国内抗生素菌渣处理处置技术进展

Abstract： China has become the largest bulk drug producer of antibiotics． A large amount of antibiotic bacterial residues which belongs to hazard solid waste in China was discharged from pharmaceutical enterprises and very difficult to treat． Therefore，it is urgent to find reasonable and safe methods of treatment and disposal of antibiotic bacterial residues for pharmaceutical enterprises． In this paper， the progress in this theme was summarized， including the technology of incineration，fertilizer，feedstuff，landfill and energy regeneration，and so on． And then，the future development trend of dealing with antibiotic bacterial residues was prospected． Keywords： antibiotic bacterial residues； incineration； fertilizer； feedstuff； landfill； energy regeneration
Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China； 3． Environmental Protection Institute of NCPC，Shijiazhuang 050015，China）
抗生素菌渣的 处 理 处 置 技 术 包 括 焚 烧、肥 料 化、 饲 料 化 、填 埋 、能 源 化 及 其 他 处 理 处 置 技 术 。 2. 1 焚烧技术
焚烧技术是一种高温 热 处 理 技 术，废 物 在 800 ～ 1 200 ℃ 的焚烧炉内 进 行 氧 化 燃 烧，被 氧 化 或 热 解 为 小分子有 机 物 或 CO2 ，是 一 种 可 同 时 实 现 废 物 无 害 化、减量化和资 源 化 的 处 理 处 置 技 术［5］。 美 国、欧 盟 等国家对于制药行业产生的固体废物多采用焚烧方 法 进 行 处 置 。 我 国 华 药 集 团 、石 药 集 团 等 大 型 制 药 企 业也建设了抗生素菌渣焚烧处理装置。焚烧能在短 时 间 大 规 模 减 少 抗 生 素 菌 渣 的 总 量 ，菌 渣 的 体 积 可 降 至原 来 体 积 的 5% 以 下，同 时 消 除 其 中 许 多 有 害 物 质 ，并 回 收 热 量 。 该 方 法 的 缺 点 是 抗 生 素 菌 渣 的 含 水 率高达 70% ～ 80% ，热值 较 低，在 焚 烧 过 程 中 需 要 外 加燃料，导致运行能耗和成本较高，如焚烧 1 t 菌渣大 约需 2 000 元。同时，抗生素菌渣焚烧 处 理 必 须 严 格 执行 GB 18484—2001《危 险 废 物 焚 烧 污 染 控 制 标 准》，如果焚烧不当，易 导 致 残 留 抗 生 素、二 恶 英 等 有 毒 物 质 的 多 介 质 传 播 ，造 成 二 次 污 染 。
抗生 素 菌 渣 中 优 质 蛋 白 质 量 分 数 为 30% ～ 40% ，10 多种人 体 常 见 的 氨 基 酸 以 及 丰 富 的 微 量 元 素［4，10］，国内常 见 的 做 法 是 将 抗 生 素 菌 渣 进 行 无 害 化处 理 后 生 产 蛋 白 饲 料，喂 养 畜 禽 后 长 势 良 好［1-4，10-12］。但利用抗生素菌渣 生 产 的 饲 料 及 添 加 剂 容 易 造 成 抗 生 素 在 肉 、蛋 、奶 等 畜 禽 产 品 中 残 留 ，诱 发 人 畜 共 患 病 等 隐 患 ，美 国 农 场 出 现 的 超 级 细 菌 就 是 很 好的例证。该领域的研究重点是是关注抗生素残留 化 学 效 价 的 消 除 情 况 ，而 对 于 其 残 留 效 价 和 代 谢 产 物 的生物毒性及潜在的环境风险却没得有效评估。
在 发 酵 类 抗 生 素 的 生 产 过 程 中 ，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 两 种 方 式： 药 物 有 效 成 分 从 发酵液中提取，菌 渣 被 压 缩 为 滤 饼，直 接 作 为 固 体 废 物排出； 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 哪 种 提 取 工 艺 ，抗 生 素 菌 渣 的 主 要 成 分 均 为 菌 丝 体 、剩 余 培 养 基 、代 谢 中 间 产 物 、有 机
* “十一 五 ”国 家 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 （ 2008 ZX07529 006） 。
性 、累 计 性 、协 同 性 和 连 带 性 等 特 点 。 针 对 抗 生 素 菌 渣 产 生 量 大 、处 理 难 度 大 等 现 实 问
题，以及《制 药 工 业 污 染 防 治 技 术 政 策 》（ 征 求 意 见 稿） 中提出的“鼓励开发 发 酵 菌 渣 在 生 产 工 艺 中 的 再 利用 技 术、无 害 化 处 理 技 术、综 合 利 用 技 术 ”政 策 建 议 ，如 何 实 现 抗 生 素 菌 渣 合 理 有 效 利 用 与 安 全 处 置 成 为了制药企业亟待解决Hale Waihona Puke Baidu难题。 1 抗生素菌渣的来源及特点 1. 1 来源
2. 2 肥料化技术 抗生素菌渣富 含 有 机 质、有 机 酸、氮、磷、钾 和 多
种微量元素，尤其 是 菌 渣 中 的 蛋 白 含 量 高，可 以 用 来 制作有机肥。
华北制药 集 团［6］ 利 用 HB 菌 渣、青 霉 素 菌 渣 混 合，通过微生物发酵使残留的青霉素及 HB 失 去活 性 成 为 有 机 肥 料 。 田 间 试 验 表 明 ，该 有 机 肥 不 仅 能 提 高 土壤 肥 力、增 产，还 能 保 证 农 产 品 品 质 安 全。 石 药 集 团河北中润制药有限公司利用青霉素水解酶催化降 解 青 霉 素 菌 渣 中 残 留 的 青 霉 素 后 ，将 废 菌 渣 制 粒 烘 干 制成 有 机 肥，现 已 建 成 年 产 24 万 t 有 机 肥 的 生 产 装 置。李路平 等［7］ 利 用 制 药 行 业 废 水 处 理 站 污 泥、Vc 发酵渣液、抗生素 菌 渣 和 肌 苷 发 酵 渣 液 等 混 合 发 酵， 加 工 成 有 机 肥 料 ，对 玉 米 、水 稻 、芹 菜 等 蔬 菜 和 粮 食 作 物增产效 果 显 著。 成 建 华 等［1］ 介 绍 了 采 用“中 温 预 处理 + 生 物 发 酵 ”制 作 有 机 肥 的 工 艺。 屈 凌 波 等［8］ 申请了“大环内酯类抗生 素 菌 渣 无 害 化 处 理 方 法 ”的 专利，首先 采 用 三 级 多 回 路 逆 流 机 械 搅 拌 破 碎 菌 丝 团，然后经三级干 燥 器 多 回 路 烘 干，再 利 用 螺 旋 霉 素 无害化处理菌剂对大环内酯类抗生素菌渣进行无害 化处理，生 产 植 物 肥 料 添 加 剂。 刘 大 群 等［9］ 申 请 的 发明专利是将一种农用玫瑰黄链霉菌变种 0116 发酵 液的废弃菌渣作为原料来生产微生物肥料。
利用抗生素菌渣做有机肥是一种适于推广应用 的处置方式，但是 如 果 抗 生 素 菌 渣 处 理 不 完 全，生 产 的有机肥中可能含有残留的抗生素和代谢中间产物 等，在有机 肥 使 用 过 程 中 易 在 微 生 物 及 生 物 体 内 累 积 ，形 成 抗 药 性 ，导 致 潜 在 的 生 态 风 险 。 因 此 ，必 须 要 对抗生素菌渣再生产品的安全使用问题进行评估。 2. 3 饲料化技术
0 引言 目前我国已成为世界最大的抗生素原料药生产
与出口大国。 据 统 计，2009 年 我 国 抗 生 素 产 量 达 到 14. 7 万 t，占 全 球 市 场 总 量 的 70% 以 上，其 中 青 霉 素 工业盐、头孢菌素、土 霉 素 和 链 霉 素 的 年 产 量 分 别 占 全球产 量 的 75% 、80% 、90% 和 90% 。 按 照 生 产 1 t 抗生素产生 8 ～ 10 t 湿菌渣估算，2009 年我国 抗 生 素 菌渣的产生量为 130 万 t。依据 2008 年修订后的《国 家危险废物名录》，抗 生 素 菌 渣 属 于 化 学 药 品 原 料 药 生产过程中的培 养 基 废 物，须 按 危 险 废 物 进 行 管 理。 抗 生 素 菌 渣 含 有 残 留 抗 生 素 及 代 谢 中 间 产 物 等 ，是 一 种特殊的危险废 物，如 处 置 不 当，会 对 生 态 环 境 以 及 人体健康产生潜 在 的 危 害，其 危 害 具 有 隐 蔽 性、滞 后
环境工程
2012 年 4 月第 30 卷第 2 期
73
溶 媒 以 及 少 量 残 留 的 抗 生 素［1］ 。 1. 2 特点
抗生 素 菌 渣 的 含 水 率 在 79% ～ 92% ［2］，抗 生 素 菌渣干基中 的 粗 蛋 白 含 量 为 30% ～ 40% 、粗 脂 肪 含 量为 10% ～ 20% ，还 有 部 分 代 谢 中 间 产 物、有 机 溶 媒、钙、镁、微量元 素 和 少 量 残 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 环 素 菌 渣 中 含 0. 3% ～ 0. 5% 的四环素； 洁霉素菌渣中含 0. 3% ～ 0. 4% 的洁 霉 素［3-4］。 2 抗生素菌渣处理处置技术现状
环境工程
72
2012 年 4 月第 30 卷第 2 期
*
抗生素菌渣处理处置技术进展
李再兴1，2 田宝阔2 左剑恶1 余 忻1 沈洪艳2 王勇军3 赵秀梅3
（ 1． 清华大学环境学院，北京 100084； 2． 河北科技大学环境科学与工程学院，石家庄 050018； 3． 华北制药集团有限责任公司环境保护研究所，石家庄 050015）
PROGRESS IN TREATMENT AND DISPOSAL TECHNOLOGY OF ANTIBIOTIC BACTERIAL RESIDUES
Li Zaixing1，2 Tian Baokuo2 Zuo Jian'e1 Yu Xin1 Shen Hongyan2 Wang Yongjun3 Zhao Xiumei3 （ 1． School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China； 2． School of Environmental Science and
摘要： 我国是抗生素原料药生产大国，抗生素菌渣产生量大、处理难度大，且属于危险固废，其合理、安全处置是目 前 制 药企业亟待解决的难题。对抗生素菌渣的焚烧、肥料化、饲料化、填埋、能源化及其他处理处置技术的现状进行了 归 纳 和 总 结 ，并 对 抗 生 素 菌 渣 处 理 处 置 技 术 的 发 展 趋 势 进 行 了 展 望 。 关键词： 抗生素菌渣； 焚烧； 肥料化； 饲料化； 填埋； 能源化
由于危险废物专用焚烧炉处理能力一般都较小， 难以与抗生素菌渣的处理量相匹配。加上该方法处 理成本高、尾气治 理 难 度 大 等 原 因，目 前 我 国 采 用 焚 烧技术处置抗生素菌渣的实例还较少。欧盟针对危 险废物焚烧和高温窑炉共处置技术颁布了 2000 /76 / EC《关于废物焚烧的指令》，美国 2005 年 9 月发布了 工业锅炉、工业加 热 炉、盐 酸 生 产 炉 处 置 危 险 废 物 过 程中有害大气污染物的国家排放标准。而目前我国 关 于 危 险 废 物 共 处 置 技 术 的 管 理 体 系 尚 属 空 白 ，没 有 与 之 相 关 的 法 律 、法 规 、标 准 和 规 范 。 可 见 ，抗 生 素 菌 渣焚烧和高温窑炉的共处置技术将会是我国今后的 发展方向之一。