Tài liệu Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc trên polyurethane mút xốp nhằm xử lý nguồn nước uống nhiễm khuẩn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH PTN CÔNG NGHỆ NANO ĐỖ BÁCH KHOA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO BẠC TRÊN POLYURETHANE MÚT XỐP NHẰM XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC UỐNG NHIỄM KHUẤN LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PTN CÔNG NGHỆ NANO ĐỖ BÁCH KHOA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO BẠC TRÊN POLYURETHANE MÚT XỐP NHẰM XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC UỐNG NHIỄM KHUẤN Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Thị Phương Phong Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 LỜI CẢM ƠN! Trong quá trình thực hiện đề tài này, em luôn nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Trƣớc tiên, em xin chân thành cảm ơn cô TS. Nguyễn Thị Phƣơng Phong đã luôn giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc cùng toàn thể nhân viên Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano – ĐHQG TP.HCM đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn Th.s Ngô Võ Kế Thành và C.N Phan Huê Phƣơng PTN Công nghệ nano – ĐHQG TP.HCM đã giúp tôi trong quá trình tạo mẫu và phân tích mẫu. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn động viên, chia sẽ trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn. Đỗ Bách Khoa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình của tôi và nhóm nghiên cứu. Các kết quả trong luận án là trung thực và không sao chép trong bất cứ công trình nào khác. Đỗ Bách Khoa MỤC LỤC Trang bìa phụ Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các đồ thị & sơ đồ Danh mục các hình vẽ Lời nói đầu Tình hình nghiên cứu đề tài nano bạc trên thế giới và ở Việt Nam Chƣơng 1 TỔNG QUAN .............................................................................................. 1 1.1 NGUỒN NƢỚC NHIỄM KHUẨN – TÁC NHÂN GÂY BỆNH........................ 2 1.1.1 Các vi sinh vật gây bệnh trong nƣớc…………………………………….. 2 1.1.2 Các vi sinh vật chỉ thị mức độ vệ sinh của nƣớc………………………… 2 1.1.3 Các chỉ tiêu vi sinh vật trong nƣớc .............................................................. 4 1.2 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÍ NGUỒN NƢỚC ........................................................... 7 1.2.1.Khử trùng bằng đun sôi ................................................................................. 7 1.2.2.Khử trùng bằng chlor dang bột hoặc nƣớc Javel ........................................... 7 1.2.3.Khử trùng bằng tia UV.................................................................................. 7 1.2.4.Xử lý bằng dung dịch iod..............................................................................8 1.2.5.Các biện pháp khác.......................................................................................8 1.3 VẬT LIỆU NANO.................................................................................................. 8 1.3.1 Khoa học, công nghệ và vật liệu nano ......................................................... 8 1.3.2 Tính chất vật liệu nano................................................................................. 9 1.3.3 Phân loại vật liệu nano ............................................................................... 13 1.3.4 Hạt nano kim loại ....................................................................................... 14 1.3.5 Phƣơng pháp chung chế tạo hạt nano kim loại .......................................... 14 1.3.6 Các phƣơng pháp cụ thể điều chế hạt nano Ag ......................................... 16 1.3.7 Chất ổn định hạt nano Ag .......................................................................... 19 1.4 TÍNH CHẤT KHÁNG KHUẨN CỦA HẠT NANO KIM LOẠI ....................... 20 1.5 ỨNG DỤNG CỦA NANO BẠC .......................................................................... 23 Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 24 2.1 PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO DUNG DỊCH KEO NANO BẠC.......................... 25 2.1.1 Hóa chất ..................................................................................................... 25 2.1.2 Thiết bị và dụng cụ .................................................................................... 25 2.1.3 Qui trình điều chế………………………………………………………..25 2.1.4 Thuyết minh qui trình……………………………………………………26 2.2 PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU P.U TẨM NANO BẠC……………..27 2.2.1 Phƣơng pháp ngâm tẩm ............................................................................. 27 2.2.2 Phƣơng pháp in – situ ...............................................................................27 2.3 PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA DUNG DỊCH KEO NANO BẠC VÀ VẬT LIỆU PU TẨM NANO BẠC ......................................... 28 2.3.1 Chủng vi sinh vật và nguồn nƣớc ............................................................. 28 2.3.2 Hóa chất và nguyên liệu............................................................................. 29 2.3.3 Thiết bị và dụng cụ .................................................................................... 31 2.3.4 Khảo sát tính kháng khuẩn của dung dung dịch nano bạc ......................... 31 2.3.5 Khảo sát tính kháng khuẩn của màng polyurethane có chứa nano bạc ..... 32 2.3.6 Phƣơng pháp phân tích Coliforms, E.coli từ nguồn nƣớc do Công Ty Thành Long cung cấp trƣớc và sau khi xử lý với tấm PU/Ag......................................33 2.3.7 Phƣơng pháp phân tích hóa lý dung dịch nano bạc và vật liệu P.U/Ag .... 35 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................................... 36 3.1 CHẾ TẠO DUNG DỊCH NANO BẠC ................................................................ 37 3.1.1 Xác định sự hiện diện của hạt nano bạc và thời gian phản ứng ................ 37 3.1.2 Xác định kích thƣớc hạt nano bạc……………………………………… 46 3.1.3 Xác định độ bền, ổn định của dung dịch nano bạc tạo thành……...…….48 3.1.4 Hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc………………………....50 3.2 HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA VẬT LIỆU PU TẨM NANO BẠC…...56 3.2.1 Các kết quả chế tạo vật liệu polyurethane tẩm nano bạc…………….…..56 3.2.2 Khảo sát tính kháng khuẩn E.coli trên tấm PU tẩm nano bạc………...…60 3.2.3 Khảo sát tính kháng coliforms và E.coli của cột lọc polyurethane tẩm nano bạc trên nguồn nƣớc do công ty Thành Long cung cấp……………...……………….63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………….….67 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………69 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TEM : hiển vi điện tử truyền qua UV-VIS : phổ hồng ngoại và khả kiến AAS : phổ hấp thụ nguyên tử PVP : polyvinylpyrrolidone FE – SEM : Hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano hình cầu ...................... 10 Bảng 1.2 Độ dài đặc trƣng cho một số tính chất của vật liệu ................................... 12 Bảng 3.1 Khảo sát quá trình điều chế nano bạc ........................................................ 39 Bảng 3.2 Giá trị độ hấp thu A theo thời gian t của dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 0,046g ................................................................................. 40 Bảng 3.3 Giá trị độ hấp thu A theo thời gian t của dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 0,28g ................................................................................... 42 Bảng 3.4 Giá trị độ hấp thu A theo thời gian t của dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 nhƣ nhau và hàm lƣợng PVP khác nhau............................44 Bảng 3.5 Độ hấp thu và độ giảm của độ hấp thu của dung dịch nano bạc theo thời gian………………………………………………………………………49 Bảng 3.6 Hoạt tính kháng khuẩn E.coli của các dung dịch nano bạc……………...50 Bảng 3.7 Hoạt tính kháng khuẩn Bacillus Subtilis của các dung dịch nano bạc......53 Bảng 3.8 Các dữ liệu phổ tán xạ Raman của mẫu polyurethane không tẩm bạc….59 Bảng 3.9 Hoạt tính kháng khuẩn E.coli trên các tấm PU/Ag (M1, M2, M3, M4)......61 Bảng 3.10 Mật độ Coliforms trong mẫu nƣớc đã đƣợc lọc.........................................64 Bảng 3.11 Mật độ E.coli trong mẫu nƣớc đã đƣợc lọc……………………………..66 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ & SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Quy trình điều chế dung dịch nano bạc ..................................................... 25 Đồ thị 3.1 Đồ thị độ hấp thu A theo t ứng với lƣợng AgNO3 0,046g ......................... 41 Đồ thị 3.2 Đồ thị độ hấp thu A theo t ứng với lƣợng AgNO3 0,28g ........................... 43 Đồ thị 3.3 Hiệu suất kháng E.coli của các dung dịch nano bạc. ................................. 51 Đồ thị 3.4 Hiệu suất kháng B. subtilis của các dung dịch nano bạc...........................53 Đồ thị 3.5 Hiệu suất kháng E.coli của màng PU tẩm nano bạc……………………..61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Coliforms...................................................................................................... 3 Hình 1.2 Escherichia Coli .......................................................................................... 3 Hình 1.3 Thang kích thƣớc ......................................................................................... 9 Hình 1.4 Hai nguyên lí để chế tạo nano bạc ............................................................. 15 Hình 1.5 Tổng quát quá trình hình thành nano bạc ................................................. 17 Hình 1.6 Hình TEM và sự phân bố hạt nano chế tạo bằng sung laser...................... 18 Hình 1.7 Phổ UV-Vis của phƣơng pháp vi sóng và phƣơng pháp thông thƣờng ..... 19 Hình 1.8 Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc ................................................................ 21 Hình 1.9 Các nhóm sản phẩm ứng dụng của nano bạc ............................................. 23 Hình 1.10 Thiết bị lọc nƣớc ........................................................................................ 23 Hình 2.1 Khuấy phân tán và hòa tan PVP trong Ethylen glicol ............................... 26 Hình 2.2 Khuấy phân tán AgNO3 trong PVP và Ethylen glicol ............................... 26 Hình 2.3 Thực hiện phản ứng trong lò vi sóng ......................................................... 27 Hình 3.1 Sự biến đổi của dung dịch trong quá trình điều chế nano bạc .................. 37 Hình 3.2 Phổ UV – Vis của dung dịch nano bạc ...................................................... 38 Hình 3.3 Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 0,046g 40 Hình 3.4 Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc ứng với hàm lƣợng AgNO3 0,28g.. 42 Hình 3.5 Phổ UV – Vis của dung dịch nano bạc có Hình 3.6 Phổ UV–Vis dung dịch nano bạc với hàm lƣợng AgNO3 khác nhau ........ 45 Hình 3.7 Ảnh TEM và đồ thị phân bố kích thƣớc hạt nano Ag với hàm lƣợng AgNO3 0,28g.............................................................................................. 46 Hình 3.8 Ảnh TEM và đồ thị phân bố kích thƣớc hạt hạt nano bạc với hàm lƣơng AgNO3 0,046g............................................................................................ 47 Hình 3.9 Dung dịch nano bạc dùng cho thí nghiệm khảo sát tính bền ..................... 48 PVP khác nhau ................... 44 AgNO3 Hình 3.10 Phổ UV-Vis khảo sát tính bền của dung dịch nano bạc ............................ 49 Hình 3.11 Hoạt tính kháng khuẩn E.coli của các dung dịch nano bạc trong thời gian 15 phút, 5 giờ và 24 giờ ............................................................................. 52 Hình 3.12 Hoạt tính kháng khuẩn Bacillus Subtilis của các dung dịch nano bạc trong thời gian 15 phút, 5 giờ và 24 giờ .............................................................. 55 Hình 3.13 Các mẫu polyurethane tẩm nano bạc ở các dung dịch tẩm khác nhau ...... 56 Hình 3.14a Phổ Raman của mẫu PU trắng không tẩm nano bạc ( M0 ) ....................... 57 Hình 3.14b Phổ Raman của mẫu PU trắng tẩm dung dịch nano bạc ( M1) .................. 57 Hình 3.14c Phổ Raman của mẫu PU trắng tẩm dung dịch nano bạc ( M2 ) ................ 58 Hình 3.14d Phổ Raman của mẫu PU trắng tẩm dung dịch nano bạc ( M3 ) ................. 58 Hình 3.15 Ảnh FE – SEM của mẫu PU tẩm nano bạc ................................................ 60 Hình 3.16 Phổ FE – SEM/ EDS của mẫu polyurethane tẩm dung dịch nano bạc ...... 60 Hình 3.17 Khảo sát tính kháng E.coli của mẫu PU/Ag trong thời gian 15 phút ........ 62 Hình 3.18 Khảo sát tính kháng E.coli của mẫu PU/Ag trong thời gian 5 giờ ............ 62 Hình 3.19 Khảo sát tính kháng E.coli của mẫu PU/Ag trong thời gian 24 giờ .......... 63 Hình 3.20 Kết quả khảo sát khả năng kháng coliforms của cột lọc PU/Ag................ 65 Hình 3.21 Kết quả khảo sát tính kháng khuẩn E.coli của cột lọc PU/Ag ................... 66 LỜI MỞ ĐẦU Nhiễm khuẩn môi trƣờng nƣớc là một vấn đề cấp bách không phải chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới, đặc biệt tại các nƣớc kém phát triển. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã cảnh báo rằng 80% trƣờng hợp bệnh tật tại các nƣớc nghèo là do nguồn nƣớc bị nhiễm khuẩn. Ngay tại thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh thành lân cận đã cảnh báo sự ô nhiễm của nguồn nƣớc uống. Có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nguồn nƣớc nhiễm khuẩn nhƣ sử dụng màng lọc vi khuẩn, đun sôi nƣớc, sử dụng các nguồn hoá chất khác nhau (chlor, iod,…) hoặc các nguồn UV, ozone,…Gần đây, công nghệ nano phát triển mạnh mẽ và thực sự đi vào đời sống của con ngƣời, trong đó công nghệ nano bạc chiếm tầm quan trọng đáng kể. Nano bạc có khả năng diệt khuẩn nhanh, hiệu quả cao và ứng dụng nhiều trong sản phẩm gia dụng, y tế, vệ sinh môi trƣờng. Về công nghệ nano bạc xử lý nguồn nƣớc uống nhiễm khuẩn trên thế giới đã có màng lọc vi khuẩn nano bạc, cột xử lý nƣớc dùng than hoạt tính tẩm bạc và tấm polyurethan tẩm nano bạc. Tại Việt Nam, nano bạc đã xuất hiện trong một số sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực mỹ phẩm. Tuy vậy có rất ít các nghiên cứu về nano bạc với mục đích xử lý nguồn nƣớc uống nhiễm khuẩn. Mục tiêu của luận văn này là điều chế dung dịch nano bạc và vật liệu polyurethane mang nano bạc đồng thời khảo sát độ bền, khả năng kháng khuẩn của dung dịch nano bạc cũng nhƣ của vật liệu polyurethane xốp tẩm các hạt bạc có kích thƣớc nano trên nguồn nƣớc uống bị nhiễm khuẩn. Đây là một kỹ thuật xử lý mới, ít tốn kém, dễ dàng thực hiện ở những vùng nông thôn hoặc những vùng sâu, vùng xa nhằm đem lại nguồn nƣớc sạch, cải thiện đời sống ngƣời dân. Chương 1: TỔNG QUAN 1 Chương 1: Tổng quan 1.1. NGUỒN NƯỚC NHIỄM KHUẨN – TÁC NHÂN GÂY BỆNH Nước là một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên cơ bản và quý giá nhất. Các chuyên gia cho rằng trong thế kỷ 21 nước sẽ quý giá như dầu mỏ. Song nguồn tài nguyên này càng ngày càng bị sử dụng quá mức, gây ô nhiễm nghiêm trọng và nước đã trở thành nguồn sinh sản ra nhiều tác nhân gây bệnh. Theo tổ chức Y tế thế giới đã khuyến cáo, 80% trường hợp bệnh tật ở các nước nghèo là do nguồn nước nhiễm khuẩn và cũng theo qui định của tổ chức này, nước uống phải không có vi khuẩn E.coli nào trong bất kỳ 100ml mẫu nước khảo sát. Nếu phát hiện có vi khuẩn này thì dù một lượng rất nhỏ (vết) cũng phải lập tức xử lý ngay. Việc lan truyền các dịch bệnh qua nước uống đã trở thành mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia. Các bệnh truyền nhiễm của con người như thương hàn, kiết lỵ, dịch tả, viêm gan và tiêu chảy là do các vi sinh vật có quan hệ với nước uống ô nhiễm gây nên [32]. 1.1.1 Các vi sinh vật gây bệnh trong nước Trong số các đối tượng vi sinh vật gây bệnh sống trong nước phải kể đến một số đại diện gây bệnh nguy hiểm [8]: *Salmonella typhi gây bệnh thương hàn với các triệu chứng xuất huyết tiêu hóa, nhiễm khuẩn huyết, sốt kéo dài, li bì, gây ra biến chứng trụy tim mạch... *Vibrio Cholera gây bệnh tả biểu hiện chủ yếu bằng nôn và tiêu chảy với số lượng lớn dẫn đến mất nước và chất điện giải trầm trọng, gây sốc nặng có thể dẫn đến tử vong. *Shigella gây bệnh lỵ trực khuẩn ở người, đây là một bệnh truyền nhiễm có thể gây thành các vụ dịch địa phương. Thương tổn đặc hiệu ở ruột già, biểu hiện bằng hội chứng lỵ với các triệu chứng: đau bụng quặn, đi ngoài nhiều lần, phân thường có máu. *Clostridium perfringens gây nhiễm độc thần kinh, viêm ruột hoại tử, ngộ độc thực phẩm với các triệu chứng đau bụng, tiêu chảy. *Klebsiella pneumoniae gây các bệnh cơ hội như viêm phổi, viêm phế quản phổi thứ phát sau cúm, sau sởi, sau ho gà, nhiễm trùng máu (thường gặp ở những bệnh nhân bị suy kiệt như xơ gan, ung thư máu, suy tủy...). Ngoài ra còn có thể gây nhiễm trùng đường tiết niệu, đường mật hoặc đường sinh dục, viêm màng não, viêm tai, viêm xoang và viêm nội tâm mạc. *Pseudomonas aeruginosa gây viêm màng trong tim, viêm đường hô hấp, viêm phổi; nhiễm trùng máu, da, đường tiết niệu; viêm màng não mủ; viêm tủy xương. *E. coli gây tiêu chảy, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, đường sinh dục, nhiễm khuẩn gan mật, nhiễm khuẩn huyết. 1.1.2. Các vi sinh vật chỉ thị mức độ vệ sinh của nước Trong thực tế không thể xác định tất cả các vi sinh vật gây bệnh qua đường nước vì phức tạp và tốn khá nhiều thời gian. Mục tiêu của việc kiểm tra vệ sinh nước 2 Chương 1: Tổng quan là xác định mức độ an toàn của nước đối với sức khỏe con người. Do vậy có thể dùng vài vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm phân để đánh giá mức độ ô nhiễm từ rác, phân người và động vật. Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm phân là Coliforms, Streptococci, Clostridia chúng thường hiện diện trong phân người và động vật. Trong số các vi sinh vật trên, E. coli là loại trực khuẩn đường ruột có thời gian sống trong nước gần giống với những vi sinh vật gây bệnh khác và nó là loài được quan tâm nhiều nhất về vệ sinh an toàn thực phẩm. Sự có mặt của E. coli ở số lượng lớn chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn phân rác và có khả năng tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác. Sau đây là một số đặc điểm liên quan đến các vi sinh vật thường được kiểm soát trong nước. 1.1.2.1.Coliforms Coliforms từ lâu đã được biết như là nhóm vi sinh vật dùng để chỉ thị chất lượng nước uống, vì người ta đã tìm thấy chúng trong nước bị nhiễm bẩn mà đặc biệt là phân người và động vật. Nhóm Coliform gồm những vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí tùy ý, gram âm, hình que, không sinh bào tử, lên men đường lactose và sinh hơi trong môi trường nuôi cấy lỏng, phát triển ở 30-370C, chúng thường được tìm thấy trong phân và môi trường bẩn (nước bẩn, đất, các chất thối rửa của động thực vật...) [9]. Dựa vào nhiệt độ tăng trưởng, nhóm này lại được chia thành hai nhóm nhỏ là Coliforms và Coliforms phân có nguồn gốc từ phân của các loài động vật. Trên thực tế kiểm nghiệm, Coliforms phân được quan tâm nhiều hơn Coliforms. Coliforms phân có nguồn gốc từ ruột người và các động vật máu nóng bao gồm các giống Escherichia, Klebsiella và Enterobacter. Chúng có khả năng lên men lactose sinh hơi, sống được ở nhiệt độ 44oC, có khả năng thủy phân tryptophan trong môi trường sinh indol và không sử dụng citrate làm nguồn carbon duy nhất. Khi Coliforms phân hiện diện ở số lượng lớn trong mẫu nước thì mẫu có khả năng bị nhiễm phân và có khả năng chứa các vi sinh vật gây bệnh hiện diện trong phân. Trong các thành viên của nhóm Coliforms phân thì E. coli là loài được quan tâm nhiều nhất về vệ sinh an toàn thực phẩm [13]. 1.1.2.2. E. coli E. coli là vi sinh vật hiếu khí tùy ý, gram âm, thuộc nhóm Coliforms, thường xuyên hiện diện trong đường ruột của người và các loài động vật máu nóng. Các loài E. coli hiện diện rộng rãi trong môi trường bị ô nhiễm phân hay chất thải hữu cơ. Chúng phát triển và tồn tại rất lâu trong môi trường này. Gần đây người ta còn chứng minh được rằng E. coli cũng hiện Hình 1.1: Coliforms Hình 1.2: Escherichia Coli 3 Chương 1: Tổng quan diện ở những vùng nước ấm, không bị ô nhiễm chất hữu cơ. Do sự phân bố rộng rãi trong tự nhiên nên E. coli dễ dàng nhiễm vào thực phẩm từ nguyên liệu hay thông qua nguồn nước trong quá trình sản xuất, chế biến [9]. E. coli có thể phát triển dễ dàng trên các môi trường nuôi cấy thông thường và một số môi trường tổng hợp đơn giản. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của E.coli là 370C, pH thích hợp là 7 đến 7,2. E. coli lên men nhiều loại đường sinh acid và sinh hơi như: glucose, lactose, ramnose; cho phản ứng indol dương tính, đỏ methyl dương tính, VP âm tính, citrate âm tính, urease âm tính, H2S âm tính. Hầu hết các loài E. coli không gây hại và đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định sinh lý đường ruột. Tuy nhiên có 4 dòng có thể gây bệnh cho người và một số loài động vật là Enterophathogenic E. coli (EPEC), Enterotoxigenic E. coli (ETEC), Enteroinvasive E. coli (EIEC) và Enterohaemorrhagic E. coli (EHEC)/Verocytoxin E. coli (VREC) hay E. coli O157:H7. Các dòng E. coli gây bệnh gây ra các triệu chứng rối loạn đường tiêu hóa. Biểu hiện lâm sàng thay đổi từ nhẹ đến rất nặng, có thể gây chết người tùy thuộc vào mức độ nhiễm, dòng gây nhiễm và khả năng đáp ứng của từng người [48]. Enterotoxigenic E. coli (ETEC) là loại E. coli sinh độc tố ruột. ETEC là một nguyên nhân quan trọng gây tiêu chảy nặng ở người. Bệnh tiêu chảy do ETEC xảy ra chủ yếu ở các xứ nhiệt đới và có thể gặp ở các lứa tuổi khác nhau, nhưng đặc biệt thường thấy ở trẻ nhỏ, bệnh nặng dễ dẫn tới tình trạng kiệt nước và rối loạn điện giải. Enteropathogenic E. coli (EPEC): EPEC hiện nay được biết gồm một số type huyết thanh thường gây bệnh tiêu chảy cấp (bệnh viêm dạ dày - ruột) ở trẻ em lứa tuổi nhỏ (trẻ dưới một tuổi), có thể gây thành dịch. Các vụ dịch do EPEC thường hay gặp trong bệnh viện. Enteroinvasive E. coli (EIEC): là loại E. coli gây bệnh bằng cơ chế xâm nhập tế bào biểu mô niêm mạc ruột, gây tiêu chảy ở người lớn và trẻ em với những triệu chứng bệnh lý là đau bụng quặn, mót rặn, đi tiêu nhiều lần, phân có nhiều mũi nhầy và máu. Enterohemorrhagic E. coli (EHEC): EHEC là một trong những tác nhân gây tiêu chảy có thể dẫn tới viêm đại tràng xuất huyết và hội chứng tan máu - ure huyết. EHEC là những chủng E. coli có khả năng sản xuất một độc tố gây độc tế bào Vero (Verocytotoxin), gọi là VT . Ngoài ra, E. coli còn có thể gây ra nhiễm khuẩn đường tiết niệu, đường sinh dục, nhiễm khuẩn gan mật, viêm màng não ở trẻ còn bú, nhiễm khuẩn huyết [48]. 1.1.3. Các chỉ tiêu vi sinh vật trong nước Nước được dùng cho sản xuất, sinh hoạt và chế biến thực phẩm. Tùy theo mục đích sử dụng của nước mà các chỉ tiêu vi sinh vật được kiểm tra sẽ thay đổi. Đối với nước tự nhiên, nước sản xuất nông ngư nghiệp và nước sinh hoạt cần phải đảm bảo không bị nhiễm phân, không mang mầm bệnh bằng cách kiểm nghiệm vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm phân ví dụ như Coliforms, Coliforms phân. 4 Chương 1: Tổng quan Đối với nước uống và các loại nước giải khát ngoài các chỉ tiêu về vi sinh vật chỉ thị một số vi sinh vật gây bệnh khác cũng phải được kiểm tra tùy thuộc vào nguy cơ nhiễm [9]. Sau đây là tiêu chuẩn về nước với các mục đích sử dụng khác nhau 1.1.3.1.Nước dùng cho mục đích sản xuất, sinh hoạt Các loại nước dùng cho mục đích này được gọi chung là nước mặt, tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam quy định hai mức như sau: *Loại A dùng làm nguồn cung cấp nước sinh hoạt nhưng phải qua quá trình xử lý, giới hạn tối đa số Coliforms cho phép là 5000 MPN/100ml *Loại B dùng cho các mục đích khác, giới hạn tối đa số Coliforms cho phép là 10000 MPN/100ml. 1.1.3.2.Nước uống Đáp ứng yêu cầu về chất lượng nước ăn uống là một vấn đề khó khăn và phức tạp. Nước dùng cho mục đích này không được chứa bất kỳ loại vi khuẩn gây bệnh nào. Tuy nhiên, có nhiều chủng loại vi sinh vật gây bệnh sống trong nước và phương pháp xác định chúng rất phức tạp. Nguồn gây nhiễm vi sinh vật vào nước chủ yếu là do nước bị ô nhiễm phân người và động vật. Do vậy để đánh giá chất lượng vệ sinh của nước uống về mặt vi sinh vật, người ta thường khảo sát các vi sinh vật chỉ điểm cho sự nhiễm phân. Vi khuẩn sử dụng làm chỉ điểm cho sự nhiễm phân của nước phải có những đặc thù sau [48]: - Thường xuyên có mặt với một số lượng lớn trong phân người và động vật máu nóng - Dễ dàng được xác định bằng những phương pháp đơn giản - Không có mặt trong nước tự nhiên - Tốc độ phát triển và tiêu diệt trong nước của những vi khuẩn này tương tự như những vi khuẩn gây bệnh. Căn cứ vào các tiêu chí trên, người ta thường dùng những loại vi khuẩn sau đây để làm chỉ điểm cho sự nhiễm phân của nước: + Coliforms tổng số + Coliforms phân + E. coli + Clostridium Perfringens Nước uống bao gồm nước đóng chai, nước giải khát (không cồn, có cồn). Tiêu chuẩn Nhà Nước (TCVN 6096-1995 ,TCVN 5042-1994) quy định về vi sinh vật trong các dạng nước này là như sau: 5 Chương 1: Tổng quan a.Nước uống đóng chai Mức tối đa cho phép Chỉ tiêu 1. Coliforms (MPN/100ml) 0 2. Coliforms phân (MPN/100ml) 0 3. E. coli (CFU/100ml) 0 4. Clostridium khử sunfit (CFU/100ml) 0 5. Streptococci phân (CFU/100ml) 0 MPN : Most Probable Number (số có xác suất cao nhất) CFU : Colony Forming Unit (đơn vị hình thành khuẩn lạc) b.Nước giải khát không cồn Mức tối đa cho phép Không đóng chai Đóng chai 5*104 102 2. E. coli (CFU/1000ml) 3 0 3. C. perfringens 0 0 4. Leuconostoc 0 0 103 0 0 0 Chỉ tiêu 1. TSVKHK (CFU/100ml) 5. Nấm men - nấm mốc (CFU/ml) 6. S. aureus TSVKHK: Tổng số vi khuẩn hiếu khí c.Nước giải khát có cồn Chỉ tiêu Mức tối đa cho phép Không đóng chai Đóng chai 103 102 2. E. coli (CFU/1000ml) 0 0 3. C. perfringens 0 0 0 0 102 0 0 0 1. TSVKHK (CFU/100ml) 4. Vi khuẩn gây đục (quan sát bằng mắt) 5. Nấm men - nấm mốc (CFU/ml) 6. S. aureus /vi khuẩn gây bệnh đường ruột 6 Chương 1: Tổng quan 1.2. CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÍ NGUỒN NƯỚC Một số biện pháp xử lý nguồn nước uống đã được sử dụng như: 1.2.1. Khử trùng bằng đun sôi Là biện pháp cực kỳ hữu hiệu để khử trùng nước. Nước chỉ cần đun sôi thật mạnh trong 10 phút là có thể diệt hoàn toàn các vi khuẩn. Trong quá trình đun sôi các cặn và kim loại lắng xuống đáy ấm và dễ dàng súc rửa bằng giấm hoặc các axit nhẹ. Tuy nhiên, rất bất lợi khi xử lý lượng lớn do cần năng lượng lớn, tốn thời gian để đun nước và làm nguội cũng như các thiết bị chứa phải thật sạch. 1.2.2. Khử trùng bằng chlor dang bột hoặc nước Javel Chlor đã được dùng để xử lý nước cấp ở Mỹ từ năm 1908. Hiệu quả của việc khử trùng bằng chlor phụ thuộc vào lượng nước cần xử lý, nồng độ chlor trong dung dịch chlor, thời gian tiếp xúc giữa các vi khuẩn và dung dịch chlor, chất lượng nước. Để đảm bảo nước được khử trùng hoàn toàn, người ta thường cho lượng chlor nhiều hơn theo tính toán lý thuyết. Điều này sẽ dẫn đến việc tạo nên một lượng chlor thừa trong hệ thống xử lý và lượng chlor dư này được xác định bằng phương pháp đơn giản là cho hóa chất thích hợp vào và phát hiện sự đổi màu của nước. 1.2.3. Khử trùng bằng tia UV Tia UV có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, virus và vài loại ký sinh trùng. Phương pháp này đã được sử dụng hơn 75 năm nay để khử trùng nguồn nước cấp. Tuy nhiên, cho tới nay người ta chưa thiết kế những hệ thống để sử dụng cho gia đình. Hiện nay, bang Ohio (Hoa Kỳ) vẫn chưa cho phép sử dụng phương pháp này để xử lý nước cấp do những hậu quả tác hại của tia UV cho người xử lý. Theo biện pháp này, nước được cho qua một bể chứa có lắp đặt một đèn thạch anh - thủy ngân phát ra tia UV. Bức xạ UV tiêu diệt hoặc vô hiệu hóa các vi sinh vật gần như lập tức. UV là một biện pháp rất hữu hiệu để khử trùng. Tuy nhiên, việc khử trùng chỉ xảy ra trong bể chứa. Do đó, khả năng nước bị nhiễm khuẩn lại sau khi ra khỏi bể chứa có thể xảy ra. Muốn tiêu diệt được vi khuẩn, tia UV phải tiếp xúc với vi khuẩn đó, do đó nguồn sáng phải luôn luôn giữ "sạch". Các dung dịch sodium hydrosulfite (0,15%) và acid citric (0,15%) là dung dịch hữu hiệu để tẩy rửa các chất bám trên nguồn sáng (với thời gian tẩy rửa qua đêm). Các vi khuẩn chết có thể là vật chắn tia UV cho các vi khuẩn còn sống, do đó khả năng khử trùng bằng tia UV cũng có giới hạn. Giới hạn tối đa cho việc xử lý bằng tia UV là 1000 coliforms tổng số/100mL và 100 faecal coliforms/100 mL. Để khử trùng bằng tia UV có hiệu quả, đôi khi chúng ta cần phải sử dụng hệ thống tiền xử lý để khử màu, độ đục và các hạt hữu cơ. Liều lượng UV cần thiết để ngăn chặn sự sinh sản của đa số vi khuẩn trong khoảng 2500-22000 µW/cm2, các virus thông thường như virus bệnh cúm cũng bị bất hoạt ở liều tương tự. Liều lượng cho việc khử trùng được đề nghị là 1600025000 µW/cm2 [11]. 7