本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣的處理裝置及其方法。

背景技術(shù)：

多粘菌素也稱硫酸粘菌素，英文通用名：Polymyxin BSulfate，分子式：C56H98N16O13H2SO4，分子量：1301.56。多粘菌素是1947年發(fā)現(xiàn)由多粘桿菌(Bacillus polymyxa)所產(chǎn)生，由多種氨基酸和脂肪酸組成的一族堿性多肽類抗生素的總稱，不同菌種所產(chǎn)生的多粘菌素，由于所含氨基酸和脂肪酸的不同，又分為多粘菌素A、B、C、D、E、M。多粘菌素B(polymyxin B)又分為B1和B2，多粘菌素E(polymyxin E，colistin，)又分為E1和E2，多粘菌素M又稱多勝菌素甲，多粘菌素B和多粘菌素E二者具有相似的藥理作用，應(yīng)用較廣，多粘菌素B多用于人用藥，多粘菌素E多用于獸用藥。

多粘菌素可由生物發(fā)酵產(chǎn)生，多粘菌素B的發(fā)酵單位一般可以達到1g-2g/L。通過適當(dāng)?shù)目股靥崛〖夹g(shù)就可以從多粘菌素發(fā)酵液中分離純化出多粘菌素。分離純化的菌渣中，仍然含有部分多粘菌素，如果直接排放，會給生態(tài)系統(tǒng)造成巨大壓力，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)多粘菌素菌渣的降解處理方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明第一個目的是提供一種硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣的處理裝置及方法，可以在短時間內(nèi)高效降解菌渣中的固體物質(zhì)，減少固廢處理成本，同時產(chǎn)生能源物質(zhì)沼氣。

本發(fā)明第二個目的是提高厭氧降解過程中對硫酸多黏菌素菌渣中殘留抗生素的降解能力，實現(xiàn)菌渣排放無害化。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面，提供了一種硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣的處理方法，所述方法包括步驟：

(1)SRB污泥培養(yǎng)

提供原始沼泥，將原始沼泥與SRB富集培養(yǎng)基混合，每天將上清棄掉，并補充新鮮等體積的SRB富集培養(yǎng)基，如此循環(huán)共培養(yǎng)3～10d，得到SRB污泥；

(2)硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣預(yù)處理

將硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣與所述SRB污泥混合，將混合體系置于預(yù)處理罐中密閉培養(yǎng)，即可得到預(yù)處理后的硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣；

(3)降解硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣

將預(yù)處理后的硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣，泵入?yún)捬豕捱M行厭氧反應(yīng)，從而降解硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣。

進一步地，所述步驟(1)中，SRB富集培養(yǎng)基的配方如下：

K₂HPO₄·3H₂O 0.5g/L，CaCl₂·2H₂O 0.1g/L，MgSO₄·7H₂O 2g/L，F(xiàn)eSO₄·7H₂O 0.5g/L，NH₄Cl 1g/L，NaCl 1g/L，乳酸鈉5g/L，其余為水。

進一步地，所述步驟(1)中，原始沼泥與SRB富集培養(yǎng)基的比例為1～2:2～1，優(yōu)選為1:1。

進一步地，所述步驟(1)中，培養(yǎng)pH為6.5～8.5，優(yōu)選pH為7。

進一步地，所述步驟(1)中，培養(yǎng)溫度為30～40℃，優(yōu)選為35℃。

進一步地，所述步驟(1)中，每天將上清棄掉，并補充新鮮等體積的SRB富集培養(yǎng)基。

進一步地，所述步驟(2)中，硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣與SRB污泥的體積比為3～10:1～2；優(yōu)選為3～10:1。

進一步地，所述步驟(2)中，混合完成后，加水使整個混合物體系的固體含量TS為50～100g/L.

進一步地，所述步驟(2)中，將混合體系置于預(yù)處理罐中密閉培養(yǎng)，控制pH＝7，溫度35℃，攪拌速率為100r/min，培養(yǎng)時間為4d，即可得到預(yù)處理后的硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣。

進一步地，所述步驟(3)中，采用多級厭氧系統(tǒng)降解硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣，優(yōu)選為三級厭氧系統(tǒng)。

進一步地，所述步驟(3)中，厭氧反應(yīng)的總時間為10～15d，優(yōu)選為12d。

進一步地，所述步驟(3)中，厭氧反應(yīng)的pH為7～8。

本發(fā)明的第二方面，提供了一種降解硫酸多粘菌素菌渣的多級厭氧裝置，所述裝置包括管道依次連接的預(yù)處理罐、一號厭氧罐體、一號中間罐、二號厭氧罐體、二號中間罐、和三號厭氧罐體。

進一步地，所述預(yù)處理罐內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。

進一步地，所述預(yù)處理罐和一號厭氧罐之間具有一蠕動泵。

進一步地，所述裝置還包括氣體計量器。

進一步地，所述一號中間罐一端與一號厭氧罐相連，另一端與二號厭氧罐相連，同時有一條管路通過蠕動泵與一號罐底部連接；二號中間罐一端與二號厭氧罐相連，另一端與三號厭氧罐相連，同時有條管路通過蠕動泵與二號罐底部連接。

進一步地，三個厭氧罐底部均設(shè)有料液分布器；三個厭氧罐外壁有水浴夾套進行保溫。

與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括：

1.可以大幅提高對硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣中固體物質(zhì)的降解效率和縮短厭氧處理時間，大幅降低固體廢棄物的處理成本。

2.對硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣中殘留的抗生素具有很高的降解能力，可減輕抗生素排放至環(huán)境引發(fā)的細(xì)菌耐藥性的風(fēng)險。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1顯示了多級厭氧系統(tǒng)處理硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣示意圖。

圖2顯示了處理前菌渣中硫酸多黏菌素HPLC圖。

圖3顯示了對比例中未經(jīng)預(yù)處理直接進入多級厭氧系統(tǒng)處理后的菌渣中硫酸多粘菌素HPLC圖。

圖4顯示了實施例中經(jīng)過預(yù)處理再進入多級厭氧系統(tǒng)處理后的菌渣中硫酸多粘菌素HPLC圖。

具體實施方式

本發(fā)明裝置，如圖1所示，一種降解硫酸多粘菌素菌渣的多級厭氧裝置，包括個預(yù)處理罐1、三個厭氧罐體(分別為一號厭氧罐體21、二號厭氧罐體22、三號厭氧罐體23)、兩個中間罐(分別為一號中間罐31、二號中間罐32)、蠕動泵4、氣體計量器5。預(yù)處理罐內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，它與一號厭氧罐相連，中間由蠕動泵連接傳送。一號中間罐一端與一號厭氧罐相連，另一端與二號厭氧罐相連，同時有一條管路通過蠕動泵與一號罐底部連接；二號中間罐一端與二號厭氧罐相連，另一端與三號厭氧罐相連，同時有條管路通過蠕動泵與二號罐底部連接。三個厭氧罐底部均設(shè)有料液分布器。三個厭氧罐外壁有水浴夾套進行保溫。三個厭氧罐頂部為氣體收集口，由三通閥門控制。氣體計量器與三個厭氧罐頂部的三通閥門相連。氣體計量器由三個方槽組成，共同放置在一個大的方槽中。

一號厭氧罐體21和一號中間罐31之間，有一條管道連接一號厭氧罐體21的頂部和一號中間罐31的頂部，在運行過程中，是通過蠕動泵將一部分中間罐31內(nèi)的水回流至一號厭氧罐體21，可使一號厭氧罐體21內(nèi)的污泥充分膨脹，增加污泥與菌渣液的接觸面積，提高反應(yīng)效率。同理，二號厭氧罐體22和二號中間罐32之間的管路也起到相同的回流作用，可將中間罐32內(nèi)的水回流至一號厭氧罐體22，提高反應(yīng)效率。

本發(fā)明優(yōu)選地工藝流程：

步驟1.SRB污泥培養(yǎng)：

原始沼泥取自河床底泥，其固體含量TS為150g/L。將原始沼泥與SRB富集培養(yǎng)基按照1：1等體積混合。SRB富集培養(yǎng)基為K₂HPO₄·3H₂O 0.5g/L，CaCl₂·2H₂O 0.1g/L，MgSO₄·7H₂O 2g/L，F(xiàn)eSO₄·7H₂O 0.5g/L，NH₄Cl 1g/L，NaCl 1g/L，乳酸鈉5g/L。將沼泥與SRB富集培養(yǎng)基的混合物調(diào)節(jié)pH＝7，黑暗中密閉培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為35℃，每天將上清棄掉，并補充新鮮等體積的SRB富集培養(yǎng)基，如此循環(huán)共培養(yǎng)6d，得到SRB污泥。

步驟2.硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣預(yù)處理：

將硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣與SRB污泥按照5:1體積混合，并加水使整個混合物的體系固體含量TS為80g/L，將混合體系置于預(yù)處理罐中密閉培養(yǎng)，控制pH＝7，溫度35℃，攪拌速率為100r/min，培養(yǎng)時間為4d，即可得到預(yù)處理后的硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣。

步驟3.多級厭氧系統(tǒng)降解硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣：

將預(yù)處理后的硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣，經(jīng)蠕動泵序批式泵入?yún)捬豕捱M行厭氧反應(yīng)，3個厭氧罐內(nèi)總停留時間為12d，1號中間罐通過蠕動泵將部分料液泵入1號罐，流量為150mL/min。2號中間罐通過蠕動泵將部分料液泵入2號罐，流量為100mL/min。3個厭氧罐內(nèi)的pH控制在7～8。3個厭氧罐產(chǎn)生的沼氣通過氣體計量器進行收集和計量。

本發(fā)明硫酸多黏菌素E的HPLC檢測條件如下：

色譜柱：Welchrom-C18，5μm，4.6*250mm；

檢測波長：215nm

柱溫：30℃

流速：1mL/min

流動相：

A水相：硫酸鈉溶液(4.46g無水硫酸鈉溶于900mL水，以稀磷酸調(diào)至pH＝2.3，加水至1000mL)

B有機相：乙腈

A:B＝74:26

進樣量：20μL

以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例1

將原始沼泥與SRB富集培養(yǎng)基1:1混合，調(diào)節(jié)pH＝7，黑暗中密閉培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為35℃，每天將上清棄掉，并補充新鮮等體積的SRB富集培養(yǎng)基，如此循環(huán)共培養(yǎng)6d。

SRB富集培養(yǎng)基為K₂HPO₄·3H₂O 0.5g/L，CaCl₂·2H₂O 0.1g/L，MgSO₄·7H₂O 2g/L，F(xiàn)eSO₄·7H₂O 0.5g/L，NH₄Cl 1g/L，NaCl 1g/L，乳酸鈉5g/L。

將硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣與SRB污泥按照5:1體積混合，并加水使整個混合物的體系固體含量TS為80g/L，共同投入預(yù)處理罐中進行密閉培養(yǎng)，控制pH＝7，溫度35℃，攪拌速率為100r/min，培養(yǎng)時間為4d，完成硫酸多黏菌素發(fā)酵菌渣的預(yù)處理。

將預(yù)處理后的硫酸多黏菌素菌渣經(jīng)過蠕動泵依次泵入1號罐、2號罐、3號罐，控制菌渣在3個厭氧罐中的總停留時間為12d，同時1號中間罐和2號中間罐所連接的蠕動泵同時啟動，1號中間罐連接的蠕動泵將料液泵至1號罐底部，流量為150mL/min。2號中間罐連接的蠕動泵將料液泵至2號罐底部，流量為100mL/min。維持3個厭氧罐內(nèi)pH＝7.5，溫度35℃。3個厭氧罐產(chǎn)生的氣體通過氣體計量器進行收集及計量。

處理前硫酸多黏菌素菌渣中固體含量TS為80g/L，通過多級厭氧系統(tǒng)處理后，硫酸多黏菌素菌渣中固體含量TS為21g/L，固體物質(zhì)降解率為73.8％。處理前硫酸多黏菌素菌渣中硫酸多黏菌素E的含量為45mg/L，通過多級厭氧系統(tǒng)處理后，菌渣中硫酸多黏菌素E的含量為8.6mg/L，抗生素降解率為80.9％。產(chǎn)生的沼氣容積產(chǎn)氣率為0.51m³/(m³·d)。

對比例1

將未經(jīng)處理的硫酸多黏菌素菌渣直接經(jīng)過蠕動泵依次泵入1號罐、2號罐、3號罐，控制菌渣在3個厭氧罐中的總停留時間為16d(實施例1中預(yù)處理的4天+厭氧12天)，同時1號中間罐和2號中間罐所連接的蠕動泵同時啟動，1號中間罐連接的蠕動泵將料液泵至1號罐底部，流量為150mL/min。2號中間罐連接的蠕動泵將料液泵至2號罐底部，流量為100mL/min。維持3個厭氧罐內(nèi)pH＝7.5，溫度35℃。3個厭氧罐產(chǎn)生的氣體通過氣體計量器進行收集及計量。

處理前硫酸多黏菌素菌渣中固體含量TS為80g/L，通過多級厭氧系統(tǒng)處理后，硫酸多黏菌素菌渣中固體含量TS為38g/L，固體物質(zhì)降解率為52.5％。處理前硫酸多黏菌素菌渣中硫酸多黏菌素E的含量為45mg/L，通過多級厭氧系統(tǒng)處理后，菌渣中硫酸多黏菌素E的含量為17.8mg/L，抗生素降解率為60.4％。產(chǎn)生的沼氣容積產(chǎn)氣率為0.35m³/(m³·d)。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。