CN110981563B - 一种抗生素菌渣的处理方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抗生素菌渣的处理方法及其应用，包括将新鲜抗生素菌渣置于反应罐中，搅拌混合均匀后置于微波反应器中进行微波调控，然后与黄孢原毛平革菌培养液进行均匀的混合后，静置1‑2天后过滤，收集固体部分同有机废物进行均匀混合后置于发酵池中，进行槽式好氧堆肥发酵，本发明处理后的抗生素菌渣以其丰富的含氮量可以作为肥料，改良土壤并且不污染环境。其应用前景较好，可应用于园艺、果蔬、农田、森林或者城市绿化土地等。

Description

一种抗生素菌渣的处理方法及其应用
技术领域
本发明属于抗生素菌渣资源再利用技术领域，具体涉及一种抗生素菌渣的处理方法及其应用。
背景技术
抗生素菌渣是指抗生素发酵生产过程中产生的菌丝废渣，属于工业废弃物，主要成分为菌丝体、发酵过程中产生的代谢产物、培养基的降解物、残留有机溶剂以及残留抗生素等。菌渣中含有的抗生素残留会在动物体内富集，并通过泌乳、产蛋而进入奶、蛋中，进而对人类产生毒副作用，使人体内的致病菌产生抗药性。因此，如何有效地处理抗生素菌渣，不仅是提高企业经济效益的需求，也是节能减排发展循环经济的需要，更是抗生素生产企业对社会的责任。
目前，国内外对抗生素菌渣的处置方法主要有生物法。生物法是指，以菌渣为生物利用底物，通过投加接种菌种使抗生素菌渣被微生物利用，以实现减量化和资源化的目的。但抗生素菌渣若直接采用生物法，对菌渣的减量化效率低且处理后的菌渣由于抗生素的残留仍然存在耐药性和抗生素无法降解或降解不完全等风险。
发明内容
本发明提供一种抗生素菌渣的处理方法及其应用，以解决现有技术存在的抗生素菌渣由于抗生素的残留产生的耐药性和抗生素无法降解或降解不完全的技术问题。
本发明的技术方案之一，一种抗生素菌渣的处理方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜抗生素菌渣置于反应罐中，控制含水量至85～95％，搅拌混合均匀后置于微波反应器中，控制微波反应器的微波功率至100～900W，将抗生素菌渣加热至100℃，并保持30～60min；
(2)在经过步骤(1)处理的抗生素菌渣和黄孢原毛平革菌培养液进行均匀的混合后，静置1-2天后过滤，收集固体部分；
(3)将步骤(2)制得的固体菌渣同有机废物进行均匀混合后置于发酵池中，调节pH值至6.5-7.5，水分含量60-65％，进行槽式好氧堆肥发酵，每5天翻堆1次，堆肥时间为30-45天。
优选的，步骤(2)所述的黄孢原毛平革菌培养液的制备方法包括以下步骤：
①菌株活化培养：将黄孢原毛平革菌斜面保藏物接种到马铃薯葡萄糖固体培养基，置于35℃下培养3-5天，直至形成大量孢子；
②孢子悬液的制备，在PDA固体培养基上加入一定量Tween80-NaCl溶液，三角刮刀轻轻刮落孢子，混入水中，吸取含孢子的水溶液，过滤除去菌丝，滤液经血球计数板计数并稀释至孢子浓度为108/ml，作为种子液；
③按照2.5％-5％接种量将种子液接种到KirK培养液中，35℃培养3天得黄孢原毛平革菌培养液。
优选的，步骤③中所述的KirK培养液包括：KH2PO4 2.0g、MgSO4·7H2O 0.71g、VB10.01g、酒石酸铵0.2g、葡萄糖10g、微量元素液100mL、缓冲溶液850mL；缓冲溶液为20mmol/L酒石酸钠缓冲液，用3％(m/v)的NaOH调节pH为4.5；吐温80(0.1％V/V)；
Kirk培养基的微量元素液(L-1)：NaCl 1.0g、CoCl2·6H2O 0.18g、Na2MoO4·2H2O0.01g、ZnSO4·7H2O 0.1g、CaCl2 0.1g、CuSO4·5H2O 0.01g、MnSO4·H2O 0.5g,FeSO4·7H2O0.1g、AlK(SO4)2·12H2O 0.01g,MgSO4·7H2O 3.0g、H3BO3 0.01g,NTA 1.5g。
优选的，步骤(2)中菌渣和黄孢原毛平革菌培养液的混合质量比为2∶(5-10)。
优选的，步骤(2)中静置温度为30-38℃。
优选的，步骤(3)中所述的有机废物为禽畜粪便、市政污泥、餐厨垃圾、农林垃圾中的一种或多种混合物。
优选的，步骤(3)中固体菌渣和禽畜粪便的混合质量比为1∶(2-6)。
优选的，将步骤(1)制得的抗生素菌渣和黄孢原毛平革菌培养液进行均匀混合前，通入温度为150-170℃、压力在1.2-2.2MPa之间的饱和蒸汽，致使物料温度上升至120-130℃，并停留时间15-30min。
优选的，所述抗生素菌渣选自含有β内酰胺类、四环素类、大环内酯类、氨基糖苷、多肽类和林可霉素类抗生素中的一种或者多种的菌渣。
本发明的技术方案之二，上述的抗生素菌渣的处理方法所制备的堆肥发酵产物。
本发明的技术方案之三，上述的抗生素菌渣的处理方法所制备的堆肥发酵产物在制备肥料方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明首先通过微波调控菌渣，菌渣中产生偶极矩的物质如水分子、抗生素、蛋白质等吸收微波频率范围的能量，从而保证菌渣主要的营养成分不被破坏的同时，使得菌渣结构和菌丝体以及抗生素破裂，去除抗生素菌渣中的大部分抗生素残留，然后将其与黄孢原毛平革菌培养液进行一定比例的混合，并静置1-2天，抗生素菌渣中含有大量的营养物质，促进黄孢原毛平革菌在混合基体中的进一步扩大繁殖，并且显著提高了其对于抗生素的降解活性，同时黄孢原毛平革菌依附在抗生素菌渣中天然存在的大量孔隙中，对黄孢原毛平革菌起到一定的固定作用，在后续堆肥发酵过程中进一步促进黄孢原毛平革菌对菌渣以及禽畜粪便中残留的抗生素进行进一步的深化降解处理。将进行了微波调控的菌渣进行进一步的高温蒸汽处理，有助于使微波调控过程中未进行降解的抗生素进一步高温分解，进一步降低其中残留抗生素的浓度，为黄孢原毛平革菌培养液的接种提供良好的生存条件。
本发明以经过微波调控的抗生素菌渣作为黄孢原毛平革菌的固定基质，一方面，为黄孢原毛平革菌的扩增繁殖提供了更多的空间支持，提高了黄孢原毛平革菌对于抗生素的降解活性，另一方面，也有助于黄孢原毛平革菌对抗生素菌渣中残留的抗生素进行进一步的深化降解处理。处理后的抗生素菌渣以其丰富的含氮量可以作为肥料，改良土壤并且不污染环境。其应用前景较好，可应用于园艺、果蔬、农田、森林或者城市绿化土地等。根据本发明可为企业解决菌渣处理处置等亟待解决的难题，减少处理费用，同时菌渣的资源化可以为企业带来潜在的经济效益。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
(1)将90g四环素菌渣样品置于反应罐内(含水率85％，干基有机成分含有90％，无机成分10％，头孢菌素C含量7050mg/kg干菌渣，pH5.5)，在室温20℃、微波功率为600W的条件下，微波升温过程需要200秒左右，达到目标温度100℃后，采用恒功率模式继续处理30min；
(2)将黄孢原毛平革菌(购买与北京科展生物科技有限公司)斜面保藏物接种到马铃薯葡萄糖固体培养基，置于35℃下培养3-5天，直至形成大量孢子；在PDA固体培养基上加入一定量Tween80-NaCl溶液，三角刮刀轻轻刮落孢子，混入水中，吸取含孢子的水溶液，过滤除去菌丝，滤液经血球计数板计数并稀释至孢子浓度为108/ml，作为种子液；
按照4％接种量将种子液接种到KirK培养液中，35℃培养3天得黄孢原毛平革菌培养液。所述的KirK培养液包括：KH2PO4 2.0g、MgSO4·7H2O 0.71g、VB1 0.01g、酒石酸铵0.2g、葡萄糖10g、微量元素液100mL、缓冲溶液850mL；缓冲溶液为20mmol/L酒石酸钠缓冲液，用3％(m/v)的NaOH调节pH为4.5；吐温80(0.1％V/V)；Kirk培养基的微量元素液(L-1)：NaCl 1.0g、CoCl2·6H2O 0.18g、Na2MoO4·2H2O 0.01g、ZnSO4·7H2O 0.1g、CaCl2 0.1g、CuSO4·5H2O 0.01g、MnSO4·H2O 0.5g,FeSO4·7H2O 0.1g、AlK(SO4)2·12H2O 0.01g,MgSO4·7H2O 3.0g、H3BO3 0.01g,NTA 1.5g。
(3)将上述培养液和步骤(1)制备的抗生素菌渣以7∶2的质量比进行均匀的混合后置于温度35℃的环境中静置36h后，过滤、保留固体菌渣。
(4)固体菌渣和猪粪以1∶3的质量比进行均匀混合后进行好氧堆肥发酵，每5天翻堆1次，堆肥时间为35天。
实施例2
同实施例1，区别在于，所述抗生素菌渣为土霉素菌渣。
实施例3
同实施例1，区别在于，步骤(1)制备的抗生素菌渣直接和猪粪进行混合，并加入同样质量的黄孢原毛平革菌培养液，均匀混合后，进行好氧堆肥发酵。
实施例4
同实施例1，区别在于步骤(1)制备的抗生素菌渣在和黄孢原毛平革菌培养液进行混匀前通入温度为150℃、压力在1.2MPa的饱和蒸汽，致使物料温度上升至120℃，并停留时间20min。
对实施例1-4中所制备的发酵产物进行有机质含量、养分含量以及抗生素含量检测，检测标准NY 525-2012《有机肥料》、GB/T32951-2016《有机肥料中四霉素、四环素、金霉素与强力霉素的含量测定高效液相色谱法》，结果见表1。
表1
Figure BDA0002313161590000061
除上述实施例外，还选用市政污泥、餐厨垃圾、农林垃圾秸秆等和固体菌渣进行均匀混合后进行好氧堆肥发酵，结果显示所制备的肥料均符合检测标准NY 525-2012《有机肥料》中的相关要求，且抗生素含量均≤1mg/kg，此外还利用本发明的抗生素菌渣的处理方法用于处理头孢菌、金霉素、强力素等抗生素菌渣，均表现出等同于上述技术方案的技术效果，因此可以确定，本发明的技术方案对于抗生素菌渣的处理效果是极其有效的，而将微波处理的抗生素菌渣首先置于黄孢原毛平革菌培养液中进行混合培养一段时间有助于后续有机肥料中营养物质的增加。

Claims (7)

1.一种抗生素菌渣无害化处理后制备有机肥料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将新鲜抗生素菌渣置于反应罐中，控制含水量至85～95％，搅拌混合均匀后置于微波反应器中，控制微波反应器的微波功率至100～900W，将抗生素菌渣加热至100℃，并保持30～60min；
(2)将经过步骤(1)处理的抗生素菌渣和黄孢原毛平革菌培养液以2：7的质量比进行均匀的混合后，35℃静置36h后过滤，收集固体部分；
(3)将步骤(2)制得的固体菌渣同有机废物进行均匀混合后置于发酵池中，调节pH值至6.5-7.5，水分含量60-65％，进行槽式好氧堆肥发酵，每5天翻堆1次，堆肥时间为30-45天得有机肥料；
将步骤(1)制得的抗生素菌渣和黄孢原毛平革菌培养液进行均匀混合前，通入温度为150-170℃、压力在1.2-2.2MPa之间的饱和蒸汽，致使物料温度上升至120-130℃，并停留时间15-30min。
2.根据权利要求1所述的一种抗生素菌渣无害化处理后制备有机肥料的方法，其特征在于，步骤(2)所述的黄孢原毛平革菌培养液的制备方法包括以下步骤：
①菌株活化培养：将黄孢原毛平革菌斜面保藏物接种到马铃薯葡萄糖固体培养基，置于35℃下培养3-5天，直至形成大量孢子；
②孢子悬液的制备，在PDA固体培养基上加入一定量Tween80-NaCl溶液，三角刮刀轻轻刮落孢子，混入水中，吸取含孢子的水溶液，过滤除去菌丝，滤液经血球计数板计数并稀释至孢子浓度为108/ml，作为种子液；
③按照2.5％-5％接种量将种子液接种到KirK培养液中，35℃培养3天得黄孢原毛平革菌培养液。
3.根据权利要求2所述的一种抗生素菌渣无害化处理后制备有机肥料的方法，其特征在于，步骤③中所述的KirK培养液包括：KH2PO4 2.0g、MgSO4·7H2O 0.71g、VB1 0.01g、酒石酸铵0.2g、葡萄糖10g、微量元素液100mL、缓冲溶液850mL；
缓冲溶液为20mmol/L酒石酸钠缓冲液，用3％(m/v)的NaOH调节pH为4.5；吐温80(0.1％V/V)；Kirk培养基的微量元素液(L-1)：NaCl 1.0g、CoCl2·6H2O 0.18g、Na2MoO4·2H2O0.01g、ZnSO4·7H2O 0.1g、CaCl2 0.1g、CuSO4·5H2O 0.01g、MnSO4·H2O 0.5g,FeSO4·7H2O0.1g、AlK(SO4)2·12H2O 0.01g,MgSO4·7H2O 3.0g、H3BO3 0.01g,NTA 1.5g。
4.根据权利要求1所述的一种抗生素菌渣无害化处理后制备有机肥料的方法，其特征在于，步骤(2)中步骤(3)所述有机废物为禽畜粪便、市政污泥、餐厨垃圾、农林垃圾中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种抗生素菌渣无害化处理后制备有机肥料的方法，其特征在于，步骤(3)中固体菌渣和禽畜粪便的混合质量比为1∶(2-6)。
6.根据权利要求1所述的一种抗生素菌渣无害化处理后制备有机肥料的方法，其特征在于，所述抗生素菌渣选自含有β内酰胺类、四环素类、大环内酯类、氨基糖苷、多肽类和林可霉素类抗生素中的一种或者多种的菌渣。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的一种抗生素菌渣无害化处理后制备有机肥料的方法制备的有机肥料。
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