Khả năng xử lý dư lượng kháng sinh trong bùn của cây đước

Khả năng xử lý dư lượng kháng sinh trong bùn của cây đước là công trình nghiên cứu khoa học của công ty môi trường Đoàn Gia Phát về phương pháp xử lý nước thải đạt chuẩn loại A tốt nhất Hotline : 0917080011

• Nguyên nhân bão cát hoành hành khắp Trung Đông

Ciprofloxacin (CIP) là kháng sinh thuộc nhóm fluoroquinolon đƣợc sử dụng rộng rãi trong nuôi tôm giống ở vùng đất ngập nƣớc Cần Giờ. Trong thực tế lƣợng kháng sinh đƣợc hấp thu bởi vật nuôi khá thấp và phần lớn còn tồn lƣu lại. Vì vậy, vùng đất ngập nƣớc có thể bị nhiễm và có thể dẫn đến những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái từ dƣ lƣợng CIP. Trong nghiên cứu này khả năng loại bỏ CIP bằng kĩ thuật Phytoremediation của thực vật đất ngập nƣớc bản địa (cây Đƣớc- Rhizophora apiculata Blume) của khu vực Cần Giờ ,Tp.HCM đã đƣợc khảo sát. Thí nghiệm đƣợc tiến hành trong mô hình chậu trong vƣờn có mái che. CIP đƣợc tƣới mỗi ngày một lần (phơi nhiễm mãn tính) cho cây ở nồng độ 2 ppm tƣơng đƣơng với 2 mg/kg đất. Hiệu quả loại bỏ CIP bởi cây Đƣớc đƣợc thể hiện rõ ở tuần đầu, sau 4 tuần thì vai trò của cây không còn nữa (hiệu quả loại bỏ CIP ở chậu có trồng cây là 75,34 ± 3,3 %, ở chậu không có trồng cây là 75,51 ± 2,9 %). Kết quả của thí nghiệm cho thấy phƣơng pháp “phytoremediation” có sử dụng thực vật bản địa vùng đất ngập nƣớc là biện pháp đáng quan tâm để giảm thiểu tác dụng của CIP tích lũy trong đất vùng đất ngập nƣớc. Kết quả của đề tài đã cho thấy sự cần thiết triển khai những nghiên cứu chi tiết hơn về khả năng phân hủy kháng sinh của thực vật và vai trò của các vi sinh vật.

Trong thập kỉ qua, do tần suất phát hiện các hợp chất dƣợc phẩm trong nƣớc thải ngày càng gia tăng nên đã dẫn đến sự gia tăng các mối quan tâm đến việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Một số công nghệ tiên tiến đã đƣợc đánh giá nhƣ quá trình oxy hóa tiên tiến [1], hấp thụ cacbon hoạt tính [2], màng lọc và màng phản ứng sinh học [1]. Các phƣơng pháp này cho thấy có hiệu quả xử lí cao nhƣng còn nhiều hạn chế vì các quá trình này không thể áp dụng rộng rãi, chủ yếu là vì giá thành cao. Gần đây, “phytoremediation” là một trong những kĩ thuật xử lí sử dụng thực vật đƣợc triển khai thực tế thân thiện với môi trƣờng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong đó có dƣợc phẩm [3]. Biện pháp này có hiệu quả cao với chi phí hợp lí do công nghệ đơn giản vì vậy thích hợp với các hộ nuôi tôm ở quy mô hộ gia đình. Một vài ví dụ về sự thành công của phƣơng pháp “phytoemediation” đã đƣợc báo cáo bởi Gujarathi [1]; Kotyza và cộng sự, 2010 [4].

Tại khu vực Cần Giờ, TP. Hồ Chí Minh, đã khảo sát thấy có hiện trạng sử dụng kháng sinh ở khu vực tại các hộ nuôi tôm giống [5]. Vì tôm trƣởng thành thƣờng xuyên đƣợc kiểm tra dƣ lƣợng kháng sinh nên gần nhƣ các hộ nuôi tôm đã có ý thức sử dụng theo đúng hƣớng dẫn. Tuy nhiên, đối với tôm giống thì không có bất cứ quy định nào nên tại tất cả các hộ ƣơm tôm giống đƣợc khảo sát đều sử dụng kháng sinh, trong đó phổ biến là CIP với tỉ lệ hộ dân phỏng vấn sử dụng là 100%.

Cũng theo nhóm nghiên cứu, kết quả phân tích dƣ lƣợng kháng sinh do hoạt động nuôi tôm tại các vùng đất ngập nƣớc ven biển huyện Cần Giờ đã cho thấy CIP sau khi đƣợc sử dụng để phòng và trị bệnh cho tôm giống đều không bị hấp thu hoàn toàn bởi tôm mà đã tồn lƣu trong môi trƣờng ao nuôi/bể ƣơng và cả ở nguồn tiếp nhận. Hàm lƣợng CIP đã xác định đƣợc tại 3 hộ ƣơm tôm giống ở Cần Giờ là 0,35-1,23 mg/l, trung bình 0,90 mg/l. CIP sau khi đƣợc sử dụng không những tích lũy lại trong ao ƣơm mà còn bị thải trở lại môi trƣờng ngoài. Trong mẫu bùn của nguồn tiếp nhận từ ao ƣơm ở ấp Đồng Tranh, Cần Giờ phát hiện dƣ lƣợng kháng sinh CIP với hàm lƣợng 1,54 -1,88 mg/kg. Ngoài ra, cũng đã phát hiện hàm lƣợng CIP trong bùn thải của ao nuôi tôm giống tại Cần Giờ với nồng độ 22,1 µg /kg [6].

Nghiên cứu trình bày ở đây đƣợc thực hiện để đánh giá khả năng loại bỏ kháng sinh của một loài thực vật đất ngập nƣớc tiêu biển  -  cây Đƣớc (Rhizophora apiculata Blume). Các nghiên cứu ở quy mô  phòng thí nghiệm đã đƣợc thực hiện để đánh giá hiệu quả xử lí của Ciprofloxacine (CIP) - kháng sinh đƣợc sử dụng rộng rãi trong nuôi tôm ở khu vực Cần Giờ - ở các mô hình trồng cây Đƣớc và phơi nhiễm mãn tính CIP.

Đất sử dụng trong thí nghiệm đƣợc lấy từ khu vực xã Long Hòa, huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh (tọa độ 106053,41‟; 10027,49‟). Mẫu đất trƣớc khi tiến hành thí nghiệm đƣợc kiểm tra không có CIP (< 3,8 ppb).  Hạt Đƣớc đƣợc lấy từ vùng đất ngập nƣớc huyện Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh và trồng trong chậu với thời gian 2 tháng (tháng 4 đến tháng 6 năm 2015). Đến khi cây ra lá và đạt chiều cao trung bình khoảng 40 cm thì tiến hành tƣới CIP (Hình 1). Độ mặn của đất đƣợc duy trì nhƣ ngoài môi trƣờng tự nhiên trong suốt quá trình thí nghiệm bằng cách bổ sung nƣớc muối nồng độ 2,9 ‰ (bằng nồng độ đo đƣợc khi lấy mẫu đất) với tần suất 1 lần/tuần. Chất chuẩn CIP do hãng Sigma Fluka cung cấp. Độ tinh khiết ≥ 98 %.

Nghiên cứu bao gồm ba mô hình thí nghiệm: - Mô hình D-D-CIP (thí nghiệm có trồng cây và phơi nhiễm mãn tính CIP): Cây Đƣớc đƣợc trồng trong chậu nhựa kín đáy hình tròn có đƣờng kính 30 cm, sâu 15 cm với lƣợng đất là 6kg. Nƣớc đƣợc bổ sung sao cho mặt nƣớc cách lớp đất 1-2 cm. Lƣợng nƣớc cho vào là nƣớc đƣợc pha có độ mặn tƣơng tự nhƣ khu vực lấy mẫu  đất ở Cần Giờ (2,9 ‰). Các mô hình đƣợc phơi nhiễm mãn tính bằng cách pha CIP với nồng độ 2 ppm tƣơng đƣơng 12 mg cho mỗi chậu. Dung dịch pha CIP đƣợc tƣới vào các chậu trồng cây mỗi ngày một lần trong suốt chu kì 28 ngày thí nghiệm. Các chậu đƣợc đặt ngoài ánh sáng tự nhiên có mái che bằng nhựa trong suốt để tránh mƣa. Mỗi chậu trồng từ 4-5 cây Đƣớc. - Mô hình D-D: mô hình có trồng cây Đƣớc tƣơng tự nhƣ mô hình D-D-CIP nhƣng không phơi nhiễm CIP. Kết quả so sánh sinh khối giữa mô hình này và mô hình  D-D-CIP  sẽ  đánh giá đƣợc có hay không sự ảnh hƣởng của quá trình phơi nhiễm CIP lên tốc độ sinh trƣởng của cây Đƣớc.

Mô hình Đ-CIP: mô hình đất tự nhiên, không trồng cây nhƣng có phơi nhiễm mãn tính CIP tƣơng tự nhƣ mô hình D-D-CIP.  Kết quả so sánh sự thay đổi hiệu quả xử lí CIP của mô hình D-CIP và D-D-CIP sẽ đánh giá khả năng phân hủy CIP của cây Đƣớc. Tất cả ba mô hình thí nghiệm đều đƣợc lặp lại 3 lần để tránh sai số. Mẫu đất phân tích CIP đƣợc thu thập vào các ngày 2, ngày 7 và ngày 28. Tất cả lƣợng đất trong chậu đƣợc trộn đều, loại bỏ các hạt kích thƣớc lớn bao gồm cả rễ cây. Mẫu sau khi lấy đƣợc cho vào bọc ni lông đen, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng và chuyển đến phòng thí nghiệm.   2.3. Phƣơng ph p phân tích  2.3.1. Phân tích CIP Việc phân tích CIP đƣợc thực hiện bởi Công ty TNHH MTV Khoa học Công nghệ Hoàn Vũ bằng máy sắc kí lỏng hiệu năng cao kết hợp đèn hu nh quang (HPLC-FD) theo tiêu chuẩn AOAC (82: 607–613) nhƣng có thay đổi nhƣ sau: 2 g mẫu đất ƣớt đã đồng nhấtđƣợc chiết bằng cách cho vào 20ml dung dịch đệm HCOOCH4 0,2 %, pH = 7, vortex 2 phút và ly tâm (3.000 vòng/ phút) 15 phútở nhiệt độ phòng. Sau đó cho thêm 10mL hexan  rồi ly tâm thêm 15 phút. Dịch lọc sau đó đƣợc làm sạch bằng cách cho qua cột C18 và tách rửa với 5ml dung dịch MeOH và dung dịch NH325 % (tỉ lệ 85:15). Dung dịch chiết đƣợc tiêm vào hệ thống HPLC-FD để phân tích CIP. Phƣơng pháp có LOD = 1,2 ppb và LOQ = 3,8 ppb với hệ số thu hồi dao động trong khoảng 85-95 %. 2.3.2. Xác định sinh khối khô của thực vật Sinh khối khô của thực vật sau thí nghiệm đƣợc xác định bằng cách sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 105 0C trong 2 giờ và lặp lại 3 lần cho đến khi sinh khối thực vật không đổi.