Nghiên cứu đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của oligohexametylen guanidin hydroclorua trên cơ sở xử lí nước thải bệnh viện Đức Giang

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE DOI: 10.18173/2354-1059.2015-0004 Natural Sci. 2015, Vol. 60, No. 4, pp. 25-30 This paper is available online at Ngày nhận bài: 5/12/2014. Ngày nhận đăng: 17/4/2015. Tác giả liên lạc: Trần Văn Chung, địa chỉ e-mail: tranchunghhvl@gmail.com 25 ` NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ DIỆT KHUẨN CỦA OLIGOHEXAMETYLEN GUANIDIN HYDROCLORUA TRÊN CƠ SỞ XỬ LÍ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN ĐỨC GIANG Trần Văn Chung, Nguyễn Việt Bắc, Nguyễn Việt Hưng, Võ Hoàng Phương và Nguyễn Thu Hương Viện Hóa học Vật liệu, Viện Khoa học Kĩ thuật & Công nghệ Quân sự Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng diệt khuẩn của tác nhân oligohexametylen guanidine hydroclorua (OHMG) đối với nước thải bệnh viện Đức Giang như ảnh hưởng của nồng độ OHMG, cặn lơ lửng, pH và đánh giá khả năng diệt khuẩn so với tác nhân diệt khuẩn cloramin B. Các kết quả thu được cho thấy với thời gian lưu là 30 phút, tốc độ khuấy cao phân tán nhanh chất diệt khuẩn, thì OHMG cho khả năng khử trùng cao ở ngay nồng độ thấp. Hiệu quả khử trùng của tác nhân OHMG thường ít sinh phẩm phụ độc hại cho môi trường của hợp chất guanidine ưu việt hơn khi so sánh với hợp chất của clo diệt khuẩn theo cơ chế oxi hóa. Từ khóa: Oligohexamethylen guanidin hydrochlorua, polyme diệt khuẩn, xử lí nước thải bệnh viện Đức Giang. 1. Mở đầu Nước thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại vì chúng có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và nguy hại đến đời sống con người. Điều quan tâm hàng đầu đối với nước thải của các bệnh viện là vấn đề các tác nhân gây ô nhiễm có mặt trong nước thải như nồng độ chất rắn lơ lửng SS (mg/L), các chất hữu cơ như BOD, COD (mg/L) và các vi trùng gây bệnh như E. coli, Sallmonella, tổng Coliform,[1]. Trong đó, các vi trùng gây bệnh có thể tồn tại trong một thời gian nhất định ngoài môi trường, khi có cơ hội nó phát triển trên một vật chủ khác, đó chính là hiện tượng lây lan các bệnh truyền nhiễm [2]. Đây cũng chính là điểm khác biệt lớn nhất của nước thải bệnh viện so với các loại nước thải phát sinh từ các nguồn khác. Trong các năm gần đây, các chất diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất của guanidin như oligohexametylen guanidin hydroclorua (OHMG), polyhexametylen guanidin hydroclorua (PHMG)... được nghiên cứu và sử dụng trong nhiều lĩnh vực do hiệu quả diệt khuẩn cao, sử dụng đơn giản so với các chất khác và ít độc do không tạo sản phẩm phụ sau xử lí, không ăn hỏng da khi tiếp xúc, không mùi, không bay hơi, không đòi hỏi thiết bị đặc biệt khi sử dụng [3-5]. Điển hình là oligohexametylen guanidin hydroclorua (OHMG) được đặc biệt chú trọng do khả năng diệt khuẩn mạnh được ứng dụng vào xử lí và làm sạch nước. Bản thân OHMG không phải là chất oxi hoá điều đó đảm bảo tính ưu việt của chất diệt khuẩn này. Bài báo trình bày kết quả đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của OHMG ứng dụng trong xử lí nước thải Bệnh viện Đa khoa Đức Giang. Trần Văn Chung, Nguyễn Việt Bắc, Nguyễn Việt Hưng, Võ Hoàng Phương và Nguyễn Thu Hương 26 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Thực nghiệm * Hóa chất - OHMG dạng rắn, cloramin B dạng rắn. - K2HPO4, Na2SO3, frucsin kiềm, NaOH, HCl. - Vi khuẩn E.coli, coliform, agar, pepton, lactoza. * Thiết bị và dụng cụ - Ống đong 100 mL, pipep, buret. - Cân điện tử AAA250 - ADAM. - Máy đo pH HI2215 pH/ORP Meter. - Máy khuấy từ có gia nhiệt MSH 20 D/MP4. - Máy đo UV-Vis; Cốc thủy tinh loại 250 mL và 500 mL. - Tủ điều nhiệt BOD ở 20 oC. * Đối tượng nghiên cứu - Nước thải bệnh viện Đa khoa Đức Giang. Kết quả phân tích đặc tính, chỉ tiêu sinh hóa của nước thải bệnh viện Đức Giang tại khu vực lấy mẫu nghiên cứu, thời gian lấy mẫu từ 17 giờ đến 20 giờ hàng ngày được chỉ ra ở trong Bảng 1. Bảng 1. Đặc tính của nước thải bệnh viện Đức Giang Stt Thông số Đơn vị Kết quả QCVN 28:2010/ BTNMT (Cột B) 1 pH 7,5 6,5 - 8,5 2 BOD5 (20oC) mg/L 126 50 3 COD mg/L 241 100 4 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/L 130 100 5 Nitơ tổng số (NO3-) mg/L 25,5 10 6 Phốt phát (tính theo P) mg/L 15 10 7 Dầu mỡ động thực vật, mg/L 60 20 8 Tổng Coliform MPN/100 mL 95.103 5.103 Kết quả phân tích cho thấy các thông số đặc trưng cho sự ô nhiễm BOD5; COD; NO3-, đều vượt tiêu chuẩn cho phép. Hàm lượng coliform tổng số cao hơn gấp nhiều lần so với cột B tiêu chuẩn (QCVN 28:2010/BTNMT) quy định về giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm nước thải bệnh viện trước khi thải ra môi trường. * Cách tiến hành Có nhiều giải pháp hệ thống xử lí nước thải bệnh viện, song tại Bệnh viện Đa khoa Đức Giang đang áp dụng công nghệ như sơ đồ ở Hình 1. Quá trình thử nghiệm khả năng khử trùng của nước thải bệnh viện Đức Giang được thực hiện theo quy trình ở Hình 2. Khả năng diệt khuẩn của OHMG được tiến hành theo mẻ trong các cốc 250 mL, với tốc độ khuấy v = 250 vòng/phút. Trong quá trình thí nghiệm các mẫu được lấy theo thời gian để phân tích các chỉ tiêu vi sinh coliform, E. coli theo TCVN 6187-1996. Ngoài ra, để so sánh khả năng khử trùng của OHMG với các tác nhân khử trùng truyền thống khác, nhóm tác giả đã sửa dụng tác nhân khử trùng là cloramin B để so sánh. Quá trình thực nghiệm với chất khử trùng là cloramin B được tiến hành tương tự như đối với OHMG bằng cách thay thế cloramin B trong khâu khử trùng. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của oligohexametylen guanidin hydroclorua trên cơ sở xử lí 27 Hình 1. Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải tại bệnh viện Đức Giang 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 2 3 4 5 6 7 8 9 11 M¸ y khuÊy tõ N­íc th¶i Con khuÊy OHMG Hình 2. Sơ đồ quy trình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm 2.2. Kết quả và thảo luận 2.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ OHMG đến thời gian diệt khuẩn Bảng 2. Ảnh hưởng của nồng độ OHMG đến thời gian diệt khuẩn Nồng độ OHMG Thông số Thời gian, phút 0 5 10 20 30 Mẫu nước thải đầu vào MPN/100 mL 12565 12565 12565 12565 12565  (%) 0 0 0 0 0 1 ppm MPN/100 mL 12565 8510 7440 5840 5210  (%) 0 32,2 40,8 53,5 58,5 5 ppm MPN/100 mL 12565 7125 6240 4680 4150  (%) 0 43,3 50,3 62,7 66,9 10 ppm MPN/100 mL 12565 6210 4100 3120 2650 Hiệu suất  (%) 0 50,5 67,3 75,2 78,9 (MPN/100mL: Đơn vị đo của phương pháp có số xác suất lớn nhất -Most Probable Number,  (%) là phần trăm (hiệu suất) diệt khuẩn theo thời gian). Trần Văn Chung, Nguyễn Việt Bắc, Nguyễn Việt Hưng, Võ Hoàng Phương và Nguyễn Thu Hương 28 Lần lượt thử nghiệm nồng độ OHMG với các mức 1 ppm; 5 ppm; 10 ppm, thu được kết quả phân tích coliform trong Bảng 2. Qua kết quả phân tích coliforom có trong nguồn nước sau khi xử lí, ta thấy khả năng diệt khuẩn OHMG có tác dụng ngay ở mức 1 ppm, số vi khuẩn coliform giảm đi rất nhiều so với mẫu nước thải đầu vào. Với nồng độ 10 ppm số vi khuẩn coliform chỉ còn rất ít, đạt hiệu suất 78,9%. Như vậy, hiệu suất diệt khuẩn của OHMG là rất cao và có tác dụng rất nhanh khi ở nồng độ cao. 2.2.2. Ảnh hưởng của cặn lơ lửng đến thời gian diệt khuẩn Tiến hành hai thí nghiệm song song cùng một lúc ở cùng nồng độ OHMG 10 ppm, một mẫu nước thải được lọc và một mẫu không được lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng ở thí nghiệm này là SS = 130 mg/L. Kết quả phân tích coliform mẫu nước sau khi xử lí bằng OHMG được thể hiện trong Bảng 3. Bảng 3. Ảnh hưởng của cặn lơ lửng đến thời gian diệt khuẩn Mẫu Thông số Thời gian, phút 0 5 10 20 30 Mẫu không lọc MPN/100 mL 18650 8550 7360 6370 5430 Hiệu suất  (%) 0 54,1 60,5 65,8 70,1 Mẫu có lọc MPN/100 mL 11850 4760 2560 1750 970 Hiệu suất  (%) 0 59,8 78,4 85,2 91,8 Qua Bảng 3 ta nhận thấy khả năng diệt khuẩn của OHMG đối với mẫu nước thải lọc và không lọc khác nhau rõ ràng. Hàm lượng cặn lơ lửng trong khoảng (100,0  130,0) mg/L thì hiệu suất khử trùng chỉ đạt khoảng (65  70)% so với hiệu suất xấp xỉ 92% khi không có chất rắn lơ lửng. Hiệu suất diệt khuẩn tăng do OHMG mang điện tích dương sẽ hút cả vi khuẩn và các cặn lơ lửng mang điện tích âm. Khi cặn lơ lửng trong nước thải nhiều nó sẽ bám dính lên bề mặt tiếp xúc của OHMG , làm cho khả năng tiếp xúc với vi khuẩn giảm, dẫn đến khả năng diệt khuẩn cũng giảm theo. Do đó để đạt hiệu suất diệt khuẩn cao hơn ta nên tiến hành lọc nước thải loại bỏ hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong nước trước khi xử lí khử trùng bằng OHMG. 2.2.3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng diệt khuẩn của OHMG Tiến hành thí nghiệm như trên với mẫu nước thải có dãy pH từ 6,5 - 8,5. Khả năng diệt khuẩn của OHMG được thể hiện trong Bảng 4. Bảng 4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng diệt khuẩn của OHMG Stt Kí hiệu mẫu Kết quả sau xử lí bằng OHMG Coliform (MPN/100 mL) E. coli (MPN/100 mL) 1 Mẫu đầu vào 12560 415 2 Mẫu pH = 6,5 3560 185 3 Mẫu pH = 7 3150 126 4 Mẫu pH =7,5 2650 80 5 Mẫu pH = 8 2600 90 6 Mẫu pH = 8,5 2670 85 Phương pháp thử TCVN 6187-2-1996 Nghiên cứu đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của oligohexametylen guanidin hydroclorua trên cơ sở xử lí 29 Kết quả thí nghiệm với OHMG cho thấy, pH không ảnh hưởng quá nhiều đến hiệu suất xử lí của chất diệt khuẩn này (hiệu suất vẫn đạt 83 - 86%). Với các chất khử trùng thông thường trên cơ sở hợp chất của clo như cloramin B, thì pH ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng diệt khuẩn, khi pH tăng thì hiệu quả khử trùng giảm [3]. 2.2.4. So sánh sử dụng OHMG và cloramin B trong khử trùng nước thải Từ kết quả khảo sát và qua các tài liệu thu thập được cho thấy OHMG là một loại chất diệt khuẩn rộng ngay cả với nồng độ thấp và đặc tính diệt khuẩn cao. Hiệu quả diệt khuẩn của phân tử OHMG dựa trên các điện tích dương của nhóm guanidin nằm trong mỗi monome. Cơ chế của tác động là: Sự hấp phụ các điện tích âm trên thành tế bào vi khuẩn thu hút các ion +N tích điện dương của phân tử OHMG. Trên bề mặt của tế bào vi khuẩn, OHMG tạo thành một lưới phân tử ức chế các protein của màng tế bào thay đổi áp suất thẩm thấu và sự ổn định của tế bào. OHMG khuếch tán qua màng tế bào và gắn vào màng tế bào chất tạo thành một phức hợp với các phân tử phospholipid của bilayer lipid đó là ổn định hơn so với cấu trúc của màng. Cấu trúc của màng tế bào bị phá vỡ, các thành phần tế bào chất được thải ra môi trường và tế bào chết [6]. Trong khi quá trình khử trùng bằng cloramin B, khí Cl2 thường dư một lượng clo sau xử lí nhằm tính toán cho quá trình thất thoát qua đường ống, tuy nhiên hàm lượng clo dư trong nước thường có tác hại lớn nếu nguồn nước chứa nhiều hợp chất hữu cơ sẽ tạo ra hợp chất cơ clo, là một chất độc tác động tới sức khỏe con người. Kết quả so sánh giữa hai chất này được chỉ ra ở Bảng 5. Bảng 5. So sánh một số đặc điểm khử trùng giữa cloramin B và OHMG Stt Đặc điểm Khử trùng bằng cloramin B Khử trùng bằng OHMG 1 Tác dụng diệt khuẩn Nhanh, mạnh Nhanh, mạnh 2 Sản phẩm phụ Có Không 3 Mùi Có Không 4 Sử dụng Dễ sử dụng Dễ sử dụng 5 Bảo quản chất khử trùng Đơn giản Đơn giản 6 Đầu tư thiết bị Thấp Thấp Như vậy so với cloramin B thì OHMG là chất có hiệu lực diệt khuẩn cao, không độc hại, không tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm trong quá trình xử lí, dễ sử dụng, thân thiện với môi trường. 3. Kết luận - Chúng tôi đã nghiên cứu, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất khử trùng của oligohexametylen guanidin hydroclorua. Cụ thể với thời gian lưu là 30 phút, tốc độ khuấy cao phân tán nhanh chất diệt khuẩn, thì OHMG cho khả năng khử trùng cao ở ngay nồng độ thấp. - Đã giải thích được cơ chế diệt khuẩn của OHMG, cho thấy hiệu quả khử trùng và ít sinh sản phẩm phụ độc hại cho môi trường của hợp chất guanidine ưu việt hơn khi so sánh với hợp chất của clo diệt khuẩn theo cơ chế oxi hóa. Cho thấy đặc tính ưu việt cao của chất diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất guanidin và triển vọng khả năng ứng dụng của chế phẩm khử trùng này trong vệ sinh nước sạch và môi trường hiện nay tại Việt Nam và các nước Đông Nam Á. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tài nguyên và Môi trường, QCVN 28:2010/BTNMT, 2010. Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải y tế. [2] Bộ Tài nguyên và Môi trường, TCVN 6187-2-96, 1996. Chất lượng nước xác định và đếm vi khuẩn E.coli, coliform chịu nhiệt và Escherichia coli giả định. Trần Văn Chung, Nguyễn Việt Bắc, Nguyễn Việt Hưng, Võ Hoàng Phương và Nguyễn Thu Hương 30 [3] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 2002. Giáo trình công nghệ xử lí nước thải. Nxb Khoa học & Kĩ thuật, H. [4] Trần Đức Hạ, 2013. Công nghệ và công trình phù hợp xử lí nước thải bệnh viện. Tạp chí Môi trường, Tổng cục Môi trường. [5] Dafu Wei, Qiangxiang Ma, Yong Guan, Fuzeng Hu, Anna Zheng, Xi Zhang, Zheng Teng, HuaJiang, 2009. Structural characterization andantibacterial activity of oligoguanidine (polyhexamethyleneguanidinehydrochloride). Materials Science and Engineering C29, pp.1776-1780. [6] Mathias K. Oule, Richard Azinwi, Anne-Marie Bernier, Tano Kablan, Anne Marie Maupertuis, 2008. Polyhexamethylene guanidine hydrochloride-based disinfectant: a novel tool to fight meticillin-resistant Staphylococcus aureus and nosocomial infections. Journal of Medical Microbiology 57, pp. 1523-1528. Abstract Assessment of the bactericidal activities of oligohexamethylene guanidine hydrochloride based on wastewater treatment at Duc Giang Hospital Hospital wastewater is a substance of concern because it can be a serious environmental pollutant and it can be harmful to human life. Top concerns for the wastewater discharged by the hospital are suspended solids SS (mg/L), organic matter such as BOD205 and COD (mg/L), and disease-causing bacteria such as E.coli, Sallmonella and coliforms. Disease-causing bacteria can survive for a certain time in the environment and there is the possibility that they could survive and thrive on a living host with a resulting spread of that particular infectious disease. This is why hospital wastewater is different from other wastewater. In the recent years, a biocide on the base of guanidine compounds, guanidine hydrochloride as oligohexametylene (OHMG) and guanidine hydrochloride polyhexametylene (PHMG), has been used in many areas because these two substances are environmentally friendly. Oligohexamethylene guanidine hydrochloride (OHMG) has received more attention because it is a strong bactericide and can be used to clean water, and OHMG itself is not and antioxidant. In this paper, we present the results of an evaluation of bactericidal effect of OHMG when it is applied to wastewater from Duc Giang Hospital. Keywords: Polyhexamethylene guanidine hydrochloride, Oligohexamethylene guanidine hydrochloride, antimicrobial polymer, treating wastewater of Duc Giang Hospital.