Xây dựng mối tương quan giữa một số kháng sinh với chất lượng nước lưu vực sông Sài Gòn :Luận văn Thạc sĩ - Chuyên ngành : Quản lý Tài nguyên và Môi trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỖ NGUYỄN HÝ THIÊN

XÂY DỰNG MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA MỘT

SỐ KHÁNG SINH VỚI CHẤT LƯỢNG NƯỚC

LƯU VỰC SÔNG SÀI GÒN

Chuyên ngành: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Mã chuyên ngành: 60.85.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Phạm Hồng Nhật

Người phản biện 1: …………………………………………………………………

Người phản biện 2: …………………………………………………………………

Luận văn Thạc sỹ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sỹ Trường

Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm:

1. ......................................................................... - Chủ tịch Hội đồng

2. ......................................................................... - Phản biện 1

3. ......................................................................... - Phản biện 2

4. ......................................................................... - Ủy viên

5. ......................................................................... - Thư ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG VIỆN TRƯỞNG

PGS.TS Lê Hùng Anh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đỗ Nguyễn Hý Thiên MSHV: 16003091

Ngày, tháng, năm sinh: 18/06/1982 Nơi sinh: Bình Thuận

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã chuyên ngành: 60.85.01.01

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Xây dựng mối tương quan giữa một số kháng sinh với chất lượng nước lưu vực

sông Sài Gòn.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1. Đánh giá chất lượng nước và một số kháng sinh (Ciprofloxacin và Ofloxacin)

trong lưu vực sông Sài Gòn.

2. Xây dựng mối tương quan giữa 2 chất kháng sinh (Ciprofloxacin và Ofloxacin)

với các thông số hóa lý và các thông số chỉ thị sinh học.

3. Xây dựng bộ chỉ thị sinh học đánh giá mức độ ô nhiễm về chất kháng sinh.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo Quyết định giao số 1064/QĐ - ĐHCN ngày

08 tháng 05 năm 2018 của Hiệu trưởng trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ

Chí Minh.

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2019.

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Hồng Nhật

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS Phạm Hồng Nhật TS. Trần Thị Thu Thủy

VIỆN TRƯỞNG

PGS.TS Lê Hùng Anh

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành với PGS.TS Phạm Hồng Nhật -

Người Thầy đã tận tình hướng dẫn cho Tôi hoàn thành luận văn này. Bên cạnh việc

hoàn thành luận văn, Thầy đã truyền đạt cho Tôi rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức

chuyên ngành để tiếp tục hoàn thiện bản thân trong công việc và định hướng việc

nghiên cứu khoa học môi trường trong tương lai.

Tiếp đến Tôi xin cảm ơn Nghiên cứu sinh Nguyễn Phú Bảo - Người Anh và Người

Thầy đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Bên

cạnh đó, Tôi cũng xin cảm ơn các anh chị làm tại Phòng Quan Trắc Viện Nhiệt đới

Môi trường đã tận tình hỗ trợ Tôi trong việc phân tích và cung cấp các số liệu quan

trắc môi trường nước và các số liệu quan trắc chất lượng nước sông Sài Gòn.

Đồng thời Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả Quý thầy, cô - Viện Khoa học Công

nghệ và Quản lý Môi trường đã tận tình hỗ trợ, đóng góp ý kiến cũng như động viên

học viên rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn, đã truyền đạt những kiến

thức quý báu trong suốt quá trình đào tạo cao học tại trường.

Cuối cùng, học viên cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã giúp đỡ và

động viên tinh thần cho Tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

Dư lượng kháng sinh được xếp vào nhóm các chất ô nhiễm mới, đang tồn tại trong

các thành phần môi trường. Tần suất phát hiện dư lượng kháng sinh nhóm

Fluoroquinolone là 41% trong mẫu nước và 58% trong mẫu bùn/trầm tích [2]. Tuy

nhiên, do nồng độ chất kháng sinh trong nước rất nhỏ (khoảng vài trăm nano gram)

nên việc phân tích, đánh giá là gặp nhiều khó khăn.

Trên cơ sở đánh giá chất lượng nước về mặt hóa lý, sinh học và chất kháng sinh,

việc xây dựng mối tương quan giữa chúng nhằm mục đích đơn giản hóa quá trình

quan trắc và tối ưu thông số quan trắc sẽ góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho các

cơ quan quản lý môi trường hoàn thiện và phát triển hệ thống quan trắc chất lượng

môi trường nước mặt sông Sài Gòn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

• Có sự hiện diện của Ciprofloxacin và Ofloxacin tại tất cả các điểm quan trắc.

• Hiệu suất phân hủy CIP theo thời gian là khá cao, hầu hết đều có độ phân hủy

đạt trên 65%, hiệu suất phân hủy trung bình của CIP là tăng dần đều theo thời

gian.

• Trong nước sông Sài Gòn, nồng độ chất kháng sinh Ciprofloxacin và Ofloxacin

là có sự tương quan tuyến tính (Mức độ tương quan là khá cao với R2>0,91) với

nồng độ các thông số hóa lý nên có thể sử dụng mối tương quan này thông qua

nồng độ một số thông số hóa lý tiêu biểu để đánh giá về hiện trạng chất kháng

sinh trong môi trường nước.

• Nồng độ chất kháng sinh Ciprofloxacin và Ofloxacin là có sự tương quan tuyến

tính (Mức độ tương quan là ở mức trung bình khá với R2>0,76) với các thông số

chỉ thị sinh học nên có thể sử dụng mối tương quan này để đánh giá chất lượng

nước về chất kháng sinh.

Như vậy, dựa vào sự phân tích mối tương quan giữa chất kháng sinh với nồng độ

các thông số hóa lý và các chỉ thị sinh học nên có thể sử dụng các thông số hóa lý

và các thông số chỉ thị sinh học để đánh giá mức độ ô nhiễm chất kháng sinh trong

lưu vực sông Sài Gòn.

Từ khóa: Dư lượng kháng sinh: Ciprofloxaci, Ofloxacin; chất ô nhiễm mới; chất

lượng nước; quan trắc sinh học; chỉ thị sinh học.

iii

ABSTRACT

Antibiotic residues are classified as new pollutants, existing in environmental

components. The frequency of detection of Fluoroquinolone antibiotic residues was

41% in water samples and 58% in mud/sediment samples [2]. However, because the

antibiotic concentration in water is very small (about a few hundred nano grams) so

the analysis and evaluation is facing many difficulties.

Based on the physical, biological and antibiotic water quality assessment, the

correlation between them in order to simplify the monitoring process and optimize

the monitoring parameters will contribute to providing scientific basic for

environmental agencies to complete and develop the environmental monitoring

system for surface water of The Sagon River.

Research results show that:

• Ciprofloxacin and Ofloxacin are present at all monitoring points.

• CIP decomposition efficiency over time is quite high, most of them have

decomposition reaching over 65%, the average decomposition efficiency of CIP

is increasing steadily over time.

• In Saigon River water, antibiotic concentration of Ciprofloxacin and Ofloxacin

is linearly correlated (The correlation level is quite high with R2>0.91) with the

concentration of chemical and physical parameters so it can be used. This

correlation through the concentration of some typical physical and chemical

paramenters to assess the current status of antibiotics in the water environment.

• The concentration of antibiotics Ciprofloxacin and Ofloxacin is linearly

correlated (The correlation level is quite average with R2>0.76) with biological

indicator parameters, so the correlation block can be used. This is to assess the

water quality of the antibiotic.

So, based on the analysis of the correlation between antibiotics and the

concentration of physicochemical parameters and biological indicators, it is possible

to use physicochemical parameters and biological indicator parameters to evaluate

antibiotic pollution in the Saigon River basin.

Key words: Antibiotic residues: Ciprofloxacin, Ofloxacin; New Pollutant; Water

Quality; Biological Monitoring; Biomarkers.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Đỗ Nguyễn Hý Thiên, hiện đang công tác tại Công ty Cổ Phần Sài Gòn

Food, là tác giả của luận văn “Xây dựng mối tương quan giữa một số kháng sinh

với chất lượng nước lưu vực sông Sài Gòn”, xin cam đoan như sau:

Luận văn này là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự hướng dẫn

của PGS.TS Phạm Hồng Nhật, những kết quả và số liệu trình bày trong luận văn là

trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kỳ công trình nào.

Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của các tác giả khác; tài liệu tham

khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định.

Tôi xin cam đoan các nội dung ghi trên là đúng sự thật và hoàn toàn chịu trách

nhiệm về toàn bộ nội dung nghiên cứu và kết quả của luận văn.

Học viên

Đỗ Nguyễn Hý Thiên

v

MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... xi

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1

1 Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1

2 Mục tiêu nghiên cứu..............................................................................................3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................3

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn..................................................................4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU........................................................5

1.1 Tổng quan về sông Sài Gòn...........................................................................5

1.1.1 Tổng quan về sông Sài Gòn....................................................................5

1.1.2 Tầm quan trọng của tài nguyên nước mặt sông Sài Gòn........................8

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Sài Gòn...................11

1.1.4 Chất lượng nước sông Sài Gòn về hóa lý .............................................17

1.1.5 Hệ thủy sinh vật ....................................................................................28

1.2 Tổng quan về chất kháng sinh và dư lượng chất kháng sinh trong môi

trường nước sông Sài Gòn ....................................................................................30

1.2.1 Tình hình sản xuất, sử dụng và phát thải ô nhiễm chất kháng sinh......30

1.2.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về ô nhiễm chất kháng sinh .......38

1.2.3 Nguồn gốc kháng sinh trong nước sông Sài Gòn .................................41

1.2.4 Hiện trạng kháng sinh trong nước sông Sài Gòn..................................43

1.2.5 Cơ chế chuyển hóa chất kháng sinh trong môi trường nước ................45

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................46

2.1 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................46

2.2 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................46

2.2.1 Phương pháp thu thập thông tin và tổng hợp tài liệu............................46

vi

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa .............................................................48

2.2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu...............................................49

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu ....................................................................54

2.2.5 Sơ đồ khối các bước thực hiện..............................................................64

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................67

3.1 Chất lượng nước sông Sài Gòn....................................................................67

3.1.1 Chất lượng nước về hóa lý....................................................................67

3.1.2 Chất lượng nước về hệ thủy sinh ..........................................................77

3.1.3 Ô nhiễm chất kháng sinh ......................................................................83

3.2 Mối tương quan giữa chất kháng sinh với các thông số chỉ thị đánh giá chất

lượng nước trong nước sông Sài Gòn ...................................................................85

3.2.1 Sự phân hủy chất kháng sinh trong môi trường nước sông Sài Gòn....85

3.2.2 Tương quan giữa chất kháng sinh với các thông số chỉ thị về hóa lý...88

3.2.3 Tương quan giữa chất kháng sinh với các thông số chỉ thị về hệ TS...93

3.3 Xây dựng bộ chỉ thị đánh giá mức độ ô nhiễm nước về chất kháng sinh ...97

3.3.1 Xây dựng nhóm tiêu chí hóa lý đánh giá mức độ ô nhiễm nước sông về

chất kháng sinh..................................................................................................97

3.3.2 Xây dựng bộ chỉ thị sinh học đánh giá mức độ ô nhiễm nước về chất

kháng sinh .........................................................................................................99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................102

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN.................104

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................105

PHỤ LỤC................................................................................................................108

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .........................................................98

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Vị trí lưu vực sông Sài Gòn và phạm vi lưu vực nghiên cứu ......................7

Hình 1.2 Các hướng truyền triều và sự tạo thành các vùng giáp nước ở khu vực hạ

lưu sông Sài Gòn [4]..................................................................................12

Hình 1.3 Biểu đồ diễn biến pH tại các sông, rạch trên địa bàn Tp. Hồ Chí Minh....18

Hình 1.4 Biểu đồ diễn biến DO tại các sông, rạch trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh...18

Hình 1.5 Biểu đồ diễn biến TSS, COD, BOD5 tại các sông, rạch trên địa bàn TP.

HCM ..........................................................................................................19

Hình 1.6 Biểu đồ diễn biến NH4

+ và PO4

3-

tại các sông, rạch trên địa bàn TP. HCM

....................................................................................................................20

Hình 1.7 Biểu đồ diễn biến dầu mỡ tại các sông, rạch trên địa bàn Tp Hồ Chí Minh

....................................................................................................................20

Hình 1.8 Biểu đồ diễn biến tổng Coliform tại các sông, rạch trên địa bàn TP. HCM

....................................................................................................................21

Hình 1.9 Biểu đồ biểu diễn mức độ ô nhiễm tại các vị trí khảo sát ..........................24

Hình 1.10 Biểu đồ biểu diễn mức độ ô nhiễm N-NH4

+ Khu vực TP. HCM [7].......26

Hình 1.11 Biểu đồ biểu diễn mức độ ô nhiễm BOD5 ở khu vực TP. HCM [7]........26

Hình 1.12 Sự di chuyển và tác động của chất kháng sinh đến môi trường...............37

Hình 1.13 So sánh nồng độ (ng/l) chất kháng sinh trong nước sông Sài Gòn với một

số khu vực khác [22]..................................................................................44

Hình 1.14 Nồng độ tổng chất kháng sinh trong nước sông Sài Gòn [22].................44

Hình 2.1 Bản đồ các vị trí lấy mẫu............................................................................48

Hình 2.2 Lấy mẫu nước tại hiện trường....................................................................49

Hình 2.3 Dụng cụ lấy mẫu thủy sinh (động vật nổi và thực vật nổi)........................51

Hình 2.4 Phổ test dung dịch Tune gốc ......................................................................52

Hình 2.5 Phổ phân tích chuẩn chất kháng sinh Ciprofloxacin..................................53

Hình 2.6 Sơ đồ các bước nghiên cứu nội dung 1......................................................64

Hình 2.7 Sơ đồ các bước xác định hiệu suất phân hủy chất kháng sinh trong PTN.65

Hình 2.8 Sơ đồ các bước xây dựng mối tương quan.................................................65

Hình 2.9 Sơ đồ các bước xây dựng bộ chỉ thị...........................................................66

Hình 3.1 Biểu đồ diễn biến pH tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn ...............70

Hình 3.2 Biểu đồ diễn biến DO tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn...............71

Hình 3.3 Biểu đồ diễn biến TSS tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn .............71

Hình 3.4 Biểu đồ diễn biến NO3-N tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn. ........72

Hình 3.5 Biểu đồ diễn biến NH3-N tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn .........73

Hình 3.6 Biểu đồ diễn biến PO4

3-

-P tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn ........73

Hình 3.7 Biểu đồ diễn biến BOD5 tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn..........74

viii

Hình 3.8 Biểu đồ diễn biến COD tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn............74

Hình 3.9 Biểu đồ diễn biến coliform tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gòn.......75

Hình 3.10 Biểu đồ diễn biến chỉ số đa dạng (H’) thực vật nổi tại các điểm quan trắc

trên sông Sài Gòn.......................................................................................78

Hình 3.11 Biểu đồ diễn biến chỉ số ưu thế ((λ) thực vật nổi tại các điểm quan trắc

trên sông Sài Gòn.......................................................................................79

Hình 3.12 Biểu đồ diễn biến chỉ số đa dạng (H’) động vật nổi tại các điểm quan trắc

trên sông Sài Gòn.......................................................................................80

Hình 3.13 Biểu đồ diễn biến chỉ số ưu thế (D) động vật nổi tại các điểm quan trắc

trên sông Sài Gòn.......................................................................................81

Hình 3.14 Biểu đồ diễn biến chỉ số cân bằng (J) động vật nổi tại các điểm quan trắc

trên sông Sài Gòn.......................................................................................82

Hình 3.15 Biểu đồ phân bố nồng độ Ciprofloxacin và Ofloxacin trong nước sông

Sài Gòn tại các điểm lấy mẫu dọc sông Sài Gòn.......................................84

Hình 3.16 Diễn biến hiệu suất phân hủy CIP (nồng độ khoảng 0.0001389 -

0.0013892 mg/L) theo thời gian. ...............................................................87

Hình 3.17 Biểu đồ biểu diễn nồng độ CIP khi các thông số hóa lý ít tương quan

bằng 0.........................................................................................................91

Hình 3.18 Biểu đồ biểu diễn nồng độ OFLO khi các thông số hóa lý ít tương quan

bằng 0.........................................................................................................92

Hình 3.19 Biểu đồ biểu diễn nồng độ OFLO khi các thông số chỉ thị sinh học ít

tương quan bằng 0......................................................................................96

Hình 3.20 Biểu đồ biểu diễn nồng độ CIP khi các thông số chỉ thị sinh học ít tương

quan bằng 0................................................................................................97

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các chi lưu chính trên Sông Sài Gòn [4].....................................................6

Bảng 1.2 Tình trạng tài nguyên nước mặt ở tiểu lưu vực sông Sài Gòn [4]...............9

Bảng 1.3 Hiện trạng (2010) Dự báo lưu lượng trung bình của sông Sài Gòn tại Thủ

Dầu Một sau khi hồ Dầu Tiếng nhận nước từ hồ Phước Hòa ..................10

Bảng 1.4 Đánh giá tầm quan trọng của tài nguyên nước đối với phát triển KT-XH

trên lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai [4].................................................11

Bảng 1.5 Dự báo nhu cầu cấp nước và lượng nước thải đến năm 2025 [5]..............13

Bảng 1.6 Tải lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải sinh hoạt [5]....................13

Bảng 1.7 Tổng lượng nước thải từ các Khu công nghiệp, KCX tại Thành phố Hồ

Chí Minh đến năm 2020. ...........................................................................15

Bảng 1.8 Ước tính tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải của KCN/KCX [5].16

Bảng 1.9 Tổng hợp lưu lượng nước thải từ các nguồn thải trên địa bàn Tp. Hồ Chí

Minh đến năm 2015, 2020, 2025 [5] .........................................................17

Bảng 1.10 Vị trí lấy mẫu và số lượng điểm lấy mẫu [6]...........................................22

Bảng 1.11 Ký hiệu các điểm quan trắc .....................................................................25

Bảng 1.12 Chất lượng nước tầng mặt thông qua hệ thủy sinh vật [6] ......................28

Bảng 1.13 Phân loại kháng sinh theo nhóm [9]........................................................32

Bảng 1.14 Phân loại nhóm kháng sinh Quinolon theo phổ tác dụng [9] ..................33

Bảng 1.15 Độ thu hồi, hệ số biến thiên (CV), giới hạn phát hiện của phương pháp

(LOD), giới hạn định lượng của phương pháp (LOQ) [15].......................39

Bảng 2.1 Thang điểm đánh giá chất lượng nước Henna & Rya Sunoko, 1995........54

Bảng 2.2 Thang điểm đánh giá “Giá trị tính đa dạng” (Dv). Chen Qing Chao, 1994

....................................................................................................................55

Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa thực nghiệm xác định điều kiện phân hủy chất

kháng sinh CIP...........................................................................................58

Bảng 3.1 Kết quả phân tích chất lượng nước sông Sài Gòn .....................................68

Bảng 3.2 Kết quả phân tích hệ thủy sinh trong nước sông Sài Gòn .........................77

Bảng 3.3 Kết quả phân tích Ciprofloxacin và Ofloxacintrong nước sông Sài Gòn..83

Bảng 3.4 Kết quả phân tích nồng độ CIP và tính toán hiệu suất phân hủy CIP .......85

Bảng 3.5 Các hệ số trong mô hình hồi quy tuyến tính và (chất kháng sinh -

thông số hóa lý)..........................................................................................88

Bảng 3.6 Phần dư trong mô hình đối với dữ liệu thu được (chất kháng sinh - thông

số hóa lý)....................................................................................................89

Bảng 3.7 Các hệ số trong mô hình hồi quy tuyến tính và (chất kháng sinh - chỉ

số chỉ thị sinh học).....................................................................................93