[发明专利]一种利用电子束辐照提高头孢菌素发酵菌渣好氧堆肥效果的方法

说明书

本发明公开了属于固体废弃物处理处置技术领域的一种利用电子束辐照提高头孢菌素发酵菌渣好氧堆肥效果的方法。所述方法先对头孢菌素发酵菌渣进行电子束辐照预处理；然后与固体废弃物混合，并加入微生物菌剂，混合均匀后，进行好氧堆肥发酵，制成肥料；电子束辐照过程降低头孢菌素发酵菌渣中耐药菌以及头孢类抗性基因的丰度的同时；抑制并杀灭堆肥过程中抗性基因的增殖。预处理后的好氧堆肥能缩短堆肥时间，堆肥产品中无抗生素残留，抗性基因丰度显著降低，无耐药菌检出，能作为肥料进行安全再利用。

技术领域

本发明属于固体废弃物处理处置技术领域，尤其涉及一种利用电子束辐照提高头孢菌素发酵菌渣好氧堆肥效果的方法。

背景技术

我国是世界上最大的抗生素原料药生产国，占全球市场量的70％以上。大部分抗生素(包括头孢、青霉素等β-内酰胺类，四环素、土霉素等四环素类，链霉素、庆大霉素等氨基糖苷类以及红霉素、阿奇霉素等大环内酯类抗生素)的原料药均通过微生物发酵的方式生产，产生大量的抗生素发酵菌渣。在抗生素原料药产品结构中，头孢和青霉素类β-内酰胺类抗生素占据绝大多数。据报道，2015年我国β-内酰胺类抗生素产量在所有抗生素产品中占比68％左右，相应的，β-内酰胺类抗生素发酵菌渣占比达77.8％左右(刘园园，我国抗生素菌渣处置技术现状，中国环保产业，2017，8：66-68)。

抗生素菌渣为粘稠的固液混合物，含水率一般在80％以上。抗生素发酵菌渣的主要成分为菌丝体、剩余培养基、以及提取不完全残留的抗生素。菌渣中残留的抗生素会诱导抗性基因的产生，使细菌产生耐药性，并随生物链富集危害人类健康。耐药菌引发的生态安全问题逐渐引起人们的迫切关注。2002年后，我国已明令禁止将未经处理的抗生素菌渣直接生产饲料或者饲料添加剂。2008年将发酵类制药残渣列入《危险废物名录》。抗生素菌渣的安全处置和有效利用已成为制约抗生素生产企业发展的瓶颈，是急需解决的难题。

抗生素菌渣富含多糖、蛋白质、多种氨基酸和微量元素，营养丰富。其中优质蛋白含量在30％以上。粗脂肪含量在10％以上。若能去除菌渣中残留的抗生素，将菌渣从危险废物中脱除，无害化处理后菌渣可制成肥料变为资源再利用，从而彻底解决抗生素菌渣处理处置难题。该问题的解决不仅有利于抗生素生产企业的可持续发展，而且可有效降低菌渣排放引起的抗性传播、保护生态环境。另外，随着我国农业绿色发展理念不断深化，有机肥替代化肥是大势所趋，抗生素菌渣制成有机肥料具有广阔的应用前景。

头孢类抗生素具有抗菌谱广、抗菌活性强、毒性低等特点，其杀菌机制是抑制细菌细胞壁的合成，而人类和其他哺乳动物的细胞无细胞壁，因此对人畜无害，头孢类抗生素是目前使用最为广泛的抗生素药物之一。头孢菌素，包括头孢菌素C(CPC)和去乙酰氧头孢菌素C(DOCPC)是合成头孢类抗生素的重要前驱体，其分子中二氢噻嗪环与β-内酰胺环相连，结构比青霉素更为稳定。其发酵菌种为顶头孢霉菌(Cephalosporium acremonium)，发酵培养基包括玉米浆、花生饼粉、糊精、蛋氨酸、豆油、无机盐等。目前，头孢菌素发酵菌渣的处理主要采用高温热水解(温度150℃，压力8atm)的方法，不仅能耗高，而且存在安全隐患，本领域需要一种安全高效去除头孢菌素菌渣中残留抗生素的无害化处理技术。

电子束辐照技术是通过电子加速器产生的电子束(Electron beam)对污染物进行处理。电子束辐照是一种独特的高级氧化-还原技术，其作用原理包括高能电子束直接辐射作用、以及电子束激发水分子产生·OH、e_aq^-、·H等活性粒子的氧化-还原作用。受辐射时，体系会产生化学效应(如有机污染物降解和矿化)和生物学效应(如消毒灭菌)，达到同时去除毒性有机物和杀灭微生物的作用效果。电离辐照尤其可有效破坏微生物细胞DNA，杀灭微生物后不复活。电子束辐照这些特殊的性能既可降解菌渣中的抗生素，又可杀灭耐药菌和消除抗性基因污染。电子束辐照降解效率高、适用面广；设备在常温常压下运行，操作简单安全，是一种清洁、可持续利用的技术。而且，电子束辐照可有效保留菌渣中多糖、蛋白质等营养物质不流失，不会影响菌渣的资源化再利用。