一种药渣堆肥方法与流程

本发明属于生物工程技术领域，尤其涉及药渣的堆肥处理方法。

背景技术：

制药企业的药物残渣的妥善处理，一直是企业必须面对的难题之一。对于中药制药企业而言，由于中药经提取后的药物残渣其主要成分是中草药的枝叶等，其中基本不含有难以降解的有毒成分，因而可通过包括填埋、焚烧、固定区域堆放、堆肥生产有机肥料的方法进行处理；并不会对环境造成严重污染。而将中药残渣进行有机肥堆肥处理的原理，与农作物秸秆的堆肥处理较为类似，比较容易操作也很容易想到。然而，对于一些生产西药的企业而言，药物残渣的妥善处理显得更为棘手。我们知道，堆肥技术，主要是利用微生物的作用，将植物有机残体，进行矿质化、腐殖化和无害化，使各种复杂的有机态的养分，转化为可溶性养分和腐殖质，同时利用堆积时所产生的高温(60-70℃)来杀死原材料中所带来的病菌、虫卵和杂草种子，达到无害化的目的。通常使用的堆肥的基本材料是一些不易分解的物质，如各种作物秸杆、杂草、落叶、藤蔓、泥炭、垃圾，蔬菜垃圾，厨余、污泥、中药药渣等。肥料的无害化是其进行农业化应用的前提条件。

正因为如此，纵观现有的堆肥技术专利申请中，基本是以厨余垃圾、污泥、农作物秸秆及中药药渣作为堆肥的基本材料。而一些西药药渣，特别是一些抗生素的制药残渣，由于残渣中残留大量的抗生素难以自然降解，导致这些药物残渣无法直接用作堆肥的基本材料。例如，庆大霉素生产过程中产生的抗生素废渣数不胜数。这些抗生素废渣中含有大量的抗生素残留，若不被有效的去除而直接利用，会使得庆大霉素大量的进入土壤环境或者通过渗漏和污水排放进入水体环境。而长期暴露在抗生素环境下，不仅人和动物的患病和发病率会升高，而且对植物的叶绿素合成、酶分泌和根系生长都有影响。此外微生物也会逐渐适应抗生素环境，并产生抗生素耐药性和抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)。同时，低浓度抗生素对生态环境中微生物种群也能够起到筛选作用，使具有抗生素耐药性的微生物种群得以保留并逐渐壮大，而对其敏感的种群不断死亡消失，直接后果就是使微生物种群结构失衡，对生态环境及人类健康造成极大的危害。据报道，2014年全球有70万人因抗生素耐药性的产生而死亡，因此庆大霉素药渣中庆大霉素残留问题的解决，是其无害化和资源化的首要前提。

此外，洛伐他汀(Lovastatin)是目前世界上畅销的血脂调节药物之一。但是，洛伐他汀属发酵产品，生产过程中产生废渣，其中发酵渣每年约700t，含有未消耗完的蛋白质、脂肪、菌尸、纤维素等物质，几乎无味、固状、淡灰色、溶水后成糊状；发酵渣若不及时运走处理，堆放1～2d就会发臭。洛伐他汀提炼渣，主要是助滤剂及少量未消耗完的蛋白质、脂肪，是离析过滤后用溶剂萃取后的滤渣，有溶剂刺激性味道，每年产生洛伐提炼渣约350t与煤混合利用锅炉焚烧掉，但还是没有进一步的处理方法和法定堆场；故而，生产洛伐他汀的制药企业，对周围环境和居民的生活有较大的影响。

对于既生产庆大霉素又生产洛伐他汀的药厂来说，如何能妥善处理这两种药渣是一个棘手的问题。制药企业为了欺压的长远方法，有必要采取一定的技术方案，以减少对周围环境和居民影响，减少对生态环境的危害。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种药渣堆肥方法，能够妥善处理庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣，不仅可减少这两种药渣对生态环境和周围居民的影响，同时可将这两种药渣转化成农用资源。

本发明的技术方案包括：

一种药渣堆肥方法，该方法包括：

将庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣按15～1:1质量比混合，在混合过程中加入土曲霉FZC3，其保藏号CGMCC12072，加入外源性氮源调节肥渣中的C/N比；将前述四者混匀，使最终含水量在60-65％；检测堆体温度，当堆体温度上升到50℃后开始翻堆，每2天翻堆一次，当堆体温度下降到50℃以下后每隔4天翻堆一次，堆肥天数≤21天。

其中，土曲霉FZC3的拉丁文名称是Aspergillus terreus FZC3，保藏号为CGMCC No.12072，已于2016年1月15日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所。

其中，所述堆肥结束后，还包括对肥渣进行暴晒、干燥和粉碎的处理。

其中，所述的外源性氮源是尿素、硝酸钾或硝酸磷钾肥；优选为硝酸钾或硝酸磷钾肥。

其中，所述的外源性氮源选择非含氨基或铵盐类的含N化合物。

其中，所述堆肥天数为7～11天。

其中，所述堆肥初始的C/N比调节成30～50:1。

其中，所述土曲霉FZC3的添加量为2.5％，v/w；v/w是单位质量kg的堆体需添加土曲霉的体积L。

庆大霉素和洛伐他汀都属于发酵产品，庆大霉素药渣的主要成分是豆粕和玉米等发酵物，会有少量的树脂和残余的庆大霉素；洛伐他汀药渣，其主要含有未消耗完的蛋白质、脂肪、菌尸、纤维素等物质。

本发明通过将药厂发酵制备的庆大霉素的固体药渣和发酵制备洛伐他汀的固体药渣混合堆肥制备有机肥料，不仅能够降解庆大霉素药渣中残留的庆大霉素，实现庆大霉素药渣的无害化处理，还可以充分利用洛伐他汀固体药渣，将这两种药渣变废为宝，转化成优质的农用资源。这一方法，同时为制药企业解决了两种药渣的处理难题，为企业的长远发展创造有利条件，同时所生产的有机肥料符合国家行业标准，为企业带来经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣堆肥中庆大霉素的降解情况。

图2显示不同的外源性氮源对堆体肥料中pH值的影响。

图3显示随着堆肥天数的进行堆体中有机质含量的变化趋势。

图4显示随着堆肥天数的进行堆体中的温度变化情况。

图5显示不同外源性氮源处理的堆肥对肥渣中N含量的影响。

具体实施方式

一种药渣堆肥方法，该方法包括：

将庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣按15～1:1质量比混合，在混合过程中加入土曲霉FZC3，其保藏号CGMCC12072，加入外源性氮源调节肥渣中的C/N比；将前述四者混匀，使最终含水量在60-65％；检测堆体温度，当堆体温度上升到50℃后开始翻堆，每2天翻堆一次，当堆体温度下降到50℃以下后每隔4天翻堆一次，堆肥天数≤21天。

其中，所述堆肥结束后，还包括对肥渣进行暴晒、干燥和粉碎的处理。

其中，所述的外源性氮源是尿素、硝酸钾或硝酸磷钾肥；优选为硝酸钾或硝酸磷钾肥。

其中，所述堆肥天数为7～11天。

其中，所述C/N比为30～50:1。

其中，所述土曲霉FZC3的添加量为2.5％，v/w；v/w表示单位质量kg的堆体需添加土曲霉的体积L。

优选的，所述庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣二者总质量为100kg。

实验材料的准备：

(1)庆大霉素药渣(Q)：pH 11.64；水分61.38％；有机质32.06％；有机碳18.60％；氮0.10％：。

(2)洛伐他汀渣(L)：pH 4.1；水分72.10％；有机质89.47％；有机碳51.90％；氮0.24％。

(3)尿素：N：46％，CO(NH₂)₂。

(4)硝酸钾：N：13.5％，K₂O：46.5％。

(5)硝酸磷钾肥：N：11％，P₂O₅：9％，K₂O：9％。

(6)FZC3土曲霉(保藏号CGMCC12072，保藏日期:2016年1月15日)

采样和样品检测：

采样：采样方法为将每个堆体分别采上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中用于庆大霉素含量、pH、湿度、C、N等指标的测定。

温度测定：每天早上9点和下午4点测堆体温度和环境温度。

实施例1：庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣堆肥过程中抗生素含量变化

将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素分别按照质量比15:1：0.1400、10:1：0.1009及5:1：0.0618分成三堆进行堆肥，分别标记为堆体1、堆体2、堆体3，各堆体的重量为100kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素和FZC3土曲霉(土曲霉添加量为2.5％，v/w)，将前述四者混匀，使最终含水量在60-65％，C/N为40：1；检测堆体温度，当堆体温度上升到50℃后开始翻堆，每2天翻堆一次，当堆体温度下降到50℃以下后每隔4天翻堆一次，堆肥天数21天。采样时间分别为3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将堆体1-3分别采上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测定庆大霉素的含量，计算堆体中庆大霉素的降解率。实验结果如图1：

在第3天测定堆体1-3中庆大霉素的含量，即使是最低的堆体3中庆大霉素降解率已达到26％；再于第21天测量堆体1-3中的庆大霉素的含量，经计算堆体1-3中庆大霉素降解率均超过95％。

可见，将庆大霉素药渣与洛伐他汀药渣以一定比例混合堆肥，在堆肥中加入少量的FZC3土曲霉，经一定时间堆肥处理，庆大霉素药渣中残留的庆大霉素能够大量降解，使庆大霉素药渣实现无害化处理，具备作为有机肥料的基本条件。且堆肥结束后，对有机肥各指标进行检测，符合国家行业标准。

另外，发明人还试验过将100Kg庆大霉素药渣单独和1.5Kg尿素混合，并加入FZC3土曲霉(土曲霉2.5％，v/w)，使最终含水量保持在60-65％。但经过实验观察和测定，大量的庆大霉素药渣堆放在一起不会发酵；随着时间推移，堆体内庆大霉素含量有一定的平缓波动，未发生明显降解，堆体中也未出现45℃的高温期。

实施例2：不同的外源性氮源对堆体肥料中pH值的影响

本领域技术人员已知，优质的有机肥料，其pH值应当介于5.5～8.5之间，尤其不能大于8.5，否则会使土壤碱化。

本实验中，将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和外源性氮源(依次选取尿素、硝酸钾、硝酸磷钾肥)按照质量比15:1：0.1400进行堆肥，对应标记为堆体1、堆体4、堆体5，各堆体总重量为100kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施所选的外源性氮源和FZC3土曲霉(土曲霉添加量为2.5％，v/w)，将前述四者混匀，使最终含水量保持在60-65％，调节C/N为40：1、30:1和50:1；检测堆体温度，当堆体温度上升到50℃后开始翻堆，每2天翻堆一次，当堆体温度下降到50℃以下后每隔4天翻堆一次，堆肥天数21天。采样时间分别为1d、3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将堆体1、堆体4、堆体5分别采上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测其pH变化。实验结果如图2。

由图2可知，外源氮源选择为尿素时，从堆肥第3天起至堆肥21天结束堆肥期间，堆体1的pH比外源氮源选为硝酸磷钾肥、和硝酸钾时都要高。这可能是由于尿素的分子中含有胺基，容易发生氨化作用，导致堆体内pH升高，而较高的pH值不利于微生物繁殖和活动；且尿素产生的氨化作用，易导致N元素流失。可见，在堆肥中，应优选采用硝酸磷钾肥和硝酸钾等硝酸盐作为外源性氮源，而较次才选铵盐类或含氨基的氮源。

此外，由图2看到，随着堆肥的进行，堆体的pH整体呈下降的趋势。可能是由于随着堆体反应的减弱，氨化作用减少，且随着氨气的挥发，堆体的pH降低。为了达到优质有机肥料对pH的要求，堆肥产物还需要进行后期处理，如暴晒等，促进氨挥发，以降低pH至适当的酸碱度。

实施例3：随着堆肥天数的进行堆体中有机质含量的变化：

有机肥中有机质含量是衡量该有机肥品质优劣的一项重要参数，一般来说，好的有机肥料中有机质质量分数(以烘干基计)应≥45％；若换算成湿肥料计(堆肥中湿度45-60％)，其有机质含量较佳≥25％。

通过对堆体1、堆体4、堆体5分别采样，采样时间分别为1d、3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将堆体1、堆体4和堆体5，分别采集上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测各样品中有机质含量的质量百分比。本实验中采用有机肥料NY525-2012中有机质的测定方法。测定结果如图3所示：

由图3可知，堆体1、4、5在堆肥处理的第3、5、7、11、15、21天中，测定有机质含量百分数均大于25％，且其中部分堆体中有机质含量甚至超过30％，即使是在堆肥21天结束后，堆体1、4、5中的有机质含量依然处于大于25％的较高含量。此外，由图可知，随着堆肥天数的进行堆体内有机质含量均呈现下降趋势，这是因为在堆肥过程中有机质会发生矿化作用，部分有机质会彻底矿化成水和二氧化碳，从而造成堆体内有机质的损失。因而，堆肥天数并不是越久越好。其中当堆肥天数达到11天之后，肥渣中有机质含量明显减少。为保证肥料的优质高效性，堆肥天数可为7-11天。

在图3中，堆体1(以尿素为外源性氮源)在整个堆肥过程中，其有机质含量降低最为明显，相较于堆体5(以硝酸磷钾肥为外源性氮源)中有机质含量有明显差距。从另一角度说明，本发明堆肥方法优先采用硝酸盐类氮源，而非铵盐类或含氨基的氮源。

实施例4：随着堆肥天数的进行堆体中的温度变化

对堆体1、堆体4、堆体5分别采样测温，采样时间分别为1d、3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将电子温度计插入到各堆体中间读取温度。温度测试结果如图4所示：

如图4所示为堆体1、4、5在堆肥过程中堆体内温度的变化趋势图，大于45℃的高温期出现在堆肥第3～12天。可见，各个堆体内处理的高温期(≥45℃)都能保持8-10天左右，十分有利于堆肥底物中有害物质(病菌、虫卵和杂草种子)的去除和无害化处理，且能够提高堆肥腐熟度，获得肥效较好的优质堆肥。不同外来氮源条件下，堆体内均能够保持较长时间的高温期，说明了使用庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合作为堆肥基本材料的可行性。实验证明，本发明的堆肥方法，不仅可去除堆肥底物中的抗生素，还同时大幅度去除了堆肥底物中的有害物质，满足作为有机肥料的基本要求。

实施例5：不同外源性氮源处理的堆肥对肥渣中N含量的影响

有机肥中总N含量也是衡量该有机肥品质优劣的一项指标。在此，对堆体1、堆体4、堆体5分别采样，采样时间分别为1d、3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将堆体1、堆体4和堆体5，分别采集上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测各堆体样品中N元素的含量百分比。实验结果如图5所示。

由图5可知，以尿素为外来氮源处理的堆体1，总氮含量只在0.68％～0.81％之间；以硝酸钾处理的堆体4、以硝酸磷钾肥处理的堆体5中，总N含量均达到0.79％～0.95％之间。可见，经尿素处理的堆肥中N的含量明显低于其他两种处理，这也是由于尿素的氨化作用造成了氮的损失。因此，未获得优质的高含氮肥料，本发明堆肥方法中所选的外源性氮源较佳为不容易产生氨化作用的非含氨基类含N化合物，例如硝酸类的硝酸钾，或硝酸磷钾肥等。

按照本发明的堆肥方法，不仅庆大霉素药渣中残留的抗生素去除率达95％以上，使庆大霉素的药渣实现无害化处理；且经堆肥处理获得的有机肥料，腐殖化系数达到30％以上，有机质含量(以烘干基计)大于45％，经对各个指标进行检测，符合国家行业标准，是肥效较好的优质堆肥，可施于各种土壤和作物。长期施用，不仅能使农作物获得高产，对改良土壤、提高地力，都有显著的效果。本发明方法，为制药企业同时处理两种发酵药物的固体药渣，提供了新的解决方法和解决思路。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。