一種抗生素菌渣的處理工藝的制作方法

文檔序號：12808220閱讀：295來源：國知局

本發(fā)明涉及一種有機廢棄物的處理工藝，具體地，涉及一種抗生素菌渣的處理工藝。

背景技術(shù)：

抗生素菌渣是微生物發(fā)酵法生產(chǎn)抗生素過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。中國是抗生素生產(chǎn)的第一大國，抗生素菌渣的綠色降解和利用是目前國內(nèi)抗生素生產(chǎn)企業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。

抗生素菌渣主要由微生物菌體組織、殘留的培養(yǎng)基、生產(chǎn)工藝中混合在培養(yǎng)基中的固相殘留物，如助濾劑組成。所述抗生素菌渣的成分包括：來源于微生物和培養(yǎng)基的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、幾丁質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)以及殘留的抗生素等。其中，抗生素菌渣的水分含量通常約為70-95重量％。固體廢棄物干基中粗蛋白的比例在30-50重量％左右，碳水化合物如纖維素、幾丁質(zhì)、礦物質(zhì)等其他成分約占固體廢棄物干基的40-70重量％，抗生素的殘留濃度一般在0.05-6重量‰之間。

目前，抗生素菌渣按照危險廢棄物處理?，F(xiàn)有技術(shù)提供了各種利用的途徑：如cn104263451a提供了一種菌渣綠聚燃料及其制備方法，該方法提出將抗生素菌渣與煤泥和聚化燃料制備為燃料并焚燒的方案。

又如cn104086244a提供了一種抗生素菌渣生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化腐殖質(zhì)的方法，該方法采用復合微生物對物料進行固態(tài)發(fā)酵，其中，所述物料包括抗生素菌渣和秸稈；所述復合微生物包括木霉菌、枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌，并且所述木霉菌、枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌之間的重量比為(3-5):(2-4):(2-4)。該方法通過將菌渣通過固體發(fā)酵而作為有機肥原料使用。

又如cn103923599a提供了一種基于抗生素菌渣和豆粉制備的膠黏劑及其制備方法，所述膠黏劑的原料包括抗生素菌渣、豆粉和添加劑。該方法提出的是將抗生素菌渣材料化應(yīng)用的方案。

雖然抗生素菌渣現(xiàn)有的處理技術(shù)包括焚燒技術(shù)、肥料化技術(shù)、填埋以及能源化技術(shù)等。然而，抗生素菌渣的處理仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，對于菌渣中殘留的抗生素，除焚燒和碳化熱處理外，在現(xiàn)有技術(shù)的方案中難以有效降解，會重新進入環(huán)境，成為培育抗藥性微生物的溫床。第二，抗生素菌渣的堆放以及處理過程會釋放難聞氣味，對周圍環(huán)境造成污染，使得處理的過程面臨更大的技術(shù)難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷而提供一種抗生素菌渣的處理工藝，該處理工藝可以有效降低各種抗生素的殘留濃度，使得經(jīng)過本方案處理的菌渣符合無害化利用的要求，并且可以有效提高菌渣中的蛋白含量。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用焚燒和碳化熱處理的方法，盡管能夠去除抗生素殘留，但是，粗蛋白質(zhì)、氨基酸以及其它有機物質(zhì)等有機營養(yǎng)成分不能得到保留。而本發(fā)明的處理工藝既能有效除去殘留抗生素，又能保留營養(yǎng)物質(zhì)，即除去了殘留抗生素又保留了營養(yǎng)物質(zhì)并除去異味，因而具有良好的應(yīng)用前景。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種抗生素菌渣的處理工藝，其中，所述處理工藝包括：在酸性物質(zhì)的存在下，并在密閉條件下、在40-260℃，將待處理抗生素菌渣進行降解，然后將降解產(chǎn)物進行分離得到固相物質(zhì)流和氣相物質(zhì)流，并將氣相物質(zhì)流進行后處理。

通過上述技術(shù)方案，能夠在有效降解抗生素菌渣中的殘留抗生素的同時有效保留其中的有機營養(yǎng)成分，為菌渣的無害化利用提供了良好的前提條件。再者，本發(fā)明的工藝在處理過程中以及處理之后，能夠有效避免菌渣釋放難聞氣味的問題，處理后的菌渣無臭味，環(huán)境友好。

優(yōu)選地，所述處理工藝還包括在降解后，采用蒸汽爆破的方式降壓，使得降壓前后的壓力差至少為0.1mpa，進一步優(yōu)選為0.4-1.2mpa。在此過程中，能夠使菌渣中的細胞充分破碎、破裂，并使其中的各組分，如纖維素和營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)充分游離出來，從而進一步保證抗生素菌渣中殘留抗生素大幅度降解，并有效保留營養(yǎng)成分。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明一種具體實施方式的抗生素菌渣的處理工藝流程圖。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

按照本發(fā)明，所述抗生素菌渣的處理工藝包括：在酸性物質(zhì)的存在下，并在密閉條件下、在40-260℃，將待處理抗生素菌渣進行降解，然后將降解產(chǎn)物進行分離得到固相物質(zhì)流和氣相物質(zhì)流，并將氣相物質(zhì)流進行后處理。優(yōu)選情況下，降解溫度為大于或等于110℃至小于200℃，進一步優(yōu)選為120-190℃。

本發(fā)明所述的固相物質(zhì)流是指抗生素菌渣經(jīng)過降解處理后產(chǎn)生的固液混合物；所述的氣相物質(zhì)流是指抗生素菌渣經(jīng)過降解處理后產(chǎn)生的氣體混合物。

本發(fā)明的處理工藝采用在酸性物質(zhì)存在下，并在密閉條件下，在40-260℃，將待處理抗生素菌渣進行降解，能夠有效降低抗生素濃度，提高固相蛋白質(zhì)含量，除去菌渣異味，從而達到熱酸降解、無害化處理和有效利用物料的三重目的。

按照本發(fā)明，所述降解的時間只要保證抗生素的有效降解以及有機營養(yǎng)物質(zhì)的有效保存即可，優(yōu)選情況下，所述降解的時間為0.05-180分鐘，進一步優(yōu)選情況下，在采用熱酸法處理抗生素菌渣時，可以將降解時間縮短為3-80分鐘。

按照本發(fā)明，所述密閉條件的降解的壓力可以為3kpa-5mpa，優(yōu)選為0.2-1.3mpa。

按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，為了提高降解效率，保證抗生素菌渣的充分降解以及營養(yǎng)物質(zhì)的留存，本發(fā)明在酸性物質(zhì)存在下，并在密閉條件下，在110-260℃，更優(yōu)選為大于或等于110℃至小于200℃，進一步優(yōu)選為120-190℃以及在3kpa-5mpa，優(yōu)選為0.2-1.3mpa下降解0.1-180分鐘，優(yōu)選為3-80分鐘后，即，在上述條件下降解后，在將降解產(chǎn)物進行分離前，采用蒸汽爆破的方式降壓，使得降壓前后的壓力差至少為0.1mpa，優(yōu)選為0.4-1.2mpa。采用蒸汽爆破的方式降壓，瞬間將密閉環(huán)境中的壓力狀態(tài)從高壓降至常壓或低壓，從而使抗生素菌渣中的細胞充分破碎、破裂；并使其中的各組分，如纖維素結(jié)構(gòu)充分打開以及營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)充分釋放出來，從而使得抗生素菌渣細胞內(nèi)外的抗生素大幅降解，而進一步實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的。

按照本發(fā)明，在酸性物質(zhì)的存在下，并在本發(fā)明所述降解條件下，將待處理抗生素菌渣進行降解的方式可以為：在降解之前即將待處理抗生素菌渣與酸性物質(zhì)接觸(例如，在進料之前將待處理抗生素菌渣與酸性物質(zhì)混合，或者在進料時將待處理抗生素菌渣與酸性物質(zhì)混合)，或者在降解過程中將待處理抗生素菌渣與酸性物質(zhì)接觸，也可以既在降解之前在將待處理抗生素菌渣與酸性物質(zhì)接觸，又在降解過程中再次將待處理抗生素菌渣與酸性物質(zhì)接觸。其中，所述的接觸優(yōu)選為混合。

按照本發(fā)明，在酸性物質(zhì)的存在下，將待處理抗生素菌渣進行降解，在相同降解時間下，能夠降低降解溫度，或者在相同降解溫度下，能夠縮短降解時間，同時又不會影響，甚至會提高降解效率。本發(fā)明對所述酸性物質(zhì)的種類和用量沒有特別限定，優(yōu)選情況下，酸性物質(zhì)的用量使得待處理抗生素菌渣中酸濃度處于0.001m-5m的范圍內(nèi)，優(yōu)選為0.005m-1m。

進一步優(yōu)選，所述酸性物質(zhì)可以為強酸也可以為弱酸，也可以為強酸與弱酸的組合，例如，所述強酸可以選自鹽酸、硫酸、磷酸和焦磷酸中的一種或多種，所述弱酸的pka(25℃)值至少大于-2，優(yōu)選為至少大于0；例如，可以選自羧酸，如富馬酸、乳酸、檸檬酸、甲酸、乙酸、乙二酸、丁二酸中的一種或多種。此外，所述酸性物質(zhì)還可以是呈現(xiàn)酸性的氨基酸，例如谷氨酸和/或天冬氨酸。

按照本發(fā)明，將降解產(chǎn)物進行分離得到固相物質(zhì)流和氣相物質(zhì)流的方法可以采用本領(lǐng)域公知的方法進行，例如，通過減壓、降溫，如在旋風分離器中，將氣體物質(zhì)流排出，并分離得到固相物質(zhì)流。同時，將排出的氣相物質(zhì)流進行本領(lǐng)域公知的常規(guī)的氣體后處理，以脫除其中的有害氣體。如采用生物法脫硫、化學吸附法等以除去其中的氨氣、硫化氫等有害氣體；再如可以采用利用水或活性炭等多孔介質(zhì)吸收尾氣中有異味或有害成分的尾氣吸收設(shè)備，也可以采用用于焚燒尾氣可燃成分的焚燒設(shè)備，當尾氣中可燃成分含量較低時可摻入沼氣、天然氣等可燃氣體進行混合焚燒。

按照本發(fā)明，所述待處理抗生素菌渣的含水量可以為20-99重量％，為了能夠更為有效的處理菌渣，提高處理效率，具體如圖1所示，本發(fā)明的處理工藝還包括：在將待處理抗生素菌渣降解之前，將至少部分待處理抗生素菌渣進行固液分離，得到水分含量為45-90重量％的脫水后待處理抗生素菌渣以及液相物質(zhì)流，并將脫水后待處理抗生素菌渣單獨進行降解或者與未脫水待處理抗生素菌渣一起進行降解。按照本發(fā)明的一個具體的實施方式，為了保證與酸性物質(zhì)的有效接觸，可以將脫水后待處理抗生素菌渣與酸性物質(zhì)接觸后直接單獨進行降解，或者也可以將脫水后待處理抗生素菌渣與選擇性地與酸性物質(zhì)接觸的未脫水待處理抗生素菌渣一起選擇性地與酸性物質(zhì)接觸并一起進行降解。其中，“選擇性地與酸性物質(zhì)接觸的未脫水待處理抗生素菌渣”以及“一起選擇性地與酸性物質(zhì)接觸”指的是，該未經(jīng)脫水處理的抗生素菌渣可以在降解前先與足量的酸性物質(zhì)接觸，之后直接與脫水后待處理抗生素菌渣一起進行降解，或者該未經(jīng)脫水處理的抗生素菌渣可以在降解前先與部分的酸性物質(zhì)接觸，之后與脫水后待處理抗生素菌渣混合并與部分酸性物質(zhì)接觸一起進行降解，再者該未經(jīng)脫水處理的抗生素菌渣與脫水后待處理抗生素菌渣混合一起與酸性物質(zhì)接觸并一起進行降解。

進一步優(yōu)選，該工藝還包括將分離得到的所述液相物質(zhì)流脫水至水分含量為55-85重量％，單獨進行降解優(yōu)選返回與脫水后待處理抗生素菌渣一起進行降解。一方面，提高待處理抗生素菌渣的干物質(zhì)濃度，能夠提高設(shè)備的處理效率，有利于進一步降低抗生素的殘留濃度，提高固相蛋白質(zhì)含量，另一方面，將固液分離后的液相物質(zhì)流進一步脫水，如蒸發(fā)、濃縮后返回，與脫水后待處理抗生素菌渣一起進行降解，可以減少蒸汽消耗，并能夠進一步將液相物質(zhì)流中含有的少量菌渣一起進行降解處理，提高了處理效果，并且在連續(xù)進料方便性和可控性上也得到了提升。

其中，所述固液分離的方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法進行，例如，可以采用板框過濾等方法。

按照本發(fā)明，為了進一步提高降解效果，所述待處理抗生素菌渣的降解優(yōu)選在攪拌下進行。

按照本發(fā)明，本發(fā)明優(yōu)選是在氣、液兩相或氣、液、固相三相熱反應(yīng)過程中進行降解，其中，提供溫度的熱源包括蒸汽和/或其它熱載體，加熱方式可以為熱載體直接與物料接觸并對其傳熱，也可以是熱載體通過容器器壁間接給物料加熱，或者上述兩種加熱方式結(jié)合進行。在優(yōu)選情況下，提供溫度的熱源為蒸汽，所述蒸汽可以是飽和蒸汽和/或過熱蒸汽，優(yōu)選使得密閉條件的蒸汽壓大于或者等于同溫度下水蒸氣的飽和蒸汽壓。

本發(fā)明所述的抗生素菌渣的處理工藝可以在本領(lǐng)域公知的設(shè)備中進行，例如，可以在間歇式蒸煮器，如常規(guī)立式蒸煮鍋，也可以在連續(xù)蒸煮器，如常規(guī)橫管式連續(xù)蒸煮器或者塔式連續(xù)蒸煮器中進行。

按照本發(fā)明，所述待處理抗生素菌渣的種類沒有特別限定，可以為現(xiàn)有技術(shù)中的各種抗生素菌渣，例如，來自各種可以產(chǎn)生下述抗生素菌渣發(fā)酵產(chǎn)生的菌渣以及包含該抗生素的菌渣物質(zhì)，具體來說，所述抗生素菌渣可以選自含有β內(nèi)酰胺類(如頭孢菌素、青霉素)、四環(huán)素類(如四環(huán)素、土霉素)、大環(huán)內(nèi)酯類(如紅霉素)類、氨基糖苷類(如慶大霉素、鏈霉素)、多肽類和林可霉素類等中的一種或者多種抗生素的菌渣。

在本發(fā)明中，所指壓力均為絕對壓力。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

以下實施例中，所述待處理抗生素菌渣為生產(chǎn)青霉素g和紅霉素的菌渣；其中，青霉素菌渣的水分含量為81.6重量％。以青霉素菌渣的干基重量為基準，粗蛋白含量為40.7重量％，纖維含量為6.5重量％，粗脂肪含量為3.5重量％，青霉素g的殘留濃度為2.38重量‰(2380ppm)。其中，紅霉素菌渣的水分含量為90.1重量％。以紅霉素菌渣的干基重量為基準，粗蛋白含量為34.1重量％，纖維含量為2.6重量％，粗脂肪含量為8.9重量％，紅霉素的殘留濃度為1.71重量‰(1710ppm)。

下述實施例和對比例中降解產(chǎn)物中青霉素/紅霉素殘留以ppm計，1ppm相當于0.0001重量％。

以下實施例中，所述抗生素粗蛋白含量通過凱氏定氮的方法測定得到，菌渣中抗生素的含量通過高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(液相色譜為agilent7890b，配備二元梯度泵，真空在線脫氣機，自動進樣器；質(zhì)譜儀為agilent公司6540q-tof；儀器控制、數(shù)據(jù)采集軟件及數(shù)據(jù)分析軟件采用agilent公司的masshnuter系統(tǒng))方法測得。

色譜條件：hss-t3色譜柱，100x2.1mmid.，粒徑1.8μm，柱溫：40℃。流動相：a相為含1質(zhì)量‰甲酸水溶液，b相為乙腈；流速0.4ml/min。進樣體積為3μl。

質(zhì)譜條件：電噴霧正離子源(esi+)，電壓3500v，干燥氣溫度300℃，錐孔電壓65v，鞘氣溫度350℃，干燥氣和鞘氣流量分別為8l/min和11l/min，霧化氣壓力35psi，全掃描模式(50-1000amu)。

以下實施例1-12以及對比例1-3中，間歇式立式蒸煮器的工作溫度40-300℃，工作壓力3kpa-10mpa；實施例13-18以及對比例4中，連續(xù)式蒸煮器工作溫度40-210℃，工作壓力3kpa-1.9mpa。

以下實施例中，氣體處理設(shè)備為采用利用活性炭多孔介質(zhì)吸收尾氣中有異味或有害成分的尾氣吸收設(shè)備。

實施例1