抗生素菌渣的處置利用現狀要點

1、抗生素菌渣的處置利用現狀摘要： 抗生素發(fā)酵廢菌渣中，由于有殘留的培養(yǎng)基和少量的抗生素及其降解物，對生態(tài)環(huán)境存在著潛在的危害性，已被國際社會視為抗生素生產的主要公害之一?？股鼐幸欢康目股貧埩舳粐矣嘘P部門列為危險廢棄物，不合理的處理方法極易造成環(huán)境污染和生態(tài)危害，同時也會造成資源浪費。通過對目前抗生素菌渣處理利用技術及各國對此采取的方式的調查，做出了抗生素菌渣處理利用的展望。關鍵詞：抗生素菌渣；微生物技術；焚燒技術；堆肥技術；飼料化技術；厭氧消化技術；填埋技術引言抗生素生產過程中產生的固體廢棄物為菌渣，其主要成分是抗生素產生菌的菌絲體、未利用完的培養(yǎng)基、發(fā)酵過程中產生的代謝產物、培

2、養(yǎng)基的降解物以及少量的抗生素等?？股匕l(fā)酵廢菌渣中，由于有殘留的培養(yǎng)基和少量的抗生素及其降解物，對生態(tài)環(huán)境存在著潛在的危害性， 已被國際社會視為抗生素生產的主要公害之一，這也是世界上一些發(fā)達國家抗生素原料藥生產紛紛下馬，而將其轉入第三世界國家生產的主要原因。同時由于菌渣有機質含量較高，可引起二次發(fā)酵，顏色變黑，產生惡臭味，嚴重影響環(huán)境，因而長期以來，人們一直在積極尋求一種經濟、高效且處理量大的治污方法。目前，國內有數家單位開展了抗生素菌渣用作高蛋白飼料及有機肥料的研究，均獲得了較為滿意的效果。但是，菌渣中殘留的少量抗生素及其降解產物會在動物體內富集，進而可影響到人類本身產生耐藥性，因而使菌渣用

3、作動物飼料的可能性遭到質疑。2002年 2月，農業(yè)部、衛(wèi)生部、國家藥品監(jiān)督管理局第176 號公告， 把抗生素菌渣列為禁止在飼料和動物飲用水中使用的藥物品種目錄中。污染現狀一般發(fā)酵液固體含量大約20 ， 100m3 發(fā)酵液大約形成3040m3菌渣，由于發(fā)酵過程的連續(xù)性，每天都有放罐的批次，產生大量的菌渣。據有關資料統(tǒng)計，一個中等規(guī)模的抗菌素工廠，年產的菌渣大約 6 萬噸左右，我國年排放量約為100 萬噸以上?？股鼐幸欢康目股貧埩舳粐矣嘘P部門列為危險廢棄物，不合理的處理方法極易造成環(huán)境污染和生態(tài)危害，同時也會造成資源浪費。其中，抗生素菌渣對環(huán)境的污染主要體現在殘留抗生素對環(huán)境的影響

4、?？股鼐膩碓春徒M成抗生素是微生物次級代謝的產物，工業(yè)上通過對特定微生物進行調控發(fā)酵，使其在后期發(fā)酵過程中形成特定的抗生素等代謝物。這些代謝物或是存在于發(fā)酵培養(yǎng)的液體或半固體培養(yǎng)基中，或是存在于微生物菌體中。通過對發(fā)酵液進行離心或過濾等操作，使固液分離形成濾液和濾餅。濾液中含有抗生素等代謝產物、鹽等可溶性成分。濾餅中包含菌體、未被微生物利用的培養(yǎng)基等成分；菌體中含有抗生素等代謝產物。對于產生胞外抗生素的菌體而言，其液固分離后濾餅即為抗生素廢渣；而對于產生胞內抗生素的濾餅，經過溶媒浸泡提取后再液固分離的濾餅即為抗生素菌渣。因此， 分析抗生素菌渣的主要組成，其包括未被完全提取的微量抗生素及其他

5、代謝產物；未被抗生素產生菌完全利用的各種不溶性成分，如淀粉和黃豆粉等復合碳氮源、不溶 性鹽等；以及抗生素產生菌菌體?？股鼐攸c抗生素菌渣的含水率在79% 92%， 抗生素菌渣干基中的粗蛋白含量為30% 40%、 粗脂肪含量為10% 20% ， 還有部分代謝中間產物、有機溶媒、鈣、鎂、微量元素和少量殘留的抗生素，例如青霉素菌渣中含0. 2% 0. 4% 的青霉素，土霉素菌渣中含0. 25% 0.60% 的土霉素; 四環(huán)素菌渣中含0. 3% 0. 5% 的四環(huán)素 ; 潔霉素菌渣中含0. 3% 0. 4% 的潔霉素。目前抗生素菌渣的利用現狀從 50 年代以來，抗生素菌渣便被用來作為飼料添加劑制成

6、高蛋白飼料， 我國也從1980 年開始致力于這方面的研究1 。 研究發(fā)現，將抗生素菌絲加入飼料具有正反兩方面的作用，一方面， 如此促進家禽牲畜生長，提高生產率，且由于其殘留的藥物成分能對某些疾病起預防作用，適量的添加，可降低飼料使用的成本以及畜禽的患病死亡率。 但另一方面，菌絲殘渣中殘留的少量抗生素及抗生素菌體的降解物會在動物體內富集，人類食用后便最終會在人體內富集，從而使人體產生抗藥性，發(fā)病期間，必須大劑量使用才能緩解病情，嚴重危害人體健康。同時，菌絲殘渣的干燥大都是通過在太陽下暴曬，也嚴重污染周圍環(huán)境。因此， 不少學者對用菌絲體作為飼料添加劑持有疑義。2002 年，農業(yè)部、衛(wèi)生部、國家藥品

7、監(jiān)督管理局發(fā)出公告禁止在飼料和動物飲用水中使用的藥物品種目錄， 將抗生素菌渣列入其中。根據 2012 年 3 月環(huán)保部公布的制藥工業(yè)污染防治技術政策要求，大量菌絲廢渣將被列為危險廢物，必須焚燒或者安全填埋，但有企業(yè)表示，若達到這項要求，對于企業(yè)無論在技術上還是經濟成本上都有一定的難度，在現有的條件下恐怕是處理成本要超過生產成本。目前， 國內很多專家對菌絲殘渣的資源化做了很多嘗試，大部分都集中在如何從廢菌絲中提取有用物質，如北京化工大學譚天偉3教授將青霉素發(fā)酵菌絲體破碎、皂化、萃取，然后將萃取液濃縮、結晶得到麥角固醇的研究。汪青4 研究從頭孢噻肟鈉、頭孢三嗪生產廢渣中回收2- 硫醇基苯并噻唑合成

8、二硫化二苯并噻唑，二硫化二苯并噻唑的收率達23.8%，產品質量達到HGB 2-158-61 標準，但從菌絲殘渣中提取部分有用物質后的廢渣也同樣面臨處理難的困境。同濟大學生命科學院的成建華5 研究抗生素菌渣的發(fā)酵降解工藝，經過微生物發(fā)酵降解，菌渣中的大分子有機物均降解為小分子營養(yǎng)物，提高了肥料的生物利用度，使干菌渣成為高品質的生物有機肥。不少制藥廠采用焚燒法處理抗生素菌渣，這種方法能夠大批量的處理菌渣，能將菌渣的體積降低95%，且消除菌渣中的藥物殘留。但這種方法存在不少的缺點，如處理含水量如此大的菌渣具有一定的難度，還需外加燃料，另外焚燒法容易產生二次污染，這是因為抗生素菌渣中含有蛋白質等物質，

9、在焚燒的過程中會產生含有氯的煙氣、SO2、甚至是二惡英(Dioxins) ，有刺鼻的異味。我國的制藥工業(yè)發(fā)展迅速，每年產生幾百萬噸的抗生素菌體廢渣，而目前又沒有一個安全有效的處理方式，因此尋找一個高效、環(huán)保、處理量大的處理方法迫在眉睫。微生物技術法所謂微生物技術法，即是從特定環(huán)境中篩選出或是通過分子手段改造出能夠降解特定抗生素的微生物的方法。從細菌耐藥性的機制中我們得知，細菌產生耐藥性的原因一部分是由于細菌產生了能夠降解或修飾特定抗生素的酶，從而使得相應抗生素失活。例如，水解-內酰胺鍵的-內酰胺酶，鈍化氨基糖苷類抗生素的?；D移酶、腺苷轉移酶和磷酸轉移酶，水解大環(huán)內脂類抗生素酯鍵的酯酶等。馬玉

10、龍、張作義6 等從長期堆放泰樂菌素藥渣附近土壤中篩選到可降解藥渣中殘留泰樂菌素的菌株，經過16S rRNA鑒定為無丙二酸檸檬酸桿菌 (Citrobacter amalonaticus) 。他們通過篩選得到的株組成具有良好降解效果的復合菌株，通過實驗發(fā)現，在3035，pH為 7，轉速為 120r/m 的條件下，發(fā)酵 120h 后微生物法未檢出殘留泰樂菌素的存在。 同時， 馬玉龍等利用經上述法處理后的泰樂菌素菌渣生產復合酶制劑。結果表明，在含水量為50%60%、干物質中麩皮含量不低于40%的泰樂菌素菌渣培養(yǎng)基中，接入5%10%黑曲霉，在溫度30、濕度 60%65%、培養(yǎng)基厚度1014cm條件下，好

11、氧發(fā)酵6072h，可得到富含纖維素酶、木聚糖酶、-葡聚糖酶、果膠酶和酸性蛋白酶的復合酶制劑。通過對肉雞飼喂實驗表明，經過特定微生物降解法和黑曲霉好氧發(fā)酵法相結合處理泰樂菌素菌渣得到的復合酶制劑，飼喂肉雞效果要優(yōu)于對照組，其中添加復合酶制劑的飼料中干物質、粗蛋白質、粗脂肪、 粗纖維和粗灰分的表現消化率顯著提(P0.05) ， 糞中大腸桿菌數和空腸內容物黏度顯著降低(P0.05) ， 同時， 在肉雞腹肌、肝臟、腎臟中均未檢測出殘留的泰樂菌素。焚燒技術焚燒技術是一種高溫熱處理技術，廢物在800 1 200 的焚燒爐內進行氧化燃燒，被氧化或熱解為小分子有機物或CO2，是一種可同時實現廢物無害化、減量化

12、和資源化的處理處置技術7 。美國、歐盟等國家對于制藥行業(yè)產生的固體廢物多采用焚燒方法進行處置。我國華藥集團、石藥集團等大型制藥企業(yè)也建設了抗生素菌渣焚燒處理裝置。 焚燒能在短時間大規(guī)模減少抗生素菌渣的總量，菌渣的體積可降至原來體積的5% 以下，同時消除其中許多有害物質，并回收熱量。該方法的缺點是抗生素菌渣的含水率高達70% 80% ，熱值較低，在焚燒過程中需要外加燃料，導致運行能耗和成本較高，如焚燒1 t 菌渣大約需2 000 元。同時，抗生素菌渣焚燒處理必須嚴格執(zhí)行 GB 18484 2001危險廢物焚燒污染控制標準，如果焚燒不當，易導致殘留抗生素、二惡英等有毒物質的多介質傳播，造成二次污染

13、。難以與抗生素菌渣的處理量相匹配。加上該方法處理成本高、尾氣治理難度大等原因，目前我國采用焚燒技術處置抗生素菌渣的實例還較少。歐盟針對危險廢物焚燒和高溫窯爐共處置技術頒布了2000 /76 /EC 關于廢物焚燒的指令，美國2005 年 9 月發(fā)布了工業(yè)鍋爐、工業(yè)加熱爐、鹽酸生產爐處置危險廢物過程中有害大氣污染物的國家排放標準。而目前我國關于危險廢物共處置技術的管理體系尚屬空白，沒有與之相關的法律、法規(guī)、標準和規(guī)范?？梢姡股鼐贌透邷馗G爐的共處置技術將會是我國今后的發(fā)展方向之一。堆肥技術堆肥化 (Composting) 技術通常是指好氧堆肥化技術，其原理是通過微生物 (細菌、 真菌和放線

14、菌)在高溫 (5065 )下發(fā)酵， 使有機物礦質化、 腐殖化和無害化而變成腐熟肥料。通過對有機物的堆肥化處理，不僅可以將有機物轉化成農作物生長必須的有效態(tài)氮、磷、鉀化合物， 同時又合成新的高分子有機質腐殖質， 它是構成土壤肥力的重要活性物質。堆肥化是有機固體廢棄物處理和資源化利用的一種有效手段?，F階段關于傳統(tǒng)的有機質，如畜禽糞便、城市生活垃圾、污水處理廠污泥的堆肥化處理報道比較多。但像抗生素菌渣這一類含有抗生素等危險物的有機質，采用堆肥化處理的研究很少。張紅娟 8等嘗試將林可霉素菌渣和牛糞聯(lián)合堆肥研究。結果表明，處理初始林可霉素含量分別為1.35、 1.89、 3.52mg/g 的菌渣，經過4

15、1d的堆制，僅菌渣添加比例最大的一組檢測到0.0097mg/g（ 干重 ）的林可霉素的殘留。同時，張紅娟還通過種子發(fā)芽指數、芽長抑制率和根長抑制率等參數來評判經過堆肥處理的林可霉素菌渣用于肥料的可行性。堆肥結束時， 各處理的種子發(fā)芽指數在70%90%， 芽長抑制率在-40%-20%，根長抑制率在10%30%，表明堆肥已基本無植物毒性。飼料化技術抗生素菌渣中優(yōu)質蛋白質量分數為30% 40%， 10 多種人體常見的氨基酸以及豐富的微量元素9,10 ， 國內常見的做法是將抗生素菌渣進行無害化處理后生產蛋白飼料，喂養(yǎng)畜禽后長勢良好9,10 。 但利用抗生素菌渣生產的飼料及添加劑容易造成抗生素在肉、蛋、

16、 奶等畜禽產品中殘留，誘發(fā)人畜共患病等隱患，美國農場出現的超級細菌就是很好的例證。該領域的研究重點是是關注抗生素殘留化學效價的消除情況，而對于其殘留效價和代謝產物的生物毒性及潛在的環(huán)境風險卻沒得有效評估。為此， 2002 年農業(yè)部、衛(wèi)生部、國家藥品監(jiān)督管理局等部門聯(lián)合發(fā)布了農業(yè)部公告第176 號禁止在飼料和動物飲用水中使用的藥物品種目錄，認為“抗生素菌渣是抗生素類產品生產過程中產生的工業(yè)三廢，因含有微量抗生素成分，在用作飼料飼養(yǎng)過程中使用后對動物有一定的促生長作用。但對于養(yǎng)殖業(yè)的危害很大，一是容易引 起抗藥性，二是由于未做安全性實驗，存在各種安全隱患”，因此將抗生素菌渣列入上述目錄中，禁止未進

17、行處理的抗生素菌渣直接制作飼料或飼料添加劑。同年最高人民法院、最高人民檢察院發(fā)布了法釋 2002 26 號關于辦理非法生產、銷售、使用禁止在飼料和動物飲用水中使用藥品等刑事案件具體應用法律若干問題的解釋， 進一步強化了對抗生素菌渣流向飼料市場的管理。2008 年修訂的國家危險廢物名錄又明確將抗生素菌渣定為危險廢物。因此，抗生素菌渣做飼料的利用方式在我國被徹底禁止。厭氧消化技術厭氧消化是指在沒有游離氧的條件下，以厭氧微生物為主對有機物進行降解、穩(wěn)定的一種無害化處理方式。在厭氧消化過程中，復雜有機化合物降解轉化成簡單、穩(wěn)定的物質，同時釋放能量，其中，大部分能量以甲烷的形式出現。國內最早有關抗生素菌

18、渣厭氧處理的研究報道出現在1990年。孫效新等對青霉素、鏈霉素、土霉素、潔霉素和麥迪霉素等菌渣液利用厭氧生物法處理進行了可行性研究。結果表明，青霉素、鏈霉素、麥迪霉素的菌渣液無論是單獨處理還是混合處理都能取得較好效果，COD去除率都在70%以上，產生的沼氣中甲烷含量在58%65%， 但利用厭氧生物法處理土霉素菌渣液的效果很差。孫效新等在得出上述結果后并沒有給出合理的解釋，而何品晶11等在利用林可霉素菌渣產沼氣的過程中，考慮到厭氧消化易受到有機酸和胺累積的影響，同時含固率和微生物接種比也是影響啟動時間和基質產甲烷能力的直接因素，從而研究了一系列的影響厭氧消化的因素，包括含固率、接種比、氨氮和林可

19、霉素等因素。研究結果表明，含固率越低，接種比越高，越有利于甲烷的產生，其中含固率為3%、接種比為3 時的工況中，菌渣的揮發(fā)性固體(VS)累積產甲烷最高，達到 106mL/g。實驗中觀察到，當氨氮(TAN)濃度高于1000mg/L、揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)濃度高于2000mg/L時，體系產甲烷能力開始受到抑制，并隨著濃度的累積，抑制不斷增強。同時，在研究林可霉素單獨抑制效應過程中發(fā)現，林可霉素濃度在1030mg/L的范圍內，對厭氧消化的抑制程度從16%升至51%，林可霉素的半抑制濃度(EC50)為35mg/L。但是，在整個實驗過程中，林可霉素非常穩(wěn)定，幾乎沒有得到降解?，F階段， 除了上述利用厭氧

20、消化法處理抗生素菌渣外，很少有相關報道出現，但有關抗生素廢水利用厭氧消化技術處理的研究較多。這部分報道中，主要關注總COD和殘留抗生素的降解，同時研究抗生素對于厭氧發(fā)酵的抑制作用的原理。這些研究也為抗生素菌渣的厭氧發(fā)酵處理提供了借鑒意義。填埋技術我國已將抗生素菌渣列為危險廢物，采用填埋技術進行處置時，必須將抗生素菌渣送入危險廢物安全填埋場進行安全填埋。在抗生素菌渣的貯存、運輸和安全填埋過程中必須嚴格執(zhí)行GB18597 2001 危險廢物貯存污染控制標準和GB18598 2001危險廢物填埋污染控制標準 。 安全填埋是將危險廢物放置或貯存在土壤中的一種處置方式， 其目的是埋藏或改變危險廢物的特性

21、，適用于處置不能回收利用有用組分或能量的危險廢物。由于抗生素菌渣含水率高、有機質含量高，直接進行安全填埋，存在占地面積大、處置成本高和二次污染問題，而且造成資源浪費。因此，在其填埋之前，應采用物化和生物處理方法盡可能地利用其中的有價值物質和能量。雖然安全填埋技術可有效解決抗生素菌渣帶來的生物安全性問題，但受占用大量土地和無限期維護的限制，目前很少有企業(yè)采用該技術處置抗生素菌渣。國內外目前使用的處置技術在美國， 目前已對抗生素菌渣的處置方法進行了研究，例如當菌絲體中混入1%的石灰石時，可用于土壤改良。當然，也可以作為動物飼料添加劑，但由于干燥方式及熱穩(wěn)定運行問題，抗生素殘留會很難去除， 雖然通過

22、蒸汽噴射方式可以解決上述問題，但這過程中添加的水分最終也要去除，在一定程度上增加了生產成本。在歐盟， 鑒于抗生素所具有的特性，認為對于抗生素菌渣的危險特性判定是有毒有害特性分析，并未劃入危險廢物的范疇。在英國抗生素菌渣經無害化處理后被用于動物飼料或添加劑。在印度， 滅活的菌絲體被認為是可完全生物降解的并作為制肥原料進行堆肥。通過添加不同的添加劑和其他組分制造的肥料具有豐富的營養(yǎng)、可以調節(jié)土壤結構和作為農家肥的作用。而在我國，對16 家抗生素企業(yè)的三十二種抗生素菌渣調研結果顯示 12 ，目前最常用的抗生素菌渣處置技術如下：1、資源化綜合利用方式：菌渣干燥后做有機肥、菌渣抗生素滅活堆肥、烘干滅活后

23、作為培養(yǎng)基原料回用、將菌渣摻拌后做成水煤漿；2、焚燒處理：晾曬后環(huán)能熱電焚燒、脫水后均勻摻拌焚燒、干燥處理后直接進行焚燒；3、填埋處理：直接外運，由環(huán)衛(wèi)處進行填埋。大約53%的企業(yè)采用有機肥方式處置菌渣，焚燒也占到了19%左右，其他方式較少不成規(guī)模。3 展望采用危險廢物焚燒爐焚燒處置抗生素菌渣運行成本太高，其今后的發(fā)展方向是抗生素菌渣焚燒和高溫窯爐的共處置技術; 抗生素菌渣生產飼料目前已被國家禁止，但如果抗生素菌渣經過處理能通過生物安全性評價，則可徹底解決抗生素菌渣處理處置的難題; 危險廢物填埋技術不適于處置產生量大、含水率和有機質含量高的抗生素菌渣利用抗生素菌渣制備培養(yǎng)基、吸附劑以及提取有用

24、成分等綜合利用技術， 由于有用成分的回收利用率低，大量剩余菌渣仍需要進一步處置。相對而言，抗生素菌渣的肥料化技術和能源化技術（ 厭氧消化和熱解氣化技術 ） 是解決大宗抗生素菌渣處置問題的最有效途徑，但其處理處置過程和再生產品的抗生素殘留帶來的生物安全性問題也需要進一步評估。因此，針對抗生素菌渣的特點，有必要開發(fā)一套系統(tǒng)、公正、 科學的生物安全性評估方法和評估標準，評估篩選出合理、可行、安全的抗生素菌渣處理處置技術，為實現抗生素菌渣的無害化、減量化、 資源化提供技術保障，這對于促進制藥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義 13 。參考文獻李月海， 劉冬玲， 謝幼梅 . 抗生素菌渣的綜合利用J. 山東畜牧獸醫(yī)，2000， 06： 28-31+39.胡 芳 . 制 藥 業(yè) 廢 渣 處 理 亟 待 突 出 困 境 N. 中 國 醫(yī) 藥 報 ， 2012-08-13005.張照明