CN105583214A - 一种青霉素菌渣的资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种青霉素菌渣的资源化处理方法，采用蒸汽灭活、强化预处理、混合调配、菌渣调配、联合厌氧消化、浓缩脱水等步骤用于处理青霉素生产过程中产生的菌渣。本发明采用能耗低、效率高、效果稳定可靠的处理方法，完全消除青霉素菌渣中的药物残留，实现了青霉素菌渣的减量化和无害化。
Description
技术领域
本发明属于固体废物治理领域，具体涉及一种青霉素菌渣的资源化处理方法。
背景技术
青霉素是人类历史上发现的第一种抗生素，且应用非常广泛。它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称，由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类只有细胞膜无细胞壁，青霉素类抗生素的毒性很小，是化疗指数最大的抗生素。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，菌渣的主要成分为菌丝体、未利用完毕的培养基、发酵过程中产生的代谢产物、培养基的降解物、提取过程中加入的絮凝剂、酸化剂、助滤剂、残留有机溶剂以及残留抗生素及代谢中间产物等。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。2008年后修订的《国家危险废物名录》将其定位危险废物，要求对其进行焚烧处置，但由于焚烧成本高，易产生二次污染，优于菌渣中含有大量的菌体蛋白、丰富的维生素以及生长因子，将其焚烧处置是对资源极大的浪费，因此开发青霉素菌渣的将量化和无害化处理新技术成为青霉素生产企业亟待解决的难题。
专利CN201310095896.1公开了一种采用热水解和和厌氧消化工艺处理青霉素菌渣的方法，该方法热水解之后需要进行长达15-25小时的固液分离，处理效率不高，且处理后仍然含有0.5mg/kg的青霉素残留，未能实现青霉素的完全消减。专利CN201510094833.3公开了一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，该方法将脱水后的青霉素菌渣与蒸馏水混合进行超声处理，需要预先脱水处理和准备蒸馏水，工艺操作复杂，且该方法仅公开了厌氧的前处理方法，未能最终实现青霉素菌渣的减量化和无害化。
发明内容
本发明的目的在于克服青霉素菌渣处理工艺的不足，采用蒸汽灭活、强化预处理、混合调配、菌渣调配、联合厌氧消化、浓缩脱水等步骤处理青霉素生产过程中产生的菌渣，最终实现青霉素菌渣的减量化、资源化和无害化。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种青霉素菌渣的处理方法，由以下步骤组成：
(1)蒸汽灭活；
(2)强化预处理；
(3)混合调配；
(4)联合厌氧消化；
(5)浓缩脱水。
所述的蒸汽灭活为：采用高压蒸汽对青霉素菌渣进行灭活，杀灭发酵菌等微生物。
所述的强化预处理为：经蒸汽灭活后的菌渣采用碱和超声波联合的方法进行强化预处理。
所述的混合调配为：强化预处理后的菌渣与剩余污泥、生物磷、铁盐以一定比例混合均匀后得到调配液。
所述的联合厌氧消化为：调配液进入厌氧反应器进行联合厌氧消化，消化后的上清液从反应器上部排出，消化后的沼渣从反应器下部排出。
所述的浓缩脱水为：将联合厌氧消化后的沼渣进行浓缩、脱水，从而实现青霉素菌渣的减量化和无害化。
上述的青霉素菌渣的处理方法，其详细处理步骤如下：
(1)蒸汽灭活：将青霉素菌渣放置于高压蒸汽釜中，通入蒸汽，在1000-1500kPa蒸气压下,蒸汽温度达到150-180℃，维持10-20min，操作完毕，自然冷却至室温，灭活后的菌渣进入下一工段。
优选地，通入蒸汽控制在1200kPa蒸气压下,蒸汽温度达到160℃,维持15min。
(2)强化预处理：将上一工段来的菌渣放置于预处理罐中，加入碱混合均匀后放置于超声波反应器中进行碱和超声联合处理，其中按照重量比加入碱，其比例为青霉素菌渣：碱＝100:(0.5-2)，超声处理的频率为25-35kHz，声能密度0.05-2W/mL.超声处理时间为10-40min，预处理后的菌渣进入下一工段。
优选地，按照重量比加入碱，其比例为青霉素菌渣：碱＝100:1.5，加入的碱为氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或其组合，超声处理的频率为30kHz，声能密度0.12W/mL，超声处理时间为25min。
(3)混合调配：将上一工段来的菌渣放置于调配罐中，按照重量比加入剩余污泥、生物磷和铁盐，其比例为青霉素菌渣：剩余污泥：生物磷：铁盐＝(100-200):(20-100)：(5-50)：(1-10)，混合均匀后调节pH值为7-8后得到调配液，进入下一工段。
优选地，按照重量比加入剩余污泥、生物磷和铁盐，其比例为青霉素菌渣：剩余污泥：生物磷：铁盐＝180:70：20：3。
优选地，剩余污泥为好氧生物处理过程中的排泥。
优选地，生物磷为市售生物活性磷，其外观性状为淡绿色或浅褐色液体，铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种或其组合。
(4)联合厌氧消化：将上一工段来的调配液放置于厌氧反应罐，接种厌氧消化污泥进行联合厌氧消化，接种比为体积比30-40％，控制pH值为6-8，有机负荷3-5kgCODm-3d-1,挥发性有机酸(VFA)浓度为1000-1300mg.L-1，氨氮(NH3-N)浓度2000-3000g.L-1,温度为30-40℃、水力停留时间为20-32h消化后的上清液从反应器上部排出，消化后的沼渣从反应器下部排出进入下一工段。
优选地，厌氧消化污泥接种比为体积比35％，控制pH值为6.5，有机负荷4kgCODm-3d-1,挥发性有机酸(VFA)浓度为1200mg.L-1，氨氮(NH3-N)浓度2500g.L-1,温度为35℃、水力停留时间为24h。
(5)浓缩脱水：将一工段来的沼渣放置于浓缩池，浓缩后的沼渣进行脱水，脱水后的渣饼含水率为40％-50％，从而实现强霉素菌渣的减量化和无害化。
上述步骤中，使用调减剂或调酸剂调节和控制pH值，其中调减剂为氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或其组合，调酸剂为硫酸、盐酸中的一种或其组合。
将采用上述工艺处理后的沼渣进行危险废物鉴别和肥效检测，青霉素残留未检出，各项指标均低于《危险废物鉴别标准通则》(GB5085.7-2007)的标准值，肥效成分符合《中华人民共和国农业行业标准-有机肥料》(NY525-2012)的标准要求。鉴别和检测数据如下表1：
可见，青霉素菌渣经处理后，青霉素残留未检出，各项指标均低于GB5085.7-2007的标准值，肥效成分符合NY525-2012的标准要求。
与现有技术比较，本发明所述青霉素菌渣的处理方法具有如下优点：
1)采用物理、化学综合处理工艺处理青霉素生产过程中产生的菌渣，能耗低、效率高、效果稳定可靠，能够完全消除青霉素药物残留，实现了青霉素菌渣的减量化和无害化。
2)采用高压蒸汽对菌渣中的工业发酵菌类进行灭活，充分利用湿热蒸气由气态变为液态时放出的潜热，实现有机物的初步水解，又能够迅速提高被灭菌物体的温度，达到深度灭菌。
3)碱和超声联合强化预处理，无需加热进行热碱解便可实现强化污泥厌氧消化反应效率，缩短超声时间，节约处理能耗。
4)青霉素菌渣和剩余污泥、生物磷、铁盐一合适的配比进行联合厌氧消化，大大缩短了污泥在厌氧消化反应器中的停留时间，并可提高厌氧消化过程中的沼气产量，强化厌氧消化效率，污泥高温厌氧消化产生的沼气可以作为热处理的能源，能够降低运行成本，节能降耗。
5)脱水处理后的菌渣含水率低，减量化效果明显，有利于后续处置，既可以用于生产有机肥，也可以用来焚烧发电。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明进一步说明，本领域技术人员应该能够知晓，本发明不只限于此实施例。
实施例1：
将青霉素菌渣放置于高压蒸汽釜中，通入蒸汽，在1200kPa蒸气压下,蒸汽温度达到160℃，维持15min，操作完毕，自然冷却至室温后进入放置于预处理罐中，按照重量比为青霉素菌渣：氢氧化钠＝100:1.5的比例加入氢氧化钠，混合均匀后放置于超声波反应器中进行碱和超声联合处理，超声处理的频率为30kHz，声能密度0.12W/mL，处理25min后的菌渣放置于调配罐中，按照重量比为青霉素菌渣：剩余污泥：生物磷：氯化亚铁＝180:70：20：3的比例混合均匀，调节pH值为7-8后得到调配液放置于厌氧反应罐，进行联合厌氧消化，按照发酵罐容积的35％接种厌氧消化污泥，控制pH值为6.5，有机负荷4kgCODm-3d-1,挥发性有机酸(VFA)浓度为1200mg.L-1，氨氮(NH3-N)浓度2500g.L-1,温度为35℃，经水力停留时间24h消化后的沼渣从反应器下部排出后放置于浓缩池，浓缩后的沼渣进行脱水，脱水后的渣饼含水率为42.2％。
将上述渣饼按照《危险废物鉴别标准通则》(GB5085.7-2007)进行危险废物鉴别，按照《中华人民共和国农业行业标准-有机肥料》(NY525-2012)进行肥效检测。鉴别和检测数据如表2所示：
表2：危险废物鉴别和肥效检测结果
有上表可见，青霉素菌渣经处理后，青霉素残留未检出，各项指标均低于GB5085.7-2007的标准值，肥效成分符合NY525-2012的标准要求。
实施例2：
将青霉素菌渣放置于高压蒸汽釜中，通入蒸汽，在1500kPa蒸气压下,蒸汽温度达到180℃，维持10min，操作完毕，自然冷却至室温后进入放置于预处理罐中，按照重量比为青霉素菌渣：氢氧化钙＝100:1.0的比例加入氢氧化钠，混合均匀后放置于超声波反应器中进行碱和超声联合处理，超声处理的频率为25kHz，声能密度0.2W/mL，处理20min后的菌渣放置于调配罐中，按照重量比为青霉素菌渣：剩余污泥：生物磷：硫酸亚铁＝200:85：35：6的比例混合均匀，调节pH值为7-8后得到调配液放置于厌氧反应罐，进行联合厌氧消化，按照发酵罐容积的40％接种厌氧消化污泥，控制pH值为7.0，有机负荷3.5kgCODm-3d-1,挥发性有机酸(VFA)浓度为1100mg.L-1，氨氮(NH3-N)浓度2000g.L-1,温度为40℃，经水力停留时间28h消化后的沼渣从反应器下部排出后放置于浓缩池，浓缩后的沼渣进行脱水，脱水后的渣饼含水率为43.7％。
将上述渣饼按照《危险废物鉴别标准通则》(GB5085.7-2007)进行危险废物鉴别，按照《中华人民共和国农业行业标准-有机肥料》(NY525-2012)进行肥效检测。鉴别和检测数据如表3所示：
表3：危险废物鉴别和肥效检测结果
有上表可见，青霉素菌渣经处理后，青霉素残留未检出，各项指标均低于GB5085.7-2007的标准值，肥效成分符合NY525-2012的标准要求。
实施例3：
将青霉素菌渣放置于高压蒸汽釜中，通入蒸汽，在1100kPa蒸气压下,蒸汽温度达到150℃，维持2min，操作完毕，自然冷却至室温后进入放置于预处理罐中，按照重量比为青霉素菌渣：氢氧化钠＝100:1.8的比例加入氢氧化钠，混合均匀后放置于超声波反应器中进行碱和超声联合处理，超声处理的频率为30kHz，声能密度1.2W/mL，处理15min后的菌渣放置于调配罐中，按照重量比为青霉素菌渣：剩余污泥：生物磷：硫酸亚铁＝170:60：30：4的比例混合均匀，调节pH值为7-8后得到调配液放置于厌氧反应罐，进行联合厌氧消化，按照发酵罐容积的30％接种厌氧消化污泥，控制pH值为6.5，有机负荷4.0kgCODm-3d-1,挥发性有机酸(VFA)浓度为1300mg.L-1，氨氮(NH3-N)浓度2400g.L-1,温度为35℃，经水力停留时间32h消化后的沼渣从反应器下部排出后放置于浓缩池，浓缩后的沼渣进行脱水，脱水后的渣饼含水率为44.1％。
将上述渣饼按照《危险废物鉴别标准通则》(GB5085.7-2007)进行危险废物鉴别，按照《中华人民共和国农业行业标准-有机肥料》(NY525-2012)进行肥效检测。鉴别和检测数据如表4所示：
表4：危险废物鉴别和肥效检测结果
有上表可见，青霉素菌渣经处理后，青霉素残留未检出，各项指标均低于GB5085.7-2007的标准值，肥效成分符合NY525-2012的标准要求。
Claims (10)
1.一种青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)蒸汽灭活；
(2)强化预处理；
(3)混合调配；
(4)联合厌氧消化；
(5)浓缩脱水。
2.如权利要求1所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)蒸汽灭活：采用高压蒸汽对青霉素菌渣进行灭活，杀灭发酵菌等微生物；
(2)强化预处理：经蒸汽灭活后的菌渣采用碱和超声波联合的方法进行强化预处理；
(3)混合调配：强化预处理后的菌渣与剩余污泥、生物磷、铁盐以一定比例混合均匀后得到调配液；
(4)联合厌氧消化：调配液进入厌氧反应器进行联合厌氧消化，消化后的上清液从反应器上部排出，消化后的沼渣从反应器下部排出；
(5)浓缩脱水：将联合厌氧消化后的沼渣进行浓缩、脱水，从而实现青霉素菌渣的减量化和无害化。
3.如权利要求2所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在，其包括以下步骤：
(1)蒸汽灭活：将青霉素菌渣放置于高压蒸汽釜中，通入蒸汽，在1000-1500kPa蒸气压下,蒸汽温度达到150-180℃，维持10-20min，操作完毕，自然冷却至室温，灭活后的菌渣进入下一工段；
(2)强化预处理：将上一工段来的菌渣放置于预处理罐中，加入碱混合均匀后放置于超声波反应器中进行碱和超声联合处理，其中按照重量比加入碱，其比例为青霉素菌渣：碱＝100:(0.5-2)，超声处理的频率为25-35kHz，声能密度0.05-2W/mL，超声处理时间为10-40min，预处理后的菌渣进入下一工段；
(3)混合调配：将上一工段来的菌渣放置于调配罐中，按照重量比加入剩余污泥、生物磷和铁盐，其比例为青霉素菌渣：剩余污泥：生物磷：铁盐＝(100-200):(20-100)：(5-50)：(1-10)，混合均匀后调节pH值为7-8后得到调配液，进入下一工段；
(4)联合厌氧消化：将上一工段来的调配液放置于厌氧反应罐，接种厌氧消化污泥进行联合厌氧消化，接种比为体积比30-40％，控制pH值为6-8，有机负荷3-5kgCODm-3d-1,挥发性有机酸(VFA)浓度为1000-1300mg.L-1，氨氮(NH3-N)浓度2000-3000g.L-1,温度为30-40℃、水力停留时间为20-32h消化后的上清液从反应器上部排出，消化后的沼渣从反应器下部排出进入下一工段；
(5)浓缩脱水：将一工段来的沼渣放置于浓缩池，浓缩后的沼渣进行脱水，脱水后的渣饼含水率为40％-50％，从而实现强霉素菌渣的减量化和无害化。
4.如权利要求3所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，蒸汽灭活工段中，通入蒸汽控制在1200kPa蒸气压下,蒸汽温度达到160℃,维持15min。
5.如权利要求3所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，强化预处理工段中，按照重量比加入碱，其比例为青霉素菌渣：碱＝100:1.5，加入的碱为氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或其组合，超声处理的频率为30kHz，声能密度0.12W/mL，超声处理时间为25min。
6.如权利要求3所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，混合调配工段中，按照重量比加入剩余污泥、生物磷和铁盐，其比例为青霉素菌渣：剩余污泥：生物磷：铁盐＝180:70：20：3，剩余污泥为好氧生物处理过程中的排泥。
7.如权利要求3所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，联合厌氧消化工段中，厌氧消化污泥接种比为体积比35％，控制pH值为6.5，有机负荷4kgCODm-3d-1,挥发性有机酸(VFA)浓度为1200mg.L-1，氨氮(NH3-N)浓度2500g.L-1,温度为35℃、水力停留时间为24h。
8.如权利要求2-7所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，使用调减剂或调酸剂调节和控制pH值，其中调减剂为氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或其组合，调酸剂为硫酸、盐酸中的一种或其组合。
9.如权利要求1所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，生物磷为市售生物活性磷，其外观性状为淡绿色或浅褐色液体，铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种或其组合。
10.如权利要求1所述的青霉素菌渣的资源化处理方法，其特征在于，青霉素菌渣经处理后，青霉素残留未检出，各项指标均低于GB5085.7-2007的标准值，肥效成分符合NY525-2012的标准要求。
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