Cầu và hiệu quả kiểm soát PPCPs trong nước thải
Để đánh giá PPCPs trong các nguồn thải đổ vào sông Cầu trên địa bàn Thái Nguyên, nghiên cứu lựa chọn 03 chất có nồng độ lớn và tần xuất xuất hiện cao là caffeine, sulfamethoxazol, ciprofloxacin và carbamazepin
là chất được xem là tracer cho nước thải sinh hoạt. Sông Cầu không nhận
được xả thải trực tiếp từ các các nguồn có khả năng chứa PPCPs như nước thải đô thị và nông nghiệp. Nước thải sinh hoạt và nước thải nông nghiệp thường thải vào các dòng nhánh rồi sau đấy mới đổ vào sông Cầu.
Do đó nghiên cứu tiến hành khảo sát trên 3 nhánh chính trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.
Bảng 0.5 Nồng độ các PPCP nghiên cứu trong mẫu nước trên dòng chính và dòng nhánh sông Cầu đoạn chảy qua Thành phố Thái Nguyên
Mẫu Caffeine (ng/L) Carbamazepin e (ng/L) Sulfamethoxazole (ng/L) Ciprofloxacin (ng/L) M1 56,2 0,1 17.9 14.2 M2 178 0,4 97.4 34.7 M3 64,9 0,2 18.3 15.8 M4 113 0,2 42.9 14.8 M5 6218 16,5 1678 55.7 M6 4081 14,7 1444 52.9 M7 109 0,2 32.3 16.4 M8 171 0,8 31.4 16.6 M9 190 0,7 175 42.5 M10 237 1,1 47.6 18.1
Nồng độ 4 chất thuộc nhóm PPCPs tại các dòng nhánh sông Đu (M2), mương Gia Sàng (M5-M6) và mương Hương Sơn (M9) đều có giá trị
nồng độ PPCPs cao hơn dòng chính nhiều lần đặc biệt là Mương Gia sàng có nồng độ caffeine và sulfamethoxazole và carbamazepine cao vượt bậc. Sông Đu (M2) tiếp nhận nguồn nước thải từ hoạt động sinh hoạt của con
người, một phần lớn chưa qua xử lý chảy thẳng xuống sông, khu vực này tập trung một số hộgia đình chăn nuôi gia súc và nước thải từ hoạt động khai thác khoáng sản. Mương Gia Sàng (M5-M6) là mương thu gom nước thải sinh hoạt, là nguồn nước thải đầu vào của nhà máy xửlý nước thải thành phốThái Nguyên và cũng là nơi tiếp nhận nước thải sau xử lý, tuy nhiên từtháng 8 năm 2019, nhà máy đã gặp sự cốvà chưa hoạt động trở
lại. Mương Hương Sơn (M9) là mương nước thủy lợi phục vụtưới tiêu nội đồng, đi qua khu vực sản xuất nông nghiệp trồng trọt trên các cánh
đồng phía nam thành phố Thái Nguyên, tiếp nhận các PPCPs từ hoạt nước thải nông nghiệp.
Sự khác nhau về nồng độ PPCP minh họa khả năng pha loãng của sông, thể hiện rõ qua xu hướng nồng độ PPCPs trên dòng chính luôn nhỏ hơn
trên dòng nhánh. Nồng độ PPCPs trong các thủy vực phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm nguồn xả thải, hệ thống cống thu, khả năng xửlý nước thải, thủy văn của sông và sự phân hủy của PPCP trong tự nhiên, ngoài ra PPCPs còn có thể bị hấp thu vào trầm tích và tích tụ sinh học trong các sinh vật.
Sự phân bố nồng độ PPCPs trên dòng chính và các dòng nhánh sông Cầu phù hợp với thủy văn của lưu vực. Mương Gia Sàng (M5-M6) là mương thu gom nước thải chưa qua xử lý từ các hộ gia đình là dòng ô nhiễm PPCP nghiêm trọng nhất. Mức độ của PPCPs trên dòng chính nhìn chung thấp hơn so với trong các dòng nhánh do sự pha loãng môi trường từ dòng chảy của dòng sông chính. Sự phân bố PPCP theo không gian như vậy cho thấy rằng việc thải PPCPs vào các vùng nước sông Cầu chủ yếu xảy ra ởcác mương, sau khi đến dòng chính, sự pha loãng của dòng chính đã
làm giảm đáng kể nồng độ của chúng. Bên cạnh yếu tố pha loãng xảy ra trong dòng chính, sự hấp phụ vào trầm tích và sự phân hủy bởi các yếu tố
vật lý, hóa học, tích tụ sinh học của một số PPCPs có thể là nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm PPCPs trong dòng chính
Sulfamethoxazole thường được sử dụng trong điều trị cho người và động vật. Ngoài ra, khả năng thủy phân và phân hủy quang của
sulfamethoxazole trong nước thấp, do đó hợp chất này tồn tại lâu trong
môi trường nước [29]. Các nghiên cứu vềgiám sát dư lượng kháng sinh có nguồn gốc từ hoạt động nông nghiệp ở Việt Nam đã chỉ ra rằng
sulfamethoxazole và sulfamethazine là sulfonamide được phát hiện
thường xuyên nhất trong nước thải chăn nuôi.
Để xác minh nguồn PPCPs trong các thủy vực, việc chẩn đoán nguồn
được tiến hành bằng cách sử dụng chất đánh dấu nguồn (marker).
Carbamazepine thường được sử dụng làm chất đánh dấu nước thải trong các thủy vực [30] . Trên sông Cầu đoạn chảy qua thành phố Thái Nguyên, Carbamazepine được tìm thấy trong tất cả các mẫu thu thập được trên dòng nhánh và dòng chính sông Cầu. Carbamazepine tìm thấy với nồng
độ cao nhất tại Mương Gia Sàng (M5 và M6) là nơi tập trung nước thải sinh hoạt nhiều nhất. Tại mương Hương Sơn Carbamazepine có nồng độ
rất thấp, điều này gợi ý nước thải sinh hoạt không phải là nguồn đóng góp PPCP chính ởđây. Bên cạnh việc sử dụng chất đánh dấu, tỷ lệ giữa các chất đánh dấu kém bền và các chất đánh dấu bền, phổ biến nhất là tỷ lên Caffeine và Carbamazepine (CAF/CBZ) được sử dụng để đánh giaskhar
năng xử lý của hệ thống xử lý[31]. Caffeine là chất kém bền hơn so với Carbamazepine, trong hệ thống xửlý nước thải, Caffeine sẽ bị xử lý một phần còn khảnăng xử lý Carbamazepine của hệ thống sinh học kém hơn.
Sử dụng tỷ số CAF/CBZ để xác nhận hiệu quả của các công trình xử lý chất thải. Một nghiên cứu trước đây đã phân loại CAF/ CBZ > 10 là một dấu hiệu của việc xửlý nước thải hiệu quả thấp, phần lớn nước thải bị xả vào môi trường. Tỷ lệ CAF / CBZ > 50 là một dấu hiệu của việc xảnước thải sinh hoạt vào nước mặt mà không qua quá trình xử lý [4].
Hình 0.3 Tỉ số CAF/CBZ trên dòng nhánh và dòng chính sông Cầu qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên
Tỉ số CAF/CBZ trên dòng nhánh và dòng chính sông Cầu qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên được mô tả trong hình 3.3. Có thể thấy, mặc dù nồng độ
của caffeine và carbamazepine trên dòng nhánh và dòng chính sông Cầu có sự biến động rất lớn tuy nhiên tỉ số CAF/CBZ có sự khác nhau không
đáng kể và đều >100. Điều này cho thấy, các công trình xử lý nước thải hiện có trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên hầu như không xử lý được các PPCPs trong các nguồn nước thải.
KẾT LUẬN
1. PPCPs được phát hiện thấy rất nhiều hợp chất thuộc các nhóm và thể hiện sự thay đổi lớn về nồng độ trong nước sông Cầu. Tổng nồng độ PPCPs từ84,6 đến 259 ng/L. Các PPCPs có xu hướng tập trung ở hạlưu sông ở những khu vực có mật độ dân số cao.
2. Nhóm kháng sinh là nguyên nhân chính gây ra mức độ ô nhiễm PPCPs, và sulfamethoxazole, ciprofloxacin, lincomycin là ba loại
kháng sinh được phát hiện nhiều nhất trong nước.
3. PPCPs trên các dòng nhánh có nồng độcao hơn rất nhiều lần so với dòng chính. Kết quả phân tích nguồn PPCPs bằng chất đánh dấu nguồn bằng Carbamazepine và tỷ lệ CAF/CBZ cho thấy nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý là một nguồn đóng góp PPCPs tại sông Cầu và các công trình xử lý nước thải hiện có trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên hầu như không xử lý được các PPCPs trong các nguồn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cizmas, L., Sharma, V. K., Gray, C. M., & McDonald, T. J. (2015).
Pharmaceuticals and personal care products in waters: occurrence, toxicity, and risk. Environmental chemistry letters, 13(4), 381–394.
https://doi.org/10.1007/s10311-015-0524-4.
[2] Quigwei Bu et al, (2013). Pharmaceuticals and personal care
products in the aquatic environment in China: A review. Journal of
Hazardous Materials, 262(2013), pp. 189 – 211.
[3] Bryan W. Brooks et al, (2012). Human Pharmaceuticals in the
Environment Current and Future Perspectives, ISBN: 978-1-4614-3419-
1, Springer, USA. DOI:10.1007/978-1-4614-3473-3.
[4] Wang J, Wang S (2016) . Removal of pharmaceuticals and personal
care products (PPCPs) from wastewater: A review. Journal of
Environmental Management, 1;182:620-640. doi: 10.1016/j.jenvman.2016.07.049. Epub 2016 Aug 20. PMID: 27552641.
[5] Brausch JM, Connors KA, Brooks BW, Rand GM (2012). Human
pharmaceuticals in the aquatic environment: a review of recent toxicological studies and considerations for toxicity testing. Rev Environ
Contam Toxicol 218:1–99
[6] Ghiselli G, Jardim WF (2007) Endocrine Disruptors In The
Environment. Química Nova 30: 695-706.
[7] Mattison DR, Karyakina N, Goodman M, LaKind JS (2014)
Pharmaco- and toxicokinetics of selected exogenous and endogenous estrogens: a review of the data and identification of knowledge gaps.
[8] WHO - World Health Organization (2013) Children`s Environmental
Health, State of the Science of Endocrine Disrupting Chemicals.
[9] Pelley J (2003) Estrogen knocks out fish in whole-lake experiment. Environmental Science & Technology 37: 313A-314A.
[10] Al-Odaini NA, Zakaria MP, Yaziz MI, Surif S, Abdulghani M, et al. (2013) The occurrence of human pharmaceuticals in wastewater effluents
and surface water of Langat River and its tributaries, Malaysia.
International Journal of Environmental Analytical Chemistry 93:245-264.
[11] Mimeault C, Woodhouse AJ, Miao XS, Metcalfe CD, Moon TW, et al. (2005) The human lipid regulator, gemfibrozil bioconcentrates and
reduces testosterone in the goldfish, Carassius auratus. Aquatic
Toxicology 73: 44-54.
[12] Viglino L, Aboulfadl K, Prévost M, Sauvé S (2008). Analysis of
natural and synthetic estrogenic endocrine disruptors in environmental waters using online preconcentration coupled with LC-APPI-MS/MS.
Talanta. 76(5):1088-96. doi: 10.1016/j.talanta.2008.05.008.
[13] WHO - World Health Organization (2002) International Programme
on Chemical Safety. Global Assessment of the State-of-the-Science of Endocrine Disruptors. .
[14] MRC - Medical Research Council`s Institute for Environment and Health (1998) Appraisal of Test Methods for SexHormone Disrupting
Chemicals Capable of Affecting the Reproductive Process.
[15] Walsh C (2003) Antibiotics: Actions, Origins, Resistance. ASM Press: Washington.
[16] Kümmerer K (2009) Antibiotics in the aquatic environment--a
[17] Rosal R, Rodriguez A, Perdigon-Melo JA, Prete A, Garcia-Calvo E, et al. (2010) Occurrence of emerging pollutants in urban wastewater and
their removal through biological treatment followed by ozonation. Water
Research 44: 578-588.
[18] LuoY, Xu L, Rysz M.; Wang Y, Zhang, et al. (2011) Occurrence
and transport of tetracycline, sulfonamide, quinolone, and macrolide antibiotics in the Haihe River Basin, China. Environmental Science &
Technology 45: 1827-1833.
[19] Ngo TH, Van DA, Tran HL, et al (2021). Occurrence of
pharmaceutical and personal care products in Cau River, Vietnam.
Environmental Science and Pollution Research International, 28(10):12082-12091. DOI: 10.1007/s11356-020-09195-0.
[20] BộTài nguyên và Môi trường (2006). Báo cáo Môi trường Quốc gia
2006 - Hiện trạng môi trường nước ba LVS tại Việt Nam: Cầu, Nhuệ - Đáy, Hệ thống sông Đồng Nai.
[21] Mei, Xuebing & Sui, Qian & Lyu, Shuguang & Wang, Dan & Zhao, Wentao (2018). Pharmaceuticals and personal care products in the urban
river across the megacity Shanghai: Occurrence, source apportionment and a snapshot of influence of rainfall. Journal of Hazardous Materials.
359. 10.1016/j.jhazmat.2018.07.081.
[22] Ma R, Wang B, Yin L, Zhang Y, Deng S, Huang J, Wang Y, Yu G (2017). Characterization of pharmaceutically active compounds in Beijing, China: Occurrence pattern, spatiotemporal distribution and its environmental implication. Journal of Hazardous Materials. 323(Pt
A):147-155. doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.05.030. Epub 2016 May 10. PMID: 27236837.
[23] Kumar M, Ram B, Honda R, Poopipattana C, Canh VD, Chaminda T, Furumai H (2019). Concurrence of antibiotic resistant bacteria (ARB),
viruses, pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in ambient waters of Guwahati, India: Urban vulnerability and resilience
perspective. Sci Total Environ. 693:133640. doi:
10.1016/j.scitotenv.2019.133640. Epub 2019 Jul 27. PMID: 31377355.
[24] Peteffi, Giovana & Fleck, J & Kael, Igor & Rosa, D & Antunes, M & Linden, Rafael. (2018). Ecotoxicological risk assessment due to the
presence of bisphenol A and caffeine in surface waters in the Sinos River Basin - Rio Grande do Sul - Brazil. Brazilian journal of biology = Revista
brasleira de biologia. 79. 10.1590/1519-6984.189752.
[25] Nakada, Norihide & Hanamoto, Seiya & Jürgens, Monika & Johnson, Andrew & Bowes, Michael & Tanaka, Hiroaki. (2016).
Assessing the population equivalent and performance of wastewater treatment through the ratios of pharmaceuticals and personal care products present in a river basin: Application to the River Thames basin, UK. Science of The Total Environment. 575.
10.1016/j.scitotenv.2016.09.180.
[26] Gracia-Lor E, Rousis NI, Zuccato E, Bade R, Baz-Lomba JA, Castrignanò E, Causanilles A, Hernández F, Kasprzyk-Hordern B, Kinyua J, McCall AK, van Nuijs ALN, Plósz BG, Ramin P, Ryu Y, Santos MM, Thomas K, de Voogt P, Yang Z, Castiglioni S (2017).
Estimation of caffeine intake from analysis of caffeine metabolites in wastewater. Sci Total Environ. 609:1582-1588. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.07.258. Epub 2017 Aug 8. PMID: 28810510.
[27] Bueno, María & Uclés, S & Hernando, M & Davoli, Enrico & Fernández-Alba, Amadeo. (2011). Evaluation of selected ubiquitous
contaminants in the aquatic environment and their transformation products. A pilot study of their removal from a sewage treatment plant.
Water research. 45. 2331-41. 10.1016/j.watres.2011.01.011.
[28] Buerge, Ignaz & Poiger, Thomas & Muller, MD & Buser, HR. (2003). Caffeine, an anthropogenic marker for wastewater contamination
of surface waters. Environmental Science and Technology. 37. 691-700.
[29] Shimizu, Akiko & Takada, Hideshige & Koike, Tatsuya & Takeshita, Ayako & Saha, Mahua & Rinawati, Rinawati & Nakada, Norihide & Murata, Ayako & Suzuki, Tokuma & Suzuki, Satoru & Chiem, Nguyen & Viet, Pham & Siringan, Maria A & Kwan, Charita & Zakaria, Mohamad & Reungsang, Alissara. (2013). Ubiquitous
occurrence of sulfonamides in tropical Asian waters. The Science of the
total environment. 452-453C. 108-115. 10.1016/j.scitotenv.2013.02.027.
[30] Kuroda, Keisuke & Nakada, Norihide & Hanamoto, Seiya & Inaba, Manami & Katayama, Hiroyuki & Do, An & Nga, Tran & Oguma, Kumiko & Hayashi, Takeshi & Takizawa, Satoshi. (2015). Pepper mild
mottle virus as an indicator and a tracer of fecal pollution in water environments: Comparative evaluation with wastewater-tracer pharmaceuticals in Hanoi, Vietnam. Science of The Total Environment.
506–507. 287–298. 10.1016/j.scitotenv.2014.11.021.
[31] Harada A, Komori K, Nakada N, Kitamura K, Suzuki Y (2008).
Biological effects of PPCPs on aquatic lives and evaluation of river waters affected by different wastewater treatment levels. Water Sci