CN106540398A - 一种抗生素菌渣固体厌氧发酵方法 - Google Patents

一种抗生素菌渣固体厌氧发酵方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抗生素菌渣固体厌氧技术，采用预处理过的抗生素菌渣进行厌氧发酵处理，制甲烷。其中，所述的预处理为碱热联合预处理，所述的厌氧发酵处理方法为BMP静态试验法。采用管碟法对处理完的抗生素菌渣进行效价计算，发现厌氧发酵处理后的抗生素菌渣中残留的抗生素明显降低，且产生一定量的甲烷气体。本发明无须外加微生物，不仅降低了抗生素菌渣中残留的抗生素，同时制得一定的甲烷气体，且发酵时间短，充分实现了抗生素菌渣的资源化、减量化和无害化的利用。

Description

一种抗生素菌渣固体厌氧发酵方法
技术领域
本发明属于资源与环保领域，具体涉及抗生素菌渣固体厌氧发酵技术。
背景技术
我国是抗生素类药物生产大国。在抗生素的发酵生产中会产生大量的固体废物，即抗生素菌渣。抗生素菌渣的主要成分为：产生特定抗生素的微生物菌丝体、提取抗生素过程中加入的试剂、未被完全利用的培养基、培养基的降解物、发酵过程中产生的代谢物、未知生长因子以及少量残留的抗生素。
CN104212840A公开了一种抗生素发酵菌渣的处理方法，包括将盐酸林可霉素和庆大霉素的发酵菌渣与水混合均匀，配制成悬浮液；然后对悬浮液进行厌氧发酵处理，是一种对盐酸林可霉素和庆大霉素发酵菌渣的高效发酵处理工艺，属于菌渣资源化利用技术领域。但该方法只针对盐酸林可霉素和庆大霉素的发酵菌渣，有一点的局限性，经济效益低。
CN104178434A公开了一种利用抗生素菌渣制备工业酵母的方法。包括以下步骤：将抗生素菌渣加入发酵罐中，配置成水体系；向发酵罐中通入蒸汽进行消毒后向发酵罐中引入工程菌株使菌渣中的抗生素分解，消除残留；向发酵罐中引入酵母菌株进行发酵得到工业酵母发酵液；对工业酵母发酵液进行分离、干燥制备得到工业酵母。特别适用于β内酰胺类抗生素菌渣如头孢菌素C菌渣、青霉素菌渣的无害化处理。但该方法应用有一定的局限性，且操作复杂，处理周期长。
因此，希望提出一种能够有效去除抗生素菌渣中残留抗生素，同时能实现抗生素菌渣资源化处理的一种方法。抗生素菌渣厌氧发酵技术是对预处理过的抗生素进行固体厌氧发酵，从而降低抗生素菌渣中残留的抗生素，同时制得沼气，且发酵时间短，操作简单，应用范围广，是抗生素菌渣一种较好的资源化、无害化处理方式。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种抗生素菌渣固体厌氧发酵方法。
所述抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，采用BMP静态试验法对经碱热预处理过的抗生素菌渣进行厌氧发酵，从而在较短时间内达到降低抗生素菌渣中残留抗生素的目的，同时制得甲烷气体，包括以下步骤：
1)抗生素菌渣预处理，所述抗生素菌渣预处理为温度预处理、加碱预处理或碱热联合预处理；得到抗生素菌渣悬浊液，
2)BMP静态试验：向发酵瓶中加入污泥110-130mL，蒸馏水40-60mL，检测无污泥状态产气量，之后分别向不同的发酵瓶内加入70-90mL的步骤1)的抗生素菌渣悬浊液，蜡封，在温度为36-37℃、时间为24-100h条件下，进行厌氧发酵实验，每天记录排水量。
优选的，步骤2)中，最终抗生素菌渣中残留的抗生素几乎完全消除，抗生素菌渣效价降低了90％以上，得甲烷气体10.1mL-75.1mL。
优选的，所述BMP静态实验法为，将预处理完的抗生素菌渣悬浊液与污泥装入发酵瓶中，加入蒸馏水混合均匀，注意要对其进行蜡封，保证密闭环境；使用排水法测量发酵的产甲烷量。
步骤1)所述的温度预处理为，在温度为-18-100℃，时间为2-8h条件下对抗生素菌渣进行温度预处理；处理后抗生素效价降低42.6％；
步骤1)所述的加碱预处理为，在碱度为0.04-0.10g(NaOH)/g(TS)，时间为2-8h条件下进行加碱预处理；处理后抗生素效价降低36.5％；
步骤1)所述的碱热联合预处理为，在温度为-18-100℃，碱度为0.04-0.10g(NaOH)/g(TS)，时间为2-8h条件下进行碱热联合预处理；处理后抗生素效价降低56％。更优选的，在碱度为0.08g(NaoH)/g(TS)、温度为80℃条件下处理8h。
所述步骤1)中，抗生素菌渣为硫红霉素菌渣，其原始效价为2.46U/mg。
所述步骤2)中，污泥量与抗生素菌渣悬浊液量的比例为1:1-2:1，再加入50mL蒸馏水混合均匀；
所述步骤2)中，抗生素菌渣悬浊液分别为未经处理，经碱度为0.04-0.10gg(NaOH)/g(TS)NaOH条件下处理2-8h、经温度为-18-100℃条件下处理2-8h，经碱度为0.04-0.10g(NaOH)/g(TS)NaOH在温度为-18-100℃条件下处理2-8h的菌渣悬浊液。
本发明无须加入外源微生物，运行成本低，在一定程度上降低了抗生素菌渣中残留的抗生素，同时制得一定量的沼气，且发酵时间短，充分实现了抗生素菌渣的资源化、减量化和无害化的利用。
具体实施方式
对所述抗生素菌渣固体厌氧技术的研究，下面结合实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
硫红霉素菌渣预处理2h时，经0.08g(NaoH)/g(TS)NaoH、80℃碱热联合预处理的抗生素效价已降至1.47U/mg，降低了40％，此时的残留抗生素去除效果已优于单纯使用0.08g(NaOH)/g(TS)NaOH处理8h时的残留抗生素去除效果。
实施例2
菌渣预处理：控制温度为80℃，碱度为0.08g(NaoH)/g(TS)NaoH条件下对抗生素菌渣处理8h，此时抗生素菌渣处理效果最好，其效价为1.08U/mL，降低了56％。
实施例3
BMP静态试验。首先向装置中倒入120mL颗粒污泥和50mL蒸馏水，检测无菌渣状态污泥产气量；然后向4套装置中分别倒入80mL未经处理、经0.08g(NaOH)/g(TS)NaOH处理6h、80℃处理6h、经0.08g(NaOH)/g(TS)NaOH在80℃处理8h的菌渣悬浊液，其他条件相同，进行厌氧发酵实验，排水法计算产甲烷量，从而直观的判断抗生素菌渣的厌氧发酵能力。针对厌氧发酵过程，对硫红霉素菌渣进行碱度为0.08g(NaOH)/g(TS)NaOH处理6h后，其厌氧发酵产甲烷量最大，达75.1mL。
实施例4
BMP静态试验过程中，向装置中倒入100mL颗粒污泥和50mL蒸馏水，检测无菌渣状态污泥产气量；然后向4套装置中分别倒入80mL未经处理、经0.08g(NaOH)/g(TS)NaOH处理6h、80℃处理6h、经0.08g(NaOH)/g(TS)NaOH在80℃处理8h的菌渣悬浊液，其他条件相同，进行厌氧发酵实验，排水法计算产甲烷量，从而直观的判断抗生素菌渣的厌氧发酵能力。在固体厌氧发酵过程进行24h以内时，经80℃预处理6h的硫红霉素菌渣其产气效率最高，可达22.4mL，为产甲烷量最大值的29.8％。
实施例5
针对BMP静态试验发酵残渣进行残留抗生素效价检测，管碟法检测发现，经碱度为0.08g(NaOH)/g(TS)NaOH预处理6h组，即最高产甲烷组的硫红霉素菌渣效价为0.074U/mL，降低了97％。

Claims (9)

1.一种抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，包括以下步骤：
1)抗生素菌渣预处理，所述抗生素菌渣预处理为温度预处理、加碱预处理或碱热联合预处理；得到抗生素菌渣悬浊液，
2)BMP静态试验：向发酵瓶中加入污泥110-130mL，蒸馏水40-60mL，检测无污泥状态产气量，之后分别向不同的发酵瓶内加入70-90mL的步骤1)的抗生素菌渣悬浊液，蜡封，在温度为36-37℃、时间为24-100h条件下，进行厌氧发酵实验。
2.如权利要求1所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，步骤2)中，抗生素菌渣效价降低了90％以上，得甲烷气体10.1mL-75.1mL。
3.如权利要求1所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，步骤1)所述的温度预处理为，在温度为-18-100℃，时间为2-8h条件下对抗生素菌渣进行温度预处理。
4.如权利要求1所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，步骤1)所述的加碱预处理为，在碱度为0.04-0.10g(NaOH)/g(TS)，时间为2-8h条件下进行加碱预处理。
5.如权利要求1所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，步骤1)所述的碱热联合预处理为，在温度为-18-100℃，碱度为0.04-0.10g(NaOH)/g(TS)，时间为2-8h条件下进行碱热联合预处理。
6.如权利要求5所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，在碱度为0.08g(NaoH)/g(TS)、温度为80℃条件下处理8h。
7.如权利要求1所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，所述步骤1)中，抗生素菌渣为硫红霉素菌渣，其原始效价为2.46U/mg。
8.如权利要求1所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，所述步骤2)中，污泥量与抗生素菌渣悬浊液量的比例为1:1-2:1，再加入50mL蒸馏水混合均匀。
9.如权利要求1所述的抗生素菌渣固体厌氧发酵方法，其特征在于，所述步骤2)中，抗生素菌渣悬浊液分别为未经处理，经碱度为0.04-0.10gg(NaOH)/g(TS)NaOH条件下处理2-8h、经温度为-18-100℃条件下处理2-8h，经碱度为0.04-0.10g(NaOH)/g(TS)NaOH在温度为-18-100℃条件下处理2-8h的菌渣悬浊液。
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