nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý cod, bod5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công nghệ swim bed quy mô phòng thí nghiệm (lab scale)

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Quá trình xử lý sinh học loại bỏ COD, BOD5 trong nước thải dược phẩm có chứa
kháng sinh là một quá trình mới và rất khó xử lý do việc thích nghi của vi sinh vật còn
rất hạn chế, đặc biệt là chất kháng sinh trong nước. Mô hình Swim bed xử lý COD,
BOD5 được nghiên cứu để tạo điều kiện cho quá trình xử lý COD, BOD5 của nước thải
cũng như hàm lượng chất kháng sinh trong nước.
Mô hình Swim-bed được vận hành với 2 giai đoạn: thích nghi và vận hành, trong
2 giai đoạn này pH được điều chỉnh và kiểm soát thủ công. pH được giữ trong khoảng
6,5 – 8,5 và COD trong khoảng 350 – 400 mg/L. Ở giai đoạn thích nghi, nước thải dược
phẩm được pha nhân tạo với tải trọng 0,3 kgCOD/m3.ngày và nồng độ acetaminophen
khoảng 200 mg/L, nghiên cứu lấy số liệu trong 20 ngày. Sau giai đoạn thích nghi, mô
hình được vận hành với tải trọng lần lượt là 0,6; 0,8; 1,0 kgCOD/m3.ngày, nghiên cứu
91 ngày cho kết quả hiệu suất loại bỏ COD ở các tải là 87,5 ± 4; 91,3 ± 2; 90,8 ± 3%
và BOD là 96,4 ± 2%; 97,6 ± 0,5%; 96,3 ± 1%.
Mô hình Swim-bed được vận hành với lưu lượng dao động từ 1,0 L/h – 1,9 L/h,
pH duy trì ở giá trị 7,0 ± 0,3. Ở giai đoạn thích nghi, mô hình sẽ được vận hành với
nồng độ TN là 20 mg/L và TP là 2 mg/L trong hết khoảng thời gian chạy nước thải nhân
tạo. Chất dinh dưỡng bao gồm MnSO4.2H2O, KH2PO4, FeCl3.6H2O, NaH2PO4.2H2O,
CoCl2.6H2O, NH4HCO3 và NH2COONH4 được pha với nồng độ thích hợp đảm bảo vi
sinh vật thích nghi và phát triển tốt.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
iv


ABSTRACT
Biological treatment process removes COD, BOD5 in pharmaceutical wastewater
containing antibiotics is a new process and very difficult to handle due to the acclimation
of microorganisms is very limited, especially antibiotics in wastewater. Swim-bed
model has been studied to facilitate the processing of COD, BOD5 as well as high levels

of antibiotics in wastewater.
Swim-bed model is operated with two phases: acclimation and operation, in both
stages the pH is adjusted and controlled manually. pH is maintained in the range of 6,5
to 8,5 and the COD of about 350 – 400 mg/L. In the stage acclimation, pharmaceutical
wastewater is mixed with organic loading 0,3 kgCOD/m3.day and acetaminophen
concentration of 200 mg/L, the study obtains data for 20 days. After a period of
acclimation, the model is operated with a organic loading of respectively 0,6; 0,8; 1,0
kgCOD/m3.day, research results after 91 days for COD removal efficiency was 87,5 ±
4; 91,3 ± 2; 90,8 ± 3% and BOD is 96,4 ± 2%; 97,6 ± 0,5%; 96,3 ± 1%.
Swim-bed model is operated with volumes ranging from 1,0 L/h – 1,9 L/h, the pH
maintained at 7,0 ± 0,3 value. In the stage acclimation, the model will be operated with
TN concentration is 20 mg/L and TP is 2 mg/L in all periods running artificial
wastewater. Nutrients include MnSO4.2H2O, KH2PO4, FeCl3.6H2O, NaH2PO4.2H2O,
CoCl2.6H2O, NH4HCO3 và NH2COONH4 be mixed with appropriate concentrations to
ensure acclimation and development of microorganisms.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
v


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN .............................................................................................................. iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ...............................................................................................iv
ABSTRACT ...................................................................................................................v
MỤC LỤC .....................................................................................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................................ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................xi
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...............................................................................1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ........................................................................................2
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................2
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................................2
5. PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN LUẬN VĂN .....................................................................2
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................................................2
7. Ý NGHĨA CỦA NGHIÊN CỨU .................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DƯỢC PHẨM CHỨA CHẤT
KHÁNG SINH VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SWIM-BED..........................4
1.1.

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DƯỢC PHẨM........................................................4

1.1.1. Phân loại các khâu sản xuất dược phẩm ...............................................................4
1.1.2. Thực trạng ngành sản xuất dược phẩm tại Việt Nam .........................................10
1.1.3. Quy trình sản xuất thuốc và nguồn phát sinh nước thải ở Việt Nam .................11
1.1.4. Sự ảnh hưởng của nước thải dược phẩm có chứa chất kháng sinh đến môi trường
và con người ..................................................................................................................14
1.1.5. Giới thiệu một số thuốc kháng sinh thông dụng..................................................15
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỦ YẾU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DƯỢC PHẨM CHỨA
CHẤT KHÁNG SINH ..................................................................................................20
1.2.1. Phương pháp sinh học ........................................................................................20
1.2.2. Phương pháp oxy hóa tăng cường ......................................................................21
1.2.3. Phương pháp hấp phụ .........................................................................................23

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
vi

1.3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VIỆC XỬ LÝ NƯỚC THẢI DƯỢC PHẨM
CHỨA CHẤT KHÁNG SINH ......................................................................................25
1.4.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SWIM-BED ................................................27

1.4.1. Giới thiệu về công nghệ Swim-bed ....................................................................27
1.4.2. Nguyên lý hoạt động...........................................................................................27
1.4.3. Ưu và nhược điểm cùa công nghệ Swim-bed .....................................................28
1.4.4. Một số nghiên cứu sử dụng công nghệ Swim-bed trong và ngoài nước ............29
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................31
2.1.

MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU .................................................................................31

2.1.1. Mô hình tổng thể.................................................................................................31
2.1.2. Mô hình thực tế ...................................................................................................31
2.2.

THIẾT BỊ ............................................................................................................33

2.3.

BÙN HOẠT TÍNH SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU .................................35

2.4.

QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ THÍ NGHIỆM.................................................35

2.4.1. Nước đầu vào ......................................................................................................35

2.4.2. Điều kiện vận hành .............................................................................................35
2.5.

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ..........................................................................37

2.6.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .....................................37

2.6.1. Phương pháp tính toán .........................................................................................37
2.6.2. Phương pháp phân tích số liệu............................................................................39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................40
3.1.

TÍNH CHẤT, TỐC ĐỘ SINH BÙN VÀ KHỐI LƯỢNG GIÁ THỂ ................40

3.1.1. MLSS, MLVSS ..................................................................................................40
3.1.2. SVI ......................................................................................................................41
3.1.3. Tốc độ sinh bùn ..................................................................................................42
3.1.4. Khối lượng giá thể ..............................................................................................43
3.2.

pH .......................................................................................................................44

3.3. HIỆU QUẢ XỬ LÝ COD ......................................................................................45
3.4. HIỆU QUẢ XỬ LÝ BOD ......................................................................................48
3.5. SO SÁNH VỚI MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU KHÁC ..............................................50
3.5.1. Hiệu quả xử lý COD ...........................................................................................50
SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm

vii


3.5.2. Hiệu quả xử lý BOD5 ..........................................................................................51
3.5.3. Hiệu quả xử lý acetaminophen ...........................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................56
PHỤ LỤC ....................................................................................................................59

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Đặc điểm nước thải của phân xưởng lên men ..................................................5
Bảng 1.2 Đặc điểm nước thải phân xưởng tổng hợp hóa chất hữu cơ ............................6
Bảng 1.3 Đặc điểm của dòng nước thải chứa kiềm trong nhà máy sản xuất dược tổng
hợp tại Hyderabad............................................................................................................7
Bảng 1.4 Đặc điểm của dòng nước thải dòng ngưng tụ trong nhà máy sản xuất dược tổng
hợp tại Hyderabad............................................................................................................7
Bảng 1.5 Đặc điểm của nước thải dòng axit trong nhà máy sản xuất dược tổng hợp tại
Hyderabad ........................................................................................................................8
Bảng 1.6 Đặc điểm của nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất chiết xuất gan và
thịt bò nhà máy sản xuất dược phẩm ...............................................................................9
Bảng 1.7 Tổng thể về nguồn thải và một số tính chất điển hình ...................................13
Bảng 2.1 Kích thước cấu tạo của bể ..............................................................................33
Bảng 2.2 Các thiết bị mô hình Swim-bed .....................................................................34
Bảng 2.3 Các thông số kỹ thuật của giá thể ..................................................................34
Bảng 2.4 Thành phần nước thải tổng hợp .....................................................................36

Bảng 2.5 Điều kiện vận hành thí nghiệm mô hình Swim-bed với nước thải dược phẩm
nhân tạo..........................................................................................................................36
Bảng 2.6 Các thông số và phương pháp phân tích ........................................................37
Bảng 3.1 Bảng thống kê lượng bùn giai đoạn chạy tải trọng ........................................43
Bảng 3.2 Bảng thống kê khối lượng giá thể theo thời gian ...........................................43
Bảng 3.3 Giá trị phân tích acetaminophen ở tải trong 1,0 kgCOD/m3.ngày .................48
Bảng 3.4 Thông số vận hành mô hình Swim-bed và MBR ...........................................50
Bảng 3.5 Hiệu quả xử lý COD mô hình Swim-bed.......................................................50
Bảng 3.6 Hiệu quả xử lý COD mô hình MBR ..............................................................51
Bảng 3.7 Hiệu quả xử lý BOD mô hình Swim-bed.......................................................52
Bảng 3.8 Hiệu quả xử lý BOD mô hình MBR ..............................................................52
Bảng 3.9 Hiệu quả xử lý acetaminophen qua các mô hình ...........................................53

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất thuốc .......................................................................11
Hình 1.2 Cấu trúc của Rivanol ......................................................................................15
Hình 1.3 Cấu trúc Norfloxacin ......................................................................................16
Hình 1.4 Cấu trúc Amoxicillin ......................................................................................17
Hình 1.5 Cấu trúc Acetaminophen ................................................................................18
Hình 1.6 Cấu trúc p-aminophenol .................................................................................19
Hình 1.7 Công thức thủy phân p-aminophenol ra quinonimin......................................19
Hình 1.8 Mặt cắt của sợi sinh học .................................................................................27
Hình 1.9 Mô tả công nghệ Swim-bed ............................................................................28
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ tổng thể của nghiên cứu ......................................................31
Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ mô hình nghiên cứu ............................................................32

Hình 2.3 Mô hình thực tế nghiên cứu ............................................................................32
Hình 2.4 Cấu trúc của giá thể Biofinge .........................................................................35
Hình 3.1 Biểu đồ biến thiên của MLSS, MLVSS theo thời gian ..................................41
Hình 3.2 Biểu đồ biến thiên giá trị SVI theo thời gian..................................................42
Hình 3.3 Kích thước giá thể BioFringe qua các tải trọng .............................................44
Hình 3.4 Biểu đồ biến thiên pH theo thời gian của các tải trọng ..................................45
Hình 3.5 Biểu đồ biến thiên COD qua các tải trọng theo số lần lấy mẫu .....................47
Hình 3.6 Màu nước sau khi xử lý của mô hình Swim-bed và MBR so với đầu vào. ...48
Hình 3.7 Biểu đồ biến thiên BOD qua các tải trọng theo số lần lấy mẫu .....................49

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
x


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

MLSS

Mixed Liquid Suspended Solid

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
hoạt tính

MLVSS

Mixed Liquid Volatile Suspended

Cặn lơ lửng bay hơi của hỗn hợp
bùn hoạt tính

OLR

Organic Loading Rate

Tải trọng hữu cơ

SD

Standard Deviation

Độ lệch chuẩn

SRT

Sludge Retention Time

Thời gian lưu bùn

SS

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng

SVI

Sludge Volume Index

Chỉ số bùn lắng

TN

Total Nitrogen

Tổng Nitơ

MBR

Membrance Bio Reactor

Bể lọc sinh học bằng màng

BF

BioFringe

Giá thể bơi

VS

Volatile Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi

KPH

Không phát hiện

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
xi


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã cho thấy có nhiều chất hóa học đã gây ra các tác
động tiêu cực tức thời hoặc lâu dài đến hệ sinh thái mà trong lịch sử chưa từng được xếp
loại là chất ô nhiễm ví dụ như kháng sinh, kháng viêm, các phức cơ kim loại... Chính vì

vậy, việc khắc phục các chất ô nhiễm này đang còn rất hạn chế và chưa được nghiên
cứu, quan trắc định kỳ. Hai nhóm chất ô nhiễm mới hiện đang được các nước trên thế
giới quan tâm là kháng sinh và kháng viêm do mối liên quan trực tiếp đến hệ sinh thái
và sức khỏe con người. Chất kháng sinh và kháng viêm là hai trong những loại chất thải
hữu cơ độc hại khó xử lý có mặt trong nước thải dược phẩm, bệnh viện, sinh hoạt, chăn
nuôi… Do đặc tính đào thải nguyên dạng, nên hiện nay các nguồn tiếp nhận nước thải
đang tích lũy thành phần này càng nhiều và gây nhiều tác hại lên sức khỏe con người và
môi trường.
Ở Việt Nam, kháng sinh đang được sử dụng rộng rãi cho con người và thú y. Trong
quá trình sử dụng, chỉ có một phần kháng sinh được hấp thu và chuyển hóa trong cơ thể
người/vật nuôi, còn phần lớn được bài tiết nguyên dạng khó phân hủy. Một số nghiên
cứu đã cho thấy đối với dư lượng kháng sinh, thuốc được bài tiết có thể lên đến 70%.
Do đó, các chất ô nhiễm này sẽ hiện diện trong nước thải sinh hoạt hoặc từ các bệnh
viện hoặc các trang trại chăn nuôi. Nhìn chung, quy trình xử lý nước thải hiện nay không
thích hợp để xử lý dư lượng kháng sinh nên các chất ô nhiễm này sẽ tồn lưu và tiếp tục
di chuyển vào nguồn tiếp nhận và làm ô nhiễm các thủy vực. Tương tự, acetaminophen
là một nhóm kháng sinh điển hình và được sử dụng rộng rãi trong y dược như là giảm
đau, hạ sốt, chóng mặt, chống vi khuẩn gây bệnh, v.v... Và cũng do sự tồn lưu của chất
này trong nước thải nên hóa chất này đã tồn lưu tại các nguồn tiếp nhận ví dụ như tại
các thủy vực.
Tại Việt Nam, vẫn chưa có nhiều nghiên cứu cho việc loại bỏ kháng sinh từ các
nguồn thải đặc trưng như nước thải dược phẩm, bệnh viện… Do đó, kết quả nghiên cứu
của đề tài góp phần xác định khả năng, hiệu quả xử lý kháng sinh ứng dụng công nghệ
Swim-bed. Đồng thời, đề tài mở ra một hướng đi cụ thể cho việc xử lý nước thải chứa
kháng sinh nồng độ cao dựa trên tiêu chí công nghệ xử lý đơn giản, nhỏ gọn, dễ vận
hành, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. Đây là một đề tài hoàn toàn mới và có tính
thực tiễn rất cao.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm

1


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa
kháng sinh bằng công nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Nước thải sử dụng trong đề tài là nước thải được pha tổng hợp sử dụng
acetaminophen với khoảng nồng độ là 200 mg/L hay COD nước thải vào mô hình từ
350 – 400 mg/L. Các muối dinh dưỡng được thêm vào tạo điều kiện thuận lợi cho vi
sinh vật phát triển và được điều chỉnh để duy trì tỷ lệ COD:N:P=150:5:1.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Xác định thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải dược phẩm chứa kháng
sinh.
Kiểm soát các yếu tố đánh giá nước thải pH, COD, BOD5 nhằm tạo điều kiện tốt
nhất cho hiệu quả xử lý.
Kiểm soát các yếu tố đánh giá bùn SS, MLSS, MLVSS, SVI nhằm tạo điều kiện
tốt nhất cho sự phát triển của bùn.
Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD, BOD5 bằng quá trình loại bỏ tạp chất thông qua
mô hình Swim-bed.
Vận hành và kiểm soát mô hình nghiên cứu.
5. PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN LUẬN VĂN
Thí nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm
cấp thoát nước - khoa môi trường.
Nước thải được pha bằng thuốc Paracetamol (Acetaminophen) và bổ sung hàm
lượng dinh dưỡng thích hợp chứa trong thùng nhựa 100L.

Đánh giá khả năng xử lý COD, BOD5 của mô hình Swim-bed với tải thích nghi là
0,3 kgCOD/m3.ngày và các tải trọng hoạt động 0,6; 0,8; 1,0 kgCOD/m3.ngày.
Mô hình được vận hành trong điều kiện phòng thí nghiệm.
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tổng quan tài liệu về quá trình xử lý nước thải dược phẩm chứa kháng sinh, để có
cái nhìn tổng thể về các vấn đề liên quan đến quá trình nghiên cứu như: sinh khối,
các thông số vận hành, các thông số động học….
Phương pháp thực nghiệm mô hình, nghiên cứu trên mô hình với quy mô phòng
thí nghiệm.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
2


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm các chỉ tiêu cần nghiên
cứu.
Phương pháp tính toán và xử lý số liệu.
7. Ý NGHĨA CỦA NGHIÊN CỨU
 Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần hiểu rõ hơn về quá trình loại bỏ COD, BOD5 trong
nước thải dược phẩm nhân tạo bằng công nghệ Swim-bed. Từ đó, tìm ra những điều
kiện tốt nhất để vận hành hệ thống phù hợp nhằm giảm chi phí xử lý nước thải có nồng
độ acetaminophen cao bằng công nghệ này.
 Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần xây dựng nên lý thuyết công nghệ xử

lý nước thải dược phẩm mới đạt hiệu quả cao, chi phí thấp hơn so với quá trình xử lý
truyền thống đang áp dụng hiện nay.
Ngoài ra, nghiên cứu có thể là giải pháp để áp dụng xử lý nước thải một số ngành
nghề có hàm lượng kháng sinh cao như nước thải chăn nuôi, nước thải thủy sản…
 Tính mới của nghiên cứu
Acetaminophen là một trong những chất ô nhiễm mới có nhiều tác hại đến môi
trường và con người. Tại Việt Nam, vẫn chưa có nhiều nghiên cứu cho việc loại bỏ thành
phần này, nhưng mô hình Swim-bed sẽ đặt ra một bước ngoặc mới trong việc xử lý
acetaminophen.
Công nghệ Swim-bed ứng dụng trên giá thể BioFringe với ba quá trình hiếu khí,
thiếu khí, kỵ khí. Việc áp dụng quá trình này sẽ tạo điều kiện cho các chủng vi sinh vật
khác nhau phân hủy các hợp chất độc hại đặc biệt là acetaminophen.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
3


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DƯỢC PHẨM CHỨA CHẤT KHÁNG
SINH VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SWIM-BED
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DƯỢC PHẨM
1.1.1. Phân loại các khâu sản xuất dược phẩm [7]
Nước thải từ các nhà máy dược phẩm là một trong những loại chất thải phức tạp
và độc hại của chất thải công nghiệp. Công nghiệp dược phẩm có nhiều quá trình sản
xuất bao gồm: tổng hợp hóa học, lên men, chiết tách và nhiều quá trình phức tạp khác.
Mặt khác, công nghiệp dược sản xuất rất nhiều các sản phẩm khác nhau với nhiều loại

nguyên liệu thô đầu vào nên rất khó để phân loại tính chất nước thải mà phải phụ thuộc
vào loại sản phẩm sản xuất, hay công nghệ sản xuất. Hiện nay, dựa vào các tiêu chí như
có các quá trình sản xuất tương tự nhau, có cùng vấn đề về xả thải và có cùng phương
pháp xử lý chất thải, người ta đã bước đầu phân loại công nghiệp dược phẩm theo 5
nhóm chính sau:






Phân xưởng lên men.
Phân xưởng tổng hợp hóa chất hữu cơ.
Phân xưởng lên men và tổng hợp hóa chất hữu cơ ( cỡ vừa và lớn).
Phân xưởng sản xuất các chế phẩm sinh học ( sản xuất kháng sinh – kháng độc tố).
Phân xưởng phối trộn, chuẩn bị và tạo mẫu thuốc ( viên nén, viên nang,…).

 Phân xưởng lên men
Công nghệ này sử dụng quá trình lên men để sản xuất ra nhiều loại thuốc khác
nhau. Quá trình lên men bao gồm có nước canh, hóa chất lên men. Quá trình lên men
thường được sử dụng trong sản xuất giống, lên men (tăng trưởng), điều chỉnh hóa chất
của nước canh, bốc hơi, lọc, sấy khô. Các chất thải phát sinh trong quá trình này chứa
một lượng đáng kể dung môi và sợi nấm, đó là khối lượng sợi và dưỡng chất của nấm
hoặc vi khuẩn chịu trách nhiệm cho quá trình lên men. Một nghiên cứu cho thấy nước
thải từ phân xưởng lên men có nồng độ BOD khoảng 2 kg/L và gấp 9000 lần nước thải
sinh hoạt chưa xử lý. Đặc điểm của nước thải của phân xưởng lên men được thể hiện
trong bảng 1.1.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm

4


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Bảng 1.1 Đặc điểm nước thải phân xưởng lên men
Thành phần
1 – 5%

Chất rắn tổng cộng
Chất rắn tổng cộng bao gồm
Protein

15 - 40%

Chất béo

1 - 2%

Chất xơ

1 - 6%

Tro

5 - 35%

Carbohydrates

5 - 27%

Steroids, kháng sinh

Có mặt

Hàm lượng vitamin trong chất rắn

Thiamine, Riboflavin, Pyridoxin, HCl,
Folic acid khoảng 4 - 2000 µg/g

Ammonia N

100 - 250 mg/l

BOD

5000 - 20000 mg/l

pH

3-7

 Phân xưởng tổng hợp hóa chất hữu cơ
Phân xưởng sử dụng tổng hợp các hóa chất hữu cơ khác nhau (nguyên liệu thô) để
sản xuất một loạt các dược phẩm. Hoạt động chính trong phân xưởng bao gồm có phản
ứng hóa học, chiết dung môi, kết tinh, lọc và sấy khô. Dòng chất thải phát sinh từ phân
xưởng này thường bao gồm nước làm mát, hơi nước ngưng tụ, rượu mẹ, nước từ quá
trình rửa các tinh thể cuối cùng và dung môi thải bỏ trong quá trình sản xuất. Nước thải

trong phân xưởng này rất bền, khó xử lý và thường xuyên ức chế các vi sinh vật trong
hệ thống sinh học. Chúng chứa một lượng lớn các thành phần hóa học khác nhau ở nồng
độ tương đối cao từ việc sản xuất các chất trung gian trong phân xưởng. Một ví dụ điển
hình của nước thải từ phân xưởng tổng hợp hóa chất hữu cơ của nhà máy dược phẩm ở
Ấn Độ được đưa ra trong bảng 1.2.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
5


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Bảng 1.2 Đặc điểm nước thải phân xưởng tổng hợp hóa chất hữu cơ
Thông số
Giá trị (mg/l)
p-amino phenol, p-nitrophenolate, pnitrochlorobenzene

150 - 200

Amino-nitrozo, amino-benzene, antipyrene sulfate

170 - 200

Chlorinated solvents

600 - 700

Various alcohols

2500 - 3000

Benzene, toluene

400 - 700

Sulfanilic acid

800 - 1000

Sulfa drugs

400 - 700

Analogous substances

150 - 200

Calcium chloride

600 - 700

Sodium chloride

1500 - 2500

Ammonium sulfate

15000 - 20000

Calcium sulfate

800 - 21000

Sodium sulfate

800 - 10000

Nhiều nhà nghiên cứu đã tách các chất thải thải ra từ một nhà máy dược phẩm hóa
học hữu cơ tổng hợp nằm ở Hyderabad, Ấn Độ thành các dòng thải khác nhau: rửa sàn,
chất thải axit, chất thải kiềm. Nhà máy này là một trong những nhà máy lớn nhất ở Châu
Á tham gia vào việc sản xuất các loại thuốc khác nhau như: thuốc hạ sốt, thuốc tẩy giun
sán, vitamin. Bảng 1.3 trình bày đặc điểm của từng dòng thải tạo ra của nhà máy
Hyderabad.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
6


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Bảng 1.3 Đặc điểm của dòng nước thải chứa kiềm trong nhà máy sản xuất dược
tổng hợp tại Hyderabad
Thông số
Đơn vị

Giá trị
Lưu lượng (m3/ngày)

m3/ngày

1710

pH

-

2,3 - 11,2

Độ kiềm

mg/l

624 - 5630

Chất rắn tổng tộng

mg/l

11825 - 23265

Chất rắn dễ bay hơi

mg/l

1457 - 2389

Nito tổng

mg/l

266 - 669

Photpho tổng

mg/l

10 - 64,8

BOD5 ở 200C

mg/l

2980 - 3780

COD

mg/l

5480 - 7465

BOD:COD

-

0,506 - 0,587

Cholorides

mg/l

2900 - 4500

Bảng 1.4 Đặc điểm của dòng nước thải dòng ngưng tụ trong nhà máy sản xuất
dược tổng hợp tại Hyderabad
Thông số
Đơn vị
Giá trị
Lưu lượng (m3/ngày)

m3/ngày

1570 - 2225

pH

-

7 - 7,8

Độ kiềm

mg/l

424 - 520

Chất rắn tổng tộng

mg/l

2742 - 4150

Chất rắn dễ bay hơi

mg/l

363 - 800

Nito tổng

mg/l

120 - 131

Photpho tổng

mg/l

3,1 - 28,8

BOD5 ở 200C

mg/l

754 - 1385

COD

mg/l

1604 - 2500

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
7


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Thông số

Đơn vị

Giá trị

BOD:COD

-

0,4 - 0,688

Cholorides

mg/l

700 - 790

Bảng 1.5 Đặc điểm của nước thải dòng axit trong nhà máy sản xuất dược tổng
hợp tại Hyderabad
Thông số
Đơn vị
Giá trị
Lưu lượng

m3/ngày

pH

435
0,4 - 0,65

BOD5 ở 200C

mg/l

2920 - 3260

COD

mg/l

7190 - 9674

BOD:COD

0,34 - 0,41

Chất rắn tổng tộng

mg/l

18650 - 23880

Chất rắn dễ bay hơi

mg/l

15767 - 20891

Tổng ni tơ

mg/l

352

Tổng photpho

mg/l

9,4

Độ kiềm

mg/l

29850 - 48050

Chlorides

mg/l

6500

Sulfate

mg/l

15000

 Phân xưởng lên men và tổng hợp hóa chất hữu cơ
Phân xưởng này kết hợp giữa công nghệ lên men và tổng hợp hóa chất hữu cơ để
sản xuất các loại thuốc khác nhau. Tùy theo yêu cầu cụ thể của từng loại dược phẩm
khác nhau mà chúng được kết hợp theo một nền tảng cụ thể. Chất thải phát sinh từ phân
xưởng này thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào quá trình sản xuất và nguyên liệu được sử
dụng.
Phân xưởng sản xuất các chế phẩm sinh học chủ yếu sản xuất các loại: kháng độc
tố, miễn dịch huyết thanh, vắc-xin, serum, kháng độc tố và kháng nguyên. Nước thải
của quá trình sản xuất kháng độc tố, miễn dịch huyết thanh và vắc-xin thường chứa phân
SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
8


Khóa luận tốt nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

động vật, nội tạng động vật, máu, chất béo, thuốc sát trùng,… Chất thải phát sinh chủ
yếu từ:
 Động vật thí nghiệm
 Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về bệnh nhiễm trùng ở động vật
 Chất thải hóa chất độc hại từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về vi khuẩn
học, thực vật, động vật.
 Chất thải từ sản xuất thuốc miễn dịch huyết thanh, kháng độc tố.
 Chất thải từ vệ sinh.
Bảng 1.6 Đặc điểm của nước thải phát sinh trong quá trình sản xuất chiết xuất
gan và thịt bò nhà máy sản xuất dược phẩm
Thông số

Giá trị

Trung bình

pH

5 - 6,3

5,8

Nhiệt độ (0C)

26,5 - 30

28

BOD5 (mg/l)

11.400 - 16.100

14.200

COD (mg/l)

17.100 - 24.200

21.200

BOD/COD

0,66 – 0,67

0,67

Chất rắn tổng cộng TS (mg/l)

16.500 - 21.600

20.000

Chất rắn dễ bay hơi VS (mg/l)

15.900 - 19.600

19.200

TKN (mg/l)

2.160 - 2.340

2.200

Axit béo dễ bay hơi VFA (mg/l)

1.060 - 1.680

1.460

 Phân xưởng phối trộn, tạo mẫu thuốc và đóng gói
Quy trình sản xuất thuốc bao gồm phối trộn (lỏng hoặc rắn), tạo hình, đóng gói và
thành phẩm. Nguyên liệu cho sản xuất thuốc và đóng gói bao gồm có đường, siro bắp,
ca cao, đường lactose, canxi, aspirin, penicilin,…Phân xưởng này chủ yếu sản xuất các
loại dược phẩm không cần toa, kể cả thuốc chống viêm khớp, ho, cảm lạnh,…Nước thải
của phân xưởng này thay đổi theo mùa, do nhu cầu thuốc sử dụng theo mùa. Tính chất
của nước thải phân xưởng này có hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD, 750 - 2000 mg/L),
chất rắn lơ lửng 200 - 400 mg/L và tồn tại một số độc tố nhất định của từng loại thuốc.
SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
9


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

1.1.2. Thực trạng ngành sản xuất dược phẩm tại Việt Nam [1]
Trong ngành sản xuất dược phẩm, người ta chia thành 3 giai đoạn sản xuất như
sau:
 Nghiên cứu và phát triển.
 Chuyển đổi những hợp chất hữu cơ tự nhiên trở thành nguyên liệu dược phẩm
thông qua các quá trình lên men, chiết tách và tổng hợp hóa học.
 Hoàn tất pha trộn và đóng gói sản phẩm.
Ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy sản xuất dược phẩm chỉ dừng ở việc pha trộn và
đóng gói thành phẩm được tiến hành với những sản phẩm bao gồm thuốc gây tê, mê,
thuốc tẩy trùng, nước muối bão hòa, thuốc chống đông, thuốc giảm đau, thuốc huyết áp,
kháng sinh, thuốc lợi tiểu, thuốc chống nhiễm trùng, thuốc trợ tim, thuốc thần kinh và
các loại vitamin trong các dạng thành phẩm như viên nang, viên nén, thuốc tiêm, xirô,
kem, chai dịch truyền, bao thuốc dạng lỏng…
Các nhà máy dược, sản phẩm sau khi đóng chai và đóng gói sẽ có nhiều tên gọi
thương mại khác nhau, nhưng chỉ theo các dạng sử dụng thông dụng sau: viên nén, viên
nang, xirô, bao bột dạng lỏng, kem, thuốc mỡ và chai thuốc sát trùng, dạng chai dịch
truyền và thuốc tiêm.
Nguyên liệu cho sản xuất dược phẩm bao gồm các thành phần dược liệu chính, các
chất tá dược như đường, lactose…và các dung môi như methylene chlorid, dichloro
ethane, ethyl acetate và methanol. Phần lớn các dược liệu này đều là những sản phẩm
nhập khẩu.
Nguyên liệu cơ bản phục vụ việc sản xuất vỏ viên nang là gelain y tế. Gelain là
hỗn hợp của protein nước bão hòa có nguồn gốc chính từ colagen, một dạng protein tự
nhiên. Một số nguyên liệu chính khác sử dụng trong sản xuất vỏ viên nang là thuốc
nhuộm, chất trợ nhuộm, chất bảo quản và glyxerin.
Một số các nguyên liệu đóng gói khác nhau như chai thủy tinh, nắp nhựa, đai niêm
phong nhôm, túi giấy, nhựa, carton, nhãn và màng co cũng được sử dụng trong quy trình
sản xuất.

SVTH: Lê Bảo Châu

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
10


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

1.1.3. Quy trình sản xuất thuốc và nguồn phát sinh nước thải ở Việt Nam

 Quy trình sản xuất thuốc
NGUYÊN LIỆU

PHA CHẾ

ÉP VIÊN, PHẨM NƯỚC

VỎ NANG

ÉP VỈ, ĐÓNG CHAI
ĐÓNG BAO BÌ
THÀNH PHẨM
Hình 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất thuốc.

 Nguồn phát sinh nước thải sản xuất dược phẩm [1]
Nhu cầu sử dụng nước:
Nước được sử dụng chủ yếu cho các quá trình sau: Quá trình sản xuất, rửa thiết bị,
rửa chai ống, vệ sinh khu vực sản xuất, cung cấp cho lò hơi, cấp nước cho tháp giải
nhiệt, cung cấp cho hệ thống điều hòa, cung cấp cho phòng thí nghiệm và cấp nước cho
khu vực văn phòng.

Để rửa chai lọ và cung cấp nước cho phòng thí nghiệm, cho quá trình sản xuất
thuốc kem và mỡ người ta sử dụng nước sinh hoạt đã qua quá trình trao đổi ion. Đối với
sản xuất thuốc tiêm và một số loại thuốc khác phải sử dụng nước cất.
Tổng lượng nước tiêu thụ bao gồm cả nước vệ sinh dùng cho bộ phận văn phòng,
nước rửa nhà xưởng và các loại nước làm sạch khác ước tính khoảng 120 – 180l/kg
nguyên liệu.
Các nguồn thải trong nhà máy sản xuất dược phẩm:

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
11


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Lượng nước tham gia vào quá trình sản xuất không lớn nhưng có mức độ ô nhiễm
khá cao bởi vì có sự hiện diện hàm lượng khá lớn các loại hợp chất hữu cơ. Chi tiết các
nguồn thải như sau:
 Rửa thiết bị máy móc: Đây là nguồn thải chính với mức ô nhiễm cao của các nhà
máy dược phẩm. Trong một số nhà máy, có các bộ phận hay một phần của thiết
bị có thể tháo lắp ra được thì đem rửa tại các khu vực riêng, còn phần còn lại của
thiết bị thì được rửa tại chỗ. Nhìn chung các thiết bị đầu tiên được rửa bằng nước
máy và sau đó tiếp tục rửa với nước nóng để đảm bảo không có nhiễm chéo. Các
hóa chất tẩy rửa được sử dụng. Cuối cùng, thiết bị được làm khô bởi máy thổi
khí. Nồi hấp và máy đóng viên thường được rửa với dung dịch sau khi hoàn tất
mỗi mẻ.
 Rửa chai, lọ, ống: Ống thủy tinh dùng trong sản xuất thuốc tiêm thông thường được
rửa nước máy sau đó rửa bằng nước khử khoáng và cuối cùng được rửa bằng

nước cất.
 Vệ sinh nhà xưởng: Nền của khu vực sản xuất thông thường được làm sạch bởi
máy hút bụi để thu gom nguyên liệu khô và sau đó lau chùi dung dịch. Sàn nhà
xưởng thường hay được rửa bằng nước. Nước thải rửa sàn chứa hàm lượng nhỏ
các chất hóa học. Và lượng nước thải này cũng bao gồm cả phần nước thải do
rửa chổi lau nhà có chứa các chất trên.
 Nước thải phòng thí nghiệm: Nước thải từ phòng thí nghiệm bắt nguồn từ các quá
trình rửa vệ sinh các dụng cụ thiết bị phòng thí nghiệm, nó chứa đựng những chất
ô nhiễm như dung môi, các tác nhân phân tích, các hóa chất dược phẩm.
 Nước thải bỏ của nồi hơi: Nhằm khống chế tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong nồi
hơi, một phần của nước thải trong nồi sẽ được thải ra ngoài định kỳ. Phần nước
thải này có TDS cao và cũng chứa hàm lượng vết các hóa chất dùng trong nồi
hơi. Nhiệt độ của nước thải này khá cao khoảng 1000oC.
 Hơi nước ngưng tụ: Hơi nước sau khi sử dụng cho nồi hấp, máy đóng viên nén,
thiết bị cất nước, hệ thống điều hòa không khí và khử độ ẩm và hệ thống gia nhiệt
cho các thiết bị thủy tinh.
 Nước thải bỏ của tháp giải nhiệt: Dòng nước thải này có TDS cao và cũng có hàm
lượng nhỏ các hóa chất sử dụng cho hệ thống nước làm mát.
 Nước làm mềm: Nước thải của quá trình này chứa đựng TDS cao và một lượng
muối còn dư lại.
SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
12


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Sự thay đổi tính chất nước thải:

Như đã trình bày ở trên, nước thải ô nhiễm chủ yếu là xuất phát từ quá trình rửa
làm vệ sinh các thiết bị dụng cụ. Do vậy, lưu lượng của nước thải phụ thuộc rất lớn vào
thời gian hàng ngày và tính chất nước thải có biên độ dao động từ các nguồn ô nhiễm
khác cũng dao động khá lớn theo thời gian do các loại hóa chất sử dụng khác nhau.
Nước thải của quá trình sản xuất có những tính chất thay đổi với từng phân xưởng
sản xuất, phụ thuộc chủ yếu tính chất của các loại nguyên liệu thô trong quá trình sản
xuất. Trong nhà máy sản xuất người ta thường phân ra thành ba nguồn nước thải sản
xuất như sau:
 Nước thải từ phân xưởng sản xuất  - lactam có chứa chất kháng sinh và các chất
hữu cơ khác.
 Nước thải từ phân xưởng non  - lactam, có chứa các loại nguyên liệu thô khác.
Nước thải từ phòng kiểm nghiệm có chứa các loại nguyên liệu còn có kim loại
nặng, các loại hóa chất, dung môi khác nhau.
Do vậy, sẽ rất khó khăn thì thành lập một khoảng xác định tính chất nước thải trong
sản xuất dược phẩm.
Bảng 1.7 Tổng thể về nguồn thải và một số tính chất điển hình
Nguồn thải
Tính chất
Rửa thiết bị máy móc

BOD, COD, SS, DS

Rửa chai lọ

Chất tẩy rửa

Vệ sinh nhà xưởng

BOD, COD, SS, DS

Nước thải phòng thí nghiệm

BOD, COD, SS, DS

Dòng nước thải từ nồi hơi

DS

Nước ngưng tụ

Nước nóng

Dòng nước thải của tháp giải nhiệt

DS

Nước tái sinh hệ thống làm mềm nước

DS

Nước thải văn phòng và các nguồn khác

BOD,COD, SS

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
13


Khóa luận tốt nghiệp

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

1.1.4. Sự ảnh hưởng của nước thải dược phẩm có chứa chất kháng sinh đến
môi trường và con người [11]
Thuốc kháng sinh được sử dụng rộng rãi, không chỉ dùng để trị bệnh trên người,
mà còn sử dụng phổ biến trong chăn nuôi, như thức ăn nuôi cá để tránh thiệt hại do vi
khuẩn.
Theo các kết quả nghiên cứu, kháng sinh đã được tìm thấy trong nước ngầm, nước
uống và trong đất. Mặc dù phần lớn mối quan tâm hiện nay liên quan đến kháng sinh là
tập trung vào sự kháng thuốc của vi khuẩn và những ảnh hưởng đến sức khỏe của con
người, nhưng sự hiện diện của kháng sinh trong môi trường cũng có thể gây tác hại lên
hệ sinh thái.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã xác định tác động của kháng sinh
lên vi khuẩn lam (cyanobacterium) và một loại tảo xanh, chúng là những sinh vật quan
trọng cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho các hệ sinh thái thủy vực trong chuỗi
thức ăn. Có nhiều loại thuốc kháng sinh khác nhau nhưng trong đó một số loại như
acetaminophen, rivanol, amoxicillin, erythromycin, levofloxacin, norfloxacin và
tetracycline được chọn vì chúng đã được phát hiện trước đây trong môi trường nước tự
nhiên.
Trong môi trường tự nhiên, các sinh vật có khả năng sẽ tiếp xúc với hỗn hợp các
loại thuốc kháng sinh khác nhau phát sinh từ các nguồn khác nhau, đó là lý do quan
trọng để nghiên cứu ảnh hưởng kết hợp của các loại kháng sinh khác nhau. Các nhà
nghiên cứu đã thử nghiệm độc tính của các loại kháng sinh này, bao gồm ảnh hưởng của
từng loại kháng sinh, kết hợp nhiều loại kháng sinh khác nhau và tất cả chúng cùng lúc.
Để đánh giá độc tính, nồng độ thử nghiệm tương đương với hàm lượng kháng sinh đã
được xác định trong môi trường tự nhiên được thêm vào dung dịch chứa các vi khuẩn
cyanobacterium hoặc tảo xanh.
Kết quả cho thấy erythromycin là rất độc hại cho cả hai vi khuẩn cyanobacterium
và tảo, đến mức độ các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng nó có thể được phân loại là "rất

độc hại đối với thủy sinh vật" theo quy định của EU về phân loại, ghi nhãn và đóng gói
các chất và hỗn hợp. Nhìn chung, độc tính của tất cả các thuốc kháng sinh cao hơn đối
với vi khuẩn cyanobacterium so với tảo xanh. Kết quả này đúng như mong đợi, khi mà
thuốc kháng sinh được thiết kế để tiêu diệt vi khuẩn mục tiêu. Tuy nhiên, erythromycin;
tetracyclin và acetaminophen đều có độc tính cao đối với tảo, điều này chứng minh rằng
thuốc kháng sinh có thể gây độc hại ngay cả đối với các sinh vật không phải mục tiêu
(vi khuẩn), chẳng hạn như các loài thực vật.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
14


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

Để đánh giá ảnh hưởng của sự tương tác giữa các loại thuốc kháng sinh, các nhà
nghiên cứu sử dụng một "chỉ số kết hợp" (Combination Index). Nghiên cứu cho cho
thấy, trong hầu hết các trường hợp, độc tính của thuốc kháng sinh tăng lên khi kết hợp
với các kháng sinh khác. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng ngay cả khi các hổn hợp
kháng sinh này ở nồng độ thấp trong môi trường, chúng vẫn có thể gây độc hại trên hệ
sinh thái khi phối trộn với các chất khác.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu tính toán "hệ số rủi ro" (risk quotients): nó là tỷ lệ
giữa nồng độ đo được trong môi trường chia cho nồng độ không ảnh hưởng đến sinh
vật. Một tỷ lệ lớn hơn 1 được tìm thấy ở kháng sinh erythromycin trên bề mặt nước đối
với vi khuẩn cyanobacterium và tetracyclin, acetaminophen trong nước liên quan đến
tảo xanh; và trên một hỗn hợp của ba loại thuốc kháng sinh này trong nước thải liên
quan đến cả vi khuẩn và tảo. Kết quả chứng minh rằng thuốc kháng sinh, ở dạng riêng
biệt hoặc ở dạng kết hợp, đều có thể gây ra những rủi ro tiềm năng cho các sinh vật trong

hệ sinh thái thủy vực.
1.1.5. Giới thiệu một số thuốc kháng sinh thông dụng

 Rivanol

Hình 1.2 Cấu trúc của Rivanol.
Rivanol là hợp chất thế của diaminoacridine; 6,9-diamino-2-ethoxyacridine
lactate, cấu trúc của rivanol. Rivanol được sử dụng như một chất kháng khuẩn hiệu quả
trước khi penicillin xuất hiện và được sử dụng trong các thử nghiệm kháng như chất
kháng nguyên. Ngày nay nó được sử dụng nhiều để thay thế các dung dịch muối sát
khuẩn trong nạo phá thai cũng như được sử dụng rộng rãi trong chăn nuôi và thú y [8].
Độ an toàn của rivanol khi sử dụng trên nhiều bệnh nhân đã được ghi nhận trong các
báo cáo của Manabe và Ingemanson. Tuy nhiên những báo cáo này chỉ xem xét đến
những tác động trong thời gian ngắn. Vì rivanol thuộc họ acridine, một loại hợp chất
liên kết rất chặt chẽ và lâu dài với AND và gây ra các đột biến, có thể phá hủy gen di
SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
15


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công
nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

truyền, tạo ra các loại ung thư và các bệnh liên quan. Việc lạm dụng và sử dụng không
đúng cách rivanol trong chăn nuôi sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng về lâu dài cho
môi trường và sức khỏe con người. Do tính bền của rivanol nên các phương pháp phân
hủy thông thường tỏ ra không hiệu quả trong việc xử lí nó. Vì vậy trong trường hợp này
hấp phụ có thể được xem xét như là phương pháp thay thế hiểu quả hơn nhiều.

 Norfloxacin [2]

Hình 1.3 Cấu trúc Norfloxacin.
Norfloxacin là một tác nhân kháng khuẩn tổng hợp được sử dụng để điều trị các
nhiễm khuẩn đường niệu thông thường và cả các trường hợp phức tạp. Norfloxacin thuộc
nhóm kháng sinh phổ rộng có hoạt tính ức chế cả vi khuẩn gram âm và dương.
Norfloxacin thể hiện hoạt tính bằng các ức chế các enzim DNA gyrase, một loại enzim
cần thiết để phân tách DNA của vi khuẩn, qua đó ức chế sự phân chia của tế bào vi
khuẩn. Norfloxacin có khả năng tương tác với các kháng sinh khác làm tăng nguy cơ
độc tính. Do đó chỉ nên sử dụng khi tất cả các kháng sinh khác không có tác dụng chữa
trị. Nhưng trong các thuốc kháng khuẩn dòng quinone, nó được sử dụng khá rộng rãi
trong điều trị các nhiễm khuẩn cho cả người và vật nuôi, đặc biệt là các nhiểm khuẩn
gây ra bởi các vi khuẩn Campylobacter, E. coli, Salmonella và V. colera [9].
Norfloxacin là chất kháng sinh thế hệ thứ hai của dòng fluoroquinone, là một dạng
cải biến của axit nalidixic, nhưng hiệu nghiệm của nó được tăng đáng kể bởi nguyên tử
flo và nhóm piperazine ở vị trí thứ 7 trong hệ vòng. Norfloxacin hầu như không biến đổi
và khoảng dưới 25% được chuyển hóa trong cơ thể sinh vật. Norfloxacin có mặt trong
nước mặt, nước ngầm, nước thải và thậm chí là nước sinh hoạt. Đó là do hợp chất này
có cấu trúc cực nên không hấp phụ vào các lớp đất mà tồn tại trong môi trường nước.
Do đó norfloxacin được coi là một gây chất ô nhiễm trong nước. Đối với vấn đề phân
hủy các hợp chất hữu cơ, phân hủy sinh học tỏ ra ưu thế hơn hẳn các phương pháp khác.
Tuy nhiên, với các chất kháng sinh như norfloxacin thì phương pháp này hầu như không
hiệu quả.
SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm
16


Khóa luận tốt nghiệp
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5 của nước thải dược phẩm chứa kháng sinh bằng công

nghệ Swim-bed quy mô phòng thí nghiệm (Lab-scale).

 Amoxicillin

Hình 1.4 Cấu trúc Amoxicillin.
Amoxicillin là một kháng sinh phổ rộng được sử dụng rỗng rãi trong việc điều trị
các bệnh nhiễm trùng họng, mũi, tai và đường hô hấp dưới. Amoxicillin là một biến thể
của ampicilin, cả hai có thể được đưa vào cơ thể qua đường tiêu hóa. Amoxicillin được
hấp thụ bởi hệ tiêu hóa tốt hơn so với ampicilin, do đó cải thiện hiệu quả điều trị và giảm
được liều lượng đưa vào cơ thể. Amoxicillin được chỉ định để điều trị nhiễm khuẩn do
dòng vi khuẩn beta-lactam âm gây nên, dòng vi khuẩn này không có khả năng tạo ra
enzim beta-lactam. Hình 1.4 biểu diễn cấu trúc của amoxicillin. Amoxicillin là sản phẩm
bán tổng hợp penicillin, có khả năng chống vi sinh vật do vòng beta-lactam gây ra.
Amoxicillin và các kháng sinh họ penicillin khác có mục tiêu là phá hủy thành tế bào
của vi khuẩn. Các kháng sinh beta-lactam liên kết và ức chế các enzim cần thiết cho quá
trình tổng hợp peptidoglycan, một thành phần thiết yếu của thành tế bào. Khi vi khuẩn
nhân lên rồi phân chia, thành tế bào yếu không thể bảo vệ các cơ quan bên trong từ môi
trường xung quanh và cuối cùng sẽ làm chết tế bào vi khuẩn [10].
Nồng độ amoxicillin trong nước tiểu của mỗi người là khác nhau và bị ảnh hưởng
bởi liều dùng, cách dùng (tiêm ven, tiêm cơ hoặc uống thuốc viên), việc sử dụng thực
phẩm và đồ uống và thời gian từ khi dùng thuốc. Liều dùng có thể từ ít hơn 1000 mg/lần
đến 4000 mg/lần. Các bệnh nhân hấp thụ dược học là không giống nhau. Vì thế việc dự
đoán lượng kháng sinh đi vào các nhà máy xử lí nước thải và môi trường từ nước tiêu là
vô cùng khó khăn. Nồng độ amoxicillin trong nước tiểu trong khoảng từ 10 dến 500
gm/L, phụ thuộc vào thời gian sau khi sử dụng thuốc. Tuy nhiên, xấp xỉ 30% lượng
amoxicillin có thể đi qua cơ thể, 80% lượng amoxicillin được bài tiết ra ngoài cơ thể
vẫn giữ nguyên cấu hình ban đầu.

SVTH: Lê Bảo Châu
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm

17