Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng diệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn

--------------------------------------

YỄ

T
Ủ

L

ME TR

T Ư

T

Ơ Ở

TR

ỄM

Ộ -

T

M 2019

XỬ LÝ ƯỚ


--------------------------------------

YỄ

T Ư

T
Ủ

L

T

ME TR

Ơ Ở

T
TR

XỬ LÝ

ỄM
huyên ngành: óa

ữu cơ

Mã số: 944 01 14

ƯỜ ƯỚ
Ẫ

1.
. T guyễn iệt Bắc
2. T . T Trần ăn hung

Ộ

-M 2019

:

ƯỚ


i

LỜ

MĐ

ôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố
trong bất kỳ một công trình khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ.
Hà Nội, ngày

tháng

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Việt

ưng

năm 2019


ii

LỜ

MƠ

Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hoá học - Vật liệu, Viện

Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng. Nghiên cứu sinh xin được:
Bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với GS.TS Nguyễn Việt Bắc, PGS.TS Trần
Văn Chung đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ trong suốt quá
trình học tập, thực hiện Luận án.
Trân trọng cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo, Chỉ huy Viện KH-CN quân sự,
Phòng Đào tạo/Viện KH-CN quân sự, Viện Hóa học - Vật liệu/Viện KH-CN
quân sự, các Thầy, Cô giáo trong và ngoài Quân đội, đặc biệt là các Thầy, Cô
giáo của Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều
kiện và động viên nghiên cứu sinh hoàn thành bản luận án này.
Nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, các đồng nghiệp,
bạn bè đã giúp đỡ trong suốt thời gian học tập

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Việt ưng

iii

MỤ LỤ
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HI U, CHỮ VIẾT TẮT……………………....... v
DANH MỤC CÁC B NG………………..……...………………………... viii
DANH MỤ

ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ…………………...…….……...... xi

MỞ ĐẦU………………..…………………………………………………..
ƯƠ

1. T NG QUAN…………………..………………………......

1
4

1.1. Các nguồn nước thải nhiễm khuẩn…………………..……………….

4

1.1.1. ước thải sinh hoạt………………………...……………………….

5

1.1.2. ước thải bệnh viện………………………...………………............

10

1.1.3. ước thải lò mổ gia súc, gia cầm………………………...………...

12

1.2. ác phương pháp khử trùng nước thải nhiễm khuẩn…..…….............

13

1.3. Polyme và oligome diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất guanidin.……….. 14
1.3.1. ặc điểm cấu tạo, tính chất và phân loại polyme diệt khuẩn………

14

1.3.2. Oligome diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất guanidine………………... 21
1.3.3. ơ chế và các phương pháp tổng hợp OHMG.HCl……..………….
ƯƠ

2. ĐỐ TƯ

ƯƠ

29

ÁP NGHIÊN C U...….. 38

2.1. ối tượng nghiên cứu…………………………………………...........

38

2.2. hương pháp nghiên cứu……………………………………………..

38

2.2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị…………………………………………. 39
2.2.2. Quy trình tổng hợp, tinh chế OHMG.HCl ......………….…………. 40
2.2.3. ác phương pháp phân tích, xác định tính chất hóa lý, cấu trúc…... 41
2.2.4. ác phương pháp đánh giá, thử nghiệm hoạt tính diệt khuẩn........... 45
2.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng diệt khuẩn của
M .

l đối với nước nhiễm khuẩn…...……………………...……… 48


iv

ƯƠ

3.

ẾT QU NGHIÊN C U VÀ TH O LUẬN..…………..

51

3.1. Kết quả nghiên cứu tổng hợp OHMG.HCl…………..…...…..............

51

3.1.1. Nghiên cứu khảo sát khả năng tổng hợp OHMG.HCl bằng phương
pháp trùng ngưng nóng chảy ……………………………………………..

51

3.1.2. Nghiên cứu và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng
hợp

M .

l ở quy mô 150 g/mẻ……………………………………..

57

3.2. Kết quả phân tích cấu trúc và tính chất của OHMG.HCl…...………..

62

3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc của OHMG.HCl………….…………….

62

3.2.2. Kết quả phân tích tính chất và hoạt tính diệt khuẩn của
M .

l……………………………………………………………….

71

3.3. Kết quả thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl trong xử
lý nước thải………...…………...………….……………………………...

76

3.3.1. Kết quả xử lý nước sông Tô Lịch……...………...…………………

76

3.3.2. Kết quả xử lý nước thải Bệnh viện a khoa

ức Giang……...........

81

3.3.3. Kết quả xử lý nước thải lò mổ gia súc ở hùng Khoang…………...

85

3.3.4. Kết quả đánh giá so sánh hiệu quả diệt khuẩn của OHMG.HCl và
cloramin B………………………………………………………………...

89

ẾT L Ậ ……………...…………………...……………………………..

95

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA H

ĐÃ

B………..

97

TÀI LI U THAM KH O……..…………..………………………………

98

PHỤ LỤC ………………………………………………………………….

112


v

DANH MỤC CÁC KÝ HI U, CHỮ VIẾT TẮT
η
µ

Hiệu suất quá trình
ộ nhớt của dung dịch polyme

1

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton

H NMR

(Proton nuclear magnetic resonance)
13

C NMR

Carbon-13 nuclear magnetic resonance
(Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C)

BOD

Nhu cầu oxy sinh học trong nước
(Biochemical Oxygen Demand)

COD

Chemical oxygen demand
(Nhu cầu oxy hóa học trong nước)

COSY

(Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều 1H-1H)
2D NMR include correlation spectroscopy

DMSO

Dimetyl sunfoxit

DMF

Dimetyl focmamid

DNA

Deoxiribo nucleic axit

DPGHC

N, N’ - diphenylguanidin hydroclorit

E.coli

Escherichia coli (Vi khuẩn E. Coli)

E -PHDGC

Epiclorohydrin-Polyhexametylen
dietylen triamin guanidin hydroclorit

FDA

Cục Quản lý Thực phẩm và Thuốc Hoa Kỳ
(Food and Drug Administration)

FTIR

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
(Fourier transform infrared spectroscopy)


vi

GHC
GPC

Guanidin hydroclorit
Sắc ký thẩm thấu gel
(Gel permeation chromatography)

HMDA

Hexametylendiamin

HSQC

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều 1H-13C
(Heteronuclear single quantum coherence)

HOEGMA

Oligo (etylen glycol) metacrylat

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)

LC- MS

Sắc ký lỏng khối phổ
(Liquid chromatography - mass spectrometry)

MBC

Nồng độ tiêu diệt vi khuẩn tối thiểu
(Minimum bactericidal concentration)

MBR

Màng lọc sinh học
(Membrane bio reactor)

MBBR

hản ứng sinh học dòng chuyển động
(Moving bed biofilm reactor)

MIC

Chỉ số nồng độ ức chế tối thiểu
(Minimum inhibitory concentration)

MPN

Số lượng chắc chắn nhất có thể
(Most probable number)

MS

Mass spectrometry (Phổ khối lượng)

MRSA

Tụ cầu vàng kháng Methicillin
(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus )

Mw

Khối lượng phân tử trung bình
(average Molecular weight)


vii

NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
(Nuclear magnetic resonance)

OHMG.HCl

Oligohexametylen guanidin hydroclorit

PAC

Poly aluminium clorit

PEG

Poly etylen glycol

PET

Poly (etylen terephtalat)

PHMG

Polyhexametylen guanidin hydroclorit

ppm

part per million (Phần triệu)

PS

Polystyren

PTFE

Poly (tetrafluoroetylen)

RNA

Ribo nucleic axit

SBR

Phản ứng sinh học liên tục
(Sequencing batch reactor)

SEM

Kính hiển vi điện tử quét
(Scanning electron microscopy)

SS

Chất rắn lơ lửng (Suspended solids)

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua
(Transmission electron microscopy)

TGA

hương pháp phân tích nhiệt trọng lượng
(Thermogravimetric analysis)

TS

Tổng chất rắn (Total solids)

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng
(Total suspended solids)


viii

MỤ

B

Trang

Bảng 1.1: Kết quả quan trắc và phân tích nước sông Tô Lịch mùa khô……

6

Bảng 1.2: Kết quả quan trắc và phân tích nước sông Tô Lịch mùa mưa…...

7

Bảng 1.3: Hiệu quả khử trùng qua các công đoạn trong CN xử lý nước thải

13

Bảng 1.4: ơ chế diệt khuẩn của một số biện pháp khử trùng phổ biến...…

14

Bảng 1.5: Chế độ khử trùng một số đối tượng bằng dung dịch Biopag-D....

26

Bảng 1.6: Sự phân bố sản phẩm theo thời gian phản ứng……...…………..

34

Bảng 1.7: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến hoạt tính diệt khuẩn của
oligome…………………………...…………………………………….......

35

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu xác định chất lượng nước………...………………...

48

Bảng 3.1: Kết quả đo phổ hồng ngoại của quá trình tổng hợp OHMG.HCl.

53

Bảng 3.2: Khối lượng phân tử của

54

M .

l thu được trong nghiên cứu.

Bảng 3.3: ộ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl có khối lượng phân tử
khác nhau ………………...…………………………………..…………….

55

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến độ tan của OHMG.HCl..

56

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến khả năng diệt khuẩn
E.coli của OHMG.HCl………….…………………………………………..

57

Bảng 3. : Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến khối lượng phân tử trung

bình của OHMG.HCl……………………………………………………….

58

Bảng 3. : Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khối lượng phân tử
trung bình của OHMG.HCl………………………………..……………….

60


ix

Bảng 3. : Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng đến khối lượng
phân tử trung ình của OHMG.HCl…………………………...…………...

61

Bảng 3.9: Kết quả so pic phổ hồng ngoại của OHMG.HCl…...…………....

64

Bảng 3.10: Kết quả quy ghép tín hiệu cộng hưởng trong phổ

Bảng 3.11: Kết quả thử nghiệm khả năng kháng khuẩn của

13

C-NMR......

66

M .HCl

72

Bảng 3.12: Sự phát triển của E. coli theo nồng độ OHMG.HCl……………

73

Bảng 3.13: ự phát triển của vi khuẩn E. coli theo phương pháp M

……

74

Bảng 3.14: Tính chất hóa lý của sản phẩm OHMG.HCl ………………......

76

Bảng 3.15: ặc tính của nước sông Tô Lịch………...…...………………...

77

Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng

l đến hiệu quả diệt khuẩn..

78

Bảng 3.17: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian đến hiệu quả diệt khuẩn

79

Bảng 3.18: Ảnh hưởng của cặn lơ lửng của nước sông Tô Lịch………...…

80

Bảng 3.19: Ảnh hưởng của p đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl...

81

Bảng 3.20: ặc tính của nước thải Bệnh viện a khoa

82

M .

ức Giang…...…...

Bảng 3.21: Ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl và thời gian đến hiệu quả
diệt khuẩn…………………………………………………………………...

83

Bảng 3.22: Ảnh hưởng của cặn lơ lửng của nước thải Bệnh viện a khoa
ức iang đến thời gian diệt khuẩn……………………...………………...
Bảng 3.23: Ảnh hưởng của p đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl...
Bảng 3.24: ặc tính cơ ản của nước thải lò mổ gia súc Phùng Khoang…..
Bảng 3.25: ặc tính của nước thải lò mổ gia súc Phùng Khoang qua xử lý

84
8
5
86

với PAC…….………………………………………………………………
87


x

Bảng 3.26: Ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl đến hiệu quả diệt khuẩn..
Bảng 3.27: Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả diệt khuẩn của OHMG.HCl....

88
89

Bảng 3.28: Kết quả chỉ số MIC của cloramin B và OHMG.HCl..…………

90

Bảng 3.29: Kết quả chỉ số MBC của cloramin B và OHMG.HCl...………..

90


xi

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ
Trang

Hình 1.1: ơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt………………………..

8

Hình 1.2: ơ đồ hệ thống xử lý nước thải tại Bệnh viện a khoa ức Giang

11

Hình 1.3: Copolyme pyridin-metacrylat (a) và Polyoxazolin (b)…………....

16

Hình 1.4: Một số polyme có nguyên tử nitơ ậc 4 trong mạch chính………

16

Hình 1.5: ác polyme đa ion liên hợp...…………………………………….

16

Hình 1.6: iguanidin (a) và uanidin ( )……………………..…………….

17

Hình 1.7: Chuỗi peptit tổng hợp………………………….………………….

18

Hình 1.8: Polyme có mạch chính là arylamid (A) và phenylen etylen (B)….

18

Hình 1.9: Hợp chất chứa vòng N-cloramin dùng để biến tính sợi nylon và
polyeste.………….…………………………………………………………..

20

Hình 1.10: Công thức cấu tạo của OHMG.HCl……………..…..…………... 22
Hình 1.11: Quá trình tiêu diệt vi khuẩn E. coli bằng dung dịch OHMG.HCl
nồng độ 15 ppm sau 10 phút...…………………….…………………………

24

Hình 1.12: ơ chế phản ứng tổng hợp OHMG.HCl theo S.A. Stel’mah…….

29

Hình 1.13: Phản ứng tổng hợp oligo(hexametylen) guanidin hydroclorit…...

30

Hình 1.14: Phản ứng tổng hợp OHMG.HCl phân nhánh………..…………... 30
Hình 1.15: Phản ứng tổng hợp polybiguanidin……………………………… 31
Hình 1.16: Phản ứng tổng hợp E - PHDGC...……………..………………… 32
Hình 1.17: Một số dạng sản phẩmM .HCl………….………………….

33

Hình 1.18: Phản ứng tổng hợp OHMG.HCl mạch thẳng dùng HMDA……..

34


xii

Hình 2.1: Hệ thiết bị phản ứng tổng hợp OHMG.HCl……….……………...

41

Hình 2.2: Thí nghiệm khả năng diệt khuẩn nước thải của OHMG.HCl……..

49

Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của guanidin hydroclorit…….…………………...

5
2

Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của hexametylendiamin…….……………...…….
Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của OHMG.HCl……………..…..……………….
Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của mẫu OHMG.HCl tổng hợp……………....……
Hình 3.5: ồ thị quan hệ khối lượng phân tử đến độ nhớt nội của dung dịch
OHMG.HCl.....................................................................................................
.

5
2
5
3
5

4

Hình 3.6: ồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới khối lượng phân tử
OHMG.HCl.........................................................................................................

5
5

Hình 3.7: ồ thị ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới khối lượng phân tử
OHMG.HCl..…………………………………………………………………

5
8

60
Hình 3.8: ồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ [ M
]:[] đến khối lượng phân tử
OHMG.HCl………………………………………………………………….
61

Hình 3.9: Phổ hồng ngoại của mẫu

M .HCl của Liên bang Nga.……..... 63

Hình 3.10: Phổ hồng ngoại của mẫu

M

.HCl tổng hợp……………..….. 63

Hình 3.11: Phổ 1H-NMR của mẫu OHMG.HCl tổng hợp..….…….………...

64

Hình 3.12: Phổ 13C-NMR của mẫu OHMG.HCl tổng hợp……..….………...

65

Hình 3.13: Công thức cấu tạo (dự kiến) của OHMG.HCl tổng hợp…….…...

65

Hình 3.14: hổ khối lượng của OHMG.HCl tổng hợp…….………………...

67


Hình 3.15: hổ khối lượng của PHMG.HCl tổng hợp theo Dafu Wei, cộng sự..

Hình 3.16: hổ

67

của OHMG.HCl tổng hợp………..…………………. 68


xiii

Hình 3.17: hổ
của OHMG.HCl tổng hợp………………..………….

Hình 3.18: Công thức phân tử OHMG.HCl tổng hợp……………….………

69
69

Hình 3.19: Giản đồ sắc ký gel của OHMG.HCl tổng hợp…………………...

70

Hình 3.20: Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu OHMG.HCl tổng hợp…….…..

71

Hình 3.21:ng kháng khuẩn củaM .

l ở các nồng độ khác nhau

đối với các chủng vi khuẩn B. subtilis; E. coli; S. cerevisiae……………….

72

Hình 3.22: Thử nghiệm nồng độ kháng khuẩn của sản phẩm OHMG.HCl.....

73

Hình 3.23: Thử nghiệm thời gian diệt khuẩn của sản phẩmM .

74

l…..

Hình 3.24: ơ đồ quy trình tổng hợp OHMG.HCl quy mô phòng thí nghiệm

75

Hình 3.25: Ảnh SEM sự tồn dư của E. coli sau quá trình diệt khuẩn..............

91

Hình 3.26: Ảnh TEM mẫu xử lý E.coli sử dụng OHMG.HCl nồng độ 5 ppm

92

Hình 3.27: Giản đồ phổ sắc ký lỏng của mẫu nước thải sử dụng OHMG.HCl
và cloramin B…………………………………………………………………

93

Hình 3.28: Phổ MS của mẫu thử nghiệm diệt khuẩn với tác nhân cloramin …

94


1

MỞ ĐẦ
ấn đề vệ sinh môi trường đ và đang được x hội đặc iệt quan tâm do liên
quan trực tiếp đến sức khỏe con người và sinh thái môi trường. ự ô nhiễm nguồn
nước do nước thải của các nhà máy và nước thải sinh hoạt chứa các vi
sinh vật gây ệnh là nguyên nhân chính gây ra các ổ dịch ệnh, ảnh hưởng trực

tiếp đến sức khỏe con người. Một trong các cách hiệu quả để khống chế các ệnh
truyền nhiễm là tiếp cận nhằm kiểm soát sự lây nhiễm và phát triển vật liệu để
ngăn chặn sự cư trú của vi khuẩn trên ề mặt vật liệu trong nỗ lực ngăn ngừa sự
tăng trưởng tràn lan của chúng [1], [16]. Hiện nay, người ta chủ yếu dùng các
chất diệt khuẩn truyền thống như: ác muối hypoclorit, khí clo, cloramin …
Tuy nhiên, các chất diệt khuẩn này thường phải sử dụng với hàm lượng lớn, đặc
biệt khi khử trùng nước chúng thường sinh ra các hợp chất chứa clo có hại trực
tiếp đến sức khỏe của người và sinh vật sử dụng nguồn nước đó [2], [4]. ì vậy,
các sản phẩm diệt khuẩn mới, có hiệu lực diệt khuẩn cao, ít độc hại, không tạo ra
các sản phẩm phụ nguy hiểm trong quá trình xử lý, dễ sử dụng và thân thiện với
môi trường đ và đang là mục tiêu nghiên cứu của nhiều đơn vị trong và ngoài
nước. Gần đây, có ba loại siêu phân tử kháng khuẩn đang được nghiên cứu nhiều
gần đây, ao gồm peptidomimetic kháng khuẩn, polyme và oligome kháng khuẩn
amphiphilic và các loại polyme sinh học không ion [51]. rong đó,
Hexametylen guanidin hydroclorit (OHMG.HCl) là một loại oligome cation
đang được nghiên cứu, áp dụng làm chất diệt khuẩn trong y tế và công nghiệp,
do có phổ diệt khuẩn rộng, nồng độ sử dụng thấp và hoạt tính diệt khuẩn cao. Cụ
thể, đã có một số kết quả thử nghiệm đánh giá khả năng diệt khuẩn của
polyhexametylen guanidin hydroclorit. Năm 2008, Bộ Y tế Liên bang Nga đ ra
chỉ định sử dụng chất diệt khuẩn này vào thực tế theo hướng dẫn của ác sĩ .
Onishchenco thuộc hiệp hội ác sĩ Liên bang Nga [52]; ở nh có đăng ký phát
minh được công bố vào tháng 3 năm 2011 ( K patent 2341352) của tác giả


2

Thomas Brian Chapman [93]; nhóm tác giả Mathias K. Oulé, Richard Azinwi,
Anne-MarieBernier, ano Ka lan... được công bố trên tạp chí Y sinh quốc tế năm
2012 [73] và gần đây nhất (năm 201 ) nhóm tác giả Firdessa, Amstalden,
Chindera, Kamaruzzaman đ đưa vào phân loại thuốc chữa vết thương của FDA

[49].
Ở nước ta hiện nay đ có những ứng dụng chất diệt khuẩn trên cơ sở hợp
chất guanidin ước đầu cho kết quả khả quan. Tuy nhiên, chưa có công ố nào về
phương pháp, điều kiện tổng hợp oligome diệt khuẩn của các hợp trên cơ sở hợp
chất guanidin này.
ây chính là các căn cứ để nghiên cứu sinh lựa chọn và đề xuất đề tài
luận án “Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng diệt khuẩn của oligome
trên cơ sở guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn”.
* Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
+ Tổng hợp thành công cũng như làm rõ được cơ sở khoa học về điều
kiện tổng hợp oligome diệt khuẩn trên cơ sở guanidin.
+

ánh giá được hiệu quả, khả năng diệt khuẩn của oligome guanidin

tổng hợp trong xử lý nước nhiễm khuẩn.
*

i ung nghiên cứu chính của luận án:

+ Tổng quan tài liệu về: Các nguồn nước nhiễm khuẩn, các phương pháp,
hóa chất diệt khuẩn phổ biến; Tình hình nghiên cứu ứng dụng, phương pháp
tổng hợp chất diệt khuẩn trên cơ sở guanidin.
+

Nghiên cứu làm rõ các vấn đề liên quan đến cơ chế tổng hợp cũng như

phương pháp và các điều kiện tổng hợp oligome diệt khuẩn trên cơ sở guanidin,
nhằm thu được sản phẩm có hiệu suất cao, có khối lượng phân tử phù hợp cho
mục đích xử lý nước nhiễm khuẩn.

3

+ Nghiên cứu đánh giá khả năng diệt khuẩn của oligome tổng hợp trong
xử lý nước nhiễm khuẩn.
+ Nghiên cứu so sánh hiệu quả diệt khuẩn và tính thân thiện môi trường
của oligome tổng hợp và chất diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất của clo.
Ý ngh a h a h c và th c tiễn của uận

n:

+ hế tạo thành công và làm rõ được cơ chế, cơ sở khoa học về điều kiện
của phản ứng tổng hợp oligome diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất của guanidin.
+ Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng diệt khuẩn của oligome tổng hợp
trong xử lý các nguồn nước nhiễm khuẩn, cho thấy tính hiệu quả và thân thiện
môi trường so với các chất diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất clo. Kết quả của luận
án góp phần đa dạng hóa các sản phẩm diệt khuẩn sử dụng trong xử lý nước thải
nhiễm khuẩn ở điều kiện thực tiễn của Việt Nam.
* Bố cục của luận án:
Luận án được trình bày thành các phần và chương sau:
Phần mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục tiêu, nội dung nghiên cứu và
ý nghĩa của luận án.
hương 1: ổng quan về nước thải nhiễm khuẩn và quy trình xử lý nước
thải (nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải lò mổ…), vật liệu và
hóa chất diệt khuẩn cho nước thải, phương pháp chế tạo và ứng dụng vật liệu
diệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin.
hương 2: ối tượng và phương pháp nghiên cứu
hương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận

Tài liệu tham khảo


4

ƯƠ

1.1.

1. T

c nguồn nước thải nhiễm huẩn
Vi sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau, bên

cạnh các vi sinh vật có ích, còn có nhiều vi sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh
cho người và sinh vật. Trong số này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi
khuẩn và ký sinh trùng gây bệnh, như: các loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương
hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật Bản, giun
đỏ, trứng giun... Nguồn gây ô nhiễm sinh học đối với môi trường nước chủ yếu
là nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất, nước thải các bệnh viện, xác sinh vật
và phân rác [7], [24].
ể đánh giá chất lượng nước dưới góc độ ô nhiễm vi sinh vật, người ta
thường dùng chỉ số coliform. ây là chỉ số phản ánh số lượng vi khuẩn coliform
trong nước. Loại vi khuẩn này thường không gây bệnh cho người và sinh vật,
nhưng chúng biểu hiện sự ô nhiễm nước bởi các tác nhân sinh học [8-9].
iện nay, các nguồn nước thải nhiễm khuẩn thường gặp nhiều ở các nước
đang phát triển và chậm phát triển trên thế giới cũng như ở nước ta.

rong đó,

hai nguồn nước nhiễm khuẩn tiêu iểu là: nước thải sinh hoạt và nước thải
ệnh
viện. heo
áo cáo của gân hàng thế giới năm 1992, nước ị ô nhiễm vi sinh
vật gây ra
mỗi năm.

ệnh tiêu chảy làm chết 3 triệu người và 900 triệu người mắc

ệnh

heo thống kê của Bộ Y tế thì hơn 0 % các ệnh truyền nhiễm ở

nước ta có liên quan đến nguồn nước. ặc iệt là trong thời gian gần đây các ệnh
liên quan đến nguồn nước như tiêu chảy, tả gia tăng mạnh và đ tạo thành ệnh
dịch trong các khu dân cư [12], [15].


5

1.1.1. Nước thải sinh hoạt
1.1.1.1. Đặc điểm nước thải sinh hoạt
ước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục
đích sinh hoạt của cộng đồng, như: tắm, giặt, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân… húng
thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, chợ và các công trình
công cộng. ượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc
vào mức sống và thói quen của người dân. ượng nước thải sinh hoạt của khu dân
cư được xác định trên cơ sở nước cấp. hông thường tiêu chuẩn nước thải sinh
hoạt lấy bằng 80 - 90 % lượng nước được cấp cho mục đích này. goài ra, lượng
nước thải sinh hoạt của khu dân cư c n phụ thuộc điều kiện trang thiết bị vệ sinh

nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân.
ặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (50 - 55 % tổng
lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh. ồng
thời trong nước thải sinh hoạt có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ, cần thiết
cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước [10].
ước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau: COD
= 500 mg/L, BOD5 = 250 mg/L, SS = 220 mg/L, photpho = 8 mg/L, nitơ amoni
và nitơ hữu cơ = 40 mg/L, pH = 6,8; TS = 720 mg/L. hư vậy nước thải sinh hoạt
có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử
lý sinh học. hông thường các quá trình xử lý sinh học cần các chất
dinh dưỡng theo tỷ lệ sau: BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1. Một tính chất đặc trưng
nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị
phân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20 – 40 % BOD thoát ra khỏi các quá
trình xử lý sinh học cùng với bùn. Ngày nay, việc thay thế xà phòng bằng chất
tẩy rửa tổng hợp làm giảm hàm lượng chất éo trong nước thải, song cũng làm
ảnh hưởng lớn đến các vi sinh vật trong nước. rong nước thải đô thị tổng số


6

coliform từ 106 đến 109 MPN/100ml, fecal coliform từ 104 đến 107 MPN/100ml
[22-23].
ối với nước ta hiện nay, nước thải sinh hoạt của các hộ dân rất ít được
thu gom, xử lý mà chủ yếu được thải trực tiếp ra môi trường, dẫn đến các
nguồn nước mặt như: ao, hồ, sông, suối ở nhiều nơi ị ô nhiễm nghiêm trọng.
ặc biệt là các sông, hồ thuộc các thành phố lớn như Hà Nội và Hồ Chí Minh
[14-15].
Kết quả quan trắc nước sông Tô Lịch theo mùa của Trung tâm Quan trắc
và Phân tích Tài nguyên môi trường - Sở TN&MT Hà Nội tiến hành năm 2013
được đưa ra ở bảng 1.1 và bảng 1.2 dưới đây.

Bảng 1.1: Kết quả quan trắc nước sông Tô Lịch mùa khô năm 2013
ết quả
T
T

hỉ tiêu

Đơn

Hoàng

vị

Quốc
Việt

Dịch
V ng

Cầu

ầu
iấy

Cầu
Cót

cầu
Trung
Hòa

ống
Mc

Cầu
Mới

QCVN
14:2008
/BTNM
T (c t
B)

1
2

pH
DO

mg/L

6,7
0,2

6,7
0,3

7,2
2,3

6,5
0,3

6,9
1,4

7,1
0,3

6,9
0,9

5,5-9

3

BOD5

mg/L

103

188

95

130

96

105

99

15

4
5
6
7
8
9

COD
TSS
NH4+
P-T
N-T
As

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

150
66
12,3

4.4
47,8
0,0043

200
123
18,5
3.4
31,7
0,0054

140
45
25,6
5
41,8
0,0082

152
51
18,2
4.6
39,3
0,0096

110
48
18,6
5
42

0,0065

132
63
18,4
4,73
41,2
0,0118

149
99
14,4
4,52
39,8
0,0072

30
50
0.5
0,05

10

Hg

mg/L

0,0002

0,0003

0,0027

0,0005

0,0003

0,0004

<0,0001

0,001

11

Pb

mg/L

0,0020

0,0034

0,0105

0,0002

<0,0001

0,0091

0,0054

0,05

12

Cr VI

mg/L

<0,005

0,007

0,012

<0,005

<0,005

<0,0050

0,009

0,04

13

ầu mỡ

mg/L

0,8

0,6

6,0

1,3

1,2

0,9

1,2

0,1

14

hất tẩy
rửa

mg/L

2,07

2,20

2,29

2,8

3,1

3,0

3,7

0,4

15

Coliform

MPN/

4,8x106

4,8x106

9,3x106

3,2x106

3,9x106

4,0x106

6,8x107

7,5x103

tổng số

100ml


7

Bảng 1.2: Kết quả quan trắc nước sông Tô Lịch mùa mưa ĂM 2013
ầu

ết quả
Cầu

iấy

Cót

6,9
0,01

6,8
0,08

6,7
0,26

102

74

73

mg/L
mg/L
mg/L

132
30
9,3

125
63
6,2

mg/L

1,68

mg/L

Asen
(As)
hủy
ngân
(Hg)
ầu mỡ

hất
tẩy rửa
Coliform
tổng số

100ml

T
T

hỉ tiêu

1
2

pH
DO

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Cầu
Dịch
V ng

mg/L

Hoàng
Quốc
Việt
6,9
0,06

BOD5

mg/L

COD
TSS
Amoniac
(NH4 +)
hốt pho
tổng
(∑ )
ito tổng
( )

Đơn vị

Cầu
Trung

Hòa

ống

Cầu

QCVN
14:2008/
BTNMT
(c t B)

Mc

Mới

7,1
1,4

6,6
0,05

6,5
0,11

5,5-9

130

69

46

60

15

126
45
23,7

158
60
12,8

105
51
15,7

93
25
14,6

102
50
15,6

30
50
0,5

2,97

3,12

3,05

3,26

2,87

2,56

-

30,5

8,9

28,9

24,5

28,4

50,9

27,5

-

mg/L

0,0110

0,0344

0,0071

0,0088

0,0069

0,0110

0,0110

0,05

mg/L

0,0010

0,0004

0,0002

0,0004

0,0016

0,0006

0,0021

0,001

mg/L

3,2

1,4

2,1

1,6

1,3

2,1

1,7

0,1

mg/L

1,0472

2,0141

1,6336

3,2096

0,6898

0,9328

1,0513

0,4

MPN/

1,7x105

1,1x106

8,3x105

4,3x106

5,0x105

1,0x106

7,0x105

7,5x103

Kết quả quan trắc cho thấy: ượng ôxy hòa tan (DO) thấp hơn 2 lần so với
quy chuẩn; Nhu cầu ôxy hóa học trong nước (COD), ôxy sinh học trong nước
(BOD5), khuẩn coliform trong nước, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng dầu, mỡ,
hàm lượng amoni (NH4+)… đều vượt quy chuẩn cho phép nhiều lần.
ước sông chuyển thành màu đen, có váng, cặn lắng và mùi hôi. ặc biệt, mức
độ ô nhiễm trầm trọng hơn về cuối nguồn theo dòng chảy.
Tuy nhiên, từ nhiều năm nay, dưới sức ép của quá trình đô thị hóa, chất
lượng nước sông bị ô nhiễm nghiêm trọng do mỗi ngày có khoảng 150.000 m³


8

nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp chưa qua xử lý xả trực tiếp xuống
sông, đ iến sông Tô Lịch trở thành nơi chứa nước thải của Hà Nội.
1.1.1.2. Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
Tùy thuộc vào điều kiện kinh tế và quy mô kiến trúc mà chi phí đầu tư và
công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt có nhiều iến thể đa dạng. iện nay có nhiều
công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt được áp dụng, với mức độ đầu tư và hiệu
quả khác nhau. ác công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phổ iến như: công nghệ
phản ứng sinh học theo mẻ ( R); công nghệ dùng lọc màng sinh học (MBR);
công nghệ giá thể sinh học chuyển động (MBBR); công nghệ xử lý sinh
học liên tục dùng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau ( : kỵ khí - yếm khí - hiếu
khí)... Phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phổ iến nhất là kết hợp phương
pháp sinh học với phương pháp vật lý. ơ đồ công nghệ chung được dẫn ra ở hình
1.1 [11].
(a): Công nghệ xử lý SBR

(b): Công nghệ xử lý MBBR

Hình 1.1: ơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

9

guyên ý h ạt đ ng chung :
ước thải sinh hoạt từ các nguồn phát sinh
qua song chắn rác, được thu gom chảy vào hố thu của hệ thống xử lý.
au đó
nước thải sẽ được chảy vào ể điều h

a. ể điều h a có chức năng điều h a lưu

lượng và nồng độ nước thải, tránh quá tải… đảm ảo cho các công trình phía sau
hoạt động ổn định. ệ thống sục khí sẽ h a trộn đều nước thải trên toàn diện tích
ể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn và sinh mùi.

ể tách dầu mỡ có chức năng

loại ỏ các cặn lơ lửng, dầu mỡ không tan có trong nước thải. uá trình sử dụng
phương pháp vật lý để xử lý, không tiêu hao hóa chất, điện năng. rong ể
erotank, nước thải được xáo trộn với các vi sinh vật hiếu khí nhờ không khí cấp
vào từ máy thổi khí và hệ thống đĩa phân phối khí được phân ố đều ở đáy
ể

uá trình này tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và

phát triển. rong quá trình tiếp xúc đó, vi sinh vật hiếu khí lấy các chất ô nhiễm
có trong nước thải ( itơ, photpho, kim loại nặng,…) làm thức ăn, làm tăng sinh
khối và kết thành các ông ùn vi sinh. ưới sự tác động của vi sinh vật hiếu
khí, và hệ thống phân phối khí trong ể làm cho các chỉ tiêu

xử lý đạt 92 - 98 % và làm tăng chỉ số oxy h a tan trong nước (
chỉ số

trong ể

erotank luôn ở mức 1,5 - 2,0 mg/L.

ể erotank chảy vào ể lắng.
vi sinh có trong nước thải.
erotank nhờ ơm

ước thải sinh hoạt sau

ại ể này, xảy ra quá trình loại ỏ các ông ùn
ượng

ùn và nếu lượng

thải ỏ. au đó nước thải chảy vào
các vi sinh vật gây

,
được
). Mức duy trì

ùn này sẽ được

ơm tuần hoàn vào

ùn ể lắng dư sẽ được

ơm ùn

ể

ơm về

ể khử trùng. ể khử trùng có tác dụng diệt

ệnh có trong nước thải trước khi thải ra môi trường.

ể

được thiết kế với nhiều vách ngăn nhằm tăng khả năng xáo trộn tự nhiên giữa
hóa chất với nước thải nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất. óa chất được cung cấp
ằng các ơm định lượng. Kết thúc quá trình xử lý, nước được xả vào nguồn tiếp
nhận, bùn ở bể chứa bùn được lưu trữ, sau đó được các cơ quan chức năng thu
gom và xử lý theo quy định [11], [14].