Đặt vấn đề Theo Tổng cục Thống Kê năm 2015, dân số Thành phố Hồ Chí Minh đạt 8.300 người, đây là nơi tập hợp nhiều khu đô thị, công nghiệp, bệnh viện, siêu thị, trung tâm thương mại, và trung tâm hành chính khác. Với dân số đông, tương ứng phát sinh một lượng lớn nước thải cần được xử lý. Về mặt môi trường, khi nhu cầu ngày càng lớn, dưới áp lực dân số sẽ kéo theo khó khăn về diện tích, mặt bằng xây dựng cho các công trình xử lý nước thải tại nội thành. Hiện nay một trong những công nghệ rất phổ biến được ứng dụng nhiều nhất là công nghệ bùn hoạt tính thông thường (Conventional Activated Sludge – CAS), tuy nhiên hệ thống CAS đã bộc lộ nhiều điểm hạn chế như khó khăn trong nâng cấp công suất, lượng bùn sinh ra quá cao, chưa đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn xả thải, tái sử dụng theo nhu cầu của nhiều quốc gia như hiện nay.
Từ nhu cầu thực tế, công nghệ màng lọc sinh học hiếu khí (MBR) đã ra đời, thỏa mãn các yêu cầu đặt ra như: chất lượng nước đầu ra cao, tốn ít công đoạn xử lý, phân tách hoàn toàn pha rắn và lỏng, sinh khối luôn duy trì nồng độ cao, hoàn toàn kiểm soát được thời gian lưu bùn (SRT) và thời gian lưu nước (HRT) đồng thời lượng bùn sinh ra thấp (Gou và cộng sự, 2009). Công nghệ MBR trở thành lựa chọn được hàng đầu cho quá trình xử lý và tái sử dụng nước thải công nghiệp và nước thải đô thị (Le-Clech và cộng sự, 2006). Nhược điểm của công nghệ chính là khả năng bẩn màng theo thời gian, để giảm thiểu bẩn màng giá thể Sponge được đề xuất cho vào bể màng sinh học nhúng chìm MBR, Sponge có thể ngăn chặn hình thành bánh bùn trên bề mặt màng và lỗ màng do đó làm giảm bẩn màng đáng kể, lượng bùn sinh ra thấp, ngoài ra hệ thống còn làm giảm tăng trưởng vi khuẩn dạng sợi (Ngo và cộng sự, 2008; Guo và cộng sự, 2009; Lijuan Deng và cộng sự, 2014). Ở đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, phát sinh môt lượng lớn nước thải từ nhiều ngành nghề, hiện nay đáng chú ý chính là nước thải từ các bệnh viện và trạm y tế, cơ sở chăm sóc sức khỏe.
Do đặc thù, những chất thải từ nước thải bệnh viện có thể dể dàng tiếp xúc với cơ thể người đồng thời gây ra ô nhiễm nguồn nước và sức khỏe cộng đồng (Nguyen và cộng sự, 2016). Đặc biệt là các chất ô nhiễm vi lượng từ nước thải y tế, bệnh viện tồn động trong nước thải đô thị ngày nay được xem là vấn đề cực kỳ nghiêm trọng, có thể có ảnh hưởng bất lợi cho môi trường dù chúng ở nồng độ thường thấp tại nơi được phát thải.Lindberg và cộng sự, 2006). 13 Luận Văn Thạc Sỹ Kháng sinh (antibiotics) là một trong những nhóm quan trọng của dược phẩm và sản phẩm chăm sóc cà nhân (Pharmaceuticals and Personal Care Products). Thuốc kháng sinh, là một trong những loại thuốc quan trọng nhất để phòng ngừa và điều trị các bệnh truyền nhiễm (Tran và cộng sự, 2016), tuy nhiên chúng lại có tiềm năng gây rủi ro cho sức khỏe sinh vật sống và con người.
Mặc dù việc điều tra về sự tồn tại của kháng sinh trong nước thải bệnh viện đã được quan tâm nghiên cứu ở nhiều quốc gia, nhưng chỉ có một nghiên cứu được tiến hành trong Hà Nội, Việt Nam. Gần đây nhất nghiên cứu của Võ và cộng sự (2016) tại thành Phố Hồ Chí Minh đã phát hiện ra rằng các chất kháng sinh từ 2 nhóm kháng sinh như Sulfonamide, Fluoroquinolone được tìm thấy với nồng độ cao trong 39 trạm xử lý nước thải bệnh viện. Các nghiên cứu ngoài nước cũng cho thấy rằng nhóm Floroquinolone được phát hiện nhiều nhất (Kovalova và cộng sự, 2012, Picó và Andreu, 2007, Santos và cộng sự, 2013). Trong họ Floroquinolone, Ciprofloxacin là kháng sinh được tìm thấy trong nước thải sinh ra từ các bệnh viện ở Việt Nam, với nồng độ cao hơn 4-5 lần so với các nước như Trung Quốc hay Úc (Võ và cộng sự, 2016).
Ciprofloxacin đã được báo cáo trước đây như là một nguồn có thể gây ra một mối nguy về môi trường (Kümmerer & Henninger, 2003), gây sự suy thoái cho thủy sản (Girardi và cộng sự, 2011; Heath và Kosjek, 2012). Đáng báo động hơn, hiện nay theo tổ chức y tế Thế Giới (WHO) thì Việt Nam đang là một trong những quốc gia có tỷ lệ kháng thuốc kháng sinh cao nhất thế giới hiện tại. Ở góc độ công nghệ, Sponge-MBR đang nổi lên khi chứng minh được tính hiệu quả trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ vi lượng (Kimura và cộng sự, 2004). Do đó đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng của kháng sinh Ciprofloxacin đến khả năng xử lý của Sponge MBR xử lý nước thải y tế” được đề xuất nhằm góp phần tạo cơ sở đánh giá khả năng xử lý của mô hình Sponge-MBR đối với chất ô nhiễm trong nước thải y tế với sự hiện diện của kháng sinh nồng độ cao.
Đề tài cũng tập trung đánh giá thông qua chuỗi phân tích hiệu quả xử lý, khám phá cấu trúc bề mặt giá thể Sponge và xác định kích thước bông bùn hoạt tính qua các giai đoạn nồng độ kháng sinh từ thấp đến cao. 14 Luận Văn Thạc Sỹ 1. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nhằm mục tiêu xác định hiệu quả loại bỏ và khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh đến khả năng xử lý của Sponge MBR xử lý nước thải y tế khi vận hành ở thông lượng cao. Phạm vi nghiên cứu - Nước thải được lấy dự kiến từ một bệnh viện trên địa bàn Tp.
- Thí nghiệm mẽ xác định khả năng loại bỏ CIP tương ứng thời gian 0, 1h, 4h, 8h, 12h - Nghiên cứu hiệu quả xử lý ở thí nghiệm liên tục với thông lượng màng 20 L/m2.h, với nồng độ tiếp xúc của kháng sinh Ciprofloxacin trong nước thải điều chỉnh tăng dần từ nước thải thô (không thêm kháng sinh), 20µg/l, 50µg/l, 100µg/l, 200µg/l. - Mô hình liên tục có bổ sung giá thể Sponge với tỷ lệ 20% thể tích bể phản ứng. - Đánh giá hiệu quả sử lý các thành phân hữu cơ, nitơ, bẩn màng của hệ thống Sponge MBR. - Đánh giá sự biến đổi bên trong cấu trúc giá thể Sponge, kích thước bông bùn lơ lững qua các tải kháng sinh khác nhau.
15 Luận Văn Thạc Sỹ CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 16 Luận Văn Thạc Sỹ 2.1 Nước thải y tế 2.1 Nguồn gốc và đặc tính nước thải y tế Nguồn gốc nước thải y tế, chủ yếu phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của đội ngũ công nhân viên, bác sĩ, bệnh nhân; từ hoạt động khám chữa bệnh: mổ, tẩy rửa, sát trùng. từ các cơ sở chăm sóc sức khỏe, bệnh viện. Do đó, tính chất nước thải tương tự như nước thải sinh hoạt, nhưng có thêm các thành phần đặc trưng như: vi khuẩn, vi rút gây bệnh, các chất kháng sinh, kim loại nặng, chất độc, dược phẩm (PhACs), hóa chất trong quá trình điều trị, chữa bệnh; chất phóng xạ từ quá trình chẩn đoán và điều trị). Theo Emmanuel và cộng sự (2002) nước thải bệnh viện có tính chất hỗn tạp, giống cả nước thải đô thị, công nghiệp, và nước thải từ quá trình chăm sóc, nghiên cứu y tế.
Theo khảo sát của Thu và cộng sự (2012) Việt Nam có khoảng 3 loại hình bệnh viện phổ biến, gồm: 39 bệnh viện thuộc trung ương, 394 bệnh viện trực thuộc tỉnh, và 640 bệnh viện trực thuộc quận huyện. Riêng trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, tổng lượng nước thải tra môi trường hơn 23,000 m3 nước thải y tế mỗi ngày (Sở Tài nguyên và Môi trường Tp. Về đặc tính, theo khảo sát của Võ và cộng sự (2016) tại 39 cơ sở y tế tại địa bàn TP. Nước thải của 7/39 các bệnh viện và cơ sở y tế không đạt quy chuẩn QCVN 28: 2010, cột B.
Nồng độ của một số chỉ tiêu hóa lý thông thường trong nước thải đã vượt quá giới hạn quy chuẩn. Các giá trị trung bình nồng độ chất ô nhiễm của nước thải được xử lý từ các bệnh viện là cao hơn so với quy chuẩn. Thành phần, tính chất nước thải y tế tại Thành phố Hồ Chí Minh (Võ và cộng sự, 2016) Thông số Đơn vị Trung bình (Min- QCVN 28:2010 Max) cột B COD mg/L 133 (73-193) 100 BOD5 mg/L 54 (22-86) 50 TSS mg/L 50 (14-86) 100 N-NH4+ mg/L 10.78 (0-4) 10 Total Coliform MPN/100 mL 7.5*103 – 64*106 5000 17 Luận Văn Thạc Sỹ Hình 2. Bản đồ phân bố một số cơ sở y tế được khảo sát tại Thành phố Hồ Chí Minh (Võ và cộng sự, 2016) - Kí hiệu màu vàng: các bệnh viện trung ương - Kí hiệu màu trắng: bệnh viện huyện - Kí hiệu màu đỏ: phòng khám tư Tiến hành khảo sát: 12 bệnh viện thuộc trung ương, 3 bệnh viện huyện, và 24 trạm y tế).
Các chỉ tiêu (BOD5, COD, NH4+-N, Hoặc tổng coliforms) đã không được loại bỏ một cách hiệu quả từ nước thải bệnh viện (ví dụ, COD là 1.9 lần, BOD5 là 2.3 lần, NH4+-N là 3.0 lần, và tổng coliforms là 300 lần). Kết quả còn cho thấy 18% mẫu nước thải khảo sát tại các trạm xử lý đã vượt tiêu chuẩn quốc gia (QCVN 28: 2010, cột B). Nguy hiểm hơn, có đến 58% trạm y tế trong cuộc khảo sát không có hệ thống xử lý nước (chỉ có bể tự hoại, do đó nước thải được xả trực tiếp vào môi trường). Ngoài các chỉ tiêu ô nhiễm thông thường, nước thải còn chứa các dược phẩm, hóa chất từ các nguồn: từ quá trình xét nghiệm, vệ sinh, sát trùng, chuẩn đoán bệnh, chất thải từ quá trình bài tiết của người, nước thải y tế là nguồn chứa thêm các thành phần đặc trưng như: vi khuẩn, vi rút gây bệnh, các chất kháng sinh, kim loại nặng, chất độc, dược phẩm (PhACs – Pharmaceutical Active Compounds), hóa chất trong quá trình điều trị, chữa bệnh; chất phóng xạ từ quá trình chẩn đoán và điều trị).
Nguồn gốc xuất hiện các dược phẩm, hóa chất trong nước thải bao gồm chủ yếu từ: các hóa chất, dược phẩm từ quá 18 Luận Văn Thạc Sỹ trình xét nghiệm, vệ sinh, sát trùng, chẩn đoán bệnh, chất thải từ quá trình bài tiết của người bệnh có sử dụng các dược phẩm, hóa chất trong quá trình điều trị. Hiện nay theo tổ chức y tế Thế Giới (WHO) thì Việt Nam đang là một trong những quốc gia có tỷ lệ kháng thuốc kháng sinh cao nhất thế giới hiện tại. Kháng sinh trong nước thải y tế Theo Wikipedia, chất kháng sinh là những chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu.