PPCP được phát hiện phổ biến trong môi trường nước trên sông Cầu đoạn chảy qua thành phốThái Nguyên. Đã phát hiện được 25 PPCPs xuất hiện ít nhất một lần trong các mẫu nước (Bảng 3.1). Tổng nồng độ PPCPs lớn nhất là 259 ng/L, có 8/25 chất xuất hiện ở cả 4 mẫu trên dòng chính sông Cầu tại thời điểm lấy mẫu tháng 12/2016 bao gồm caffeine, sulfamethoxazole, ciprofloxacin, lincomycin, griseofulvin, sulfamonomethoxine, mefenamic acid và diclofenac, trong đó có 6 chất thuộc nhóm kháng sinh, 1 chất thuộc nhóm kháng viêm là mefenamic acid và caffeine. Caffeine được phát hiện là chất có nồng độ lớn nhất, lớn
hơn nhiều lần so với các PPCP khác và có nồng độ tăng dần về hạ lưu sông qua khu đông dân cư, nồng độ tối đa là 185ng/L. Xu hướng tần suất và nồng độ cao được phát hiện cũng được quan sát thấy ở nhiều vùng
nước trên toàn thế giới: Caffeine thể hiện tối đa ở mức 1455ng/ L ở sông Hoàng Phố ở Thượng Hải, Trung Quốc[21]; 558ng/L ở lưu vực sông Beiyun ở Bắc Kinh, Trung Quốc[22]; 22733 ng / L ở nhánh sông Bharalu
ở Guwahati, Ấn Độ[23]; 28242 ng/ L ở Sinos River Basin, Brazil[24]; 735ng / L (trung bình) ởsông Thames, Vương quốc Anh [25]. Không chỉ được sử dụng trong y học như một chất kích thích, caffeine có thểđược tìm thấy trong nhiều sản phẩm phổ biến trên toàn cầu, bao gồm nước ngọt, thực phẩm chức năng và đồ uống làm từ cà phê[26]. Do sự phổ biến của nó trong các xã hội hiện đại, caffeine là một trong những chất gây ô nhiễm vi mô phổ biến nhất trong nước thải sinh hoạt, thường được phát hiện ở mức μg/L trong nước thải chưa được xử lý[27] . Kết quả là,
caffeine đã được đề xuất như một chất chỉ thị cho việc xảnước thải sinh hoạt chưa qua xửlý vào môi trường nước [28].
Thuốc kháng sinh là nhóm PPCP phong phú ởcác địa điểm được điều tra. Trong nhóm kháng sinh, sulfonamid và macrolid là hai đóng góp đáng kể
và sulfamethoxazole cho thấy nồng độ cao nhất với giá trị trung bình là
21,63 ng / L. Sulfamethoxazole thường được sử dụng trong điều trị cho
người và động vật. Ngoài ra, khảnăng thủy phân và phân hủy quang của sulfamethoxazole trong nước thấp, do đó hợp chất này tồn tại lâu trong
môi trường nước. Các nghiên cứu về giám sát dư lượng kháng sinh có nguồn gốc từ hoạt động nông nghiệp ở Việt Nam đã báo cáo rằng
sulfamethoxazole và sulfamethazine là sulfonamide thường xuyên được phát hiện nhất trong nước thải chăn nuôi [29]. Sulfamethoxazole là hợp chất chiếm ưu thếtrong nước thải chăn nuôi, nơi nồng độ cao nhất lên tới 2,715 ng/L [29]. Thuốc kháng sinh sulfonamide cũng thường được phát hiện trong các kênh và sông đô thị.
Bảng 0.2 Nồng độ PPCPs trong dòng chính sông Cầu đoạn chảy qua Thái Nguyên TT PPCPs Tần suất phát hiện Min Max 1 Caffeine 4/4 46,3 185 2 Sulfamethoxazole 4/4 12,5 38,6 3 Ciprofloxacin 4/4 2,28 8,82 4 Lincomycin 4/4 0,13 6,99 5 Griseofulvin 4/4 0,75 1,58 6 Sulfamonomethoxine 4/4 0,05 0,35 7 Mefenamic_acid 4/4 0,23 0,85 8 Diclofenac 4/4 0,04 0,69 9 Carbamazepine 3/4 0,13 2,62 10 2_QAC 3/4 1,53 2,25 11 Trimethoprim 3/4 0,97 1,18 12 Sulfadimethoxine 3/4 0,12 0,93 13 Sulpiride 3/4 0,04 0,08 14 Tiamulin 3/4 ND 0,21 15 Roxithromycin 3/4 0,01 0,01 16 Acetaminophen 2/4 22,1 28,0 17 DEET 2/4 5,20 5,60 18 Erythromycin-H2O 2/4 0,04 0,10 19 Pirenzepine 2/4 ND 0,01 20 Sulfadimidine 1/4 6,4 6,4 21 Antipyrine 1/4 0,27 0,27 22 Erythromycin 1/4 0,16 0,16 23 Tylosin 1/4 0,09 0,09 24 Propranolol 1/4 0,03 0,03
25 Cyclophosphamide 1/4 0,02 0,02
Tổng 84,6 259
Hình 0.1 Tổng nồng độ PPCPs dọc theo sông Cầu qua địa phận Thái Nguyên
Tổng nồng độ các PPCPs dọc theo sông Cầu qua địa bàn Thái Nguyên
tăng dần về cuối nguồn nơi tập trung các nguồn xả, nhiều các sông, suối
nhánh. Trước khi ra khỏi Thái Nguyên, tổng nồng độPPCPs đạt trên 250 ng/L. Nguyên nhân chính của xu thếtăng nồng độ các chất PPCPs do sự
phân bố các nguồn thải như
+ Các hoạt động liên quan đến sản xuất nông nghiệp, + Chất thải hàng ngày từcon người và động vật,
+ Nước thải y tế
+ Nước thải sinh hoạt.
Sông Cầu trước khi chảy vào Thái Nguyên, đi qua tỉnh Bắc Kạn, vùng trung du và miền núi (tỉnh Bắc Kạn) dân cư thưa, kinh tế kém phát triển. Vùng trung du và miền núi chỉ chiếm 15% tổng dân sốtrên lưu vực sông Cầu trong khi chiếm 63% diện tích lưu vực[20]. Trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, mật độ dân cư tập trung cao tại trung tâm thành phố, khu vực Cầu Gia Bảy, Cầu Mây.
Các chất PPCPs bao gồm rất nhiều loại và thuộc nhiều nhóm chất khác nhau, trong phạm vi nghiên cứu này có thể xếp PPCPs thành bốn nhóm sau: nhóm các chất kháng sinh, nhóm các chất kháng viêm, nhóm các
chất là thành phần của nhóm thuốc chống rối loạn nhịp tim và nhóm các chất khác. Phân bố PPCP theo 4 nhóm chất được tóm tắt trong bảng 3.2.
Bảng 0.3 Phân bố nồng độ nhóm các chất PPCPs trong mẫu nước mặt sông Cầu tháng 12/2016 Nhóm chất SC1 SC2 SC3 SC4 Kháng sinh (ng/L) 4,30 20,1 27,7 29,1 Chống viêm (ng/L) 9,47 0,09 0,31 0,44 Trợ tim (ng/L) 0 0 0 0 Các nhóm khác (ng/L) 0,23 81,7 161 229 Tổng 14,0 102 189 259
Hình 0.2 Phân bố PPCPs dọc theo dòng chảy sông Cầu qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên
Nồng độ Caffeine chiếm tỷ lệ cao nhất và đột biến tăng khi đi qua
cầu Gia Bảy ở trung tâm thành phố Thái Nguyên là khu vực đông cư dân,
mật độ dân số cao. Khi xét đến nồng độ của PPCPs ở trước và sau khi đi qua nhà máy xử lý nước thải, các PPCPs vẫn còn tồn dư sau khi được xử lý do các nhà máy nước thải không thể xử lý triệt để PPCPs bằng các công nghệ xử lý hiện nay. Hệ thống xử lý nước thải trên thànhphố hiện nay có công nghệ xử lý nước bao gồm các biện pháp xử lý sinh học yếm khí, hiếu khí, khử trùng nước. Các biện pháp xử lý chỉ loại bỏ được 1 số
PPCPs kém bền, đối với các hợp chất bền như sulfapyridene, diclofenac,
DEET, … thì hiệu suất xử lý chưa được cao. Các PPCPs vẫn còn xuất hiện ở đầu ra các nhà máy xử lý nước thải, mặc dù ở nồng độ thấp. Sự biến động theo mùa cũng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý PPCPs, vào mùa mưa, hiệu quả xử lý PPCPs cao hơn do lượng nước lớn hơn dẫn đến sự pha loãng nồng độ,nhiệt độ cao của mùa hè cũng là điều kiện thuận lợi cho việc xử lý sinh học PPCPs. Sau khi xử lý sinh học, một phần PPCPs có khả năng lắng có thể tồn tại trong lớp bùn sinh học gây ô nhiễm thứ cấp. Trên thế giới, một số phương pháp xử lý nâng cao được sử dụng để xử lý PPCPs một cách triệt để hơn. Các vật liệu hấp phụ có thể được sử dụng để hấp phụ PPCPs như than hoạt tính, ống nano carbon, graphene, tuy nhiên khả năng hấp phụ và sự suy giảm chất lượng của vật liệu cũng ảnh hưởng đến hiệu suất xủ lý PPCPs. Đối với các PPCPs có khả năng chống lại sự phân hủy sinh học, các kĩ thuật khác có thể áp dụng để xử lý PPCPs như oxy hóa bằng ozon, fenton, xử lý bằng tia UV, chiếu xạ
Gamma kết hợp giữa phân hủy sinh học và hóa học, màng thẩm thấu ngược [3].
Nồng độ các PPCPs trong sông Cầu ở mức tương đối thấp so với các sông khác trên thế giới (Bảng 3.4).
Bảng 0.4 Tổng hợp nồng độ của các PPCPs trong nước mặt trên thế giới
Tên nước Loại PPCPs Nồng độ Nguồn tiếp
nhận
Việt Nam
(Sông Mê kông) Kháng sinh 7 ~ 360 ng/L Nước sông
Pháp (Sông Seine)
Kháng sinh ND ~ 544 ng/L Nước sông
Anh
(Sông Taff and Ely)
Kháng sinh < 0,5 ~ 183 ng/L Nước sông Dược phẩm ND ~ 5.970 ng/L Thuốc sát trùng < 1 ~ 358 ng/L Chất bảo quản < 0,2 ~ 305 ng/L UV filters < 0,3 ~ 323 ng/L Phần Lan (Sông Vantaa)
Kháng sinh < 1,6 ~ 36 ng/L Nguồn nước uống
Tên nước Loại PPCPs Nồng độ Nguồn tiếp
nhận
Mỹ
(Sông Choptank) Kháng sinh ND ~ 694 ng/L Nước sông
Mỹ (Suối ở Iowa) Kháng sinh ND ~ 300 ng/L Nước suối Dược phẩm ND ~ 1.950 ng/L Mỹ (139 suối) Kháng sinh ND ~ 1900 ng/L Nước sông Dược phẩm ND ~ 10.000 ng/L Hàn Quốc (Sông Youngsan) Hoóc môn 1,7 ~ 5,0 ng/L Nước sông Dược phẩm 1,1 ~ 361 ng/L
Tây Ban Nha
(Sông Llobregat) Hoóc môn 2 ~ 5 ng/L Nước sông
Hà Lan
(Cửa sông Scheldt) Hoóc môn 0,4 ~ 10 ng/L Nước sông
Nhật Bản
(37 sông) Dược phẩm ND ~ 749 ng/L Nước sông
Anh
(5 sông) Dược phẩm < 1 ~ 928 ng/L Nước sông
Brazil (Rivers in Rio de
Janeiro State)
Dược phẩm 20 ~ 500 ng/L Nước sông
Ấn Độ
(Sông Kaveri, Vellar, Tamiraparani)
Triclosan Lớn nhất: 5160 ng/L Nước sông
Mỹ
(Hồ Michigan) Sáp thơm < 0,03 ~ 4,7 ng/L Nước hồ