THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá tồn dư thuốc kháng sinh trong nước tại một số cơ sở y tế, nuôi trồng thủy sản tại Thái Nguyên và xây dựng mô hình xử lý nguồn nước bị ô nhiễm do tồn dư kháng sinh.
- Mã số: B2023-TNA-22
- Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Thị Mai
- Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
- Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ tháng 01/2023 đến tháng 12/2024); gia hạn đến hết tháng 6/2025.
2. Mục tiêu
2.1. Mục tiêu chung
- Đánh giá được thực trạng tồn dư kháng sinh trong môi trường nước tại một số cơ sở y tế, nuôi trồng thủy sản tại Thái Nguyên;
- Đề xuất được các giải pháp và xây dựng được mô hình xử lý nước bị ô nhiễm thuốc kháng sinh đạt yêu cầu xử lý để được xả thải ra môi trường tiếp nhận nếu là nước thải, có tính khả thi và phù hợp với điều kiện địa phương.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Định lượng được các chỉ tiêu (màu sắc, mùi vị, pH, COD, TSS, độ đục, NO3-, NH4+) của các mẫu nước (nước nuôi trồng thủy sản và nước thải y tế) và tồn dư kháng sinh trong các mẫu nước;
- Chế tạo được vật liệu tổ hợp từ bùn đỏ, sắt oxit, kẽm oxit, bùn mạ, lõi pin với than trấu;
- Ứng dụng làm vật liệu hấp thụ, quang xúc loại bỏ kháng sinh CIP ra khỏi nguồn nước với hiệu quả cao;
- Lắp đặt được mô hình cột xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ.
3. Tính mới và sáng tạo
- Đánh giá được tồn dư kháng sinh trong môi trường nước tại một số cơ sở y tế, nuôi trồng thủy sản tại Thái Nguyên;
- Chế tạo vật liệu tổ hợp từ chất thải công nghệ nghiệp (bùn đỏ, bùn xi mạ, lõi pin) và chất thải ngành nông nghiệp (than trấu) bằng phương pháp siêu âm, điện hóa;
- Lắp đặt được mô hình cột quy mô pilot với công suất 100 L. ngày/đêm sử dụng vật liệu chế tạo được.
4. Kết quả nghiên cứu
4.1. Đánh giá tồn dư kháng sinh trong nước
- Đã thu thập, định lượng được tồn dư kháng sinh và các chỉ tiêu khác của mẫu nước (màu sắc, mùi vị, pH, COD, BOD, TSS, độ đục, v.v) thu thập tại 3 địa điểm nuôi trồng thủy sản: hồ Núi Cốc, ao nuôi cá tại Võ Nhai và hồ nuôi cá tại trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên. Kết quả cho thấy, các mẫu nước đều chứa dư lượng kháng sinh amoxicillin với nồng độ khoảng 13,682 ÷24,0072 μg/L.
- Đã thu thập, định lượng được tồn dư kháng sinh và các chỉ tiêu khác của mẫu nước (màu sắc, mùi vị, pH, COD, BOD, TSS, độ đục) thu thập tại 2 cơ sở y tế: Bệnh viện Đa khoa Trung ương Thái Nguyên và Bệnh viện Trường Đại học y dược, Đại học Thái Nguyên. Kết quả cho thấy, các mẫu nước đều chứa dư lượng kháng sinh ciprofloxacin và amoxicillin với nồng độ khoảng 1,0564÷6,6509 μg/L và 15,6782÷32,7611 μg/L.
4.2. Xử lý kháng sinh trong nước
- Đã chế tạo được vật liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp (than trấu) và bùn thải, lõi pin (UFC, UZC, RHM, RHE và RHG) ứng dụng làm vật liệu hấp phụ, quang xúc tác xử lý kháng sinh trong nước thải giả lập, từ đó đưa ra điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ (pH 5, thời gian hấp phụ 180 phút, khối lượng vật liệu 0,05g, thể tích dung dịch 150 mL), và quá trình quang xúc tác (pH 5, thời gian chiếu đèn 180 phút, KLVL 0,4 g, thể tích dung dịch 400 mL, công suất đèn 8W, nguồn sáng UVC).
- Nghiên cứu động học, đẳng nhiệt và nhiệt động học của quá trình hấp phụ cho thấy quá trình hấp phụ CIP bằng vật liệu UFC xảy ra do tương tác vật lý, tương tác hóa học, hấp phụ đa lớp và hấp phụ do quá trình khuếch tán vào lỗ xốp với dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir là 21,93 mg/g (UFC); 14,34 mg/g (UZC); 14,71 mg/g (RHM); 22,22 mg/g (RHE) và 20,49 mg/g (RHG).
- Nghiên cứu động học, nhiệt động học quá trình quang xúc tác phân hủy CIP cho thấy quá trình có rào cản năng lượng thấp, dễ xảy ra. Quá trình phân hủy thu nhiệt nên xảy ra nhanh hơn ở nhiệt độ cao. Các gốc •OH, •OOH là tác nhân khơi mào cho phản ứng phân hủy CIP.
- Đã thử nghiệm với nước thải thực (nước thải y tế và nước nuôi trồng thủy sản) trên quy mô pilot với công suất 100 L/ngày. đêm với hiệu suất loại bỏ các thành phần ô nhiễm và kháng sinh cao.
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học
Đã đăng 02 bài báo trên các Tạp chí thuộc danh mục WoS và 01 bài thuộc Tạp chí uy tín trong nước:
1. Nguyen Thi Mai, Dang Van Thanh, Trinh Ngoc Hien, Hoa Thi Hong Hanh, Le Thi Thanh Hoa, Nguyen Manh Khai, Do Danh Bich, Duc Dung Nguyen, Cher Ming Tan, Pham Van Hao. Highly adsorptive removal of heavy metal, dye, and antibiotic pollutants using functionalized graphene nanosheets sono-electrochemically derived from graphitic waste. Journal of Environmental Chemical Engineering 12 (2024) 113020.
2. Nguyen Long Tuyen, Nguyen Thi Luyen, Vu Thi Thuy, Dang Van Thanh, Nguyen Ba Hung, Pham Huong Quynh, Pham Thi Thu Hien, Nguyen Thi Mai, Duc Dung Nguyen, Cher Ming Tan. Tailoring Photocatalytic Properties of Magnetically Separable Magnetite–Graphene Hybrid Materials for Efficient Dye Degradation. Journal of Electronic Materials. https://doi.org/10.1007/s11664-025-11994-5
3. Nguyen Thi Mai, Pham Van Hao, Nguyen Quang Tinh, Dang Van Thanh, Tran Minh Quang, Ha Xuan Linh, Nguyen Tien Dat. Analysis and evaluation of amoxicillin residues in aquaculture water in several places in Thai Nguyen using high performance liquid chromatography. TNU Journal of Science and Technology 230(10): 96 – 103.
5.2. Sản phẩm đào tạo
01 học viên cao học đã bảo vệ thành công luận văn thạc sĩ theo hướng nghiên cứu của đề tài do thành viên của đề tài: PGS.TS. Trần Quốc Toàn hướng dẫn (đã được cấp bằng thạc sĩ).
Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Mai (2025). Tên luận án: “Nghiên cứu tận dụng bùn đỏ để xử lý dư lượng kháng sinh trong môi trường nước”. Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
5.3. Sản phẩm ứng dụng
1. Báo cáo đánh giá thực trạng tồn dư kháng sinh trong môi trường nước tại một số cơ sở y tế, nuôi trồng thủy sản tại Thái Nguyên.
2. Quy trình hướng dẫn xử lý nước bị ô nhiễm thuốc kháng sinh đạt yêu cầu xử lý để được xả thải ra môi trường tiếp nhận nếu là nước thải, có tính khả thi và phù hợp với điều kiện địa phương;
3. Mô hình xử lý nước chứa kháng sinh.
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu
6.1. Phương thức chuyển giao
Sau kết thúc đề tài, toàn bộ kết quả và sản phẩm của đề tài sẽ được chuyển giao cho phòng thí nghiệm môi trường của Khoa Khoa học cơ bản – Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên.
6.2. Địa chỉ ứng dụng
- Các phòng thí nghiệm vật liệu ứng dụng quy trình sản xuất vật liệu nano Fe3O4/carbon và ZnO/carbon bằng phương pháp hóa học xanh.
- Các cơ sở nuôi trồng thủy sản, các cơ sở y tế.
6.3. Tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu
* Đối với lĩnh vực giáo dục và đào tạo
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học để sinh viên đại học, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành vật liệu, hóa học, môi trường, y tế cộng đồng, thủy sản làm tài liệu tham khảo.
* Đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ có liên quan
Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo cho các đơn vị nghiên cứu và chỉ đạo sản xuất.
* Đối với phát triển kinh tế-xã hội
Làm chủ công nghệ sản xuất vật liệu nano Fe3O4/carbon và ZnO/carbon bằng phương pháp hóa học xanh và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm kháng sinh trong nước thải y tế, nước hồ ao nuôi trồng thủy sản cũng như trong ngành nông nghiệp, môi trường, sẽ mang lại lợi ích to lớn cho các công ty, tổ chức sản xuất vì phương pháp này sẽ tận dụng được nguồn vỏ trấu dồi dào tại nhiều địa phương ở Việt Nam làm nguyên liệu chế tạo vật liệu do đó giảm tác hại của môi trường và nâng cao chất lượng sản phẩm.
* Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu
Đây là cơ hội tốt để đơn vị chủ trì, phối hợp có điều kiện hợp tác, trao đổi, thực hiện và chia sẻ kết quả nghiên cứu.
INFORMATION OF RESEARCH RESULTS
1. General information
- Project title: Research and evaluate the antibiotic residues in water at several medical and aquaculture places in Thai Nguyen and setup a pilot model for treating water sources contaminated by antibiotic residues.
- Code number: B2023 - TNA - 22
- Project Leader: Nguyen Thi Mai
- Hosting Institution: Thai Nguyen University
- Duration: 24 months from January 2023 to December 2024; Extend the project deadline until the end of June 2025
2. Objectives
2.1. General Objective
- Evaluated the antibiotic residue status in water envinronment at several medical and aquaculture facilities in Thai Nguyen.
- Suggested the solutions and setted up the pilot model for treating the antibiotic contaminated sources which meets the treatment requirements to discharge into the received environment, to be feasible and suitable with local conditions.
2.2. Specific objectives
- Quantitying the criterias (color, taste, pH, COD, TSS, turbility, NO3-, NH4+) of water samples (aquaculture water and medical wastewater) and antibiotic residues of these samples.
- Preparing the synthesized materials using red mud, iron oxide, zinc oxide, electroplating sludge, battery core with rice husk char;
- Applying as adsorbent and photocatalyst to remove of CIP antibiotic in water with high efficiency.
- Setting up the column pilot to treat of wastewater by adsorption method.
3. Creativeness and innovativeness
- Evaluated the antibiotic residue status in water envinronment at several medical and aquaculture facilities in Thai Nguyen;
- Researched and fabricated the nanomaterials using agricultural waste by-products (rice husk char) and industrial waste (red mud, electroplating sludges and battery core) for application as catalysts for treating the antibiotic residues in water environment;
- Designed and prepared the pilot model by combining the adsorption and photocatalyst with 100 L/day.night capacity for treating the antibiotic-containing wastewater.
4. Research results
4.1. Evaluate the antibiotic residues in water
- To be collected, quantified the antibiotic residues and other criteria of water samples (color, taste, pH, COD, BOD, TSS, turbidity) which were collected in 3 aquaculture places: Nui Coc lake, fish ponds in Vo Nhai and fish ponds in Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry. The results showed that all water samples contained amoxicillin residues with concentration range of 13,682 ÷24,0072 μg/L.
- To be collected, quantified the antibiotic residues and other criteria of water samples (color, taste, pH, COD, BOD, TSS, turbidity) which were collected in 2 medical facilities: Thai Nguyen National Hospital and Hospital of Thai Nguyen University of Medicine and Pharmacy. The results indicated that all water samples contained ciprofloxacin and amoxicillin residues with concentration range of 1,0564÷6,6509 μg/L and 15,6782÷32,7611 μg/L.
4.2. Treatment of antibiotics in water
- To be prapared of nanomaterials using agricultural by-products (rice husk) and sludges, battery core (UFC, UZC, RHM, RHE và RHG) for application as adsorbents and photocatalysts of removal of antibiotics in artificial wastewater, since suggested the optimal conditions for adsorption process (pH 5, contact time 180 min, adsorbent mass 0.05 g, solution volume 150 mL), and photocatalytic process (pH 5, irradiation time 180 min, catalyst mass 0.4 g, solution volume 400 mL, light capacity 8W, light source UVC).
- The research of the kinetics, isotherms, and thermo dynamic of adsorption process showed that the adsorption process of CIP by prepared-adsorbents occurred due to physical and chemical interactions, multi-layer adsorption and adsorption by diffusion into intraparticles with the maximum adsorption capacity computed via Langmuir isotherm model is 21.93 mg/g (UFC); 14,34 mg/g (UZC); 14,71 mg/g (RHM); 22,22 mg/g (RHE) and 20,49 mg/g (RHG).
- The research of kinetics and thermodynamics of photocatalytic process for CIP degradation indicated that the process exhibited low energy barrier, occurred easily. The degradation process was endothermic thus the reactions happened quickly at higher temperature. The radicals of •OH, •OOH are initiators for degradation reactions of CIP.
- To be tested with actual wastewater (medical wastewater and aquaculture water) in pilot model with capacity of 100 L/day.night with high removal efficiency of polluted components and antibiotics.
5. Products
5.1. Scientific products (the scientific products will be published: book, papers,…)
- ISI papers: 01 (Q1), )1 (Q2)
- Domestic papers: 01 paper
5.2. Traning products (bachelor, master, doctor)
- Training of Master degree: 01 (the thesis is written following the topic of this research and the thesis is defensed successfully).
- Training of Doctor degree: 01 (Supporting for training of doctor degree following the topic of this research).
5.3. Application products
- Report for evaluating the antibiotics residue status in aqueous environment at several medical centers and aquacultures in Thai Nguyen: 01 (accurate, concise, ensuring scientific validity).
- Procedure the for guiding the treatment of antibiotic-contaminated water to meet treatment requirements for discharge into the receiving environment if it is wastewater, feasible and suitable for local conditions: 01 (The procedure is easy to operate, effectively treats antibiotic residues in water, and meets discharge requirements).
- Model for treating water containing antibiotics: 01 (Model is easy to install, stable, operates well, feasible and suitable for local conditions).
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results
6.1. Transfer alternatives
After finishing the research, all results and products of the the research will be transferred to environmental laboratory of Faculty of Basic Sciences – Thai Nguyen Univeristy of Agriculture and Forestry.
6.2. Application institutions
- All material laboratories will be applied the production procedure of nanomaterials of Fe3O4/carbon and ZnO/carbon by green chemical method.
- All aquacultures and medical centers will be applied the treatment procedures of the antibiotic-contaminated water.
6.3. Impacts and benefits of research results
* With education and training area
The researched results of the theme are the references for undergraduate students, graduate students and PhD students in the major of material, chemistry, environment, public health, aquaculture.
* With related science and technology areas
The theme’s results is reference for the research units and manufactures.
* With devoping of economics – society:
- Owning the production technology of Fe3O4/carbon and ZnO/carbon nanomaterials by green chemical method;
- Applying the nanomaterials for treatment of antibiotic pollutants in medical wastewater, aquaculture water as well as water which are used in agricultural sector, environment;
- The research also gives the big benefits for the companies and organizations because the method can be ultilized the abundant source of rice husk at many localities in Vietnam as being raw materials for preparing the nanomaterials thus minimizing the impact on environment and enhancing the product quality.
* With implementing institution and the organizations used research results:
This is a good opportunity for the host and cordinating organizations to cooperate, exchange, implement and share the research results.
Ban KHCN&ĐN
