抗生素菌渣的处置利用现状要点

1、抗生素菌渣的处置利用现状摘要：抗生素发酵废菌渣中， 由于有残留的培养基和少量的抗生素及其降解物，对生态环境存在着潜在的危害性，已被国际社会视为抗生素生产的主要公害之一。抗生素菌渣含有一定量的抗生素残留而被国家有关部门列为危险废弃物，不合理的处理方法极易造成环境污染和生态危害，同时也会造成资源浪费。 通过对目前抗生素菌渣处理利用技术及各国对此采取的 方式的调查，做出了抗生素菌渣处理利用的展望。关键词：抗生素菌渣；微生物技术；焚烧技术；堆肥技术；饲料化技术；厌氧消化技术；填 埋技术1引言抗生素生产过程中产生的固体废弃物为菌渣，其主要成分是抗生 素产生菌的菌丝体、未利用完的培养基、发酵过程中产生的代

2、谢产物、 培养基的降解物以及少量的抗生素等。 抗生素发酵废菌渣中，由于有 残留的培养基和少量的抗生素及其降解物， 对生态环境存在着潜在的 危害性，已被国际社会视为抗生素生产的主要公害之一，这也是世界上一些发达国家抗生素原料药生产纷纷下马， 而将其转入第三世界国 家生产的主要原因。同时由于菌渣有机质含量较高，可引起二次发酵， 颜色变黑，产生恶臭味，严重影响环境，因而长期以来，人们一直在 积极寻求一种经济、高效且处理量大的治污方法。目前，国内有数家 单位开展了抗生素菌渣用作高蛋白饲料及有机肥料的研究，均获得了较为满意的效果。但是，菌渣中残留的少量抗生素及其降解产物会 在动物体内富集，进而可影响到人

3、类本身产生耐药性，因而使菌渣用 作动物饲料的可能性遭到质疑。2002年2月，农业部、卫生部、国家药品监督管理局第176号公告，把抗生素菌渣列为禁止在饲料和动 物饮用水中使用的药物品种目录中。1.1 污染现状一般发酵液固体含量大约20% , 100m3发酵液大约形成3040 m3菌渣，由于发酵过程的连续性，每天都有放罐的批次，产生大量 的菌渣。据有关资料统计，一个中等规模的抗菌素工厂，年产的菌渣 大约6万吨左右，我国年排放量约为100万吨以上。抗生素菌渣含有 一定量的抗生素残留而被国家有关部门列为危险废弃物，不合理的处理方法极易造成环境污染和生态危害，同时也会造成资源浪费。其中， 抗生素菌渣对环

4、境的污染主要体现在残留抗生素对环境的影响。1.2 抗生素菌渣的来源和组成抗生素是微生物次级代谢的产物，工业上通过对特定微生物进行 调控发酵，使其在后期发酵过程中形成特定的抗生素等代谢物。这些 代谢物或是存在于发酵培养的液体或半固体培养基中，或是存在于微生物菌体中。通过对发酵液进行离心或过滤等操作， 使固液分离形成 滤液和滤饼。滤液中含有抗生素等代谢产物、盐等可溶性成分。滤饼 中包含菌体、未被微生物利用的培养基等成分；菌体中含有抗生素等 代谢产物。对于产生胞外抗生素的菌体而言，其液固分离后滤饼即为 抗生素废渣；而对于产生胞内抗生素的滤饼，经过溶媒浸泡提取后再 液固分离的滤饼即为抗生素菌渣。因此，

5、分析抗生素菌渣的主要组成,其包括未被完全提取的微量抗生素及其他代谢产物；未被抗生素产生菌完全利用的各种不溶性成分，如淀粉和黄豆粉等复合碳氮源、 不溶 性盐等；以及抗生素产生菌菌体。1.3 抗生素菌渣特点抗生素菌渣白含水率在79%92%,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。2目前抗生素菌渣的利用现状从5

6、0年代以来，抗生素菌渣便被用来作为饲料添加剂制成高蛋 白饲料，我国也从1980年开始致力于这方面的研究1。研究发现, 将抗生素菌丝加入饲料具有正反两方面的作用，一方面，如此促进家 禽牲畜生长，提高生产率，且由于其残留的药物成分能对某些疾病起 预防作用，适量的添加，可降低饲料使用的成本以及畜禽的患病死亡 率。但另一方面，菌丝残渣中残留的少量抗生素及抗生素菌体的降解 物会在动物体内富集，人类食用后便最终会在人体内富集，从而使人 体产生抗药性，发病期间，必须大剂量使用才能缓解病情，严重危害 人体健康。同时，菌丝残渣的干燥大都是通过在太阳下暴晒，也严重 污染周围环境。因此，不少学者对用菌丝体作为饲料添

7、加剂持有疑义。 2002年，农业部、卫生部、国家药品监督管理局发出公告禁止在 饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录，将抗生素菌渣列入其中。 根据2012年3月环保部公布的制药工业污染防治技术政策要 求，大量菌丝废渣将被列为危险废物，必须焚烧或者安全填埋，但有 企业表示，若达到这项要求，对于企业无论在技术上还是经济成本上 都有一定的难度，在现有的条件下恐怕是处理成本要超过生产成本 2。目前，国内很多专家对菌丝残渣的资源化做了很多尝试，大部分都集中在如何从废菌丝中提取有用物质，如北京化工大学谭天伟3教授将青霉素发酵菌丝体破碎、皂化、萃取，然后将萃取液浓缩、结 晶得到麦角固醇的研究。汪青4研究从头抱

8、曝肠钠、头抱三嗪生产 废渣中回收2-硫醇基苯并曝噪合成二硫化二苯并曝嚏， 二硫化二苯 并曝噪的收率达23.8%,产品质量达到HGB 2-158-61标准，但从菌 丝残渣中提取部分有用物质后的废渣也同样面临处理难的困境。同济大学生命科学院的成建华5研究抗生素菌渣的发酵降解工艺，经过 微生物发酵降解，菌渣中的大分子有机物均降解为小分子营养物，提高了肥料的生物利用度，使干菌渣成为高品质的生物有机肥。不少制药厂采用焚烧法处理抗生素菌渣，这种方法能够大批量的 处理菌渣，能将菌渣的体积降低95%,且消除菌渣中的药物残留。但 这种方法存在不少的缺点，如处理含水量如此大的菌渣具有一定的难 度，还需外加燃料，另

9、外焚烧法容易产生二次污染，这是因为抗生素菌渣中含有蛋白质等物质，在焚烧的过程中会产生含有氯的烟气、 SO2甚至是二恶英(Dioxins),有刺鼻的异味。我国的制药工业发展迅速，每年产生几百万吨的抗生素菌体废 渣，而目前又没有一个安全有效的处理方式，因此寻找一个高效、环 保、处理量大的处理方法迫在眉睫。2.1 微生物技术法所谓微生物技术法，即是从特定环境中筛选出或是通过分子手段 改造出能够降解特定抗生素的微生物的方法。从细菌耐药性的机制中我们得知，细菌产生耐药性的原因一部分是由于细菌产生了能够降解 或修饰特定抗生素的酶，从而使得相应抗生素失活。例如，水解B - 内酰胺键的B -内酰胺酶，钝化氨基

10、糖甘类抗生素的酰基转移酶、腺 昔转移酶和磷酸转移酶，水解大环内脂类抗生素酯键的酯酶等。 马玉 龙、张作义6等从长期堆放泰乐菌素药渣附近土壤中筛选到可降解 药渣中残留泰乐菌素的菌株，经过 16S rRNA鉴定为无丙二酸柠檬酸 杆菌(Citrobacter amalonaticus)。他们通过筛选得到的株组成具有 良好降解效果的复合菌株，通过实验发现，在3035C, pH为7,转速为120r/m的条件下，发酵120h后微生物法未检出残留泰乐菌素的 存在。同时，马玉龙等利用经上述法处理后的泰乐菌素菌渣生产复合 酶制剂。结果表明，在含水量为50%60%干物质中秋皮含量不低于 40%勺泰乐菌素菌渣培养基

11、中，接入 5%10黑曲霉，在温度30C、湿 度60%65%培养基厚度1074cm条件下，女?氧发酵6072h,可得到富含纤维素酶、木聚糖酶、B -葡聚糖酶、果胶酶和酸性蛋白酶的复合酶制剂。通过对肉鸡饲喂实验表明，经过特定微生物降解法和黑曲 霉好氧发酵法相结合处理泰乐菌素菌渣得到的复合酶制剂， 饲喂肉鸡 效果要优于对照组，其中添加复合酶制剂的饲料中干物质、 粗蛋白质、 粗脂肪、粗纤维和粗灰分的表现消化率显著提（P<0.05）,粪中大肠杆 菌数和空肠内容物黏度显著降低（P<0.05）,同时，在肉鸡腹肌、肝脏、 肾脏中均未检测出残留的泰乐菌素。2.2 焚烧技术焚烧技术是一种高温热处理技术

12、，废物在 8001 200 C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 7。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

13、GB 1848行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。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

14、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。2.3 堆肥技术堆肥化(Composting)技术通常是指好氧堆肥化技术，其原理是通 过微生物(细菌、真菌和放线菌)在高温(5065 C)下发酵，使有机物 矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料。 通过对有机物的堆肥化处 理，不仅可以将有机物转化成农作物生长必须的有效态氮、磷、钾化 合物，同时又合成新的高分子有机质一一腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质。堆肥化是有机固体废弃物处理和资源化利用的一种 有效手段。现阶段关于传统的有机质，如畜禽粪便、城市生活垃圾、 污水处理厂污泥的堆肥化处理报道比较多。 但像抗生素菌渣这一类含 有抗生素等危险

15、物的有机质，采用堆肥化处理的研究很少。张红娟8 等尝试将林可霉素菌渣和牛粪联合堆肥研究。结果表明，处理初始林可霉素含量分别为1.35、1.89、3.52mg/g的菌渣，经过41d的堆制,仅菌渣添加比例最大的一组检测到 0.0097mg/g（干重）的林可霉素的 残留。同时，张红娟还通过种子发芽指数、芽长抑制率和根长抑制率 等参数来评判经过堆肥处理的林可霉素菌渣用于肥料的可行性。堆肥结束时，各处理的种子发芽指数在70%9。消长抑制率在-40%-20% 根长抑制率在10%30%表明堆肥已基本无植物毒性。2.4 饲料化技术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

16、的微量元素9,10,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9,10。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。为此，2002年农业部、卫生部、国家药品监督管理局等部门联 合发布了农业部公告第176号禁止在饲料和动物饮用水中使用的 药物品种目录，认为“抗生素菌渣是抗生素类产品生产过程中产生 的工业三废，因含有微量抗生素成分，在用作饲

17、料饲养过程中使用后 对动物有一定的促生长作用。但对于养殖业的危害很大，一是容易引 起抗药性，二是由于未做安全性实验，存在各种安全隐患”，因此将抗生素菌渣列入上述目录中，禁止未进行处理的抗生素菌渣直接制作饲料或饲料添加剂。同年最高人民法院、最高人民检察院发布了法释 2002 26号关于办理非法生产、销售、使用禁止在饲料和动物 饮用水中使用药品等刑事案件具体应用法律若干问题的解释，进一步强化了对抗生素菌渣流向饲料市场的管理。2008年修订的国家危险废物名录又明确将抗生素菌渣定为危险废物。因此，抗生素菌 渣做饲料的利用方式在我国被彻底禁 止。2.5 厌氧消化技术厌氧消化是指在没有游离氧的条件下，以厌

18、氧微生物为主对有机 物进行降解、稳定的一种无害化处理方式。在厌氧消化过程中，复杂 有机化合物降解转化成简单、稳定的物质，同时释放能量，其中，大 部分能量以甲烷的形式出现。国内最早有关抗生素菌渣厌氧处理的研 究报道出现在1990年。孙效新等对青霉素、链霉素、土霉素、洁霉 素和麦迪霉素等菌渣液利用厌氧生物法处理进行了可行性研究。结果表明，青霉素、链霉素、麦迪霉素的菌渣液无论是单独处理还是混合 处理都能取得较好效果，COD?除率都在70%U上，产生的沼气中甲 烷含量在58%65%且利用厌氧生物法处理土霉素菌渣液的效果很差。 孙效新等在得出上述结果后并没有给出合理的解释，而何晶晶11等在利用林可霉素菌

19、渣产沼气的过程中，考虑到厌氧消化易受到有机 酸和胺累积的影响，同时含固率和微生物接种比也是影响启动时间和 基质产甲烷能力的直接因素，从而研究了 一系列的影响厌氧消化的因 素，包括含固率、接种比、氨氮和林可霉素等因素。研究结果表明，含固率越低，接种比越高，越有利于甲烷的产生，其中含固率为3%接种比为3时的工况中，菌渣的挥发性固体（VS）累积产甲烷最高，达 到106mL/g。实验中观察到，当氨氮（TAN）浓度高于1000mg/L、挥发 性脂肪酸（VFAs）浓度高于2000mg/L时，体系产甲烷能力开始受到抑 制，并随着浓度的累积，抑制不断增强。同时，在研究林可霉素单独 抑制效应过程中发现，林可霉素

20、浓度在1030mg/L的范围内，对厌氧 消化的抑制程度从16麻至51%林可霉素的半抑制浓度（EC50）为 35mg/L。但是，在整个实验过程中，林可霉素非常稳定，几乎没有得 到降解。现阶段，除了上述利用厌氧消化法处理抗生素菌渣外，很少有相关报道出现，但有关抗生素废水利用厌氧消化技术处理的研究较多。这部分报道中，主要关注总CO讶口残留抗生素的降解，同时研究抗生 素对于厌氧发酵的抑制作用的原理。这些研究也为抗生素菌渣的厌氧 发酵处理提供了借鉴意义。2.6 填埋技术我国已将抗生素菌渣列为危险废物，采用填埋技术进行处置时， 必须将抗生素菌渣送入危险废物安全填埋场进行安全填埋。在抗生素 菌渣的贮存、运输

21、和安全填埋过程中必须严格执行 GB1859U2001危 险废物贮存污染控制标准和GB18598-2001危险废物填埋污染控 制标准。安全填埋是将危险废物放置或贮存在土壤中的一种处置方 式，其目的是埋藏或改变危险废物的特性， 适用于处置不能回收利用 有用组分或能量的危险废物。由于抗生素菌渣含水率高、有机质含量 高，直接进行安全填埋，存在占地面积大、处置成本高和二次污染问 题，而且造成资源浪费。因此，在其填埋之前，应采用物化和生物处 理方法尽可能地利用其中的有价值物质和能量。虽然安全填埋技术可 有效解决抗生素菌渣带来的生物安全性问题， 但受占用大量土地和无 限期维护的限制，目前很少有企业采用该技术

22、处置抗生素菌渣。2.7 国内外目前使用的处置技术在美国，目前已对抗生素菌渣的处置方法进行了研究， 例如当菌 丝体中混入1%勺石灰石时，可用于土壤改良。当然，也可以作为动 物饲料添加剂，但由于干燥方式及热稳定运行问题，抗生素残留会很 难去除，虽然通过蒸汽喷射方式可以解决上述问题，但这过程中添加的水分最终也要去除，在一定程度上增加了生产成本。在欧盟，鉴于抗生素所具有的特性，认为对于抗生素菌渣的危险 特性判定是有毒有害特性分析，并未划入危险废物的范畴。在英国抗 生素菌渣经无害化处理后被用于动物饲料或添加剂。在印度，灭活的菌丝体被认为是可完全生物降解的并作为制肥原 料进行堆肥。通过添加不同的添加剂和其

23、他组分制造的肥料具有丰富 的营养、可以调节土壤结构和作为农家肥的作用。而在我国，对16家抗生素企业的三十二种抗生素菌渣调研结果 显示12,目前最常用的抗生素菌渣处置技术如下：1、资源化综合 利用方式：菌渣干燥后做有机肥、菌渣抗生素灭活堆肥、烘干灭活后作为培养基原料回用、将菌渣掺拌后做成水煤浆； 2、焚烧处理：晾 晒后环能热电焚烧、脱水后均匀掺拌焚烧、干燥处理后直接进行焚烧； 3、填埋处理：直接外运，由环卫处进行填埋。大约 53%勺企业采用 有机肥方式处置菌渣，焚烧也占到了 19%fc右，其他方式较少不成规 模。3展望采用危险废物焚烧炉焚烧处置抗生素菌渣运行成本太高，其今后 的发展方向是抗生素菌

24、渣焚烧和高温窑炉的共处置技术 ；抗生素菌 渣生产饲料目前已被国家禁止，但如果抗生素菌渣经过处理能通过生 物安全性评价，则可彻底解决抗生素菌渣处理处置的难题；危险废物 填埋技术不适于处置产生量大、含水率和有机质含量高的抗生素菌渣 利用抗生素菌渣制备培养基、吸附剂以及提取有用成分等综合利用技 术，由于有用成分的回收利用率低，大量剩余菌渣仍需要进一步处置。 相对而言，抗生素菌渣的肥料化技术和能源化技术（厌氧消化和热解 气化技术）是解决大宗抗生素菌渣处置问题的最有效途径，但其处理 处置过程和再生产品的抗生素残留带来的生物安全性问题也需要进 一步评估。因此，针对抗生素菌渣的特点，有必要开发一套系统、公 正、科学的生物安全性评估方法和评估标准， 评估筛选出合理、可行、 安全的抗生素菌渣处理处置技术，为实现抗生素菌渣的无害化、减量 化、资源化提供技术保障，这对于促进制药行业的可持续发展具有重 要意义13。参考文献1李月海，刘冬玲，谢幼梅.抗生素菌渣的综合利用J. 山东畜 牧兽医，2000, 06: 28-31+39.2胡芳.制药业废渣处理亟待突出困境N.中国医药报，2012-08-1