专利名称：青霉素菌渣的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种抗生素菌渣的处理技术，尤其涉及一种青霉素菌渣的处理方法。
背景技术：
我国是青霉素生产大国，青霉素生产过程中所产生的固体废弃物即为青霉素菌渣，它含水率高、成分复杂，不仅含有大量的菌体蛋白(占干重的40%以上)、丰富的维生素、生长因子及培养基残留物等营养物质，而且含有微生物的各种有毒代谢产物及下游处理添加物等。青霉素菌渣具有易腐败、不稳定、有恶臭等特点，且在高温和长期贮存的条件下，极易发酵产生难闻的气味，长期贮存还会导致菌体自溶，进而产生大量污水，造成严重的环境污染。此外，由于青霉素菌渣中含有残留的培养基和微量抗生素，具有很广的抗菌谱，如果不妥善处理流失进入环境，有可能抑制环境中的某些微生物种属和群类的正常生长、繁衍，破坏环境固有的生态平衡，对生态环境存在着潜在的危害，严重时可能会进入食物链，进而危害人类健康。据调查，每个生产青霉素类药物的制药企业每年产生的青霉素菌渣量都在几万吨至十几万吨间，数量之大给青霉素菌渣处理造成了极大的困难。长期以来，人们一直在积极寻求经济、高效且彻底地处理青霉素菌渣的方法。目前，国内外对青霉素菌素菌渣的处置方法主要有以下几种:1)农业及畜牧业利用:由于青霉素菌渣中含有大量的多糖、蛋白质和多种氨基酸及微量元素，因此自上世纪五六十年代起，被广泛用作饲料、添加剂或肥料。欧盟、日本等发达国家经过长期研究发现，对青霉素菌渣高温处理后，可用于生产禽畜饲料和农肥。荷兰DSM公司即是采用高温技术将青霉素菌渣无害化处理后用于生产饲料。但是，菌渣中残留的微量抗生素可能会在动、植物体内富集，进而对生态系统、食品安全和人体健康等构成潜在影响和风险。2008年8月I日，我国明确将抗生素菌渣列为“危险废物”，禁止抗生素菌渣直接用作饲料、肥料；2)焚烧:青霉素菌渣的焚烧处置可迅速地使菌渣化为灰烬，从而达到减量化、无害化的目的，但由于青霉素菌渣具有产量大、含水率高、热值低等特点，菌渣干燥和焚烧需要消耗大量的热能，因此焚烧成本高；且现有的危废焚烧设施的处理能力远远不能满足需求，青霉素菌渣焚烧处置难以实施；3)填埋:填埋是一项比较成熟的技术，该处置方法简单、 易行，但存在占地面积大、处置成本高、大面积填埋选址困难、运输距离大以及渗出液可能污染地下水等问题。抗生素菌渣的规范处置已成为目前制约制药行业发展的重要因素之一，对抗生素菌渣进行无害化处理的同时实现其的资源化利用已成为迫切需要和研发的重点。CN01106380.7公开了一种脱毒青霉素菌渣及其制备方法和作为菌体蛋白在饲料中的应用。其制备方法包括下述步骤:①菌种的制备:使用的菌种为啤酒酵母和红假单胞菌属，二者复合培养在液体培养基中，培养条件:15°C 35°C,间歇通气,通气量1:0.4 1:0.8vvm,间歇搅拌,搅拌转速IOOrpm 220rpm,培养周期I 5天！②前处理:将青霉素湿菌渣加酸液，如盐酸或其它酸液调PH2 5，60°C 80°C处理4 8小时，用碱液如氢氧化钠溶液或其它碱液中和PH6.0 6.5;③发酵罐发酵:将上述处理后的湿菌渣入发酵罐内，装料量占发酵体积的60% 80%，另加占菌渣重量1% 10%的碳源物质如葡萄糖或其它糖类物质，121°C灭菌30分钟，待温度降至30°C ±2°C时，接入0.5% 25%的种子液，在15°C 35°C，间歇通气，通气量1:0.4 1:0.8vvm，间歇搅拌，搅拌转速100 220rpm下培养2 7天，放发酵液入贮罐内；④喷雾干燥:控制进口温度在160°C 190°C，收集干粉即为脱毒青霉素菌渣成品。该发明解决了青霉素菌渣不易彻底脱毒和干燥处理、饲用安全性低、污染环境等问题。但该发明中脱毒青霉素菌渣的制备需要预先进行菌种的制备，且制备方法繁琐，不易操作；发酵处理时还需要加入碳源物质，增加处理成本；而且处理后的产品用于饲料，仍存在一定技术和政策风险。目前，有很多采用厌氧发酵的方式对青霉素菌渣进行处置的研究，但现有的青霉素菌渣的发酵处理方法普遍存在发酵难以持续进行，处理不彻底，药物残留难以完全脱除等的弊端，限制了其应用。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种能够经济、高效、彻底地对青霉素菌渣进行处理的方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种青霉素菌渣的处理方法，包括如下工艺步骤:
A、热水解及分离处理:将青霉素菌渣和水均匀混合，进行恒温水解反应，反应完毕后在常温下静置，进行固液分离处理，形成上清液和沉渣，将上清液引入常规废水处理系统进行处理，沉渣备用；B、厌氧消化处理:首先在厌氧发酵罐中接种厌氧活性污泥，然后将步骤A所得的沉渣与废水生物处理所产生的剩余污泥混合，得沉渣污泥混合物，并将所述沉渣污泥混合物注入厌氧发酵罐中，最后在搅拌下进行恒温发酵，发酵过程中进行排沼渣和进料操作。本发明的进一步改进在于:述步骤A的具体反应条件是将按重量份数计的青霉素菌渣100份 200份、水400份 800份加入到反应釜中；水解反应的温度为60°C 80°C，水解反应的时间为0.5h 2.0h ;反应完毕后将反应产物在常温下静置,进行固液分离处理，静置时间为15h 25h ;所得沉渣的固含量为6% 9%。本发明的进一步改进在于:所述步骤B中，厌氧发酵罐中厌氧活性污泥的注入量为厌氧发酵罐体积的20% 50% ;所述沉渣污泥混合物中步骤A所得的沉渣和废水生物处理所产生的剩余污泥的体积比为1:1 4:1 ;厌氧发酵罐中沉渣污泥混合物的加入量为厌氧发酵罐体积的3% 7% ;所述搅拌的强度为60rpm 100rpm,厌氧发酵温度为30°C 400C ;所述排沼渣和进料操作是连续式进行或者间歇式进行。本发明的进一步改进在于:所述间歇式排沼渣和进料操作的时间间隔为为6h 12h，每24h的排沼渣总量和进料总量均为厌氧发酵罐体积的3% 7%。本发明的进一步改进在于:所述连续式进行的排沼渣和进料操作中，每24h的排沼渣总量和进料总量均为厌氧发酵罐体积的3% 7%。本发明的进一步改进在于:将所述步骤B中产生的沼气用以生产蒸汽，用此蒸汽作为热水解和厌氧消化处理的加热热源。本发明的进一步改进在于:对步骤B产生的沼渣进行收集并作为制备有机肥的原料。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于:本发明青霉素菌渣的处理方法能够实现对青霉素菌渣的高效、经济和彻底地处理，解决了单一青霉素菌渣厌氧发酵难以高效、持续进行的问题。本发明通过热水解及分离处理和厌氧消化处理两个工艺步骤实现对青霉素菌渣的减量化、无害化处理，操作简便，处理效果良好，具有显著的环境和社会效益以及一定的经济效益，彻底消除了青霉素菌渣中的药物残留及其对环境的污染风险。青霉素菌渣经本发明处理后所得的沼气可以作为能源利用，沼渣可作为原料制备有机肥，实现了青霉素菌渣的资源化利用，为抗生素菌渣的安全处置及合理利用提供了有效途径。本发明中的热水解及分离处理工艺，首先通过对加水量、反应温度、反应时间等参数的控制，对青霉素菌渣中残留的抗生素和凯氮进行初步消减，使得进入厌氧消化的青霉素菌渣中的青霉素残留< 0.5mg/kg，凯氮削减量大于48%，基本消除了青霉素残留对厌氧消化处理的影响，有效减轻了氨氮对厌氧消化的影响，为后续厌氧消化的高效、稳定进行创造有利条件。然后通过分离处理，将热水解处理后的产物在常温下静置15h 25h，分离为上清液和沉渣，所得沉渣的固含量为6% 9%。由于经过热水解处理后，分离处理所得的上清液中的药物残留已经很少，经常规的废水处理即可实现对其的无害化处理。因此，分离处理后只需要对沉渣进行厌氧消化即可，大幅度削减了青霉素菌渣的固体量，经检测青霉素菌渣经热水解及分离处理后固体削减量大于54%，极大降低了青霉素菌渣的处理成本。本发明中的厌氧消化工艺，首先将青霉素菌渣和废水生物处理所产生的剩余污泥进行混合，进一步改善了厌氧发酵基质的营养条件，降低了氨氮对厌氧消化处理的影响，且有助于厌氧消化系统生物量的保持，为青霉素菌渣的高效、持续厌氧发酵创造了有利条件。然后通过对沉渣污泥混合物的固含量和投配比、搅拌强度、反应温度、排沼渣量和进料量等因素的控制，实现青霉素菌渣厌氧发酵的稳定、高效运行，完全消除了青霉素菌渣中残留的抗生素，进一步削减了青霉素菌渣的固体质量。本发明中青霉素菌渣的厌氧消化可在高负荷、高含固量条件下稳定运行，厌氧消化产生的沼渣中青霉素残留极低，青霉素残留< 0.05mg/kg，此剂量的残留不会对植物及人体造成危害。且由于所得沼渣中含有大量的多糖、蛋白质和多种氨基酸及微量元素等营养物质，不含重金属和有毒有害化学物质，可用做生产农业有机肥的原料，使青霉素菌渣资源得到合理、充分、有效利用，并减少环境污染。本发明厌氧消化处理中单位沉渣污泥混合物的产沼气量大于450m3/吨(干基)，所产生的沼气可用以生产蒸汽，所得蒸汽可用于加热热水解反应和厌氧消化，实现了资源的循环利用。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，下述实施例中所涉及的份数均为重量份数。实施例1A、热水解及分离处理:首先将青霉素菌渣200份、水800份加入到反应釜中，搅拌上述物料使其均匀混合；然后采用蒸汽加热的方式使反应釜内物料温度升至60°C，恒温反应0.5h ;反应完毕后对反应釜内物料进行固液分离处理，即将反应釜内物料在常温下静置15h，使其形成上清液和沉渣；最后将上清液引入常规废水处理系统进行处理，留沉渣备用，所得沉渣的固含量为9%。B、厌氧消化处理:首先将为厌氧发酵罐体积20%的厌氧活性污泥接种至厌氧发酵罐中；同时将步骤A所得的沉渣与废水生物处理产生的剩余污泥按体积比3:1的比例进行均匀混合，得到一种沉渣污泥混合物；然后将为厌氧发酵罐体积3%的上述沉渣污泥混合物通过厌氧发酵罐上的进渣口注入为厌氧发酵罐；同时，开启搅拌装置和加热装置，搅拌强度为60rpm，控制发酵温度为30°C。发酵过程中，利用泵进行连续式进料和排沼渣的操作，即在24h内连续不间断地将总量为厌氧发酵罐体积3%的经厌氧消化处理后所得的沼渣自厌氧发酵罐的排渣口排出；同时在24h内连续不间断地将总量为厌氧发酵罐体积3%的沉渣污泥混合物自进渣口注入厌氧发酵罐。厌氧消化处理过程中产生的沼气自厌氧发酵罐的沼气出口排出，并进入沼气锅炉燃烧使锅炉内产生蒸汽，所得蒸汽用以加热水解反应釜和厌氧发酵罐。取实施例1中的青霉素菌渣、热水解及分离处理后所得的沉渣和上清液、经厌氧消化处理后所得的沼渣进行检测分析，结果如下表I所示:表I
权利要求
1.一种青霉素菌渣的处理方法，其特征在于包括如下工艺步骤: A、热水解及分离处理:将青霉素菌洛和水均匀混合,进行恒温水解反应,反应完毕后在常温下静置，进行固液分离处理，形成上清液和沉渣，将上清液引入常规废水处理系统进行处理，沉渣备用； B、厌氧消化处理:首先在厌氧发酵罐中接种厌氧活性污泥，然后将步骤A所得的沉渣与废水生物处理所产生的剩余污泥混合，得沉渣污泥混合物，并将所述沉渣污泥混合物注入厌氧发酵罐中，最后在搅拌下进行恒温发酵，发酵过程中进行排沼渣和进料操作。
2.根据权利要求1所述的青霉素菌渣的处理方法，其特征在于:所述步骤A的具体反应条件是将按重量份数计的青霉素菌渣100份 200份、水400份 800份加入到反应釜中；水解反应的温度为60 V 80°C，水解反应的时间为0.5h 2.0h ;反应完毕后将反应产物在常温下静置，进行固液分离处理，静置时间为15h 25h ;所得沉渣的固含量为6% 9% ο
3.根据权利要求1或2任一项所述的青霉素菌渣的处理方法，其特征在于:所述步骤B中，厌氧发酵罐中厌氧活性污泥的注入量为厌氧发酵罐体积的20% 50% ;所述沉渣污泥混合物中步骤A所得的沉渣和废水生物处理所产生的剩余污泥的体积比为1:1 4:1 ;厌氧发酵罐中沉渣污泥混合物的加入量为厌氧发酵罐体积的3% 7% ;所述搅拌的强度为60rpm IOOrpm，厌氧发酵温度为30°C 40°C ;所述排沼渣和进料操作是连续式进行或者间歇式进行。
4.根据权利要求3所述的青霉素菌渣的处理方法，其特征在于:所述间歇式排沼渣和进料操作的时间间隔为6h 12h，每24h的排沼渣总量和进料总量均为厌氧发酵罐体积的 3% 7%。
5.根据权利要求3所述的青霉素菌渣的处理方法，其特征在于:所述连续式进行的排沼渣和进料操作中，每24h的排沼渣总量和进料总量均为厌氧发酵罐体积的3% 7%。
6.根据权利要求1所述的青霉素菌渣的处理方法，其特征在于:将所述步骤B中产生的沼气用以生产蒸汽，用此蒸汽作为热水解和厌氧消化处理的加热热源。
7.根据权利要求1所述的青霉素菌渣的处理方法，其特征在于:对步骤B产生的沼渣进行收集并作为制备有机肥的原料。
全文摘要
本发明公开了一种青霉素菌渣的处理方法，包括如下工艺步骤A、热水解及分离处理，将青霉素菌渣和水均匀混合，进行恒温水解反应，完毕后在常温下进行固液分离处理，得沉渣备用；B、厌氧消化处理，在厌氧发酵罐中接种厌氧活性污泥，然后将步骤A中所得的沉渣与废水生物处理所产生的剩余污泥混合并注入发酵罐中，恒温搅拌，发酵过程中进行排沼渣和进料操作。本发明可完全消除青霉素菌渣中的药物残留，解决了单一青霉素菌渣厌氧发酵难以高效持续的问题，实现对它的减量化、无害化处理，青霉素菌渣经本发明处理后产生的沼渣可用做制备有机肥的原料，厌氧反应过程中产生的沼气可作为清洁燃料利用，实现了青霉素菌渣安全、有效地处置和资源化利用。
文档编号C05F5/00GK103146762SQ20131009589
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者陈平, 王勇军, 韦惠民, 周崇晖, 吕永涛, 刘波文, 杨永会, 杨彩娟, 李超 申请人:华北制药集团环境保护研究所