tại
2.1.2 Kháng sinh trong nước thải y tế
Theo Wikipedia, chất kháng sinh là những chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu Nó có tác dụng lên vi khuẩn ở cấp độ phân tử, thường là một vị trí quan trọng của vi khuẩn hay một phản ứng trong quá trình phát triển của vi khuẩn Các chất kháng sinh mới được nghiên cứu hàng ngày do sự kháng kháng sinh của vi khuẩn và cũng là một phần trong nhóm các dược phẩm (PhACs) được sản xuất sử dụng phổ biến trên thế giới
Hình 2.2 Phân loại dược phẩm thường xuất hiện phổ biến trong môi trường (Nikolaou và cộng sự, 2007)
Theo nhiều nghiên cứu, tùy thuộc số lượng và đối tượng sử dụng, hầu hết các PhACs ít xuất hiện trong nước mặt hay nước thải do ít sử dụng (Huang và cộng sự, 2001;
Karthikeyan D Brown và cộng sự, 2006) Tuy nhiên các nhóm kháng sinh lại thường được tìm thấy thường xuyên trong nước thải
Trong số các nhóm kháng sinh trên thì sulfamethoxazone nhóm sulfamide, ciprofloxacin nhóm (flouroquinolone) là những kháng sinh thường có nồng độ cao trong nước thải
NHỮNG DƯỢC PHẨM XUẤT HIỆN PHỔ BIẾN TRONG MỐI TRƯỜNG
Lincomycine Penicilin Lincomucin Amoxycilin Spriramyclin
Thuốc kháng viêm/ giảm đau
Bezafibrate Genfibrozil Clofibric acid fenofibrate
Thuốc Steroid và các thuốc liên quan đến hormon
MetoprololPropranololNadololAtenololSotalolBetaxlol
Hơn nữa, nhóm flouroquinolone và tetracyclines phân hủy rất chậm trong môi trường và ít bị ảnh hưởng bởi ánh sáng mặt trời như những nhóm khác (Huang và cộng sự, 2001) Các nhóm thuộc họ β-lactam (bao gồm cả kháng sinh penicilin, cephalosporin carbapenems, monobactam, chất ức chế β-lactam) thì trái với thực tế là tỷ lệ tiêu thụ cao nhất trong các loại thuốc kháng sinh nhưng chúng lại không có mặt trong môi trường nước thường xuyên và với nồng độ phát hiện được rất thấp Trong nghiên cứu của Karthikeyan D Brown và cộng sự (2005), β-lactam được phát hiện với nồng độ thấp hơn àg/l trong cả nước thải bệnh viện và nước thải đụ thị, do nhúm khỏng sinh này cú khả năng tự phân hủy rất cao trong cơ thể người hoặc trong môi trường nước
Tại Việt Nam, nghiên cứu cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải thô tại các cơ sở chăm sóc sức khỏe Tp.HCM như sau:
Bảng 2.2 Nồng độ kháng sinh tại cơ sở y tế tại thành phố Hồ Chí Minh (Võ và cộng sự, 2016)
Khỏng sinh Nồng độ (àg/l)
Kết quả cho thấy, các chất kháng sinh Sulfamethoxazole, Norfloxacine, Ciprofloxacine, Ofloxacine chủ yếu được tìm thấy nhiều trong nước thải bệnh viện tại Tp HCM với nồng độ trung bình đầu vào các hệ thống xử lý nước thải cao hơn nhiều so với nước ngoài Nồng độ phát hiện trong nước thải thô là cao hơn 4-53 lần so với nước thải từ bệnh viện ở các nước châu Á khác như Trung Quốc và Úc
Mặc khác, theo Võ và cộng sự (2016) phần lớn các cơ sở y tế đều đã đầu tư xây dựng HTXLNT nhưng trong quá trình vận hành vẫn còn nhiều bất cập dẫn đến nước thải đầu ra không đạt tiêu chuẩn quy định, do đó việc có mặt của kháng sinh trong môi trường là vấn đề đáng được quan tâm Nếu các thành phần trên chưa được loại bỏ trước khi thải
21 ra môi trường thì sẽ có thể ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh và sinh vật trên cạn
Ciprofloxacin (CIP)
Hằng số phân ly pK1=6.09 pK2=8.74
Hình 2.3: Cấu tạo hóa học của Ciprofloxacin ( N Dorival-García và cộng sự, 2013)
Ciprofloxacin là thuốc kháng sinh thuộc nhóm fluoroquinolone (FQ) được kê toa nhiều nhất trong ngành y tế (Pico và cộng sự, 2007) Theo Lee và cộng sự, (2006) Ciprofloxacin là FQ phổ biến nhất và nó là một trong 20 loại thuốc theo toa hàng đầu ở Canada Ngoài ra, nó vẫn được dùng trong nhiều ứng dụng của con người và động vật
Thuốc kháng sinh này thường được sử dụng để điều trị các bệnh như viêm họng, viêm xoang, tai nhũ, cũng như các chứng bệnh về đường hô hấp, như viêm phổi và viêm phế quản (Coutu và cộng sự, 2013) CIP có hiệu quả chống lại nhiều vi khuẩn gây bệnh, bao gồm Salmonella spp., Campylobacter spp., Escherichia coli, Klebsiella spp., Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae và Streptococcus pneumoniae (Harris và cộng sự, 2013)
Là một hợp chất sinh học có khả năng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, ảnh hưởng trực tiếp đến DNA của cả vi khuẩn gram âm và gram dương, ngăn chặn quá trình sao chép DNA, dẫn đến cái chết cho tế bào (Martínez, 2008) Theo Li và cộng sự (2011), CIP đã được tìm thấy rộng rãi trong nước thải và nước mặt trên nồng độ trong khoảng hàng trăm đến hàng ngàn ng/L Theo Dorival-García và cộng sự (2013), CIP có thể tồn tại như cation, anionic, hoặc dạng lưỡng tính, phụ thuộc hoàn toàn vào giá trị pH, tuy nhiên các dạng lưỡng tính thường chiếm ưu thế ở các giá trị pH làm việc (7.0-8.0)
Hình 2.4 Một số ứng dụng CIP trong y tế và thú y (Nguồn: Internet)
Hiện nay tại Việt Nam, nghiên cứu của Duong và cộng sự (2008) được xem là nghiên cứu đầu tiên và được công bố về khả năng loại bỏ thuốc kháng sinh trong nước thải bệnh viện trong khi có rất ít các nghiên cứu về đề tài này được công bố Kết quả của nghiên cứu cho thấy nồng độ chất kháng sinh CIP trong nước thải tỉ lệ với liều lượng sử dụng của bệnh nhân Chất kháng sinh được phát hiện trong nước thải của bệnh viện Hữu Nghị với nồng độ Ciprofloxacin trung bỡnh là 25,8 àg/L, cỏc bệnh viện tương tự như bệnh viện Thanh Nhàn hay bệnh viện Việt Đức đều phát hiện nồng độ chất kháng sinh >7 àg/L
Bảng 2.3 Nồng độ kháng sinh CIP tại cơ sở y tế tại Hà Nội (Dương và cộng sự, 2008)
Bệnh Viện Nồng độ (àg/L) Liều dựng
BV Hà Nội 1,2 ± 0,2 0,5 BV Sản Trung Ương
2.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh đối với môi trường
Trong những năm gần đây, sự xuất hiện các chất kháng sinh trong môi trường đã được xem là một vấn đề quan trọng đang nổi lên như là tiềm năng gây ra mất cân bằng hệ sinh thái và sức khoẻ con người (Kümmerer, 2009) Mặc dù các chất này có ở các nồng độ khỏc nhau trong mụi trường thủy sinh (tức là àgL -1 đến ngL -1 ), tuy nhiờn hầu hết cỏc nhà máy xử lý nước thải không được thiết kế để loại bỏ hoàn toàn chúng (Luo và cộng sự, 2014) CIP đã được báo cáo trước đây là nguồn nguy hại đến môi trường (Kümmerer và Henninger, 2003) Nguy hiểm hơn, một số nghiên cứu cho thấy việc xử lý thuốc kháng sinh CIP có xu hướng hạn chế, không thể loại bỏ trong quá trình xử lý bằng quy trình bùn hoạt tính thông thường (CAS) do nồng độ bùn thấp, mặc dù nồng độ kháng sinh CIP là khá thấp trong nước là 2.2 μgL (Blair và cộng sự, năm 2015)
Trong các nhà máy xử lý nước thải thô từ các cơ sở y tế ở thành phố Hồ Chí Minh và thủ đô Hà Nội, nồng độ CIP rất cao lần lượt là 5,3 ± 4,8, 25,8 ± 8,1 μg / L Đối với hệ thống xử lý nước thải xử lý không hiệu quả, không chỉ CIP, mà các loại kháng sinh khác sẽ dễ dàng thoát ra bên ngoài từ đó có khả năng ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật trong nước Ngoài ra, sự ức chế hoạt động của vi khuẩn trong nước thải có thể ảnh hưởng đến khả năng phân hủy chất hữu cơ làm giảm hiệu quả xử lý Do đó, ảnh hưởng của kháng sinh đến quần thể vi sinh vật là một mối quan tâm lớn Việc giảm số lượng cùng với sự biến đổi trong quần thể vi sinh đã được quan sát trong mô hình xử lý nước thải khi thêm các chất kháng sinh phổ biến với nồng độ tương tự như nước thải bệnh viện Theo Wilson và cộng sự (2003) CIP làm giảm sự đa dạng của tảo ở môi trường Ngoài ra CIP có nguy cơ gây sự suy thoái cho thủy sản (Girardi và cộng sự, 2011; Heath và Kosjek, 2012)
Kháng sinh thường có khả năng ức chế đáng kể đối với vi sinh vật, khi thích ứng lâu dài sẽ làm tăng nhóm sinh vật kháng thuốc kháng sinh trong môi trường (Nikolaou và cộng sự, 2007) Điều này có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh và vô hiệu hóa hoạt động của thuốc kháng sinh trong điều trị
2.2.3 Cơ chế xử lý CIP
Phân hủy sinh học, clo hóa, ozon hóa, quang phân và quá trình hấp phụ đã được giới thiệu gần đây để loại bỏ một số kháng sinh từ nước thải (Cirja và cộng sự, 2008; Sharma và cộng sự, 2017) Tuy nhiên CIP rất khó loại bỏ hoàn toàn trong quá trình xử lý nước thải thông thường (Al-Ahmad và cộng sự, 1999) (Heath và Kosjek, 2012) Thứ nhất
Tổng quan công nghệ xử lý kháng sinh trong nước thải
việc loại bỏ CIP bằng cách bay hơi cũng như quang phân thường ít xảy ra hơn Điều này phụ thuộc vào hằng số Henry's (KH) của CIP, cụ thể là cơ chế bay hơi với hằng số của CIP là 5.09x10 -19 , thấp hơn nhiều so với giá trị loại bỏ (KH = 10 -3 to 10 -2 ) (Heath và Kosjek, 2012) Mặt khác, ảnh hưởng của sự phân huỷ bởi ánh sáng trong đường ống dẫn nước và bùn hoạt tính cũng không đáng kể do nồng độ bùn sẽ giới hạn sự thâm nhập của ánh sáng mặt trời Về cơ chế phân hủy sinh học, một quá phân hủy sinh học không đáng kể ( 5mg/l
Thông lượng qua màng cũng như lưu lượng nước thải đầu vào được điều chỉnh, kiểm tra mỗi ngày nhằm duy trì chế độ hoạt động ổn định trong từng giai đoạn nghiên cứu
Theo kết quả của một nghiên, ở HRT 8 giờ hiệu quả xử lý tốt nhất và tốc độ bẩn màng diễn biến chậm (Lê và sự, 2015) Do đó, mô hình chọn vận hành ở HRT thiết kế là 8 giờ
Hệ thống phân phối khí: được điều chỉnh ở chế độ sục khí mạnh nhất để xáo trộn đều trong bể phản ứng và giảm bẩn màng, lượng khí cấp với nồng độ DO >5 mg/L, công suất bơm khí 88 L/phút
- pH duy trì ở khoảng trung tính tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển góp phần nâng cao hiệu quả xử lý và được theo dõi bằng máy đo pH hoặc chỉ thị pH
- Áp suất chuyển màng được theo dõi hằng ngày nhờ đồng hồ đo áp suất, khi áp suất chuyển màng tăng cao (>40 kPa) tiến hành rửa màng để phục hồi lại thông lượng ban đầu
- Để kiểm soát và hạn chế tốc độ bẩn màng, thay vì bơm hút dòng thấm chạy liên tục thì bơm được vận hành ở chế độ 8 phút chạy, 2 phút nghỉ
3.2.4 Nước thải và bùn hoạt tính sử dụng trong nghiên cứu
Nước thải sử dụng để chạy mô hình được lấy từ hố thu gom nước thải của bệnh viện Trưng Vương -Tp HCM Tính chất nước thải trong quá trình nghiên cứu được liệt kê trong bảng 3.3
Bảng 3.3 Thành phần nước thải bệnh viện Trưng Vương
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giá trị trung bình (min-max)
Nguồn: Bộ phận kỹ thuật bệnh viện Trưng Vương
Lấy mẫu và phương pháp phân tích
Bảng 3.4 Các điểm lấy mẫu và tần suất phân tích mẫu Các thông số Nước thải đầu vào
Trong bể phản ứng MBR Đầu ra Tần số
MLSS x 2-3 lần/tuần Độ kiềm x x 2-3 lần/tuần
3.3.2 Phương pháp phân tích chỉ tiêu nước thải và kháng sinh
Phân tích mẫu nước thải
Việc phân tích mẫu được thực hiện theo các phương pháp phân tích trong Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, Eaton DA, and AWWA Các phương pháp phân tích mẫu được trình bày trong Bảng sau:
Bảng 3.5 Các phương pháp phân tích mẫu nước thải
Chỉ tiêu Phương pháp Đơn vị Thiết bị pH Đo bằng máy đo pH - pH Meter
DO Điện cực oxy hoà tan- máy đo oxy mg/L Hanna Hi 9143
TSS Sấy khô ở nhiệt độ 105 o C mg/L
Giấy lọc, bộ hút chân không, tủ nung, cân điện tử
COD Đun hoàn lưu kín mg/L Tủ nung 1500C
Nitrat Phương pháp Natri Salicylate mg/L Máy Hach DR/2010 Nitrit Phương pháp thuốc thử Griess mg/L Máy Hach DR/2010 Ammonia Phương pháp Nessler hóa mg/L Máy Hach DR/2010 TMP Đọc số trên đồng hồ đo áp suất bar Đồng hồ đo áp suất
MLSS, MLVSS Nung ở nhiệt độ 105 0 C và 550 0 C mg/L
Cốc nhôm, tủ nung ở 105 và 550 0 C, cân điện tử
Phân tích kháng sinh trong nước thải (SPE-LC-MS/MS) a Chiết xuất pha rắn – SPE (Solid phase extraction):
Sau khi điều chỉnh mẫu về pH = 7 bằng acid orthophosphoric (25%), lấy 100 ml mẫu đem hút chân không bằng giấy lọc sợi thủy tinh 0.47 μm để loại bỏ cặn Việc chiết xuất pha rắn được thực hiện theo phương pháp của Gomez và các cộng sự, 2006 Với cột chiết xuất pha rắn có tính chất ưa nước – ưa mỡ - cân bằng (HLB) và thể tích (150 mg, 6 mL) Cột chiết xuất được làm ướt trước bằng 1ml dd MeOH và 1ml siêu tinh khiết
Mẫu được chiết xuất sẽ được lọc qua cột với lưu lượng 3 mL/phút.Sau đó, rửa cột chiết xuất bằng 2 mL dd hỗn hợp H2O (95%)và MeOH (5%) và sấy khô chân không trong 10 phút để loại bỏ nước dư thừa Sau đó thực hiện rửa giải lần nữa với 5 ml dd MeOH
Sau khi thực hiện đầy đủ các bước trên, mẫu phân tích sẽ được làm bay hơi bởi dòng khí nitơ cho đến khi khô
Cuối cùng hoàn nguyên lại cột chiết xuất bằng dd hỗn hợp axit H2O/CH3CN với tỷ lệ (90/10) và axit fomic (0.01%) cho đến khi thu được thể tích mẫu là 0,5 mL mẫu Các mẫu cần được bảo quản ở nhiệt độ 4°C trước khi đem đi phân tích sắc ký lỏng – LC để tránh sự phân hủy
Hình 3.7 Qui trình phân tích kháng sinh b Phân tích kháng sinh bằng HPLC-MS/MS Phương pháp phân tích kháng sinh bằng HPLC-MS/MS được thực hiện theo phương pháp của Dinh và các cộng sự (2011).Trong nghiên cứu này, hệ thống LC-MS / MS
(mã hiệu Agilent 1200) được trang bị một cột Agilent Zorbax Eclipse Plus C18 (có đường kính, chiều dài và kích thước lỗ chân lông 2,1 mm, 150 mm, 3,5 μm) sử dụng để đo nồng độ kháng sinh trong nước đầu vào và dòng thấm qua màng
Hình 3.8 Đường chuẩn CIP phân tích bằng LC-MS/MS
3.3.3 Phương pháp xác định MLSS, MLVSS trong sponge, cân bằng nồng độ
MLSS, MLVSS trong bể MBR có giá thể sponge
Theo (Mònica Escolà Casas và cộng sự, 2015), tiến hành lấy 10 (mười) miếng sponge từ bể Sponge-MBR đặt trong cốc nhôm, sấy khô qua đêm ở 105ºC, và đem đi cân ( M1)
Sau đó ngâm trong dung dich NaOH 2M và rửa sạch lại bằng nước siêu sạch hoặc nước cất Sau khi các miếng sponge được làm sạch bằng NaOH, tiếp tục sẽ được sấy với cốc nhôm ở 105 ºC để khử nước cân lại (M2) (mục đíchsử dụng chén nhôm để hạn chế bám bùn trên chén trước và sau khi rửa)
Từ đó ta tính được lượng sinh khối trung bình trong 10 miếng Sponge bằng công thức
Thể tích 10 miếng Sponge là 10 cm 3 -2 lít = 10 -5 m 3 , ta tính được diện tích bề mặt 10 miếng Sponge là 0.03 m 2 nồng độ sinh khối trong sponge:
MLSSsponge = Msinh khối/10 -2 Do thể tích bể là 8 lít, Sponge chiếm 20% tức 1,6 lít, phần còn lại là 6,4 lít Nồng độ MLSS trung bình trong bể được tính như sau:
3.3.4 Phương pháp đánh giá cấu trúc bùn hoạt hoạt tính lơ lững và bùn hoạt tính trên giá thể Sponge
Phương pháp phân tích PSD (Particle Size Distribution)
Sự phân bố kích thước hạt (PSD) của một vật liệu hạt, hoặc các hạt phân tán trong chất lỏng cụ thể ở đây là bông bùn hoạt tính trong nước thải được biểu thị thông qua một danh sách các giá trị hoặc một hàm toán học xác định kích thước tương đối của hạt trình bày theo phần trăm kích thước của chúng có trong mẫu đem phân tích
Theo dõi kích thước mẫu bùn hoạt tính lơ lững qua các giai đoạn vận hành ở các nồng độ kháng sinh khác nhau, nhằm đánh giá khả năng ảnh hưởng của kháng sinh đến floc bông bùn trong quần thể vi sinh trong bể
Sử dụng máy đo LA-950 Laser Scattering Particle Size Distribution Analyzer, tại khoa Kỹ thuật hóa học của trường đại học Bách Khoa Phương pháp đo PSD sử dụng công nghệ lazer cú thể xỏc định ngưỡng kớch thước hạt từ (0.01 - 3000 àm) với sai số 0,6%
Phương pháp SEM (Scanning Electron Microscope)
Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, thường viết tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật
Trong nghiên cứu này, giá thể Sponge kèm theo bùn hoat tính dính bám sẽ được quan sát và theo dõi dõi sự biến đổi thành phần và đặc tính vi sinh vật qua các giai đoạn vận hành tại các nồng độ kháng sinh khác nhau, ngưỡng quan sát từ 1mm đến 1 micromet
Phương pháp thực hiện SEM đối với mẫu hữu cơ, đòi hỏi kỹ thuật tiền xử lý mẫu tốt, giữ được nguyên vẹn cấu trúc trước khi được phóng đại qua SEM, để thực hiện phương pháp SEM thông thường áp dụng 2 phương pháp là sấy khô điểm tới hạn và sấy thăng
46 hoa, mục đích sấy là khử nước ra khỏi tế bào sinh vật tránh gây hư hại cho điện cực của máy SEM
Sấy khô điểm tới hạn (Critical point drying) CPD: theo (Bassin và cộng sự,
2012) Tiến hành phương pháp CPD tiền xử lý mẫu giá thể sinh học bể MBBR bằng SEM như sau:
1 Mẫu giá thể được cắt cẩn thận với dao cạo để giữ kết cấu màng sinh học ban đầu
2 Sau đó tiến hành cố định với glutaraldehyde 2,5% trong 1 h; rửa 3 lần với đệm cacodylate 0,1 M (10 phút mỗi lần);
3 Cố định thêm với osmium tetroxide (OsO4) 1% trong đệm cacodylate 0,1 M trong 1 h; rửa lại với cacodylate đệm 0,1 M (10 phút mỗi lần);
SẢN PHẨM CÔNG BỐ
Bài báo Quốc Tế và Trong Nước
- Trong D.B., Quyen V.K.T., Dai.T.T & Thanh B.X (2017) Effect of flux condition on pollutants removal of sponge membrane bioreactor treating hospital wastewater The 7 th International Forum on Green Technology and Management, October 25 th - 26 th , 2017, pp.210, Institute of Environmental Technology, HaNoi city, VietNam
1 Trong D.B., Thanh B.X., Hao H.N., Gou W., Quyen V.T.K., Dan P.N and Tuc
D.Q (2017) Effect of Ciprofloxacin Dosage on the Performance of Sponge Membrane Bioreactor Treating Hospital Wastewater, The International Conference on green Technologies for sustainable water, October 13 th -16 th , 2017, pp 24, Pan Pacific hotel, HaNoi city, Vietnam
2 Trong D.B., Thanh B.X., Vy N.P.T., Quyen V.T.K and Tuc D.Q (2017) Effect of Antibiotics Dosage on the Performance of Sponge Membrane Bioreactor Treating Hospital Wastewater, the 5th International Symposium on Environmental Analytical Chemistry, May 16 th -20 th , 2017, pp 74, REX hotel, Ho Chi Minh city, Vietnam ISBN: 978-604-73-4968-5
3 Trong D.B., Thanh B.X., and Tuc D.Q (2017) Effect of Ciprofloxacin Dosage on the Performance of Sponge Membrane Bioreactor Treating Hospital Wastewater, The 21 st ASPA Annual International Conference 2017, October 19 th - 21 th , 2017, pp 53, REX hotel, Ho Chi Minh city, Vietnam
Hội nghị Thường niên Hiệp hội các Khu Công viên khoa học Châu Á (ASPA) lần thứ 21 với chủ đề “Công viên Khoa học thúc đẩy nâng cao chất lượng tăng trưởng, năng lực cạnh tranh của nền kinh tế quốc gia”, tại Khách sạn Rex, số
141, đường Nguyễn Huệ, quận 1, do Ủy Ban Nhân Dân Thành phố tổ chức
Chứng nhận của Ủy ban Nhân Dân Thành Phố
Chứng nhận tham gia hội nghị
