Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Phân bố chất kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của tóm tắt luận án "Phân bố chất kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn" là đánh giá sự xuất hiện các kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn; xác định một số yếu tố liên quan đến sự phân bố kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn; nghiên cứu sự phân bố của kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Phân bố chất kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN PHÚ BẢO PHÂN BỐ CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG SÀI GÒN Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số ngành: 62850101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2024
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn 1: PGS. TS. Phạm Hồng Nhật Người hướng dẫn 2: TS. Đinh Quốc Túc Phản biện độc lập: Phản biện độc lập: Phản biện: Phản biện: Phản biện: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp tại ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... vào lúc giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM - Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Tạp chí quốc tế Tạp chí trong nước 1. Nguyễn Phú Bảo, Trần Tuấn Việt, Phạm Hồng Nhật, “Nghiên cứu sử dụng xác suất thống kê để tính toán sự phân hủy ciprofloxacin trong nước sông Sài Gòn”. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự. 2020, tập 9, trang 240-247. 2. Nguyen Phu Bao, Pham Hong Nhat, Dinh Quoc Tuc, Nguyen Thi Minh Hien, “Occurrence and ecological risk assessment of antibiotics in water of Saigon River”, Vietnam Journal of Hydrometeorol, 2022, vol. 12, page 70- 79; doi:10.36335/VNJHM. 3. Nguyen Phu Bao, Pham Hong Nhat, Dinh Quoc Tuc, Nguyen Thi Minh Hien, “Correlation between antibiotics in water of the Saigon River Basin”. Vietnam Environment Administration Magazine ISSN 2615-9600, 2022, vol 3, page 29-34. 4. Nguyễn Thị Thịnh, Nguyễn Phú Bảo, Tính kháng kháng sinh của E.coli trong nước sông Sài Gòn ở vùng đô thị. Tạp chí Môi trường ISSN 2615-9597, 2022, tập 4, trang 9-14. 5. Nguyễn Phú Bảo, Phạm Hồng Nhật, Đinh Quốc Túc, “Tương quan giữa kháng sinh Ciprofloxacin, Ofloxacin và các thông số chất lượng nước sông Sài Gòn”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam (Bộ KHCN), 2023, tập 65 (3), trang 46-52. Kỷ yếu hội nghị quốc tế 6. Nguyen Phu Bao, Pham Hong Nhat, Dinh Quoc Tuc, Nguyen Thi Thinh, “Determination of ciprofloxacin in water of the Saigon River basin by liquid chromatographic mass spectrometry-Agilent 1200”. Analytica Vietnam Conference 2023, April 2023. 7. Bao Phu Nguyen, Nhat Hong Pham, Tuc Quoc Dinh, Viet Tuan Tran, Quoc Ai Tran, "Mathematical modeling applications in distribution assessment of antibiotics in water of the Saigon River basin," in The 3rd International Conference on Environment, Resources and Earth Sciences (ICERES 2023), Ho Chi Minh, 2023.
MỞ ĐẦU 1. Tính cần thiết Sự tồn dư của nhiều loại kháng sinh trong môi trường nước đã được nghiên cứu và đã cho thấy có hơn 30 - 40 loại chất kháng sinh (CKS) khác nhau trong các nguồn nước trên thế giới. Ở Việt Nam, một số nghiên cứu đã cho thấy có sự xuất hiện 09 loại kháng sinh ở 05 hồ ở Hà Nội, kháng sinh sulfacetamide và sulfamethoxazole trong nước sông vùng sông Hồng, sulfamethoxazole, sulfadiazine, trimethoprim, enrofloxacin trong nước sông/kênh ở đồng bằng sông Cửu Long, kháng sinh sulfamethoxazole và trimethoprim trong nước sông Sài Gòn… Các nghiên cứu cũng đã chỉ rõ những tác động của dư lượng kháng sinh đến hệ sinh thái nước như gây hiện tượng kháng kháng sinh, giảm hiệu suất phân hủy chất hữu cơ, rủi ro môi trường, tác động đến sức khỏe và hệ sinh thái… Hiện nay, nhu cầu và triển vọng về nghiên cứu dư lượng kháng sinh và sự phân bố của chúng trong nước mặt ngày càng được quan tâm do phát triển các chương trình quan trắc và một số loại kháng sinh cũng đã được phát hiện trong cá, trong động vật 2 mảnh vỏ…. Các nghiên cứu về sự phân bố kháng sinh trước đây thường chỉ sử dụng phương pháp đánh giá mức độ (cao - thấp, lớn - nhỏ) về nồng độ kháng sinh trong nước tại các vị trí mà không thể thể hiện được đặc tính, bản chất bên trong của của sự phân bố và không suy diễn xác định nồng độ ở những vị trí/khu vực lân cận có tính chất tương tự. Ngoài ra, trong điều kiện khó khăn chung về kỹ thuật, hạn chế về kinh tế nên cần có sự nghiên cứu về đặc tính, bản chất phân bố kháng sinh trong LVS Sài Gòn để làm cơ sở cho xác định mức độ khác nhau ở những vị trí cần được dự báo. Chính vì những lý do như thể hiện ở trên, nghiên cứu sinh thực hiện luận án “Phân bố chất kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn” là cần thiết, có tính khoa học, thực tiễn và phù hợp với xu hướng nghiên cứu trên thế giới. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu luận án là được tập trung vào 03 mục tiêu chính: 1
- Đánh giá sự xuất hiện các kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn. - Xác định một số yếu tố liên quan đến sự phân bố kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn. - Nghiên cứu sự phân bố của kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn. 3. Nội dung nghiên cứu Để giải quyết mục tiêu nghiên cứu, các nội dung chính đã được thực hiện, gồm: Nội dung 1: Nghiên cứu sự xuất hiện kháng sinh trong nước LVS Sài Gòn. Nội dung 2: Nghiên cứu tính chất, tương quan của các chất kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn. Nội dung 3: Phân bố chất kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn. Nội dung 4: Phân bố chất kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn theo mô hình toán mô phỏng. 4. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là chất kháng sinh, thông số chất lượng nước và sự phân bố chất kháng sinh trong nước LVS Sài Gòn. Khách thể nghiên cứu là môi trường nước lưu vực sông Sài Gòn. Các đối tượng khảo sát chính: - 12 kháng sinh: chlotetracyclin, ciprofloxacin, enrofloxacin, erythromycin, norfloxacin, ofloxacin, sulfamethazine, sulfamethoxazole, tetracyclin, trimethoprim, tylosin, vancomycin. - 14 thông số chất lượng nước: Nhiệt độ, pH, DO, EC, Cl-, NH4+-N, NO3- -N, PO43--P, COD, BOD5, TSS, độ đục, Fe, tổng coliform. 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Góp phần xây dựng phương pháp tổng hợp cho nghiên cứu đặc tính, bản chất sự phân bố, dự báo phân bố chất kháng sinh và phát triển khoa học nghiên cứu các độc chất mới nổi trong nước trong môi trường nước. Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần làm cơ sở cho quy hoạch nguồn nước, chương trình quan trắc CKS trong nước và định hướng cho các nghiên cứu, ứng dụng thực tiễn về sử dụng tài nguyên nước sông Sài Gòn có liên quan đến chất kháng sinh. 6. Tính mới của luận án 1) Sự xuất hiện CKS trong nước LVS Sài Gòn: Nồng độ CKS có xu hướng tăng dần từ đầu nguồn xuống hạ nguồn và có quan hệ theo không gian với mức độ khá, hệ số tương quan r = 0,70. Sự khác biệt về nồng độ CKS trong nước LVS Sài Gòn là chỉ phụ thuộc vào vị trí lấy mẫu và không phụ thuộc vào mùa lấy mẫu. 2) Phân bố CKS trong nước LVS Sài Gòn: Bản chất phân bố CKS trong nước LVS Sài Gòn là phân bố normal không đối xứng qua giá trị trung bình µ (1486 ng/L) và độ lệch chuẩn σ (1068 ng/L) của tổng nồng độ CKS. 3) Phân bố CKS trong nước LVS Sài Gòn theo mô phỏng: Phân bố nồng độ CKS trong nước LVS Sài Gòn gia tăng từ đầu nguồn xuống hạ nguồn và có tương quan chặt chẽ theo không gian, hệ số tương quan r = 0,97. Bản chất phân bố CKS trong nước LVS Sài Gòn theo mô phỏng là phân bố normal đối xứng qua giá trị trung bình µ (1273,2 ng/L) và độ lệch chuẩn σ (618,9 ng/L) của tổng nồng độ CKS. 7. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, cấu trúc của Luận án gồm 03 chương: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu. Chương 2: Nội dung và Phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận. 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Nguồn phát sinh và xuất hiện kháng sinh trong môi trường nước Khái niệm chất kháng sinh: Do sự phát triển của khoa học và xã hội, sự thay đổi tính chất của chất kháng sinh (CKS) theo thời gian mà có những khái niệm, định nghĩa khác nhau. Được chấp nhận rộng rãi nhất, khái niệm về chất kháng sinh được đưa ra bởi Tổ chức Y tế Thế giới (WHO): “Chất kháng sinh là những chất hoạt động có tác dụng cản trở và/hoặc tiêu diệt sự phát triển của vi khuẩn”. Đặc tính liên quan đến sự phân bố kháng sinh trong môi trường nước mặt đã được nhiều nghiên cứu, tổng hợp từ các báo cáo khoa học, kết quả nghiên cứu…: Nguồn phát sinh kháng sinh: Hiện nay có nhiều nguồn phát sinh chất kháng sinh đưa vào môi trường và phân bố vào môi trường nước mặt. Thống kê cho thấy có 07 nguồn phát sinh chính là từ 1/ Tự nhiên (nhóm ß-lactam,…), 2/ Sản xuất (chất kháng sinh ciprofloxacin, penicilline,…), 3/Sử dụng (xuất hiện hơn 250 loại), 4/ Y học (chất kháng sinh penicillin, cephalosporin,…), 5/ Thú y (họ streptomycine), 6/ Nông nghiệp (họ streptomycine, oxytetracycline), 7/ Thủy sản (chất kháng sinh oxytetracycline, florfenicol,…). Từ nước thải: Các nghiên cứu ở ngoài nước về CKS trong nước thải từ các trạm xử lý nước thải đã cho thấy có khoảng hơn 23 loại kháng sinh ở Pháp, trong đó kháng sinh ciprofloxacin là có nồng độ cao, 0,64 - 12 μg/L…, ở Italia phát hiện 14 loại kháng sinh và nồng độ ciprofloxacin khoảng 513 ng/L… Ở trong nước, nghiên cứu về kháng sinh trong nước thải bệnh viện ở Tp. Hồ Chí Minh đã phát hiện 07 kháng sinh như ciprofloxacin (5,3 ± 4,8 μg/L), ofloxacin (10,9 ± 8,1 μg/L),… Nước thải từ các nguồn này đều được đưa vào các nguồn nước mặt. Sự xuất hiện chất kháng sinh trong nước mặt: Bắt đầu từ những năm cuối của thế kỷ trước, nghiên cứu về sự xuất hiện chất kháng sinh ở một số sông lớn ở châu Âu là đã được thực hiện. Kết quả là đã cho thấy có sự xuất hiện 05 kháng sinh ở sông, hồ nước Đức, khoảng 33 loại kháng sinh trong nước sông Lis ở Bồ Đào Nha và 17 loại trong nước sông Seine (Pháp)… Một số loại là được phát hiện với nồng độ cao như sulfamethoxazole (211 ng/L) ở Bắc Mỹ, trimethoprim (78,2 4
ng/L) ở châu Âu, ciprofloxacin (1.300 ng/L) ở châu Úc... Một số nghiên cứu về kháng sinh trong môi trường nước ở Việt Nam là đã cho thấy có sự xuất hiện kháng sinh ở một số nguồn nước mặt khác nhau. Ở vùng nuôi thủy sản, sự xuất hiện của một số kháng sinh với nồng độ cao như trimethoprim (1,04 mg/L), sulfamethoxazole (2,39 mg/L), norfloxacin (6,06 mg/L),…. Trong khi đó ở các nguồn nước mặt như các kênh đổ vào sông Mekong có sự xuất hiện kháng sinh sulfamethoxazole (2 - 174 ng/L), sulfamethazine (15 - 328 ng/L)… nước sông Cầu, xuất hiện 36 loại PPCPs như sulfamethoxazole (tần suất xuất hiện: 88 - 100%, 36,54 ng/L), trimethoprim (88%, 4,79 ng/L),…, xuất hiện 23 loại kháng sinh trong các sông/hồ ở Hà Nội (trong đó, kênh rạch đô thị là 18 loại) với tần suất > 67,9%, tổng nồng độ kháng sinh lên đến 50.000 ng/L. Như vậy, kết quả các nghiên cứu về kháng sinh đã cho thấy là có sự xuất hiện của hàng chục loại kháng sinh với nồng độ cao ở các loại nguồn nước mặt khác nhau và đây là một vấn đề quan trọng Vì nó gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Sự xuất hiện kháng sinh trong nước mặt cũng đã và đang được quan tâm của các nhà khoa học và các nhà quản lý môi trường nước. 1.2 Tính chất, tính tương quan của kháng sinh trong môi trường nước Tính chất hóa lý trong nước: Nước là một dung môi, chiếm ¾ lượng che phủ trái đất và lượng tạp chất trong nước ngọt khoảng 0,01 - 0,1%. Sự phân bố CKS trong nước phụ thuộc vào tính chất lý - hóa như kháng sinh có logKow và hệ số phân bố (Kd) cao thì dễ được hấp thụ bởi bùn hoặc chất rắn lơ lửng, độ pH của nước và pKa của các kháng sinh là ảnh hưởng đến sự ion hóa/không ion hóa của chúng, độ pH ảnh hưởng đến logKow,… Trong lĩnh vực phân tích kháng sinh, một số nghiên cứu cũng đã cho thấy hằng số ocan-nước Kow giảm độ thu hồi khoảng 1,1 - 4,2% (đối với kháng sinh có Log(Kow) ≤ -1), giảm độ thu hồi khoảng 0,2 - 26,3% (-1 ≤ Log(Kow) ≤ 0), giảm độ thu hồi khoảng 0,8 - 64,8% (0 ≤ Log(Kow) ≤ 1) và giảm độ thu hồi khoảng 13,7 - 48,8% (1 ≤ Log(Kow). Ức chế tăng trưởng và ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật: Sự có mặt của chất kháng sinh trong nước sẽ ảnh huởng lên các các loài vi khuẩn đơn lẻ và các 5
cộng đồng vi sinh vật, ảnh hưởng đáng kể nhất là ức chế, kìm hãm hoạt tính sinh học của vi khuẩn, vi sinh vật, thay đổi chức năng của hệ sinh thái nước, là nguyên nhân gây nữ tính cá đực. Do chất kháng sinh ức chế sự phát triển của vi sinh vật nên đã ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình xử lý nước thải và phải sử dụng các biện pháp loại bỏ chất kháng sinh bằng ô zôn hóa, khử trùng bằng chlor hoặc các vật liệu nano. Tính ức chế sinh hóa của kháng sinh mạnh nhất là đối với các quá trình sinh hóa có sự tham gia của vi sinh vật như sinh hóa sinh dưỡng (có mặt N), quá trình nitrat hóa, khử nitơ và anammox. Để ức chế hoạt động của vi khuẩn, nồng độ ức chế tối thiểu là cần ≥ 1 mg/L. Ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh là có liên quan đến môi trường và nồng độ thấp có thể trợ giúp và duy trì các genes kháng kháng sinh trong môi trường. Sự phân hủy kháng sinh: Sự phân hủy (degradation) và phân hủy bởi vi sinh vật (bio-degradation) của các kháng sinh là cách tự loại bỏ chính của chất kháng sinh trong môi trường nước và là cơ sở cần thiết để dự đoán tác động môi trường, sự phân bố của chất kháng sinh trong nước tự nhiên. Một số nghiên cứu đã cho thấy sự phân hủy vacomycin trong nước khoảng 10 ngày, chu kỳ bán rã tylosin A khoảng 200 ngày và thời gian bán phân hủy tylosin khoảng 9,5 - 40 ngày, oxytetracycline khoảng 44 - 46 ngày…. Trong khi đó thời gian phân hủy sinh học của ciprofloxacin 28 - 40 ngày nhưng các kháng sinh erythromycin, tetracyclin, chlortetracyclin, trimethoprim, sulfamethoxazol, ofloxacin và vancomycin là không bị phân hủy sinh học. Tương quan giữa kháng sinh với các thành phần trong môi trường nước: Có nhiều nghiên cứu về quan hệ giữa chất kháng sinh với các chất trong môi trường nước. Tương quan giữa các kháng sinh trong nước là tương quan chặt chẽ nhất và nghiên cứu ở vùng đồng bằng sông Hồng đã cho thấy có sự tương quan tích cực giữa một số cặp kháng sinh (hệ số tương quan Pearson's r = 0,498 - 0,721; p < 0,05). Trong nước mặt, tương quan giữa các chất kháng sinh với thông số chất lượng nước là ở mức vừa phải, hệ số tương quan trung bình như tương quan giữa norfloxacin với pH (r2 = 0,401), giữa norrfloxacin với độ đục (r2 = 0,352), tổng kháng sinh với cacbon hữu cơ hòa tan (r2 = 0,509), tổng kháng sinh với tốc độ 6
dòng chảy (r = 0,753),… và đối với hệ thủy sinh như tương quan nghịch (r = - 0,93 đến -0,58) giữa log kháng sinh với các chỉ số Shannon trong nước sông Llobregat… Trong mối tương quan giữa chất kháng sinh với việc giảm tiêu thụ các loại kháng sinh tương ứng là cũng có mối tương quan chặt chẽ, hệ số tương quan tốt (16/22 chất kháng sinh, 72,7%). Nhìn chung, đa số các nghiên cứu về tương quan của chất kháng sinh trong nước là mới chỉ xét đến tương quan 02 biến mà chưa có những nghiên cứu về tương quan đa biến của kháng sinh trong nước. Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy trong các tương quan 02 biến của kháng sinh trong nước là cũng ít chặt chẽ, hệ số tương quan r là chỉ ở mức trung bình. 1.3 Sự xuất hiện và phân bố chất kháng sinh trong môi trường nước Các nghiên cứu về sự xuất hiện, phân bố chất kháng sinh ở hệ thống sông, hồ thuộc Trong Quốc đã cho thấy có sự khác biệt nhẹ (10,7%) về phân bố nồng độ giữa mùa thu (69,26 ng/L) so với mùa đông (61,84 ng/L và giữa mùa mưa-mùa khô về tần suất ở các sông chảy qua vùng đô thị. Phân bố kháng sinh trong nước mặt phụ thuộc vào nồng độ hạt lơ lửng và trong thời kỳ khô hạn (mùa đông) là cao hơn so với mùa mưa. Ở các sông, hồ vùng nhiệt đới (Việt Nam và Trung Quốc), phân bố theo không gian của kháng sinh là khác nhau giữa nhánh sông và dòng chính, khác biệt đáng kể giữa hồ (25,9 ng/L) và sông East (400 ng/L). Trong lưu vực, phân bố kháng sinh là khác nhau từ đầu nguồn đến cuối nguồn, phân bố nồng độ kháng sinh ở ngã ba sông là cao hơn những vùng khác. Nguyên nhân gây ra sự khác biệt về nồng độ kháng sinh giữa các mùa, các khu vực có thể là do dòng chảy mạnh khác nhau, quá trình quang phân diễn ra khác nhau. Trong nước sông Sài Gòn, nồng độ sulfamethoxazole (SMX) và trimethoprim (TMP) là rất thấp, trừ các điểm chịu ảnh hưởng bởi hoạt động công nghiệp (> 0,01 mg/L). Kháng sinh SMX và TMP được phát hiện rộng rãi trong nước. Nồng độ kháng sinh SMX, TMP trong nước sông Sài Gòn là thấp hơn sông Tô Lịch (0,585 mg/L), sông Lừ (1,09 mg/L), sông Kim Ngưu (0,535 ml/L), nhưng cao hơn ở sông Sét (0,2 mg/L) và đồng bằng sông Cửu Long. Điều kiện môi trường 7
và hệ số phân chia nước octanol (Kow) là có thể ảnh hưởng đến phân bố kháng sinh trong nước giữa các vùng trong lưu vực. Nhìn chung, các nghiên cứu về sự xuất hiện, phân bố kháng sinh trong nước ở nước ngoài là có qui mô lớn, số lượng mẫu lên đến hàng trăm như ở Mỹ, hàng nghìn mẫu tham khảo trên thế giới. Số lượng kháng sinh được nghiên cứu nhiều như 17 - 30 loại kháng sinh ở Trung Quốc, 17 kháng sinh ở cửa sông Seine (Pháp), 28 kháng sinh ở vùng Đông Nam Queensland (Úc)… Trong khi đó, do hạn chế về kỹ thuật và kinh phí, các nghiên cứu về sự xuất hiện và phân bố kháng sinh ở nước ta là được thực hiện với qui mô nhỏ, số lượng mẫu ít như như nghiên cứu 10 kháng sinh ở các hồ trong nội thành Hà Nội, 06 kháng sinh ở sông Sài Gòn, 09 kháng sinh ở đồng bằng sông Hồng và 04 kháng sinh ở LVS Mekong. 8
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu Các nội dung của luận án đã được thực hiện như được mô tả trong Hình 2.1: Hình 2.1. Khung nghiên cứu của luận án 2.2 Phương pháp nghiên cứu Khu vực nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu được xác định là lưu vực sông Sài Gòn, từ sau hồ Dầu Tiếng đến cửa sông Soài Rạp và đổ ra biển. Thời gian và vị trí và khảo sát lấy mẫu nước: Mẫu nước được lấy tại 03 khoảng thời gian tương ứng với các vị trí lấy mẫu như sau: Tháng 9/2015 (mùa mưa) và tháng 4/2016 (mùa khô): Mẫu nước được lấy cho phân tích kháng sinh tại 12 vị trí là hồ Dầu Tiếng, cầu Mới, cầu Bến Củi, cầu Bến 9
Súc, cầu Đỏ, cầu Ông Cộ, cầu Phú Cường, cầu Hóa An, bến Bạch Đằng, bến phà Bình Khánh, Vàm Sát, Lý Nhơn (Cần Giờ). Tháng 9/2016 (mùa mưa): Mẫu nước được lấy cho phân tích ciprofloxacin, ofloxacin và chất lượng nước tại 15 vị trí là trạm bơm Hòa Phú, cầu Rạch Tra, cầu Bình Phước, cửa Vàm Thuật, cầu Ba Son, cầu Tân Thuận, cầu Phú Mỹ, cầu Phú Xuân, phà Cát Lái, bến đò Hãng Da, sông Cần Giuộc, cầu Xáng, rạch Cây Khô - rạch Tắc Bến Rô, cầu Thầy Cai, gần KCN Hiệp Phước và Khu đô thị cảng. 2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích Lấy mẫu nước: Mẫu được lấy ở độ sâu 0 - 50 cm, theo TCVN 6663 - 6:2008. Chiết mẫu: Sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn (SPE). Phân tích 12 kháng sinh: Xác định bằng HPLC MS/MS (6410 B, Agilent). Phân tích ciprofloxacin và ofloxacin: Xác định bằng LC-MS (Agilent 1200). Phân tích chất lượng nước: Xác định theo hướng dẫn của TCVN, ISO, SMEWW. 2.4 Các phương pháp được sử dụng cho nghiên cứu phân bố chất kháng sinh trong nước LVS Sài Gòn 1) Phương pháp phân tích phương sai 2 yếu tố có lặp: được thực hiện bằng phương pháp xác định tổng bình phương (SST) 2 yếu tố: SST = SSError + SSA + SSB + SSAB (2.1) Ghi chú: SSE: tổng bình phương lỗi với xác suất nghi ngờ: α = 0,05. SSA: tổng bình phương giữa các cấp độ khác nhau của yếu tố A (Mùa). SSB: tổng bình phương giữa các cấp độ khác nhau của yếu tố B (Vị trí lấy mẫu). SSAB: tổng bình phương do sự tương tác giữa hai yếu tố A-B. SSError: bậc tự do. Sử dụng Excel: Tools\Data Analysis…\Anova: Two Factor With Replication. 2) Phương pháp phân cụm thứ bậc (Hierarchical Clustering Analysis): Sự giống nhau trong chuỗi dữ liệu được thể hiện dưới dạng khoảng cách Euclide. 10
Giả sử A và B là hai điểm trong không gian 3 chiều, khoảng cách giữa A=(X 1, X2,…, Xk) và B=(Y1, Y2,…,Yk), phương trình cơ bản như sau: d = √(X1 − Y1 )2 +(X2 − Y2 )2 + ⋯ + (X k − Yk )2 (2.2) trong đó d được gọi là khoảng cách Euclide. Hệ số khác biệt giữa các điểm lấy mẫu là được tính toán từ nồng độ: chlortetracyclin, ciprofloxacin, norfloxacin, ofloxacin, enrofloxacin, erythromycin, sulfamethazine, sulfamethoxazole, tetracyclin, trimethoprim, tylosin, vancomycin. Phân nhóm cấu trúc được biểu diễn bằng đồ thị - biểu đồ hình cây và sự phân nhóm được thể hiện bằng biểu đồ Dendrogram. Công cụ tính toán và phân cụm thứ bậc: Sử dụng là phần mềm SPSS theo IBM. 3) Phương pháp đánh giá giảm hiệu suất phân hủy chất hữu cơ: thực nghiệm bởi chỉ thị BOD và hiệu suất giảm khả năng phân hủy chất hữu cơ (H%): BOD0 − BODCIP H% = x100% (2.3) BOD0 BOD0: giá trị BOD5 trung bình của mẫu đối chứng (không có ciprofloxacin) BODCIP: giá trị BOD trung bình của mẫu đã được cho ciprofloxacin. 4) Phương pháp đánh giá sự phân hủy của ciprofloxacin: xác định nồng độ ciprofloxacin tại thời điểm t bất kỳ trong 09 ngày, được tính như sau: Co − Ct D(%) = ∗ 100 (2.4) Co Co: Nồng độ ciprofloxacin ban đầu (mg/l). Ct: Nồng độ ciprofloxacin còn lại sau thời gian t (ngày). 5) Phương pháp tính toán hệ số tương quan và phương trình tương quan: Hệ số tương quan 02 biến r được tính theo phương trình sau: Cov(x, y) r= (2.5) σx σy Cov(x,y): Hiệp phương sai của biến x và y 11
σx: Độ lệch chuẩn của dãy biến số x và σy: Độ lệch chuẩn của dãy biến số y Hệ số tương quan 03 biến ngẫu nhiên được tính như sau: 2 2 rxz + ryz − 2rxz ryz rxy R z,xy = √ 2 (2.6) 1 − rxy z: biến phụ thuộc; x, y: biến độc lập và r: hệ số tương quan giữa các biến. Hệ số tương quan nhiều hơn 03 biến được tính bằng công thức sau: SSReg R2 = R2 1 ….xk = y,x (2.7) SST R1: mảng n × k chứa dữ liệu mẫu X; R2: mảng n × 1 chứa dữ liệu mẫu Y. SSReg: Tổng bình phương do hồi quy. SST: Tổng bình phương của các sai số trong phân tích hồi quy. Phương trình hồi quy tương quan 02 biến (Pearson) được xác định như sau: E(Y|x) = a + bx (2.8) E(): “giá trị kỳ vọng của”, biểu thị nồng độ trung bình CKS. Y: nồng độ của 11 CKS (biến phụ thuộc và x: nồng độ ciprofloxacin. Y|x: các giá trị có thể có của Y khi x bị giới hạn ở một số nồng độ đơn lẻ. a: hệ số tung độ gốc (hệ số chặn) của phương trình hồi quy tuyến tính. b: hệ số độ dốc (hệ số góc) của phương trình hồi quy tuyến tính. Phương trình hồi quy 03 biến ngẫu nhiên được xác định bởi ma trận quy hoạch thực nghiệm ba yếu tố toàn phần, phương trình có dạng: Y = b0 + b1X1 + b2X2 + b3X3 (2.9) Y là biến phụ thuộc và yếu tố X1, X2, X3 là biến độc lập. Phương trình hồi quy đa biến: sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất: p Y = ∑ λi X i + γ 0 + ε (2.10) i=1 Y là biến phụ thuộc, X1, X2,…, Xp là biến độc lập, ε là phần dư của mô hình. 12
6) Phương pháp phân phối normal: X là chuỗi dữ liệu có phân phối normal với giá trị trung bình (μ) và độ lệch chuẩn (σ), có hàm số có dạng: 1 1 x−μ 2 f(x) = . e−2.( σ ) (2.11) σ. √2. π Phân phối normal chuẩn là phân phối của các điểm số chuẩn được gọi là điểm z. Điểm số zscore được đo bằng đơn vị độ lệch chuẩn và được tính như sau: x−μ zscore = (2.12) σ 7) Phương pháp mô hình: sử dụng mô hình thủy lực TELEMAC-2D, 12 chất kháng sinh được xác định bằng mô phỏng dựa trên phương trình khuếch tán tải lượng, phương trình bảo tồn chất và phương trình phân rã bậc nhất như sau: K([c]) = - k1[c] (1/ngày) (2.13) Hàm số -k1[c] được tính toán từ các phương trình 2.3, 2.4, 2.8, 2.9. 2.10. Mô hình Telemac-2D được hiệu chuẩn theo phân bố độ sâu và vận tốc nước. Hiệu suất mô hình là mạnh với hệ số xác định 0,924 - 0,991, giá trị sai số bình phương trung bình (MSE) 0,4 - 0,6 và hệ số Nash 0,72 - 0,97 đối với độ sâu. Kết quả hiệu chuẩn vận tốc dòng chảy là khá tốt, sai số bình phương trung bình (MSE) khoảng 0,08 - 0,15, ME khoảng 0,05 - 0,22 và MAE là khoảng 0,15 - 0,32. Thử nghiệm Dixon, R22 đã được áp dụng để tính toán thời gian ổn định của kháng sinh bị suy giảm bằng mô hình Telemac-2D: X outlier − X nearest Q dixon = (2.13) X max − X min X outlier > 0,414 ∗ (X max − X min ) + X median (2.14) Ghi chú: Qdixon: Giá trị chuẩn Dixon (mức tin cậy P = 95%, R22), Qdixon = 0,414. Xoutlier: nồng độ CKS khác biệt với giá trị trung bình; Xnearest: nồng độ CKS gần nhất với giá trị Xoutlier; Xoutlier. Giá trị trung vị; Xmax, Xmin: nồng độ CKS lớn nhất và nhỏ nhất. 13
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Sự xuất hiện kháng sinh trong nước lưu vực sông Sài Gòn 1) Chất lượng nước LVS Sài Gòn: Chất lượng nước sông Sài Gòn là đã bị ô nhiễm ở mức độ trung bình và đa số các vị trí lấy mẫu có nồng độ thông số chỉ thị không đạt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột A2) như độ pH tại kênh Thầy Cai là thấp (pH: 4,7), nồng độ TSS tại 11/15) vị trí là cao và không đạt quy chuẩn, nồng độ NH4+-N tại 6/15 vị trí không đạt quy chuẩn. Mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước LVS Sài Gòn là cũng cao, có 6/15 vị trí có nồng độ COD và 2/15 điểm có nồng độ BOD5 không đạt quy chuẩn. 2) Sự xuất hiện kháng sinh trong nước LVS Sài Gòn: Kết quả phân tích cho thấy nồng độ kháng sinh từ không phát hiện đến 697,3 ng/L (mùa mưa) và 869,3 ng/L (mùa khô). Nồng độ sulfamethoxazole là cao nhất trong cả hai mùa. Tổng nồng độ trung bình kháng sinh cao nhất từ 2006 ng/L (mùa mưa) đến 2358 ng/L (mùa khô) ở vùng nuôi thủy sản và thấp nhất 188 - 231 ng/L theo mùa tương ứng vùng đầu nguồn. Tổng nồng độ kháng sinh trong nước LVS Sài Gòn dao động từ 12,9 ng/L đến 3048 ng/L (mùa mưa) và đến 3304 ng/L (mùa khô). Tần suất xuất hiện các kháng sinh là lớn hơn 83,3% (n = 12). Nồng độ một số kháng sinh là rất cao như ciprofloxacin (mean-max: 207,2 - 533,8 ng/L), norfloxacin (218,9 - 572,6 ng/L), ofloxacin (211,3 - 372,1 ng/L), sulfamethoxazole (338,9 - 783,3 ng/L), trimethoprim (117,4 - 293,2 ng/L). Giá trị tổng nồng độ trung bình 1500 ng/L (1294 - 1486 ng/L) là có tần suất phát hiện thường xuyên nhất ở và phân bố tần suất có xu hướng lệch phải, nghiêng về phía tổng nồng độ cao. Kết quả phân tích phương sai 2 yếu tố có lặp (xác suất nghi ngờ α = 0,05) cho thấy sự khác biệt về nồng độ chất kháng sinh theo mùa là không đáng kể mà chỉ có sự khác biệt đáng kể về nồng độ chất kháng sinh giữa các điểm lấy mẫu. Kết quả tính toán giá trị F thực nghiệm (vị trí lấy mẫu) FB = 7,134 > Giá trị F lý thuyết 14
F10;242;0,95 = 1,870 và do đó yếu tố vị trí lấy mẫu là có ảnh hưởng đến nồng độ CKS trong nước LVS Sài Gòn. Bên cạnh đó, kết quả tính toán về phân cụm các điểm về nồng độ kháng sinh cũng cho thấy là có sự tương đồng về khoảng cách giữa các cụm lấy mẫu, sự khác biệt cao nhất khoảng 1,5 đơn vị Euclide. Điều này cho thấy, mức độ biến động về nồng độ chất kháng sinh tại các điểm lấy mẫu trong mùa mưa - mùa khô là tương đồng, khác biệt chỉ vào khoảng 1,5%. Kết quả phân cụm này là phù hợp với kết quả phân tích phương sai 02 nhân tố có lặp cho thấy sự phân bố kháng sinh chỉ phụ thuộc vào vị trí lấy mẫu mà không phụ thuộc vào mùa lấy mẫu. 3.2 Tính chất, tương quan CKS với thành phần trong nước LVS Sài Gòn 1) Tính chất của CKS: Ức chế hoạt tính của vi sinh vật trong phân hủy chất hữu cơ được đánh giá bởi chỉ thị BOD với 1/ Nước thải sinh hoạt và 2/ Chuẩn hỗn hợp Gluose – Glutamide. - Vi sinh vật bị ức chế ở ngày đầu tiên và phân hủy chất hữu cơ chỉ diễn ra ở những ngày thứ 2, 3, 4, 5 nhưng hiệu suất thấp. - Trong thời gian xác định BOD5, hiệu suất ức chế khả năng phân hủy chất hữu cơ của ciprofloxacin lên đến 69,2 - 75,0%. - Giá trị trung bình của hiệu suất ức chế khả năng phân hủy chất hữu cơ của ciprofloxacin trong cả quá trình khoảng 76,5 - 76,9%. - Tùy vào điều kiện thích nghi của vi sinh vật, tỷ lệ ức chế tăng trưởng của ciprofloxacie đối với vi sinh vật là từ 137,5% đến 240,0%. Kết quả xác định sự phân hủy của ciprofloxacin: (xác suất có độ tin cậy P = 0,95) cho thấy: - Hiệu suất phân hủy ciprofloxacin đạt trên 65%. - Tương quan giữa hiệu suất phân hủy với thời gian là chặt chẽ, r = 0,983. 15
- Trong nước LVS Sài Gòn, ciprofloxacin bị phân hủy nhanh đạt 69,60% trong 04 ngày, hiệu suất này là cao hơn so với nghiên cứu khác như tỷ lệ loại bỏ kháng sinh là 28,8% (07 ngày) và 39,1% (28 ngày) và 47,2% (sau 07 ngày) và 89,1% (sau 28 ngày) nếu có enzyme. Kết quả phân tích phương sai (α = 0,05, f = 42) cho thấy, hệ số hồi quy tự do b0 = 4,526 > tlt = 1,6 4), hệ số Student thực nghiệm của nồng độ ciprofloxcin (b1 = 7,235), thời gian (b3 = 4,066) lớn hơn tlt = 1,64 nên b1 và b3 có ý nghĩa. Phương trình hồi quy tuyến tính biểu diễn hiệu suất phân hủy ciprofloxacin: (Y%) = 23877X1 (ciprofloxacin, ng/L) + 2,259X3 (thời gian, ngày) + 35,380 2) Hệ số tương quan của kháng sinh với các thành phần trong nước: Tương quan Pearson: hệ số tương quan (r) trung bình cao nhất 0,53 - 0,97. - Hầu hết đều có sự tương quan chặt chẽ với r: 0,62 - 0,99, ngoại trừ tylosin và sulfamethazine là thấp (r: 0,36 - 0,52). - Tương quan với tổng nồng độ kháng sinh, ciprofloxacin (r: 0,95) và ofloxacin (r: 0,71) là quan hệ chặt chẽ nhưng tylosin (r: 0,16) và vancomycin (r: 0,47) là có mối quan hệ ít chặt chẽ. Tương quan 03 biến ngẫu nhiên: chlortetracycline (CTC) hoặc ofloxacin (OFL) với nhóm sulfamethazine (SMZ), vancomycin (VAN), r gia tăng đáng kể: rctc,smz.van = 0,771; rofl,smz.van = 0,455 - Đối với chlortetracycline, mức độ gia tăng r 03 biến ngẫu nhiên (rctc,smz.van) so với rctc-smz giữa CTC với SMZ là rất nhỏ, khoảng 0,04% nhưng với rctc-van giữa CTC với VAN là tăng đáng kể, khoảng 720,5%. - Đối với ofloxacin, rofl,smz.van tăng khoảng 20,63% so với rofl-smz giữa OFL với SMZ và tăng khoảng 154,84% so với rofl-van giữa OFL với VAN, Tương quan đa biến (nhiều hơn 03 biến): chlortetracyclin, ofloxacin với các kháng sinh: sử dụng phương pháp hồi quy bình phương nhỏ nhất. 16
- Hệ số tương quan giữa chlortetracycline (rctc-ant), ofloxacin (rofl-ant) với 11 kháng sinh là tăng đến xuất sắc, hệ số tương quan đạt 0,94 - 0,99. - Đối với chlotetracyline: rctc-ant (đa biến) tăng khoảng 28,54% so với rctc- smz (2 biến) và tăng khoảng 28,49% so với rctc-smz.van (3 biến ngẫu nhiên) nhưng tăng đột biến so với rctc-van (02 biến), tăng đến 897,29%. - Đối với ofloxacin: rofl-ant (đa biến) tăng khoảng 147,82% so với rofl-smz và rất cao, khoảng 423,57% so với rofl-van (02 biến). Hệ số tương quan này, rofl-ant (đa biến) tăng khoảng 145,05% rofl-smz.van (03 biến ngẫu nhiên). Nhìn chung, hệ số tương quan giữa các kháng sinh trong nước LVS Sài Gòn là được cải thiện đáng kể khi số lượng các biến độc lập nhiều hơn 3 biến. Tương quan giữa kháng sinh với thông số chất lượng nước: Tương quan Pearson: giữa ciprofloxacin, ofloxacin với thông số chất lượng nước là thấp, rtrungbinh trung bình chỉ khoảng 0,281 - 0,298. - Một số thông số là có tương quan chặt chẽ như với độ dẫn điện (rec: 0,670 - 0,703), tổng chất rắn lơ lửng (rtss: 0,582 - 0,643), độ đục (rđđ: 0,648 - 0,692), sắt hòa tan (rFe: 0,661 - 0,666) và clorua (rCl-: 0,683 - 0,724). - Tương quan giữa kháng sinh với thông số chất lượng nước là lệch trái, giá trị trung vị chỉ bằng khoảng 70% giá trị trung bình. - Hệ số tương quan giữa kháng sinh với chỉ thị ô nhiễm dinh dưỡng, hữu cơ, vi sinh là thấp (r