微波处理头孢菌素菌渣肥料化效能研究

发布时间：2020-10-18 08:51

　　 抗生素菌渣是抗生素生产企业在发酵提取抗生素活性成分后产生的半固体废弃物。目前我国年排放湿菌渣量超过200万吨,其含水率高达90%,极易变质发臭,如果不能及时有效处置,会造成大气、水及土壤环境污染,加剧细菌的耐药性,危害人体健康。自2008年菌渣被列入我国《国家危险废物名录》以来,高昂的焚烧处理费用已严重制约了抗生素制药行业的健康发展。由于头孢菌素是我国市场占有率最高的抗生素品种,其菌渣量在所有抗生素菌渣中所占比例最高,解决其环境问题迫在眉睫。本研究基于头孢菌素菌渣含有丰富的有机质等营养成分和其残留抗生素在环境中具有不稳定、易分解的特点,建立以微波辐射处理头孢菌素菌渣工艺和菌渣肥料化的资源化途径,引入耐药基因作为评估指标,综合评价菌渣资源化利用的环境效益和环境风险,旨在为我国头孢菌素菌渣的安全资源化利用及抗生素菌渣处理与利用污染控制技术规范的编制提供理论依据。采用微波辐射技术对头孢菌素菌渣的菌丝体破壁和残留抗生素降解两方面进行处理效能研究,同时考察肥效有机质的释放规律。结果表明,微波加热温度显著影响头孢菌素菌渣的处理效能,使菌渣固体溶解率提高到3%,破坏菌丝体细胞壁,提高了肥效有机质的释放(77%~148%)。残留的抗生素去除率可达到99.9%,降解路径分析表明主要中间产物均失去了抗菌活性,降低了后续处置的环境风险。提出优化后的工艺参数:菌渣初始含水率90%,以700 W功率快速升温到100~?C,后调整为恒温模式并持续15 min。研究微波辐射对头孢菌素菌渣脱水效能的影响机制。结果表明,微波辐射时间和温度显著影响头孢菌素菌渣的脱水性能,不同脱水性指标表现出的变化规律相异,即毛细吸水时间随着微波辐射时间先增加后下降,而菌渣滤饼含水率持续上升。在微波辐射过程中,菌渣胞外聚合物的释放和粒径尺寸的变化与菌渣脱水性能指标均呈现出较高的拟合度(R~20.90,P0.01)。然而微波辐射不能破坏菌渣基质中的结合水,并使菌渣粒径dp90指数下降了48.2%~63.9%,使菌渣滤饼的空气干燥时间增加了3 h。整体上,微波辐射处理菌渣并没有显著提高菌渣的脱水效能和滤饼的干燥效率。将微波处理菌渣以肥料化利用为资源化途径,考察菌渣肥施用后土壤荧光有机物质的演变规律,并评估可能引发的土壤环境风险。结果表明,具有荧光吸收的类蛋白质有机成分逐渐消失而类腐殖酸有机成分持续增加,区域V出现了2个新的荧光峰,且该区域的积分值增加了93.4%,P_(V,n)/P_(III,n)指数在培养结束时达到1.94。此外,在菌渣肥施入土壤的培养过程中,土壤pH和电导率有所提高而土壤有机碳和土壤有机氮缓慢下降,与土壤荧光指标表现出显著的相关性(M~2=0.2875,r=0.8441,P0.001,999次转置)。菌渣肥施入土壤没有显著提高土壤中的重金属含量,可能引入的抗生素在土壤中的持久性较低(半衰期为0.3~0.8 d),培养初期产生的植物毒性随时间逐渐消失。考察头孢菌素菌渣肥施入土壤中抗性基因的变化规律,采用结构方程模型模拟影响耐药基因变化的机制。结果表明,鲜菌渣施入显著地提高了土壤中β-内酰胺耐药基因的检出数(2倍)和水平转移的风险(2倍),但处理后的菌渣肥没有诱发产生新的耐药基因,降低了诱发耐药和基因水平转移的风险。然而,菌渣肥施入显著改变了土壤中可能作为耐药基因宿主的细菌类群的分布变化(Bacteroidetes、Actinobacteria、Proteobacteria和Firmicutes),在培养过程中土壤性质的变化和残留抗生素或代谢产物的引入同样对土壤耐药菌施加了选择性压力。通过土壤中耐药基因的变化补充评价菌渣肥施入土壤的安全性,为抗生素菌渣污染控制技术规范和标准制定提供依据。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X787
【部分图文】：

图 1-1 头孢菌素 C 结构Fig. 1-1 The structure of Cephalosporin CC 虽然与青霉素很少发生交叉反应，但制菌效。头孢菌素 C 中 C3双键与内酰胺氮原子孤较小，故较青霉素稳定，为其结构改造提供

图 1-5 微波加热技术的热传递机理[57]Fig. 1-5 Propagation mechanisms of microwave heating process[57]方面，由于电介质能够在电场中被极化并有很强的电磁响质在微波加热过程中至关重要[60]。介电性质或介电常数表贮存静电能的相对能力；介电损耗是指电介质在交变电场

图 1-6 传统和微波加热方式的温度分配和热传递方向erature distribution and direction of heat transfer between con- ventional anMW heating述，微波预处理技术对头孢菌素菌渣这种特殊的生物质废弃物拥势。首先，头孢菌素菌渣的含水率较高（75%~90%），菌渣中的水
【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 郭斌;贡丽鹏;刘仁平;任爱玲;宋汉宁;;土霉素菌渣的热解特性及动力学研究[J];太阳能学报;2013年09期

2 王亚炜;肖庆聪;阎鸿;魏源送;;基于微波预处理的源头污泥减量研究[J];中国给水排水;2013年15期

3 阮南;黄莉静;徐萌;;青霉菌渣固态发酵法生产菌体蛋白饲料的应用研究[J];河北工业科技;2006年02期

4 李安民，李登福，张社建，郭永福;四环素菌渣饲喂蛋鸡效果显著[J];饲料研究;1995年03期

5 党佩珍,王丽琴,杨玉福,贠旭明;用土霉素菌渣制取的菌体单细胞蛋白饲料[J];新疆农垦科技;1990年06期

相关博士学位论文 前1条

1 武艳;微波辐射与低温等离子体对生物气溶胶活性的影响及其机理[D];北京大学;2013年

本文编号：2846080