我國抗生素菌渣資源化研究新進展

◎ 王金雙，趙繼紅，劉永德

（河南工業大學化學化工與環境學院，河南 鄭州 450001）

目前，我國是世界上最大的抗生素原料藥生產國和出口國。根據2009年的統計，中國的抗生素產量已增加到147000 t，占全球總量的70%以上。每生產1 t的抗生素就會產生8～10 t的菌渣[1]。新鮮抗生素菌渣的含水率極高，性質不穩定，極易腐敗并散發惡臭嚴重影響空氣質量和環境質量。同時抗生素菌渣含有一定量的抗生素，代謝產物殘留和抗性，如果處理不當進入環境可能引起耐藥性基因的傳播，從而導致原有抗生素藥效的失效，危害人們健康。因此，我國已于2008年將抗生素菌渣定性為危險固體廢物[2]。

1 抗生素菌渣的來源以及特點

1.1 抗生素菌渣的來源

抗生素是微生物的次級代謝產物，通過對特定微生物進行調控發酵，發酵過程中形成特定的抗生素以及其代謝物[3]。在發酵生產過程中，抗生素菌渣產生于藥物有效成分的提取工序，根據抗生素發酵細菌的生化特性不同，有效成分提取有2種方式：①藥物有效成分從發酵液中提取，抗生素菌渣被壓縮為濾餅，直接作為固體廢物排出。②藥物有效成分從菌絲體中提取，菌渣全部從提取工序排出。不論是哪種生產方式，菌渣中都會帶有少量的抗生素殘留，培養基，絲狀體和中間代謝產物[4]。

1.2 抗生素菌渣的特點

抗生素菌渣是發酵工程的產物，濕的菌渣含水率很高（80%～90%），干的菌渣粗蛋白在30%～40%[5]。與此同時，還包含菌體、未被微生物利用的培養基、抗生素等。新鮮抗生素菌渣性質不穩定，極易腐敗并散發惡臭，嚴重影響空氣質量和環境質量。

2 抗生素菌渣處理與資源化技術

2.1 堆肥技術

張紅娟等[6]將林可霉素菌渣與牛糞聯合堆肥進行研究，結果顯示，堆肥后的種子發芽指數基本上達到無植物毒性水平，表明經過堆肥處理后，林可霉素這種性質比較穩定的抗生素被降解，堆肥基本達到無植物毒性水平。李路平等[7]研究顯示，將菌渣加工為有機肥，并施用在糧食與蔬菜作物上，可顯著增加糧食蔬菜產量，表明采用堆肥方式處理菌渣，可使菌渣中營養成分得到充分利用。

2.2 厭氧消化

蘇建文等[8]在35℃條件下對紅霉素菌渣進行單級厭氧消化研究，發現紅霉素菌渣具有較高的沼氣產能，其系統穩定運行的最高負荷為1.42 kgVS/(m·d)。何品晶等對氨氮和林可霉素對厭氧消化的過程影響進行了詳細研究，結果表明菌渣中的林可霉素濃度在10～30 mg/L范圍內，厭氧消化受抑制程度由16%提高至51%。當林可霉素濃度為100 mg/L時，抑制程度達到最大值72%。

2.3 菌渣熱解

尤占平等[9]對鏈霉素、慶大霉素菌渣為原料，研究其資源化途徑。通過工業和元素分析可知，兩種菌渣C、O質量分數較高，H、N、S質量分數較低；鏈霉素菌渣中灰分和揮發分含量高于慶大霉素菌渣，而固定碳含量低于慶大霉素菌渣。通過熱解實驗可知，隨熱解溫度升高，熱解氣產量增加，可凝結相和焦炭產量降低。熱解氣中H2含量最高，慶大霉素菌渣熱解時體積分數最高可達到57.6%，其次依次為CO2、CO、CH4等。兩種熱解氣屬于中熱值氣體，其低熱值在1015 mJ/m3。鏈霉素和慶大霉素菌渣及其熱解焦炭的熱值分別為16.144、24.589、11.460、14.382 mJ/kg。

2.4 制備菌渣水煤漿技術

張曄等[10]將林可霉素濕菌渣配合制水煤漿，漿體流動性、穩定性均較好。當菌渣配入量為3%時，最高制漿濃度在67%以上；當菌渣配入量為5%，最高制漿濃度在65%以上；當菌渣配入量在7%時，最高制漿濃度為64%；當菌渣配入量為10%時，最高制漿濃度達到60%以上。菌渣的配入量每增大1%，其最高制漿濃度降低1%。固定制漿濃度及添加劑添加量，當菌渣配入量為煤粉質量的1%～6%時，菌渣水煤漿的表觀粘度隨著菌渣配入量的增加而升高，析水率迅速降低，漿體穩定性升高。

2.5 其他處理方式

利用菌渣中含有大量菌體蛋白，培養基殘體，生長因子等物質還可將菌渣資源化處理為成型的產品或制備抗生素發酵培養基和活性碳吸附材料等。上述技術均可對抗生素菌渣中有用物質進行綜合利用，但由于有用成分的回收利用率低，抗生素菌渣基本沒有實現減量化，大量剩余菌渣仍需要進一步處置。

3 展望

菌渣填埋、焚燒、用作動物飼料或用作肥料的處理方式已經不能滿足人們對綠色，環保，低碳生活的需求。將菌渣制備成抗生素發酵培養基和制備活性碳吸附材料，對于處理大量菌渣效果很差，帶來的經濟效益很低，不滿足藥物發酵企業低成本高回報的方針。相對而言，抗生素菌渣的肥料化技術，厭氧消化，菌渣的熱解技術是解決菌渣污染的主要途徑。這些處理方式可應用于大規模生產實踐中。相關政府部門需制定出菌渣無害化處理的國家標準，為實現抗生素制藥菌渣減量化、無害化、資源化提供技術和政策引導。