我國(guó)抗生素菌渣處置技術(shù)現(xiàn)狀

劉園園

（北京觀瀾科技有限公司，北京 100083）

我國(guó)抗生素菌渣處置技術(shù)現(xiàn)狀

劉園園

（北京觀瀾科技有限公司，北京 100083）

我國(guó)是抗生素原料藥生產(chǎn)大國(guó)，文章總結(jié)了國(guó)內(nèi)對(duì)抗生素菌渣處理處置技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題并提出了有關(guān)建議。

抗生素菌渣；資源化；焚燒；肥料化

前言

我國(guó)是世界抗生素原料藥生產(chǎn)供應(yīng)基地。2013年我國(guó)抗生素產(chǎn)量達(dá)到24.8萬(wàn)噸[1]，占全球市場(chǎng)總量的70%以上。按照生產(chǎn)1噸抗生素平均產(chǎn)生40噸濕菌渣估算，2013年我國(guó)抗生素菌渣的產(chǎn)生量約為1000萬(wàn)噸。依據(jù)2016年新版的《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，抗生素菌渣屬于HW02中的271-002-02和276-002-02，為危險(xiǎn)廢物。

1 抗生素菌渣的特點(diǎn)及產(chǎn)量狀況

抗生素菌渣的主要成分為菌絲體、剩余培養(yǎng)基、代謝中間產(chǎn)物、有機(jī)溶媒及少量殘留的抗生素[2]。菌渣干基中的粗蛋白含量在30%以上，粗脂肪含量在10%以上，含水率高達(dá)79%～93%[3]。另一方面，菌渣中殘留的抗生素，可能會(huì)使人體產(chǎn)生耐藥基因，存在著安全隱患。鑒于抗生素菌渣產(chǎn)量大，含水率高，極易引起二次發(fā)酵，會(huì)使菌渣顏色變深，同時(shí)產(chǎn)生惡臭氣味，此外，菌渣在運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)造成空氣污染，且惡臭氣味去除難度大。若不及時(shí)處理，大量的菌絲體堆積會(huì)對(duì)大氣、水體、土壤環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，如何安全有效地處置抗生素菌渣，成為目前亟需解決的難題。

據(jù)2015年《中國(guó)化學(xué)制藥工業(yè)年度發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，原料藥企業(yè)由于升級(jí)改造、搬遷、停產(chǎn)、限產(chǎn)等因素，產(chǎn)量有所下降，以氯霉素最為明顯。2015年我國(guó)原料藥總產(chǎn)量為110.7萬(wàn)噸，出口量與上年同期持平，主要出口目的國(guó)是印度、美國(guó)、德國(guó)等。各省產(chǎn)量中，前兩位分別為河北省、山東省，河北省產(chǎn)量占全國(guó)的30.1%，山東省占全國(guó)的39.7%。各大類抗生素的產(chǎn)量及抗生素菌渣產(chǎn)生量占比見(jiàn)圖1。

圖1 2015年我國(guó)各大類抗生素產(chǎn)量占比

由圖1可知，我國(guó)抗生素原料藥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，β內(nèi)酰胺類占比最高，達(dá)68.02%，主要產(chǎn)品為青霉素類、頭孢類，其次是四環(huán)素類，占比18.22%，主要產(chǎn)品為鹽酸四環(huán)素、鹽酸土霉素、鹽酸多西環(huán)素、土霉素、金霉素等。多肽類相對(duì)較少，僅占0.02%。我國(guó)各類抗生素菌渣產(chǎn)生量占比見(jiàn)圖2。

由圖2可知，我國(guó)產(chǎn)生的抗生素菌渣中，主要是β內(nèi)酰胺類，達(dá)77.88%，這是由于β內(nèi)酰胺類原料藥產(chǎn)量大及產(chǎn)渣比例高造成的，其次是四環(huán)素類，占比8.57%。

圖2 2015年我國(guó)各大類抗生素菌渣產(chǎn)生量占比

2 抗生素菌渣處理處置技術(shù)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直在積極尋求抗生素菌渣的經(jīng)濟(jì)、高效且處理量大的處置方法，國(guó)內(nèi)有數(shù)家單位開(kāi)展了多方面的研究，本文對(duì)目前的菌渣處置技術(shù)進(jìn)行總結(jié)如下。

2.1 焚燒技術(shù)

焚燒是目前我國(guó)藥企和地方政府最為認(rèn)可、應(yīng)用最為廣泛、最為安全的抗生素菌渣處置方式，能在短時(shí)間內(nèi)大幅度減少菌渣體積，同時(shí)消除其中許多有害物質(zhì)并回收熱量。但由于發(fā)酵類抗生素生產(chǎn)工藝的限制，新鮮的菌渣粘度大，含水率最高可達(dá)93%，直接焚燒不易操作，因此焚燒前需對(duì)菌渣進(jìn)行烘干處置。另外，菌渣的熱值較低，焚燒過(guò)程中需添加其它如煤、柴油、天然氣等燃料輔助焚燒。我國(guó)危險(xiǎn)廢物焚燒溫度要求達(dá)到1100℃以上，處置過(guò)程中能耗高，據(jù)了解，每噸菌渣的焚燒費(fèi)用為3500～4000元，焚燒設(shè)施建設(shè)成本更高，如日處理50噸菌渣焚燒爐的建設(shè)成本可達(dá)3500萬(wàn)元。此外，菌渣焚燒不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生焚燒煙氣、二英及飛灰，二英為致癌物質(zhì)，飛灰仍屬于危險(xiǎn)廢物，需通過(guò)固化填埋的方式進(jìn)行處置，進(jìn)一步增加了焚燒處置成本。華北制藥集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)對(duì)河北省10多種菌渣進(jìn)行熱水解-焚燒處理，具體步驟為：加水-固液分離-烘干-焚燒，去除效果好，但工藝較復(fù)雜，成本較高。目前，國(guó)內(nèi)建設(shè)焚燒爐處置菌渣的實(shí)例還很少。

2.2 填埋技術(shù)

安全填埋技術(shù)是一種對(duì)危險(xiǎn)廢物減量化的處置方式，也是除焚燒外我國(guó)認(rèn)可的第二種處置方法。但菌渣產(chǎn)生量大且含水量高，填埋會(huì)占用大量的土地資源，且承載能力和使用年限有限，而國(guó)內(nèi)很多大城市的填埋場(chǎng)處理量已接近飽和。填埋處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生滲濾液造成地下水和土壤污染，導(dǎo)致污染轉(zhuǎn)移。此外，菌渣填埋處置成本甚至高于焚燒，且會(huì)對(duì)菌渣中的豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)造成資源浪費(fèi)，這一系列問(wèn)題使得菌渣填埋處置技術(shù)在國(guó)內(nèi)從未得到應(yīng)用。

2.3 制肥技術(shù)

2017年3月1日起，我國(guó)正式實(shí)施《有機(jī)肥料中土霉素、四環(huán)素、金霉素與強(qiáng)力霉素的含量測(cè)定高效液相色譜法》，這是我國(guó)首次發(fā)布肥料中抗生素殘留檢測(cè)方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為在有機(jī)肥料產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)中設(shè)定抗生素殘留限值提供了技術(shù)支撐。

抗生素菌渣中的蛋白含量達(dá)30%～40%，非常適合作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥、微生物菌劑的生產(chǎn)原料。但抗生素菌渣中含有具有抑菌和殺菌作用的抗生素原藥殘留，這一特殊性使其在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)對(duì)發(fā)酵菌產(chǎn)生抑制或殺滅，從而導(dǎo)致發(fā)酵不成功或不徹底。因此，菌渣堆肥發(fā)酵的關(guān)鍵在于菌種。

張紅娟[4]等利用林可霉素菌渣與牛糞混合堆肥，經(jīng)過(guò)41天的堆肥處理后，經(jīng)檢測(cè)，確定林可霉素菌渣用作肥料可行且無(wú)植物毒性。Holly Dolliver[5]等研究了3種抗生素菌渣的不同堆肥方式，結(jié)果表明，雖然堆肥方式不同，但3種抗生素在堆肥過(guò)程中都得到了有效的降解。溫沁雪將城市污泥混合青霉素菌渣進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)，以青霉素菌渣、市政脫水污泥和木屑為原料，研究好氧堆肥過(guò)程溫度、碳素、氮素等理化參數(shù)的變化及青霉素的降解情況，青霉素殘留未影響到堆肥過(guò)程[6]。華北制藥集團(tuán)利用HB菌渣青霉菌渣混合，通過(guò)微生物發(fā)酵使殘留的青霉素及HB失去活性成為有機(jī)肥料。堆肥成品是一種很好的有機(jī)肥料，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)前景。

2.4 厭氧發(fā)酵技術(shù)

利用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理抗生素菌渣可制備生物能源，產(chǎn)生沼氣和沼肥。但大量試驗(yàn)證明，若盲目添加菌種對(duì)抗生素菌渣進(jìn)行簡(jiǎn)單的厭氧發(fā)酵，易出現(xiàn)快速散發(fā)惡臭氣味，并伴有大量滲水現(xiàn)象，因濕度過(guò)大，菌種死亡或被抑制，最終導(dǎo)致了發(fā)酵失敗。此外，菌渣中殘留的抗生素也可能對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用，降低沼氣產(chǎn)率?？傮w上，厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)率低，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量污染廢水。

孫效新[7]對(duì)青霉素菌渣、鏈霉素菌渣、土霉素菌渣、林可霉素菌渣和麥迪霉素菌渣進(jìn)行厭氧發(fā)酵，結(jié)果表明，青霉素、鏈霉素和麥迪霉素菌渣都能穩(wěn)定產(chǎn)沼氣。朱培采用多級(jí)厭氧法處理螺旋霉素菌渣效，4個(gè)11L的升流式厭氧反應(yīng)罐通過(guò)串聯(lián)方式連接，經(jīng)過(guò) 2個(gè)月的運(yùn)行后系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，螺旋霉素降解率達(dá)到97%[8]。

2.5 其他處理處置技術(shù)

北京某公司的抗生素菌渣SEA-CBS高效復(fù)合資源化利用技術(shù)，高效融合了環(huán)保與循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，將新鮮菌渣與廢棄農(nóng)作物秸稈進(jìn)行混合，混合后的物料經(jīng)過(guò)高溫高壓無(wú)害化處置，快速去除抗生素殘留，無(wú)害化處置后的物料添加高效復(fù)合微生物菌群經(jīng)生物轉(zhuǎn)化后，開(kāi)發(fā)出高附加值的生態(tài)產(chǎn)品。劉波文對(duì)青霉素菌絲體進(jìn)行處理，適當(dāng)添加鋸末、果殼、果核等輔料，再添加無(wú)機(jī)鹽等活性劑浸漬活化處理，制備出活性炭[9]。河北科技大學(xué)的楊慧姣，將青霉素廢菌絲體經(jīng)過(guò)干燥、堿浸泡、提取、濃縮等步驟制成液體型的PM緩凝劑。河北中潤(rùn)制藥有限公司的程俊山進(jìn)行了青霉素菌渣中提取麥角固醇工藝的研究。加堿甲醇皂化，有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，青霉素菌絲體回收率可達(dá)0.71%[10]。劉小朋以阿維菌渣為原料，經(jīng)微生物發(fā)酵后，制成了液態(tài)、膏狀及粉狀的營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)品；將其替代阿維菌素發(fā)酵中的常規(guī)酵母膏或酵母粉后，液態(tài)、膏狀及粉狀營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)品比常規(guī)酵母膏或酵母粉的效價(jià)分別提高了3%、5%及3%左右[11]。周波對(duì)青霉素菌渣進(jìn)行加熱、加酸預(yù)處理消除部分青霉素效價(jià)，再通過(guò)微生物發(fā)酵去除殘留青霉素效價(jià)，并制備出酵母粉替代品、飼料蛋白、生物肥料。張光義利用水熱處理抗生素菌渣制備處固體生物燃料。李秀環(huán)用青霉素菌渣制備酵母膏、 酵母粉代用品。上述幾種技術(shù)是綜合利用抗生素菌渣中有用成分的有效方式，但有些技術(shù)對(duì)有用成分的回收難度較大，不適合規(guī)?；a(chǎn)。

3 我國(guó)抗生素菌渣存在的問(wèn)題及建議

（1）焚燒法建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本較高；填埋場(chǎng)承載能力有限，且浪費(fèi)資源；厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)氣率低；堆肥技術(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)前景，但存在菌渣耐藥風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)而言，菌渣的無(wú)害化-資源化綜合處置技術(shù)既消除了耐藥風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，又可有效實(shí)現(xiàn)菌渣的大規(guī)模處理和資源化，是菌渣處置行業(yè)最有效的處置方式。

（2）限制抗生素菌渣綜合利用的主要障礙是缺少污染控制標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)保技術(shù)規(guī)范。目前國(guó)內(nèi)對(duì)抗生素菌渣的安全性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，這使得藥企無(wú)法評(píng)估確定最為安全的抗生素菌渣處理處置技術(shù)。完善抗生素菌渣綜合利用的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，是非常必要的工作。

（3）建議有關(guān)部門(mén)加強(qiáng)對(duì)抗生素菌渣中的主要特征污染物即抗生素殘留的研究，加強(qiáng)對(duì)抗生素遷移和代謝過(guò)程的研究，特別是處置后產(chǎn)物里的抗生素殘留問(wèn)題。

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Technical Status of Antibiotic Bacterium Dregs Disposal

LIU Yuan-yuan
(Beijing Guanlan Technology Co., Ltd, Beijing 100083, China)

China is a big production country of antibiotic raw medicine materials. The paper sums up the technical status of the disposal of antibiotic bacterium dregs and their existing problems and puts forward the relevant suggestions.

antibiotic bacterium dreg; resource; incineration; fertilization

X705

A

1006-5377（2017）08-0066-03

注：文中所涉及的全國(guó)性數(shù)據(jù)，均未包括香港、澳門(mén)特別行政區(qū)和臺(tái)灣省數(shù)據(jù)。