CN107008734A - 一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，属于固体废物治理技术领域。本发明首先通过复合酶解破坏菌渣细胞薄膜结构，使其初步破裂，再用液氮冷冻使细胞内的水瞬时结冰胀大，撑破细胞，使菌渣中的束缚水和细胞内水得以释放脱除，再将脱水后的菌渣厌氧发酵，收集发酵所得沼气提供热解能源，将发酵后的菌渣通过水热法热解焦化，得到多孔焦化物，再经炭化、活化后制得活性炭，水热处理液经蒸馏去除水分后制得生物燃料油，即可对抗生菌渣完成无害资源化处理，本发明的处理方法所需能耗低，处理周期短，实现了资源再利用，且没有抗生素残留和二次污染，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，属于固体废物治理技术领域。
背景技术
抗生素菌丝废渣是企业在生产抗生素过程中的废弃物，菌渣的主要成分为菌丝体、未利用完毕的培养基（如豆饼粕、玉米浆、花生饼粉、葡萄糖等）、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、残留抗生素及代谢中间产物等。
目前，对抗生素菌渣的治理主要包括焚烧、饲料化、能源化、肥料化等。焚烧是将抗生素菌渣氧化燃烧形成有机物或二氧化碳的过程，其虽然能够实现废物的无害化，但运行能耗高、并且会造成严重的资源浪费；饲料化是将无害化处理后的抗生素菌渣用作饲料，然而其容易使菌渣中的抗生素及降解物在动物体内形成富集，进而使人类产生耐药性，因此抗生素菌渣饲料化的可能性也遭到了普遍质疑；能源化是采用厌氧消化回收沼气或采用热解技术回收可燃气体和燃油的过程，其虽具有一定效果，但仍存在有机质释放率低、沼气及可燃气体产率低等问题；肥料化是通过微生物发酵使抗生素菌渣中的有机质及残留抗生素降解，从而形成有机肥料，其是一种相对较好的治理方式。然而，现有技术在对抗生素菌渣进行肥料化处理时发酵时间通常较长，并且发酵过程常产生臭气；此外所形成的有机肥料普遍存在感官质量差、质量不达标（例如仍存在抗生素残留等）以及质量不稳定等缺陷。因此，寻求一种能耗低、抗生素残留少、资源浪费少且处理效率高的抗生素菌渣处理方法成为业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前常见的抗生素菌渣处理方法中，存在运行能耗高、资源浪费严重、处理时间长、抗生素易残留危害环境和人体健康，并且抗生菌渣中的束缚水和细胞内水难以脱除，影响处理及资源化利用的缺陷，提供了一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C混合均匀保温酶解，待酶解结束后用液氮喷淋冷冻酶解产物，再将冷冻后的酶解产物粉碎，得到混合粉碎物；
（2）挖建一个沼气池，用水泥将池底及池壁涂抹粉刷均匀，再在池底铺设一层聚乙烯土工膜，铺设完成后，将上述混合粉碎物倒入沼气池中，并密封沼气池，保温发酵，收集发酵过程中产生的沼气；
（3）待上述发酵完成后，捞取发酵产物并过滤，分离得到滤渣和滤液，滤液备用，将滤渣和去离子水混合，得到混合液，再将混合液装入水热反应釜中，向反应釜中通入氮气直至置换出釜内所有空气并密封釜盖，用上述收集的发酵过程中产生的沼气燃烧提供热源，将反应釜加热升温，搅拌热解，收集得到水热处理液；
（4）将上述水热处理液离心处理，分离得到离心液和滤袋中的滤饼，离心液备用，将所得滤饼移入炭化炉中保温炭化，得到炭化滤饼；
（5）将上述炭化滤饼和碳酸钾溶液混合后，超声振荡浸渍，并将浸渍后的炭化滤饼烘干并粉碎，粉碎后过50目筛，得到活性炭；
（6）将步骤（3）备用的滤液和步骤（4）备用的离心液按等质量比混合后，在40～50℃下搅拌反应3～5h，再将反应液灭菌，将灭菌后的反应液装入蒸馏装置，加热升温至100～120℃，蒸馏去除水分，得到生物油燃料，如此即可完成对抗生素菌渣的无害资源化处理。
所述的待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C的质量比为100:1:1，保温酶解温度为35～37℃，保温酶解时间为7～10h，液氮喷淋冷冻时间为3～5min。
所述的沼气池长为3m，宽为2m，深度为2m。
步骤（2）中所述的保温发酵温度为35～45℃，保温发酵时间为5～7天。
步骤（3）中所述的滤渣和水的质量比1:2，加热升温的温度为220～240℃，搅拌热解时间为4～6h。
所述的保温炭化温度为400～500℃，保温炭化时间为2～3h。
所述的炭化滤饼和碳酸钾溶液的质量比为1:10，碳酸钾溶液的质量分数为40%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先通过复合酶解破坏菌渣细胞薄膜结构，使其初步破裂，再用液氮冷冻使细胞内的水瞬时结冰胀大，撑破细胞，使菌渣中的束缚水和细胞内水得以释放脱除；
（2）本发明将脱水后的菌渣厌氧发酵，收集发酵所得沼气提供热解能源，将发酵后的菌渣通过水热法热解焦化，得到多孔焦化物，再经炭化、活化后制得活性炭，水热处理液经蒸馏去除水分后制得生物燃料油，实现了对抗生菌渣完成无害化处理，并且实现了对抗生菌的资源化处理，处理方法所需能耗低，处理周期短，且没有抗生素残留和二次污染，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
首先将5～6吨待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C按质量比为100:1:1混合均匀，并在35～37℃下保温酶解7～10h，待酶解结束后用液氮喷淋冷冻酶解产物3～5min，再将冷冻后的酶解产物放入研磨粉碎机中粉碎20～30min，得到混合粉碎物，挖建一个长为3m，宽为2m，深度为2m的沼气池，用水泥将池底及池壁涂抹粉刷均匀，再在池底铺设一层聚乙烯土工膜，铺设完成后，将混合粉碎物倒入沼气池中，并密封沼气池，在35～45℃下保温发酵5～7天，收集发酵过程中产生的沼气，待发酵完成后，捞取发酵产物并过滤，分离得到滤渣和滤液，滤液备用，称取1～2kg滤渣和2～4L去离子水混合，得到混合液，再将混合液装入水热反应釜中，以10mL/min的速率向釜中通入氮气直至置换出釜内所有空气并密封釜盖，待反应釜密封完成后，用沼气燃烧提供热源，将反应釜加热升温至220～240℃，搅拌热解4～6h后，打开反应釜釜盖，得到水热处理液，再将水热处理液装入布袋式离心机中离心处理5～10min，所用滤布孔径为60μm，分离得到离心液和滤袋中的滤饼，离心液备用，将所得滤饼移入炭化炉中，加热升温至400～500℃，保温炭化2～3h，得到炭化滤饼，随后将炭化滤饼和质量分数为40%碳酸钾溶液按质量比为1:10混合后，放入超声振荡仪中超声振荡浸渍5～7h，并将浸渍后的炭化滤饼放入烘箱在105～110℃下干燥至恒重，再用粉碎机粉碎后过50目筛，得到活性炭，最后将滤液和离心液按等质量比混合后，在40～50℃下搅拌反应3～5h，再将反应液移入高温灭菌箱中，在120℃下灭菌10～15min，将灭菌后的反应液装入蒸馏装置，加热升温至100～120℃，蒸馏去除水分，得到生物油燃料，如此即可完成对抗生素菌渣的无害资源化处理。
实例1
首先将5～6吨待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C按质量比为100:1:1混合均匀，并在35～37℃下保温酶解7～10h，待酶解结束后用液氮喷淋冷冻酶解产物3～5min，再将冷冻后的酶解产物放入研磨粉碎机中粉碎20～30min，得到混合粉碎物，挖建一个长为3m，宽为2m，深度为2m的沼气池，用水泥将池底及池壁涂抹粉刷均匀，再在池底铺设一层聚乙烯土工膜，铺设完成后，将混合粉碎物倒入沼气池中，并密封沼气池，在35～45℃下保温发酵5～7天，收集发酵过程中产生的沼气，待发酵完成后，捞取发酵产物并过滤，分离得到滤渣和滤液，滤液备用，称取1～2kg滤渣和2～4L去离子水混合，得到混合液，再将混合液装入水热反应釜中，以10mL/min的速率向釜中通入氮气直至置换出釜内所有空气并密封釜盖，待反应釜密封完成后，用沼气燃烧提供热源，将反应釜加热升温至220～240℃，搅拌热解4～6h后，打开反应釜釜盖，得到水热处理液，再将水热处理液装入布袋式离心机中离心处理5～10min，所用滤布孔径为60μm，分离得到离心液和滤袋中的滤饼，离心液备用，将所得滤饼移入炭化炉中，加热升温至400～500℃，保温炭化2～3h，得到炭化滤饼，随后将炭化滤饼和质量分数为40%碳酸钾溶液按质量比为1:10混合后，放入超声振荡仪中超声振荡浸渍5～7h，并将浸渍后的炭化滤饼放入烘箱在105～110℃下干燥至恒重，再用粉碎机粉碎后过50目筛，得到活性炭，最后将滤液和离心液按等质量比混合后，在40～50℃下搅拌反应3～5h，再将反应液移入高温灭菌箱中，在120℃下灭菌10～15min，将灭菌后的反应液装入蒸馏装置，加热升温至100～120℃，蒸馏去除水分，得到生物油燃料，如此即可完成对抗生素菌渣的无害资源化处理。
实例2
首先将5～6吨待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C按质量比为100:1:1混合均匀，并在35～37℃下保温酶解7～10h，待酶解结束后用液氮喷淋冷冻酶解产物3～5min，再将冷冻后的酶解产物放入研磨粉碎机中粉碎20～30min，得到混合粉碎物，挖建一个长为3m，宽为2m，深度为2m的沼气池，用水泥将池底及池壁涂抹粉刷均匀，再在池底铺设一层聚乙烯土工膜，铺设完成后，将混合粉碎物倒入沼气池中，并密封沼气池，在35～45℃下保温发酵5～7天，收集发酵过程中产生的沼气，待发酵完成后，捞取发酵产物并过滤，分离得到滤渣和滤液，滤液备用，称取1～2kg滤渣和2～4L去离子水混合，得到混合液，再将混合液装入水热反应釜中，以10mL/min的速率向釜中通入氮气直至置换出釜内所有空气并密封釜盖，待反应釜密封完成后，用沼气燃烧提供热源，将反应釜加热升温至220～240℃，搅拌热解4～6h后，打开反应釜釜盖，得到水热处理液，再将水热处理液装入布袋式离心机中离心处理5～10min，所用滤布孔径为60μm，分离得到离心液和滤袋中的滤饼，离心液备用，将所得滤饼移入炭化炉中，加热升温至400～500℃，保温炭化2～3h，得到炭化滤饼，随后将炭化滤饼和质量分数为40%碳酸钾溶液按质量比为1:10混合后，放入超声振荡仪中超声振荡浸渍5～7h，并将浸渍后的炭化滤饼放入烘箱在105～110℃下干燥至恒重，再用粉碎机粉碎后过50目筛，得到活性炭，最后将滤液和离心液按等质量比混合后，在40～50℃下搅拌反应3～5h，再将反应液移入高温灭菌箱中，在120℃下灭菌10～15min，将灭菌后的反应液装入蒸馏装置，加热升温至100～120℃，蒸馏去除水分，得到生物油燃料，如此即可完成对抗生素菌渣的无害资源化处理。
实例3
首先将5～6吨待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C按质量比为100:1:1混合均匀，并在35～37℃下保温酶解7～10h，待酶解结束后用液氮喷淋冷冻酶解产物3～5min，再将冷冻后的酶解产物放入研磨粉碎机中粉碎20～30min，得到混合粉碎物，挖建一个长为3m，宽为2m，深度为2m的沼气池，用水泥将池底及池壁涂抹粉刷均匀，再在池底铺设一层聚乙烯土工膜，铺设完成后，将混合粉碎物倒入沼气池中，并密封沼气池，在35～45℃下保温发酵5～7天，收集发酵过程中产生的沼气，待发酵完成后，捞取发酵产物并过滤，分离得到滤渣和滤液，滤液备用，称取1～2kg滤渣和2～4L去离子水混合，得到混合液，再将混合液装入水热反应釜中，以10mL/min的速率向釜中通入氮气直至置换出釜内所有空气并密封釜盖，待反应釜密封完成后，用沼气燃烧提供热源，将反应釜加热升温至220～240℃，搅拌热解4～6h后，打开反应釜釜盖，得到水热处理液，再将水热处理液装入布袋式离心机中离心处理5～10min，所用滤布孔径为60μm，分离得到离心液和滤袋中的滤饼，离心液备用，将所得滤饼移入炭化炉中，加热升温至400～500℃，保温炭化2～3h，得到炭化滤饼，随后将炭化滤饼和质量分数为40%碳酸钾溶液按质量比为1:10混合后，放入超声振荡仪中超声振荡浸渍5～7h，并将浸渍后的炭化滤饼放入烘箱在105～110℃下干燥至恒重，再用粉碎机粉碎后过50目筛，得到活性炭，最后将滤液和离心液按等质量比混合后，在40～50℃下搅拌反应3～5h，再将反应液移入高温灭菌箱中，在120℃下灭菌10～15min，将灭菌后的反应液装入蒸馏装置，加热升温至100～120℃，蒸馏去除水分，得到生物油燃料，如此即可完成对抗生素菌渣的无害资源化处理。
使用实例1～3所述抗生素菌渣的无害资源化处理方法及常规抗生素菌渣能源化处理方法（对比例）分别对青霉素菌渣、螺旋霉素菌渣及链霉素菌渣进行处理，并对处理后抗生素残留量进行检测，其检测结果如表1所述：
表1
从表1可以看出，本发明抗生素菌渣的无害资源化处理方法对多种抗生素菌渣均
具有较好的处理效果，处理后抗生素残留量极微，不会对人体和环境造成损害。
对使用实例1～3所述抗生素菌渣的无害资源化处理方法及常规抗生素菌渣能源化处理方法（对比例）所需处理时间及处理成本进行检测，其检测结果如表2所述：
表2
| 检测项目 | 对比例 | 实例1 | 实例2 | 实例3 |
| 处理时间（天/吨） | 12～15 | 6～7 | 7～8 | 8～9 |
| 处理成本（元/吨） | 1200～1500 | 850 | 1000 | 1100 |
从表2可以看出，本发明抗生素菌渣的无害资源化处理方法具有所需能耗低、处理周期短的优点，实现了菌渣的资源化、无害化处理，具有良好的环境和经济效益。
Claims (7)
1.一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，其特征在于具体处理步骤为：
（1）将待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C混合均匀保温酶解，待酶解结束后用液氮喷淋冷冻酶解产物，再将冷冻后的酶解产物粉碎，得到混合粉碎物；
（2）挖建一个沼气池，用水泥将池底及池壁涂抹粉刷均匀，再在池底铺设一层聚乙烯土工膜，铺设完成后，将上述混合粉碎物倒入沼气池中，并密封沼气池，保温发酵，收集发酵过程中产生的沼气；
（3）待上述发酵完成后，捞取发酵产物并过滤，分离得到滤渣和滤液，滤液备用，将滤渣和去离子水混合，得到混合液，再将混合液装入水热反应釜中，向反应釜中通入氮气直至置换出釜内所有空气并密封釜盖，用上述收集的发酵过程中产生的沼气燃烧提供热源，将反应釜加热升温，搅拌热解，收集得到水热处理液；
（4）将上述水热处理液离心处理，分离得到离心液和滤袋中的滤饼，离心液备用，将所得滤饼移入炭化炉中保温炭化，得到炭化滤饼；
（5）将上述炭化滤饼和碳酸钾溶液混合后，超声振荡浸渍，并将浸渍后的炭化滤饼烘干并粉碎，粉碎后过50目筛，得到活性炭；
（6）将步骤（3）备用的滤液和步骤（4）备用的离心液按等质量比混合后，在40～50℃下搅拌反应3～5h，再将反应液灭菌，将灭菌后的反应液装入蒸馏装置，加热升温至100～120℃，蒸馏去除水分，得到生物油燃料，如此即可完成对抗生素菌渣的无害资源化处理。
2.根据权利要求1所述的一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，其特征在于：所述的待处理的抗生素菌渣和胰蛋白酶以及磷脂酶C的质量比为100:1:1，保温酶解温度为35～37℃，保温酶解时间为7～10h，液氮喷淋冷冻时间为3～5min。
3.根据权利要求1所述的一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，其特征在于：所述的沼气池长为3m，宽为2m，深度为2m。
4.根据权利要求1所述的一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的保温发酵温度为35～45℃，保温发酵时间为5～7天。
5.根据权利要求1所述的一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的滤渣和水的质量比1:2，加热升温的温度为220～240℃，搅拌热解时间为4～6h。
6.根据权利要求1所述的一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，其特征在于：所述的保温炭化温度为400～500℃，保温炭化时间为2～3h。
7.根据权利要求1所述的一种无害资源化处理抗生素菌渣的方法，其特征在于：所述的炭化滤饼和碳酸钾溶液的质量比为1:10，碳酸钾溶液的质量分数为40%。
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