MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển của công nghiệp nói chung, công nghiệp dược phẩm nói riêng đã và đang đem đến sự đổi thay kỳ diệu về chất lượng cuộc sống của con người. Từ khi ra đời, kháng sinh đã cho thấy tầm quan trọng của nó trong đời sống, nhất là trong việc bảo vệ, chăm sóc sức khỏe con người và nhiều loài sinh vật khác. Tuy nhiên, sự phát triển ồ ạt và sử dụng tràn lan các loại kháng sinh đã dẫn tới một hệ lụy là môi trường ô nhiễm, nhiều loài vi sinh vật trong môi trường có thể dần thích nghi với các loại kháng sinh, từ đó dẫn tới hiện tượng kháng kháng sinh rất nguy hiểm. Ampicillin là loại kháng sinh bán tổng hợp có các tính chất kháng khuẩn do sự tồn tại của một vòng beta-lactam.
Ở Việt Nam, loại kháng sinh này đang được sử dụng rộng rãi ở người và trong thú y. Dư lượng ampicillin trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải bệnh viện, và các giải pháp xử lý, phân hủy, loại bỏ chúng vì thế là vấn đề có vai trò đặc biệt quan trọng và dành được sự quan tâm của đông đảo các nhà khoa học trong và ngoài nước. Các quá trình oxi hóa tăng cường (AOPs) được tiến hành trên cơ sở khả năng oxi hóa các hợp chất hữu cơ của gốc OH, O2H, cho phép phân hủy các hợp chất hữu cơ và giảm nhu cầu oxi hóa trong nước thải. Trong các quá trình oxi hóa tăng cường, các quá trình Fenton được biết đến với ưu điểm về mặt kinh tế và khả năng xử lý nước thải một cách triệt để.
Nghiên cứu của Emad Elmolla và Malay Chaudhuri cho thấy, ở điều kiện tối ưu hệ xúc tác H2O2-Fe2+ có tốc độ phân hủy nhanh ampicillin, hiệu quả loại bỏ COD tới 81,4% sau 60 phút [27]. Trong lĩnh vực xử lý nước thải hiện nay, các quá trình Fenton dị thể đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng rộng rãi. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật Fenton dị thể thì các loại chất xúc tác mới cũng được tìm ra và đưa vào sử dụng, trong đó phải kể đến xúc tác tro bay. Tro bay (FA) là một loại bụi được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện thải ra môi trường.
Theo Bộ Công thương, cả nước ta hiện nay có 19 nhà máy nhiệt điện than đang vận hành, với tổng công suất phát 14.480 MW, mỗi năm thải khoảng 15 triệu tấn tro, xỉ. Trong 1 z đó, lượng tro bay chiếm khoảng 75%, còn lại là xỉ than. Dự kiến sau năm 2020, con số này sẽ là 43 nhà máy với tổng công suất 39.020 MW, lượng tro xỉ thải ra dự kiến hơn 30 triệu tấn/năm. Lượng tro xỉ thải ra được tích trữ tại các bãi chứa, hồ chứa từ nhiều năm nay rất lớn, đặt ra yêu cầu cấp thiết phải có giải pháp xử lý đồng bộ.
Trong những năm gần đây, vấn đề tái chế tro bay đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm phụ gia trong ngành vật liệu xây dựng, chế tạo zeolit từ tro bay ứng dụng trong xử lý môi trường (hấp thụ kim loại nặng và chất thải rắn), tro bay biến tính được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể ứng dụng trong xử lý nước thải… Trong công trình này, tro bay biến tính được sử dụng là chất xúc tác Fenton dị thể cho mục đích phân hủy AP trong nước. Các đặc trưng của vật liệu xúc tác trước và sau biến tính được xác định bằng một số kỹ thuật hiện đại, ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng tới hiệu quả phân hủy AP được khảo sát, thảo luận và tối ưu. Giới thiệu về kháng sinh 1. Khái niệm Theo quan niệm truyền thống kháng sinh được định nghĩa là những chất do các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn…) tạo ra có khả năng ức chế sự phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn.
Ngày nay kháng sinh không chỉ được tạo ra bởi các vi sinh vật mà còn được tạo ra bằng quá trình bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học, do đó định nghĩa kháng sinh cũng thay đổi, hiện nay kháng sinh được định nghĩa là những chất có nguồn gốc vi sinh vật, được bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học. Với liều thấp nhất có tác dụng kìm hãm hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh. Tác dụng của thuốc kháng sinh Sau khi vào tế bào, kháng sinh được đưa tới đích tác động là các thành phần cấu tạo cơ bản của tế bào vi khuẩn và phát huy tác dụng: kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn, bằng cách: - Ức chế sinh tổng hợp vách tế bào vi khuẩn: các kháng sinh nhóm beta- lactam, fosfomycin và vancomycin ngăn cản sinh tổng hợp lớp peptidoglycan nên không tạo được khung murein - tức là vách không được hình thành. Tế bào con sinh ra không có vách, vừa không sinh sản được vừa dễ bị tiêu diệt hoặc bị li giải.
- Gây rối loạn chức năng màng bào tương: chức năng đặc biệt quan trọng của màng bào tương là thẩm thấu chọn lọc; khi bị rối loạn các thành phần (ion) bên trong tế bào bị thoát ra ngoài và nước từ bên ngoài ào ạt vào trong, dẫn tới chết. - Ức chế sinh tổng hợp protein: Kết quả là các phân tử protein không được hình thành hoặc được tổng hợp nhưng không có hoạt tính sinh học làm ngừng trệ quá trình sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. - Ức chế sinh tổng hợp acid nucleic: Ngăn cản sự sao chép của ADN mẹ tạo ADN con, ví dụ, do kháng sinh gắn vào enzym gyrase làm ADN không mở được vòng xoắn, như nhóm quinolon. Ngăn cản sinh tổng hợp ARN và ức chế sinh tổng hợp các chất chuyển hóa cần thiết cho tế bào.
Phân loại Có nhiều cách khác nhau để phân loại kháng sinh, trong đó cách phân loại theo cấu trúc hoá học được sử dụng phổ biến nhất. Theo cách phân loại này, kháng sinh được chia thành các nhóm như sau (Bảng 1. Phân loại kháng sinh theo cấu trúc TT Tên nhóm Phân nhóm Các penicillin Các cephalosporin Các beta-lactam khác 1 Beta-lactam Carbapenem Monobactam Các chất ức chế beta-lactamase 2 Aminoglycosid 3 Macrolid 4 Lincosamid 5 Phenicol Thế hệ 1 6 Tetracylin Thế hệ 2 Glycopeptid 7 Peptid Polypeptid Lipopeptid Thế hệ 1 8 Quinolon Các fluoroquinolon: Thế hệ 2, 3, 4 Các nhóm kháng sinh khác Sulfonamid 9 Oxazolidinon 5-nitroimidazol 1. Thông tin chung về Ampicillin Ampicillin là một trong những loại kháng sinh thuộc nhóm thuốc penicillin, được sử dụng để điều trị một loạt các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn.
Hoạt động bằng cách ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn. Công thức hóa học của nó là C16H19N3O4S và có trọng lượng phân tử 349. Ampicillin là một loại kháng sinh beta-lactam, một phần của họ amino penicillin và nó có hoạt 4 z tính chống lại vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Muối natri ampicillin là penicillin bán tổng hợp có nguồn gốc từ nhân cơ bản, axit 6-aminopenicillanic.
Cấu trúc hóa học của ampicillin được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình 1. Cấu trúc hóa học của Ampicillin 1. Nguồn phát thải và tác hại của dư lượng kháng sinh 1. Các nguồn phát thải Trong những năm qua, việc sử dụng kháng sinh trong thú y và y học của con người là rất phổ biến (tiêu thụ hàng năm là 100 000 - 200 000 tấn) và do đó, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước bởi các hợp chất như vậy ngày càng tăng lên [77].
Các hợp chất kháng sinh được phát hiện trong nhiều môi trường khác nhau. Những chất gây ô nhiễm này liên tục được thải ra môi trường tự nhiên là các hợp chất gốc, các chất chuyển hóa/sản phẩm phân hủy hoặc cả hai dạng bởi sự đa dạng của nguồn đầu vào (Hình 1. Khi phân tán trên đồng ruộng làm phân bón, phân có thể gây ô nhiễm đất và do đó nước mặt hoặc ngước ngầm bị ô nhiễm thông qua quá trình ngấm [21, 48]. Tương tự, kháng sinh cho người được đưa vào môi trường thông qua bài tiết (nước tiểu và phân), đi vào hệ thống thoát nước và đến các nhà máy xử lý nước thải (WWTP).
Hầu hết các WWTP không được thiết kế để loại bỏ các chất ô nhiễm micro như kháng sinh [77]. Do đó, chúng có thể được chuyển đến các vùng nước mặt và tiếp cận nước ngầm sau khi ngấm. Cuối cùng, nước mặt bị ô nhiễm có thể xâm nhập vào các nhà máy xử lý nước uống (DWTP), cũng không được chế tạo để loại bỏ các hợp chất này và đi đến các hệ thống phân phối nước. Bùn được tạo ra trong WWTP được sử dụng để bón phân cho đất và có thể gây ra những vấn đề tương tự như việc sử dụng phân bón.
Một nguồn ô nhiễm quan 5 z trọng khác là sự phát thải trực tiếp của kháng sinh thú y thông qua ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản. Việc xử lý không đúng cách thuốc không được sử dụng hoặc hết hạn, được thải trực tiếp vào hệ thống nước thải hoặc lắng đọng tại các bãi chôn lấp, nước thải từ sản xuất hoặc do sự cố tràn vô tình trong quá trình sản xuất hoặc phân phối cũng có thể được coi là các điểm ô nhiễm đáng kể [21, 58]. Kháng sinh cho người Kháng sinh thú y (Gia đình, công nghiệp, bệnh viện, dịch vụ) (Nuôi thủy sản, vật nuôi, gia cầm) Sử dụng tùy ý Bài tiết Bài tiết Chất thải Mạng lưới cống thoát Phân bón Lắng đọng WWTPs Lắng đọng Bãi rác Bùn Dòng nhánh Ngấm Đất Nước ngầm Nước mặt Chuỗi thức ăn DWTPs Nước uống Lắng đọng Ngấm Hình 1. Nguồn gốc và con đường gây ô nhiễm của các hợp chất kháng sinh 1.
Tác hại của dư lượng kháng sinh 1. Ảnh hưởng của kháng sinh đến môi trường Các tế bào của cơ thể người phản ứng với kháng sinh ở nồng độ rất thấp. Sự tồn tại của chúng trong nước uống hoặc thực phẩm có thể làm tăng nồng độ của các hợp chất này trong cơ thể và đi đến các mô cơ thể gây ra phản ứng khác nhau. Hiện nay, chưa đủ thông tin về tác dụng có thể có của một lượng nhỏ 6 z thuốc kháng sinh đối với cơ thể người.
Tuy nhiên, ngay cả ở nồng độ thấp thì chúng cũng có thể hoạt động như một vắc-xin cho vi khuẩn và làm cho chúng kháng lại các kháng sinh được sử dụng trong quá trình điều trị bệnh. Nhiều nghiên cứu chỉ ra tác dụng mãn tính của kháng sinh là nhiều hơn tác dụng cấp tính của chúng [20]. Ảnh hưởng của kháng sinh đối với hệ thống xử lý nước thải Kháng sinh có khả năng ảnh hưởng đến sự tồn tại của vi khuẩn trong mạng lưới nước thải.