鄧良斌

（福州法莫優(yōu)科機(jī)械科技有限公司，福建 福州 350007）

我國(guó)是世界上最大的抗生素生產(chǎn)大國(guó)，每年生產(chǎn)的抗生素種類超過70 余種。資料顯示，全球80%左右的球頭孢菌素為中國(guó)生產(chǎn)。我國(guó)抗生素的使用量占全球的26%左右。微生物發(fā)酵制藥自出現(xiàn)以來，對(duì)制藥行業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用，但在制藥的過程中產(chǎn)生的菌渣具有較強(qiáng)的污染性。以前，發(fā)酵制藥業(yè)產(chǎn)生的菌渣通常經(jīng)過簡(jiǎn)單的干燥過程后由制藥公司作為飼料產(chǎn)品出售，但是，隨著社會(huì)對(duì)菌渣對(duì)環(huán)境的潛在影響以及對(duì)人類健康的威脅認(rèn)識(shí)的加深，人們開始呼吁通過科學(xué)的處理技術(shù)對(duì)菌渣進(jìn)行處理。

1 技術(shù)背景

制藥業(yè)在生產(chǎn)抗生素的過程中，產(chǎn)生的菌渣對(duì)生態(tài)環(huán)境具有嚴(yán)重的威脅。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)使用以下方法處理此類固體廢物：填埋、焚燒、用作飼料或肥料。隨著社會(huì)對(duì)抗生素需求的提升，制藥廠生產(chǎn)抗生素的產(chǎn)量在不斷增加，傳統(tǒng)處理抗生素菌渣的方式顯然不滿足綠色發(fā)展要求。同時(shí)，由于菌渣自身還有的藥性，一旦進(jìn)入土壤或水體，則必然會(huì)導(dǎo)致水體或土壤污染，并經(jīng)過生物鏈威脅人們的身體健康，因此，除了少數(shù)抗生素生產(chǎn)量低的公司外，大多數(shù)公司不會(huì)采用掩埋這種方法。由于細(xì)菌殘留物的水分含量較高，因此，需要先將其脫水后再進(jìn)行焚燒。同時(shí)，對(duì)焚燒產(chǎn)生的廢氣需要處理后再排放，否則，會(huì)造成空氣污染。所以，焚燒這種處理方式不僅會(huì)增加制藥企業(yè)的生產(chǎn)成本，還會(huì)導(dǎo)致大量的資源浪費(fèi)。因此，尋找出一種高效率、低污染并能夠?qū)⒕幚砗笞鳛轱暳匣蚍柿鲜褂玫男路椒ǎ蔀閷W(xué)者們研究的重點(diǎn)。

2 固體菌渣帶來的污染

在制藥行業(yè)中，一般發(fā)酵液內(nèi)的固體含量大約占其體積的20%，資料顯示，每100m3發(fā)酵液會(huì)產(chǎn)生30m3左右的菌渣。在抗生素的生產(chǎn)過程中，其發(fā)酵過程具有連續(xù)性，且由于每天均有大量的批次倒入罐體中，因此，造成了筒體內(nèi)會(huì)殘留大量的菌渣。研究表明，一中等規(guī)?？股厣a(chǎn)廠大約每年會(huì)產(chǎn)出約6 萬噸的菌渣。在以往的制藥過程中，通常采用自然干燥的方法處理菌渣，之后可以用作肥料。但由于抗生素生產(chǎn)廠規(guī)模的不斷增加，自然干燥方顯然不能滿足發(fā)展需求，對(duì)于制藥生產(chǎn)廠家而言，采用自然干燥法需要占用大量的空地，且花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，而在自然干燥的過程中，菌渣或散發(fā)出難聞的氣味，嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境，而菌渣具有較高的有機(jī)含量，所以，在自然干燥的過程中極易發(fā)生二次發(fā)酵。同時(shí)，菌渣中含有抗生素，所以會(huì)對(duì)土壤以及水體造成嚴(yán)重?fù)p害，進(jìn)而威脅民眾的身體健康。

3 固體菌渣處理技術(shù)研發(fā)內(nèi)容

結(jié)合抗生素生產(chǎn)過程中固體菌渣處理的現(xiàn)狀與實(shí)際需求，本文提出了一種能夠集合自動(dòng)化生產(chǎn)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)等需求于一體的固體發(fā)酵處理裝置，主要適用于抗生素等發(fā)酵生產(chǎn)過程中對(duì)固體廢棄物進(jìn)行無害化處理，針對(duì)固體發(fā)酵過程中固體物料中溫度、濕度的過程控制，以及空氣的均勻布置問題，進(jìn)行專項(xiàng)的設(shè)計(jì)、研發(fā)。

4 固體菌渣處理技術(shù)與裝置設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的菌渣處理裝置主要包含攪拌裝置、筒體以及在線檢測(cè)系統(tǒng)等，該處理裝置為各個(gè)子控制系統(tǒng)的整合裝置，確保了裝置在處理菌渣的過程中具有較高的效率。裝置內(nèi)部所設(shè)置的攪拌機(jī)、在線檢測(cè)系統(tǒng)與控制機(jī)構(gòu)均有PLC 控制，設(shè)備中設(shè)置有物料投加口、料液投加口、真空口、觀察視鏡等功能口。如圖1 所示，為該菌渣處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 固體菌渣處理裝置示意圖

菌渣處理裝置的使用方法如下：

（1）投料及預(yù)處理：在設(shè)備投加口位置處投入物料，完成投料工作后，操作人員即可將物料投加口關(guān)閉，并按照物料預(yù)處理溫度的要求對(duì)物料進(jìn)行干燥處理。在對(duì)物料進(jìn)行干燥的同時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)真空泵，對(duì)筒體進(jìn)行排氣。最后，按照實(shí)際需要設(shè)定烘干時(shí)間即可。（2）接種：物料的干燥處理后，將設(shè)備夾套層內(nèi)更換為符合接種溫度要求的冷熱介質(zhì)，筒體溫度降低至設(shè)定值后，及時(shí)地將菌種從液料投加口導(dǎo)入筒體內(nèi)，經(jīng)攪拌后進(jìn)行需氧操作。（3）需氧操作：在進(jìn)行接種時(shí)，需要同時(shí)將設(shè)備內(nèi)部的氧氣監(jiān)測(cè)裝置打開，并按照要求開啟壓縮空氣入口，此時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)將根據(jù)操作人員設(shè)定的含氧值對(duì)入口進(jìn)行啟閉，進(jìn)而保證氧氣進(jìn)入量滿足接種要求。設(shè)備內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)測(cè)裝置能夠?qū)ν搀w內(nèi)的空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)，并按照既定的濕度設(shè)定值將水噴入物料中。（4）筒體內(nèi)的物料處理完成后，操作人員即可關(guān)閉氧氣、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。（5）攪拌器的控制。在進(jìn)行物料需氧以及厭氧的處理過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需要對(duì)攪拌器的攪拌速度、攪拌時(shí)間等進(jìn)行設(shè)定，注意不得在攪拌的間隙期進(jìn)行補(bǔ)水操作。

4.2 在線檢測(cè)系統(tǒng)

在固體菌渣處理裝置工作時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制人員要對(duì)筒體內(nèi)產(chǎn)生的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)菌渣處理過程進(jìn)行控制，避免因工藝問題出現(xiàn)事故。在線檢測(cè)系統(tǒng)可以很好地分擔(dān)人工檢測(cè)的麻煩，提升整個(gè)檢測(cè)過程的精確性。該固體菌渣處理裝置中，各個(gè)子系統(tǒng)均由PLC 集中控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)處理過程中溫度、濕度、溶氧等參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、采集與分析。其中，控制面板主要對(duì)處理裝置各個(gè)參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行預(yù)設(shè)、檢測(cè)系統(tǒng)的啟閉等。此外，通過預(yù)先設(shè)定相應(yīng)的閥值，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的安全檢測(cè)，即當(dāng)設(shè)備運(yùn)行值超過設(shè)定的閥值時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出警報(bào)。

4.3 實(shí)際應(yīng)用

在研發(fā)成功該固體菌渣處理裝置后，與某高校進(jìn)行合作實(shí)驗(yàn)，對(duì)該裝置進(jìn)行制造，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了試生產(chǎn)，試生產(chǎn)情況如下：首先，將所制備的固體發(fā)酵菌株與水含量為80%的新鮮多粘菌素渣以5:100 的重量比混合，并且發(fā)酵為96 小時(shí)，把整個(gè)發(fā)酵的溫度按照要求設(shè)定在31 ～35℃，空氣濕度按照前期的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定在70%～80%。在進(jìn)行發(fā)酵的2 天前，將空氣通入筒體，且確保每天都對(duì)物料進(jìn)行翻動(dòng)，在發(fā)酵完成后的2 天內(nèi)，轉(zhuǎn)入?yún)捬醢l(fā)酵，

從而獲得了高蛋白多粘菌素發(fā)酵菌殘?jiān)?。通過HPLC 和杯碟法對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)殘留在產(chǎn)物中的多粘菌素已被消除，且產(chǎn)品內(nèi)的蛋白質(zhì)含量超過50%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該固體菌渣處理裝置能夠?qū)崿F(xiàn)多粘菌素發(fā)酵菌渣無害化處理，且具有較為優(yōu)異的處理效果，具有推廣意義。

5 結(jié)語

通過對(duì)固體菌渣處理技術(shù)與裝置的研究，提出了一種適用于抗生素等發(fā)酵生產(chǎn)過程中對(duì)固體廢棄物進(jìn)行無害化處理的固體發(fā)酵處理裝置，并介紹了該裝置的構(gòu)造與處理裝置的使用方法。實(shí)驗(yàn)研究表明，該裝置能夠滿足抗生素?zé)o害化處理的要求，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。