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
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
Bảng 2: Một số quá trình alcol phân và amino phân
Chất phản ứng Tác nhân ái nhân Sản phẩm tạo thành
Alcol R’ OH
Amin R’ – NH – R’’
Hydroxyllamin
R’ O
-
R’ – N – R’’
NH
-
- OH
Este penicilloic
Amid penicilloic
Acid hydroxamic, chất này
tạo phức với Fe
3+
(màu đỏ)
và với Cu
2+
(màu xanh
ngọc)
 Sự phân huỷ trong môi trường acid: sự hiện diện của H
+
, cơ chế có thể giải
thích do sự tấn công ái điện tử trên nguyên tử S, kích thích sự mở vòng lactam và
vòng thiazolidin, tiếp theo là sự tái sắp xếp để tạo thành cấu trúc oxazolic của

acid penicillenic. Cuối cùng nếu môi trường quá acid, có thể tạo thành acid
penicillic.
 Ngoài ra vòng β - lactam có thể bò mở bởi β - lactamas tiết ra từ vi khuẩn (là
một trong những lý do gây đề kháng)
2.3.1.2 Một số Penicillin thông dụng:
a. Penicillin thiên nhiên: Penicillin G và Penicillin V
 Penicillin G: được sử dụng dưới dạng muối Natri hay kali bền trong khoảng pH
= 6 –7, ở pH ≤ 5 hay pH ≥ 8 hoạt tính kháng sinh giảm rất nhanh.
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
11
CH
2
CO

HN
N
S
H H
O
CH
3
CH
3
H
COO
-
R
+
PENICILLIN G

CH
2
R
+
= Na: benzylpenicillin natri
= Na: benzylpenicillin natri
+
R
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
 Penicillin V (phenoxy methyl Penicillin): do có sự hiện diện của nhómphenoxy
methyl trên nhóm carboxamid, nguyên tử O cạnh nhân benzen làm cho dãy bên
cạnh có tính hút eletron (ngược lại với Penicillin G), đảm bảo tính bền trong môi
trường acid.
b. Penicillin tổng hợp
Nhóm này gồm những Penicillin bán tổng hợp có hoạt phổ rộng trên các vi khuẩn
gram âm và trên những vi khuẩn mà các nhóm khác tác dụng yếu. Ngoài ra cũng
có sự thay đổi về mặt cấu trúc theo hướng có được tính bền trong môi trường acid
có thể sử dụng uống được. Nhóm này có 4 loại: Ba loại đầu là sự thay thế trên C
α
của chức carboxamid trên Penicillin G:
-Một nhóm –NH
2
⇒ Aminobenzyl Penicillin
-Một nhóm – COOH ⇒ Carboxylbenzyl Penicillin
-Một nhóm – NH – CO – N – CO ⇒ Ureido Penicillin
Nhóm cuối cùng có cấu trúc hơi khác vì chức carboxamid thông thường nằm trên
6PAP được thay thế bằng:
-Một nhóm – NH = CH – N = ⇒ Amidino Penicillin
Các kháng sinh chính trong nhóm này là:
 Ampicillin

GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
12
O
CH
2
CO

HN
N
S
H H
O
CH
3
CH
3
H
COO
-
R
+
PENICILLIN V
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 NH
2
nên Ampicillin bền trong môi trường acid, có

thể dùng để uống được.
 Amoxycillin
Đây là chất tương đồng của Ampicillin nhưng hấp thu tốt hơn và sự hấp thu không
bò cản trở bởi thức ăn.
2.3.1.3 Cephalosporin
a. Cấu trúc chung
Cấu trúc cơ bản của các cephalosporin là acid cephalosporanic hoặc 7 amino
cephalospranic acid.
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
13
CO

HN
N
S
H H
O
CH
3
CH
3
H
COO
-
Na
+
AMPICILLIN
C
H

NH
2
CO

HN
N
S
H H
O
CH
3
CH
3
H
COO
-
Na
+
AMOXYCILLIN
C
H
NH
2
HO
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
R và R
3
thay đổi
R
7

: H hoặc OCH
3
X : S hoặc Oxi hoá

X = S phân biệt tuỳ thuộc vào R
7
-R
7
– H: cephalosporin
-R
7
= O – CH
3
: cephamycin

X = O (oxacephem) và X = CH
2
(carbacephem) là những chất tương đồng về
cấu trúc của cephalosporin.
b. Tính chất vật lý
Các Cephalosporin thường ở dạng tinh thể trắng có màu nhẹ , không mùi
hoặc có mùi thoảng nhẹ. Vài Cephalosporin có mùi lưu huỳnh (ví dụ cephalexin,
cepharadin,…)
Độ quay ánh sáng phan cực: sự hiện diện của 3C
*
(6,7 và trong trường hợp α thay
thế ở vò trí 7), trong nước cepha là những chất quay cực phải (dextrogyre). Có thể
dựa vào năng suất quay cực để đònh tính hoặc kiểm độ tinh khiết
Phổ UV: cấu trúc cephem cho 2 hấp thu ở khoảng 260nm và 220nm.
Phổ IR: như 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
C

N
R
7
H
O
CEPHALOSPORIN
N
X
H
O
R
R
3
COOH
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 cephalosporic không có hoạt tính sinh học. Những
tác nhân ái nhân có thể là:
-Các baz (NaOH, KOH) tạo muối của acid Cephalosporic
-Các alcol (alcol phân) tạo ra các este của acid Cephalosporanic

-Các amin (amino phân) tạo amid không có hoạt tính sinh học.
 Sự tấn công của các tác nhân ái điện tử A
E
: Ngược lại với Penicillin, các
Cephalosporin bền hơn trong môi trường acid.
 Tính acid: do chứa nhóm COOH ở C
4
, các Cephalosporin thể hiện như các acid
α, β bất bão hoà khá mạnh, có thể:
 Các baz (NaOH, KOH) tạo muối của acid Cephalosporic
 Tạo muối: thường là muối Na, được sử dụng dưới dạng thuốc tiêm vì tan được
trong nước (dạng acid được sử dụng uống)
 Tạo các este được xem là tiền chất. Có 2 este được sử dụng trong điều trò là
cefuroxim acetyl và cefpodoxim procetyl.
2.3.1.4 Một số Cephalosporin thông dụng
a. Cephalosporin thế hệ 1:
Nhóm 1: cephalotin, cephapirin, cephacetril
Nhóm 2: cephaloridin, cephalozin
Nhóm 3: cephalexin, cephadroxil, cepharadin, cephaclor, cephatrizin
b. Cephalosporin thế hệ 2: cephamandol, cefuroxim, cefuroxime acetyl, cefoxitin
c. Cephalosporin thế hệ 3:
 Nhóm Cephalosporin
 sulfo Cephalosporin: cefsulodin
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
15
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
 Ureido Cephalosporin: cefoperazon
 Aminothiazolyl Cephalosporin: cefotiam
 Methoxyimino Cephalosporin

 Nhóm cephamycin: cefotetan
 Nhóm oxacephalosporin: moxalactam
2.3.2 Nhóm Phenicol
Nhóm Phenicol có đại diện khá thông dụng là chloramphenicol được phân lập từ
môi trường nuôi cấy streptomyces venezuelae năm 1947
2.3.2.1 Cấu trúc
Cấu trúc của Chloramphenicol gồm 3 phần: nhân benzen nitro hoá ở para, chuỗi
amino – 2 propandiol –1,3 và nhóm dicloracetyl
2.3.2.2 Tính chất
a. Tính chất vật lý:

Chloramphenicol ở dạng bột vi tinh thể trắng hoặc hơi vàng
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
16
CHO
2
N CH CH
2
OH
OH
NH
C CHCl
2
O
CHLORAMPHENICOL
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton

Độ tan: ít tan trong nước (2,5mg/ml), dễ tan trong propylen glycol
(150,8mg/ml), rất dễ tan trong methanol, ethanol, ethyl acetat, aceton


Điểm chảy 150,5 – 151,5
o
C

Năng suất quay cực thay đổi theo dung môi

Phổ UV trong dung môi methanol: hấp thu cực đại tại 274nm, cực tiểu tại
235nm

Phổ IR với các đỉnh đặc trưng.
b. Tính chất hoá học
 Do nhóm nitro thơm

Khử hoá nhóm nitro trong chloramphenicol thành amin thơm bậc nhất, sau đó
tạo muối diazoni và tạo phẩm màu azoic với β naphtol.

Khử hoá từng phần nhóm nitro bởi Zn/CaCl
2
tạo N-arylhydroxylamin, chất này
được chuyển thành dẫn chất của hydroxylamic khi tác dụng với benzoylclorid, sản
phẩm thu được tạo phức với Fe
3+
cho màu đỏ tím.

Đun nóng chloramphenicol với dung dòch NaOH, màu vàng xuất hiện, sau đó
chuyển thành màu da cam.
 Do nhóm dicloacetyl

Khi đun nóng chloramphenicol với KOH, thu được dung dòch chứa ion Cl

-
cho
phản ứng trầm hiện với AgNO
3
/HNO
3

Phản ứng FUJIWARA – ROSS đặc trưng cho nhóm gem – diclo: đun các thuỷ
chloramphenicol với piridin và NaOH, màu đỏ xuất hiện.
 Do nhóm alcol bậc nhất: phản ứng tạo este với các acid tương ứng cho:

Các este palmitat, stearat không đắng (không tan trong nước) dùng cho trẻ em.

Este succinat, glicinat tan được dùng làm thuốc tiêm
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
17
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
 Tính bền: chloramphenicol bền dưới tác dụng của nhiệt, ở 100
o
C vẫn còn hoạt
tính kháng khuẩn. Dung dòch chloramphenicol trong nước tương đối bền ở pH trung
tính, bò phân huỷ bởi kiềm và acid, dung dòch này vẫn giữ được hoạt tính trong một
tháng/37
o
C, 5 giờ/100
o
C, vô hạn đònh ở 25
o
C.

2.3.3 Nhóm Aminosid
2.3.3.1 Tính chất
Trong cấu trúc của các aminosid có nhóm NH
2
và OH, nên phân tử rất phân cực.
Sự hiện diện của những nhóm amin và guanidin làm cho các phân tử Aminosid có
tính baz. Và chúng thường được sử dụng dưới dạng muối.
Dạng baz: độ tan thay đổi trong nước và các dung môi hữu cơ.
Dạng muối: thường là muối sulfat, háo ẩm, rất tan trong nước, không tan trong
alcol và các dung môi hữu cơ.
Dung dòch ở pH trng tính bền với nhiệt, thuỷ giải chậm trong môi trường acid.
Phổ UV: trống ở bước sóng 220nm.
Phổ IR: không có dãy đặc trưng trừ trường hợp streptomycin (nhóm guanidin).
2.3.3.2 Một số Aminosid thông dụng
a. Streptomycin: sản xuất chủ yếu từ streptomyces griceus thường được dùng dưới
dạng streptomycin sulfat.
 Tính chất vật lý: Streptomycin sulfat: tinh thể màu trắng, không mùi, vò hơi
đắng, rất tan trong nước.
 Tính chất hoá học:
 Phản ứng do nhóm streptidin:
Với acid picric cho dẫn xuất picrat có điểm chảy xác đònh.
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
18
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
Sự hiện diện của hai nhóm guanidin khiến phân tử có tính baz mạnh, khi đun với
NaOH sẽ phân huỷ, phóng thích NH
3
, làm đổi màu giấy quỳ.
Phản ứng Sakaguchi: tạo màu đỏ với NaOCl và alpha naphtol.

 Phản ứng do nhóm streptoza: dưới tác dụng của kiềm, streptoza chuyển thành
maltol, chất này tạo phức màu tím bền với Fe
3+
, ứng dụng để đònh tính và đònh
lượng.
b. Gentamycin: được trích ly trong môi trường nuôi cấy gồm gentamycin A, B, C,
X. Sử dụng trong điều trò là gentamycin C dạng sulfat.
2.4 Sự đề kháng kháng sinh.
Đây là vấn đề thường gặp đối với vi khuẩn. Sự đề kháng kháng sinh vô cùng nguy
hiểm vì có thể tạo ra các chủng vi khuẩn kháng thuốc trong cộng đồng. Một số
kháng sinh trước đây tỏ ra hữu hiệu trong điều trò nhiễm khuẩn như ampicillin,
tetracillin, chloramphenicol…hiện nay đã bò kháng bởi các vi khuẩn có thể đến 90
– 95%. Nguyên nhân của sự đề kháng có thể do tự nhiên nhưng sự góp phần của
con người cũng không nhỏ làm cho mức độ đề kháng ngày càng nghiêm trọng hơn.
2.4.1 Các cách đề kháng của vi khuẩn
2.4.1.1 Thay đổi tính thấm của màng tế bào
Các vi khuẩn gram âm có thành ngoài tác dụng như hàng rào ngăn cản sự thâm
nhập của kháng sinh vào vi khuẩn. Con đường chính để các phân tử ưa nước vào vi
khuẩn là đi qua các ống dẫn ptrotein ở màng. Sự rối loạn về mặt chất lượng và số
lượng ở các ống dẫn này sẽ làm giảm sự tích luỹ kháng sinh.
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
19
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
2.4.1.2 Sinh ra những enzym làm kháng sinh mất tác dụng.
Các enzym này sẽ thiêu huỷ hoặc làm thay đổi các phân tử kháng sinh. Các
enzym ở màng ngoài tế bào có hiệu lực nhất trong việc làm kháng sinh mất tác
dụng, vì kháng sinh không thể đến được vò trí đích.
Men β - lactamas làm mất tác dụng của kháng sinh nhóm β - lactam. Men
phosphorylase, adenylase làm bất hoạt kháng sinh nhóm aminosid. Men acetylase

làm bất hoạt nhóm chloramphenicol.
2.4.1.3 Thay đổi vò trí đích
Sự thay đổi vò trí đích có thể làm giảm khả năng gắn kết của kháng sinh, nhưng
vẫn giữ được chứa năng bình thường. Một cơ chế nữa là sự sản xuất quá mức các
đích để cần phải có nồng độ kháng sinh cao hơn mới mang lại tác dụng.
2.4.2 Các kiểu đề kháng kháng sinh.
Sự đề kháng kháng sinh được chia làm 2 loại là kháng tự nhiên và kháng thu nhận.
2.4.2.1 Đề kháng tự nhiên (intrinsic resistance)
Sự đề kháng là bản chất nội tại của vi khuẩn. Nhiều kháng sinh có tác dụng với vi
khuẩn Gram dương nhưng lại không có tác dụng với Gram âm hoặc ngược lại. Ví
dụ: Pseudomonas aeruginosa (trực khuẩn mủ xanh) kháng tự nhiên với Penicillin
G, vì kháng sinh này không xâm nhập qua thành vi khuẩn.
2.4.2.2 Đề kháng thu nhận (acquired resistance)
Là trường hợp vi khuẩn trước đây nhạy cảm với kháng sinh, nhưng sau một thời
gian tiếp xúc với kháng sinh đó vi khuẩn trở nên đề kháng. Trong khi đề kháng tự
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
20
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
nhiên luôn qua trung gian nhiễm sắc thể, đề kháng thu nhận xảy ra có thể do đột
biến ở nhiễm sắc thể hoặc do sự thu nhận gen mã hoá đề kháng từ bên ngoài qua
plasmid hoặc transposon.
a. Đột biến nhiễm sắc thể
Sự kháng đối với một số kháng sinh có thể xuất hiện do đột biến gen của nhiễm
sắc thể gây bởi những thay đổi ở chuỗi AND. Kiểu đề kháng này thường ít gặp, chỉ
chiếm khoảng 10 – 20% tồng số các trường hợp đề kháng thu nhận. Quá trình sinh
sản của vi khuẩn làm lan truyền gen đột biến kháng thuốc cho các thế hệ sau và
tạo nên quẩn thể vi khuẩn kháng thuốc. Đề kháng do đột biền gen cũng có thể
truyền từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác theo ba cơ chế:
 Chuyển thể (transformation): là sự vận chuyển AND từ vi khuẩn cho sang vi

khuẩn nhận.
 Chuyển nạp (transduction): tính kháng thuốc của vi khuẩn cho truyền cho vi
khuẩn nhận qua trung gian trực khuẩn thể (bacteriophage)
 Tiếp hợp (conjugation): là sự chuyển vật liệu di truyền từ vi khuẩn đực sang vi
khuẩn cái khi hai vi khuẩn tiếp xúc với nhau.
b. Plasmid
Plasmid là những phân tử AND kép dạng vòng tròn nằm trong bào tương của vi
khuẩn và có khả năng tự nhân lên. Plasmid nhỏ hơn nhiễm sắc thể. Những plasmid
mang gen kháng kháng sinh đóng vai trò quan trọng trong tính kháng thuốc của vi
khuẩn. Đại đa số các chủng khuẩn kháng thuốc qua plasmid.
Điều quan trọng là sự lan truyền gen kháng kháng sinh nằm trên plasmid. Việc sử
dụng kháng sinh bừa bãi làm tăng khả năng lan truyền yếu tố R là yếu tố di truyền
ngoài nhiễm sắc thể, tạo điều kiện cho vi khuẩn kháng thuốc phát triển mạnh.

Các transposon
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
21
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
Trong tế bào vi khuẩn có những đoạn AND chứa một hoặc nhiều gen có hai đầu
tận cùng là những chuỗi nucleotid giống nhau nhưng ngược chiều nhau và có thể
nhảy từ vò trí này sang vò trí khác. Thành phần di truyền di động này gọi là
transposon. Khác với plasmid, transposon có thể chứa một gen kháng kháng sinh
nhưng cũng có thể chứa nhiều gen kháng kháng sinh.
2.5 nh hưởng của kháng sinh đối với môi trường
Trong những năm 70, lần đầu tiên dược phẩm trong môi trường (với tên gọi là
hooc – mon) là chủ đề được các nhà khoa học quan tâm và bàn luận đến. Mọi kết
luận đều hướng tới một điều rằng các chất hooc – mon đều khó bò phân huỷ sinh
học. Trong những năm 80, vấn đề này ít được quan tâm và chú ý tới. Trong thời
gian này, những chất khác gây hiểm hoạ cho môi trường như kim loại nặng, các

hydrocarbon đa vòng thơm, đioxin và furan, các loại loại hoá chất bảo vệ thực vật,
các chất tẩy rửa được tiến hành nghiên cứu một cách rộng rãi. Từ giữa những năm
90, mối quan tâm đến dược phẩm trong môi trường lại tiếp tục phát triển. Một số
chất đã được phát hiện trong nước cống, nước thải từ các công trình xử lý nước
thải, nước mặt, phân bón và đất (bảng 3). Các nghiên cứu đều cho thấy rằng hầu
hết các chất này đều không dễ dàng phân huỷ sinh học trong những hệ thống thí
nghiệm và hầu hết cũng bò loại trừ rất chậm trong môi trường.
Dược phẩm đang được sử dụng với số lượng lớn trong y học, thú y hay các chất cho
thêm vào các sản phẩm chăn nuôi gia súc, gia cầm. Trong quy trình chăn nuôi,
kháng sinh thường xuyên được đưa vào như là phương pháp phòng chống và bảo
vệ sức khoẻ vật nuôi. Hiện tượng dùng sai mục đích kháng sinh trở nên phổ biến
từ khi Fleming tìm ra Penicillin. Kháng sinh được kê đơn để điều trò cho một số
bệnh không thích hợp. Một số loại kháng sinh thông dụng thường xuyên bò làm
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
22
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton
dụng và dùng không đúng. Ví dụ, các bệnh lý do virut thì không cần điều trò bằng
kháng sinh. Sự làm dụng, bao gồm cả việc không hoàn tất đơn thuốc càng dẫn tới
hiện tượng kháng kháng sinh phát triển. Vấn đề nảy sinh khi có sự hiện diện của
kháng sinh ở nồng độ thấp trong môi trường dẫn đến sự gia tăng của hiện tượng
kháng kháng sinh.
Bảng 3: Nồng độ của một số loại thuốc (
µ
g/l) được đo trong nước thải, nước mặt,
nước ngầm và nước cấp.
Nhóm chất Nước thải
Nước
mặt
Nước ngầm,

nước cấp
Nguồn
Analgesics/
Antirheumatic
Antibiotics
Lipid
Psychopharmacological
Cytostatic
2.4
20
khoảng 1.0
0.1 – 0.7
> 1
1.7
< 1
> 6.1
> 5
> 0.5
> 0.5
> 0.5
> 1.7
> 6
a
> 1
0.55
> 0.02
> 4
a
0.006
0.17

7.5
0.07
UBA (1997)
Ternes (1997)
Heberer (1997)
Hirsch (1999)
UBA (1997)
Ternes (1997)
Richardson và Bowron
(1985)
Stan (1994)
Ternes (1997)
Heberer (1997)
Heberer (1997)
UBA (1997)
Ternes (1997)
Ahern (1990)
Kummerer (1997)
Steger-Hartmann (1997)
Kummerer (1998)
a
Nước thải sinh hoạt sau xử lý (pha loãng với nước mặt)
Vài năm gần đây, tác động của hiện tượng kháng kháng sinh gia tăng nhanh chóng
và người ta tin rằng điều đó xuất phát từ cách sử dụng kháng sinh. Lượng kháng
sinh trong môi trường có thể đưa đến kết quả sau quá trình chọn lọc tự nhiên
những vi khuẩn thích ứng được đã mang gen kháng kháng sinh. Điều này dẫn đến
GVHD: Th.s Lê Công Nhất Phương
SVTH: Vũ Đức Mạnh
23
Khảo sát quá trình xử lý COD của nước thải thuốc Ampicillin bằng phương pháp Fenton

vấn đề nghiêm trọng cho sức khoẻ cộng đồng khi mà không bao lâu nữa các bệnh
nhiễm khuẩn sẽ khó có cơ hội chữa khỏi bằng các kháng sinh đã biết. Trong
trường hợp có thể xảy ra khả năng kháng kháng sinh có thể lan truyền từ vi khuẩn
không mang bệnh sang vi khuẩn bệnh, và bệnh dòch có thể xảy ra. Trong thực tế,
một số vi khuẩn được nghiên cứu khảo sát lan truyền tính đề kháng trong phòng thí
nghiệm cũng tốt như trong môi trường tự nhiên.
2.5.1 Chu trình xâm nhập của dược phẩm vào môi trường tự nhiên
Dược phẩm được thải vào môi trường nước theo quá trình bài tiết của con người và
động vật, và qua quá trình sản xuất thuốc. Người ta thống kê được rằng có ba
đường khác nhau (Hình 2). Nguồn gốc dược phẩm phục vụ con người bắt nguồn từ
các hộ gia đình và các bệnh viện được thải vào các hệ thống xử lý nước thải.
Những dược phẩm này có thể bò phân huỷ một phần khi qua các quá trình xử lý
nước thải và cuối cùng được thải ra sông. Qua các dạng phân và các bài tiết từ
động vật, thuốc thú y đã lan truyền qua cánh đồng, đồng cỏ và từ những nơi này
chúng chảy thẳng vào suối, sông hay thấm lọc qua đất và tiến vào xâm nhập nước
ngầm. Qua quá trình sản xuất, dược phẩm theo dòng nước thải của các hệ thống xử
lý một phần xâm nhập vào môi trường nước , còn một phần khác xâm nhập vào
môi trường đất.
2.5.2 Kháng sinh trong môi trường.
Kháng sinh cũng như các loại thuốc khác được chọn lựa và sản xuất vì khả năng
hoạt động chống lại vi khuẩn của chúng. Do có những tính chất như vậy nên kháng
sinh có những tác động đến môi trường, bao gồm:
 nh hưởng chống vi khuẩn
GVHD: 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

Hình 2: Chu trình của dược phẩm trong môi trường
Một số nghiên cứu đã cho kết quả là khả năng phân huỹ sinh 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
Sản xuất
Dược phẩm cho
người
Chất thải
Thuốc thú y
Thuốc tăng trường
Phân bón
Đất trồng
Môi trường đất
Cống thải
Hệ thống XLNT
Nước mặt
Bùn lắng
Nước ngầm
Nước sinh hoạt