我国抗生素菌渣资源化研究新进展

◎ 王金双，赵继红，刘永德

（河南工业大学化学化工与环境学院，河南 郑州 450001）

目前，我国是世界上最大的抗生素原料药生产国和出口国。根据2009年的统计，中国的抗生素产量已增加到147000 t，占全球总量的70%以上。每生产1 t的抗生素就会产生8～10 t的菌渣[1]。新鲜抗生素菌渣的含水率极高，性质不稳定，极易腐败并散发恶臭严重影响空气质量和环境质量。同时抗生素菌渣含有一定量的抗生素，代谢产物残留和抗性，如果处理不当进入环境可能引起耐药性基因的传播，从而导致原有抗生素药效的失效，危害人们健康。因此，我国已于2008年将抗生素菌渣定性为危险固体废物[2]。

1 抗生素菌渣的来源以及特点

1.1 抗生素菌渣的来源

抗生素是微生物的次级代谢产物，通过对特定微生物进行调控发酵，发酵过程中形成特定的抗生素以及其代谢物[3]。在发酵生产过程中，抗生素菌渣产生于药物有效成分的提取工序，根据抗生素发酵细菌的生化特性不同，有效成分提取有2种方式：①药物有效成分从发酵液中提取，抗生素菌渣被压缩为滤饼，直接作为固体废物排出。②药物有效成分从菌丝体中提取，菌渣全部从提取工序排出。不论是哪种生产方式，菌渣中都会带有少量的抗生素残留，培养基，丝状体和中间代谢产物[4]。

1.2 抗生素菌渣的特点

抗生素菌渣是发酵工程的产物，湿的菌渣含水率很高（80%～90%），干的菌渣粗蛋白在30%～40%[5]。与此同时，还包含菌体、未被微生物利用的培养基、抗生素等。新鲜抗生素菌渣性质不稳定，极易腐败并散发恶臭，严重影响空气质量和环境质量。

2 抗生素菌渣处理与资源化技术

2.1 堆肥技术

张红娟等[6]将林可霉素菌渣与牛粪联合堆肥进行研究，结果显示，堆肥后的种子发芽指数基本上达到无植物毒性水平，表明经过堆肥处理后，林可霉素这种性质比较稳定的抗生素被降解，堆肥基本达到无植物毒性水平。李路平等[7]研究显示，将菌渣加工为有机肥，并施用在粮食与蔬菜作物上，可显著增加粮食蔬菜产量，表明采用堆肥方式处理菌渣，可使菌渣中营养成分得到充分利用。

2.2 厌氧消化

苏建文等[8]在35℃条件下对红霉素菌渣进行单级厌氧消化研究，发现红霉素菌渣具有较高的沼气产能，其系统稳定运行的最高负荷为1.42 kgVS/(m·d)。何品晶等对氨氮和林可霉素对厌氧消化的过程影响进行了详细研究，结果表明菌渣中的林可霉素浓度在10～30 mg/L范围内，厌氧消化受抑制程度由16%提高至51%。当林可霉素浓度为100 mg/L时，抑制程度达到最大值72%。

2.3 菌渣热解

尤占平等[9]对链霉素、庆大霉素菌渣为原料，研究其资源化途径。通过工业和元素分析可知，两种菌渣C、O质量分数较高，H、N、S质量分数较低；链霉素菌渣中灰分和挥发分含量高于庆大霉素菌渣，而固定碳含量低于庆大霉素菌渣。通过热解实验可知，随热解温度升高，热解气产量增加，可凝结相和焦炭产量降低。热解气中H2含量最高，庆大霉素菌渣热解时体积分数最高可达到57.6%，其次依次为CO2、CO、CH4等。两种热解气属于中热值气体，其低热值在1015 mJ/m3。链霉素和庆大霉素菌渣及其热解焦炭的热值分别为16.144、24.589、11.460、14.382 mJ/kg。

2.4 制备菌渣水煤浆技术

张晔等[10]将林可霉素湿菌渣配合制水煤浆，浆体流动性、稳定性均较好。当菌渣配入量为3%时，最高制浆浓度在67%以上；当菌渣配入量为5%，最高制浆浓度在65%以上；当菌渣配入量在7%时，最高制浆浓度为64%；当菌渣配入量为10%时，最高制浆浓度达到60%以上。菌渣的配入量每增大1%，其最高制浆浓度降低1%。固定制浆浓度及添加剂添加量，当菌渣配入量为煤粉质量的1%～6%时，菌渣水煤浆的表观粘度随着菌渣配入量的增加而升高，析水率迅速降低，浆体稳定性升高。

2.5 其他处理方式

利用菌渣中含有大量菌体蛋白，培养基残体，生长因子等物质还可将菌渣资源化处理为成型的产品或制备抗生素发酵培养基和活性碳吸附材料等。上述技术均可对抗生素菌渣中有用物质进行综合利用，但由于有用成分的回收利用率低，抗生素菌渣基本没有实现减量化，大量剩余菌渣仍需要进一步处置。

3 展望

菌渣填埋、焚烧、用作动物饲料或用作肥料的处理方式已经不能满足人们对绿色，环保，低碳生活的需求。将菌渣制备成抗生素发酵培养基和制备活性碳吸附材料，对于处理大量菌渣效果很差，带来的经济效益很低，不满足药物发酵企业低成本高回报的方针。相对而言，抗生素菌渣的肥料化技术，厌氧消化，菌渣的热解技术是解决菌渣污染的主要途径。这些处理方式可应用于大规模生产实践中。相关政府部门需制定出菌渣无害化处理的国家标准，为实现抗生素制药菌渣减量化、无害化、资源化提供技术和政策引导。