Đặt vấn đề Việc ứng dụng công nghệ sinh học màng (MBR) trong xử lý nước thải ngày càng phổ biến bởi tính ưu việt của công nghệ này so với công nghệ bùn hoạt tính thông thường (CAS) như: tiết kiệm được diện tích xây dựng, chất lượng nước đầu ra tốt hơn… (Melin và cộng sự, 2006). Đặc biệt đối với nước thải bệnh viện có chứa nhiều thành phần độc hại như: vi khuẩn, vi rút gây bệnh, dư lượng của các hợp chất ngành dược (PhACs)… (Nasr và cộng sự, 2008). Công nghệ MBR kết hợp giữa quá trình bùn hoạt tính và quá trình tách màng do đó có thể loại bỏ hiệu quả một số hợp chất khó phân hủy sinh học của PhACs trong nước thải mà công nghệ CAS chưa xử lý được (Jelena và cộng sự, 2007). Bên cạnh những ưu điểm được nêu trên, nhược điểm chính của công nghệ MBR là bẩn màng do sự lắng đọng không mong muốn và tích lũy vi sinh vật, chất keo, chất hòa tan bên trong hoặc trên bề mặt màng (Meng và cộng sự, 2009).
Đã có nhiều nghiên cứu để giảm bẩn màng bằng cách thêm giá thể di động được làm từ các vật liệu khác nhau vào hệ thống: than hoạt tính, đất sét, zeolit, sponge… (Huang và cộng sự, 2008; Khan và cộng sự, 2011; Lee và cộng sự, 2006). Giá thể sponge có độ xốp cao tạo điều kiện cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển giúp giảm bẩn màng hiệu quả đồng thời chi phí thấp (Ngo và cộng sự, 2008). Việc ứng dụng giá thể di động sponge vào hệ thống MBR còn giúp tăng thời gian lọc nguyên nhân do trở lực màng thấp hơn nhiều so với hệ thống MBR thông thường (Khan và cộng sự, 2012). Ngoài ra, việc cho giá thể di động sponge vào bể MBR còn làm tăng hiệu quả khử T-N nhờ quá trình thiếu khí xảy ra bên trong các sponge (Ngo và cộng sự, 2010).
Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ sponge MBR (Module màng sợi) xử lý nước thải y tế” góp phần nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học màng trong xử lý nước thải y tế. Đề tài cũng nhằm khảo sát đặc tính bẩn màng khi vận hành ở thông lượng cao đồng thời đánh giá khả năng loại bỏ chất kháng sinh của hệ thống. Trang 1 Luận Văn Thạc Sĩ 1. Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát đặc tính bẩn màng và đánh giá khả năng xử nước thải y tế của hệ thống Sponge Membrane Bioreactor (SMBR) module màng sợi rỗng khi vận hành ở thông lượng cao.
Đánh giá khả năng loại bỏ kháng sinh của hệ thống. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nước thải được lấy từ nước thải bện viện Trưng Vương, Tp. - Mô hình MBR có bổ sung giá thể sponge với tỷ lệ 20% thể tích bể phản ứng. - Thí nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm của Khoa Môi Trường Và Tài Nguyên– Đại học Bách Khoa TP.
- Nghiên cứu hiệu quả xử lý, theo dõi tiến trình bẩn màng ở các thông lượng 10; 15; 20L/m2. Trang 2 Luận Văn Thạc Sĩ CHƯƠNG 2. Tổng quan về nước thải y tế 2. Thành phần, tính chất nước thải y tế Nước thải y tế là nước thải phát sinh từ tất cả các hoạt động của bệnh viện như các hoạt động y tế và không nằm trong lĩnh vực y tế: cấp cứu và sơ cấp cứu, phòng thí nghiệm, chẩn đoán, X-quang, các hoạt động nhà bếp và giặt ủi (Kusnoputranto và cộng sự, 1993; Majlesinasr và cộng sự, 1998).
Nước thải bệnh viện chứa chất gây ô nhiễm độc hại, chẳng hạn như: vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, virus), chất còn lại của y học và phòng thí nghiệm hóa chất (thuốc kháng sinh, phenol, chloroform) và các chất hữu cơ phân hủy sinh học (protein, chất béo, carbohydrate) (Arifin và cộng sự, 2008; Gawad và cộng sự, 2011). Các nghiên cứu của Bộ y tế năm 2004 tại các bệnh viện khác nhau ở Jakarta, Indonesia đề cập đến là nước thải bệnh viện bao gồm chất thải sinh hoạt (85%), chất thải lây nhiễm (9,5%), tác nhân gây bệnh lý nước thải (1,5%), và chất thải nguy hại (4%). Các chất gây ô nhiễm có thể dễ dàng tiếp cận với các nguồn tài nguyên nước gây ô nhiễm môi trường thủy sản và các vấn đề sức khỏe con người (Anonymous và cộng sự, 2004; Chitnis và cộng sự, 2000). Các thông số ô nhiễm nước thải bệnh viện tại Việt Nam, Indonesia, Mexico Thông số Đơn vị Việt Nam Indonesia Mexico COD mg/l 250 -500 110 – 351 855 BOD mg/l 180 – 280 87 - 239 603 SS mg/l 150 – 300 43 – 83 225 T-N mg/l 50 – 90 - - T-P mg/l 3 – 12 2,3 – 6,3 8,8 H2S mg/l 6–8 - - Total Coliform MPN/100 ml 10 6 - 109 - - (Ngô Kim Chi, 2011; Prayitno và cộng sự, 2013; Emmanuel và cộng sự, 2002) Trang 3 Luận Văn Thạc Sĩ Các nguồn xuất hiện các dược phẩm, hóa chất trong nước thải bao gồm chủ yếu từ các nguồn: các hóa chất, dược phẩm từ quá trình xét nghiệm, vệ sinh, sát trùng, chuẩn 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.
Công nghệ xử lý nước thải y tế Bảng 2. Các nhóm công nghệ xử lý nước thải bệnh viện tại Việt Nam Loại Tên công nghệ Mô tả Tỷ lệ sử dụng (%) I Hệ thống hiếu khí Ia: Nước thải – Thu gom- Song chắn rác – Lắng 56,9 thông thường (có hoặc không có keo tụ) – Bể hiếu khí – Lắng 2 – Khử trùng Ib: Nước thải – Thu gom- Song chắn rác – Lắng – Lọc sinh học nhỏ giọt – Lọc – Khử trùng II Lò phản ứng sinh Nước thải – Song chắn rác – Bể điều hòa – Tiền 10,8 học CN 2000 xử lý – Bể xử lý sinh học kết hợp thiết bị CN2000 – Lắng – Khử trùng III Công nghệ sinh học Nước thải – Song chắn rác – Bể điều hòa – Bể 9,8 màng (MBR) sinh học màng (MBR) – Bể chứa nước sạch – Khử trùng IV Bể kỵ khí/ tự hoại – Nước thải – Thu gom - Bể lắng và bể kỵ khí – 15,7 xử lý hóa lý Keo tụ tạo bông – Lắng – Khử trùng V Công nghệ tiên tiến Nước thải – Lắng – Công nghệ AAO: Bể kỵ khí 6,9 AAO, SBR, lọc than – Bể thiếu khí – Bể hiếu khí – Bể lắng – Khử hoạt tính trùng Hiếu khí – Lắng – Lọc than hoạt tính Bể SBR: Bể phản ứng sinh học theo mẻ (Ngô Kim Chi, 2011) Tuy nhiên, công nghệ xử lý hiếu khí nhóm I thường sinh nhiều bùn thải hơn là các công nghệ MBR hay lọc sinh học. Công nghệ nhóm I, II, IV có chi phí đầu tư khá thấp, tuy nhiên hiệu quả xử lý nitơ không cao, đặc biệt là amoni thường vượt tiêu chuẩn (Ngô Kim Chi, 2011). Do đó, việc nghiên cứu tìm ra một công nghệ phù hợp, khắc phục được các nhược điểm của các công nghệ hiện tại là điều cần thiết.
Theo Zheng và cộng sự 2010, trong vòng 8 năm trước 2010 tại trung quốc có trên 50 nhà máy xử lý nước thải bằng công nghệ MBR được xây dựng với công suất có nhà máy lên tới 2000m3/ngày. Trang 4 Luận Văn Thạc Sĩ 2. Tổng quan chất kháng sinh 2. Định nghĩa kháng sinh Chất kháng sinh còn được gọi là Trụ sinh là những chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu.
Nó có tác dụng lên vi khuẩn ở cấp độ phân tử, thường là một vị trí quan trọng của vi khuẩn hay một phản ứng trong quá trình phát triển của vi khuẩn. Các chất kháng sinh mới được nghiên cứu và sản xuất hàng ngày do sự kháng kháng sinh của vi khuẩn. Kháng sinh có nhiều nguồn gốc khác nhau: - Kháng sinh có thể là những chất do vi sinh vật tiết ra, có tác dụng gây hại hay giết chết vi sinh vật khác mà không gây hại hay ít gây hại cho cơ thể con người khi dùng thường xuyên. - Kháng sinh có thể là những hóa chất do con người tổng hợp nên, có tác dụng gây hại hay giết chết vi sinh vật mà không gây hại hay ít gây hại cho cơ thể con người.
Phân loại chất kháng sinh Dựa trên cơ chế tác động của kháng sinh, người ta có thể xếp loại kháng sinh theo các họ sau đây: Ức chế quá trình tổng hợp vách của vi khuẩn (vỏ) của vi khuẩn. Các nhóm kháng sinh gồm có penicillin, bacitracin, vancomycin. Do tác động lên quá trình tổng hợp vách nên làm cho vi khuẩn dễ bị các đại thực bào phá vỡ do thay đổi áp suất thẩm thấu. Ức chế chức năng của màng tế bào.
Các nhóm kháng sinh gồm có: colistin, polymyxin, gentamicin, amphoterricin. Cơ chế làm mất chức năng của màng tế bào làm cho các phân tử có khối lượng lớn và các ion bị thoát ra ngoài. Ức chế quá trình sinh tổng hợp protein. Nhóm aminoglycosid gắn với receptor trên tiểu phân 30S của ribosome làm cho quá trình dịch mã không chính xác.
Nhóm chloramphenicol gắn với tiểu phân 50S của ribosome ức chế enzyme peptidyltransferase ngăn cản việc gắn các acid amin mới vào chuỗi polypeptide. Trang 5 Luận Văn Thạc Sĩ Nhóm macrolides và lincoxinamid gắn với tiểu phân 50S của ribosome làm ngăn cản quá trình dịch mã các acid amin đầu tiên của chuỗi polypeptide. Ức chế quá trình tổng hợp acid nucleic. Nhóm refampin gắn với enzyme RNA polymerase ngăn cản quá trình sao mã tạo thành mRNA (RNA thông tin) Nhóm quinolone ức chế tác dụng của enzyme DNA gyrase làm cho hai mạch đơn của DNA không thể duỗi xoắn làm ngăn cản quá trình nhân đôi của DNA.
Nhóm sulfamide có cấu trúc giống PABA (p aminobenzonic acid) có tác dụng cạnh tranh PABA và ngăn cản quá trình tổng hợp acid nucleotid. Nhóm trimethoprim tác động vào enzyme xúc tác cho quá trình tạo nhân purin làm ức chế quá trình tạo acid nucleic. Một số chất kháng sinh quan trọng: 1/ Các Penicillin Là nhóm kháng sinh đầu tiên được phát hiện ra. Ban đầu penicillin được chiết xuất từ nấm penicillin.
Bây giờ penicillin được tổng hợp nhiều từ một số loại hóa chất khác. Các dòng penicillin gồm có: Penicillin cổ điển: hiện chỉ sử dụng Penicillin G và penicillin V và các dẫn chất tác dụng kéo dài như Procaine Penicillin G, Probenecid Penicillin, Benzanthine Pennicillin. Penicillin A hay Aminopenicillin: là penicillin bán tổng hợp gồm có ampicillin, amoxillin. Penicillin M hay Penicillin kháng enzyme penicillinase: như oxacillin, methicillin, chloxacillin.
Penicillin phổ mở rộng hay Penicilin chuyên trị vi khuẩn nhóm Pseudomonas: gồm 2 nhóm nhỏ là carboxypenicillin (ticarcillin) và ureidopenicillin (piperacillin) 2/ Các Cephalosporin Gồm 4 thế hệ I, II, III, IV.