抗生素菌渣生物发酵转化腐殖质的方法

1.抗生素菌渣生物发酵转化腐殖质的方法，其特征在于，采用复合微生物对物料进行固态发酵，其中：
所述物料包括抗生素菌渣和秸秆，所述秸秆包括具有两种以上长度的秸秆段，并且所述秸秆段的长度为1-5cm，直径为0.5-1cm；
所述复合微生物由木霉菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成，并且所述木霉菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌之间的重量配比为(3-5)：(2-4)：(2-4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆段包括短秸秆段、中秸秆段和长秸秆段；其中，所述短秸秆段与所述中秸秆段的长度差为1-2cm，所述中秸秆段与所述长秸秆段的长度差为1-2cm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述短秸秆段、所述中秸秆段和所述长秸秆段之间的重量配比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物料中的抗生素菌渣与秸秆的重量配比为(6-8)：(2-4)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每千克所述物料所采用的复合微生物的量为15-30mg。
6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述采用复合微生物对物料进行固态发酵，具体包括如下步骤：
将所述复合微生物溶于水，制成复合微生物溶液；
将所述复合微生物溶液喷洒在所述秸秆上，再与所述抗生素菌渣进行混合，制成发酵料；
对所述发酵料进行固态发酵。
7.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述固态发酵依次包括中温阶段、高温阶段和成熟阶段；其中，所述中温阶段在35-45℃的温度下持续8-15h，所述高温阶段在55-65℃的温度下持续36-60h，所述成熟阶段在40℃以下的温度下持续20-30h。
8.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，通过混合和/或破碎使所述物料中的秸秆之间的间距＜2cm以及所述物料的尺寸＜15cm。
9.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，控制所述固态发酵过程中的物料内部的氧气含量为5-10％，并且控制所述发酵过程中的物料中的水分含量为15-60％。

抗生素菌渣生物发酵转化腐殖质的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及抗生素菌渣的转化方法，特别是涉及抗生素菌渣生物发酵转化腐殖质的方法。\n背景技术\n[0002] 抗生素菌渣是抗生素生产过程中所产生的固体废弃物，主要成分包括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谢产物、培养基的降解物以及少量残留的抗生素等。通常，抗生素菌渣的含水率在79-92％之间，其干基中的粗蛋白含量为30-40％，脂肪含量为10-20％，此外还含有钙、镁及一些微量元素，并且菌渣中常残留有\n0.2-0.6％的抗生素。\n[0003] 由于抗生素菌渣中的有机质含量较高，其能二次发酵，引起颜色变黑并产生恶臭味，从而严重影响环境；此外，其残留的少量抗生素及降解物对生态环境以及人体健康存在潜在的危害性。针对抗生素菌渣产量大、危害性大等问题，长期以来，人们一直在积极寻求一种经济、高效且处理量大的抗生素菌渣治理方法。\n[0004] 目前，对抗生素菌渣的治理主要包括焚烧、饲料化、能源化、肥料化等。焚烧是将抗生素菌渣氧化燃烧形成有机物或二氧化碳的过程，其虽然能够实现废物的无害化，但运行能耗高、并且会造成严重的资源浪费。饲料化是将无害化处理后的抗生素菌渣用作饲料，然而其容易使菌渣中的抗生素及降解物在动物体内形成富集，进而使人类产生耐药性，因此抗生素菌渣饲料化的可能性也遭到了普遍质疑。能源化是采用厌氧消化回收沼气或采用热解技术回收可燃气体和燃油的过程，其虽具有一定效果，但仍存在有机质释放率低、沼气及可燃气体产率低等问题。\n[0005] 肥料化是通过微生物发酵使抗生素菌渣中的有机质及残留抗生素降解，从而形成有机肥料，其是一种相对较好的治理方式。然而，现有技术在对抗生素菌渣进行肥料化处理时发酵时间通常较长(通常为45天左右，较好的也需25天以上)，并且发酵过程常产生臭气；此外所形成的有机肥料普遍存在感官质量差(例如存在恶臭味和机械杂质等)、质量不达标(例如仍存在抗生素残留等)以及质量不稳定等缺陷。\n发明内容\n[0006] 本发明提供抗生素菌渣生物发酵转化腐殖质的方法，用于解决现有技术中抗生素菌渣转化过程中发酵时间长、发酵过程产生臭气以及所形成的有机肥料感官质量差、抗生素残留降解不达标等技术缺陷。\n[0007] 本发明提供的抗生素菌渣生物发酵转化腐殖质的方法，采用复合微生物对物料进行固态发酵，其中：\n[0008] 所述物料包括抗生素菌渣和秸秆；\n[0009] 所述复合微生物包括木霉菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，并且所述木霉菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌之间的重量配比为(3-5)：(2-4)：(2-4)，例如可以为4：3：3。\n[0010] 本发明对抗生素菌渣的来源不作严格限制，其可以包括但不限于四环素菌渣、土霉素菌渣、金霉素菌渣等；该抗生素菌渣的水分含量(含水率)应≤80％。本发明对秸秆的来源也不作严格限制，其可以包括但不限于小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、花卉枝叶等。\n[0011] 并且，在本发明中，所述复合微生物可以由木霉菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成，此外也可以根据转化目的在木霉菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌中添加其它适宜的菌株或酶制剂形成复合菌剂。其中，所述木霉菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌均可选用本领域的常规菌株，例如木霉菌(Trichoderma sp.)可以为木霉AS3.301、木霉AS3.301、绿色木霉AS3.2942等，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)可以为枯草芽孢杆菌AS1.210、枯草芽孢杆菌AS1.836等，地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)可以为地衣芽孢杆菌AS1.265、地衣芽孢杆菌AS1.807等。在使用时，可以采用菌粉进行。\n[0012] 根据本发明提供的方法，所述秸秆包括具有两种以上长度的秸秆段，并且所述秸秆段的长度为1-5cm，直径为0.5-1cm。在本发明一具体方案中，所述秸秆段包括短秸秆段、中秸秆段和长秸秆段；其中，所述短秸秆段与所述中秸秆段的长度差为1-2cm，所述中秸秆段与所述长秸秆段的长度差为1-2cm。短秸秆段、中秸秆段、长秸秆段的长度依次增加，短秸秆段的长度可以1-2cm，中秸秆段的长度可以2-4cm，长秸秆段的长度可以4-5cm，例如短秸秆段、中秸秆段、长秸秆段的长度可以依次1cm、3cm、5cm。\n[0013] 进一步地，所述短秸秆段、所述中秸秆段和所述长秸秆段之间的重量配比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。\n[0014] 在本发明中，所述秸秆段不能过长或过短，秸秆段过短(＜1cm)不利于空气流通，发酵过程容易产生臭气，秸秆段过长(＞5cm)会使水分散发过快，从而导致发酵不完全。此外，在物料中添加两种以上长度(例如三种长度)的秸秆段，有利于物料中菌渣与秸秆的均匀分散以及物料中空气的流通，从而缩短发酵时间。\n[0015] 进一步地，所述物料中的抗生素菌渣(氮源)与秸秆(碳源)的重量配比为(6-8)：\n(2-4)，例如可以为7：3。并且，每千克所述物料所采用的复合微生物的量可以为15-30mg。\n适宜的碳氮比和复合微生物用量有利于物料的快速升温和分解，其不仅能缩短发酵时间，而且能使发酵进行得更加充分和完全，此外在发酵过程中不易产生臭气。\n[0016] 在本发明一具体方案中，所述采用复合微生物对物料进行固态发酵，具体包括如下步骤：\n[0017] 将所述复合微生物溶于水，制成复合微生物溶液；\n[0018] 将所述复合微生物溶液喷洒在所述秸秆上，再与所述抗生素菌渣进行混合，制成发酵料；\n[0019] 对所述发酵料进行固态发酵。\n[0020] 进一步地，将所述复合微生物溶于水后，对其进行活化，制成复合微生物溶液。所述活化例如可以曝气15-30分钟，从而使复合微生物中的各菌被激活。\n[0021] 进一步地，所述固态发酵依次包括中温阶段、高温阶段和成熟阶段；其中，所述中温阶段在35-45℃的温度下持续8-15h，所述高温阶段在55-65℃的温度下持续36-60h，所述成熟阶段在40℃以下的温度下持续20-30h。\n[0022] 具体地，物料(发酵料)在固态发酵过程中会释放热量，从而使其温度升高，通过监测物料的温度可判断固态发酵的程度。物料的发酵通常首先为中温阶段，其先从室温升温至35-45℃，并在该温度下持续8-15h，随后继续升温至45℃左右进入高温阶段，高温阶段自45℃左右继续升温至55-65℃，并在该温度下持续36-60h，随后降温至40℃左右进入成熟阶段，该阶段持续20-30h后，物料温度降至30℃左右，含水率基本降至30％左右，固态发酵完成。\n[0023] 本发明的固态发酵过程自发进行，在发酵过程中，可以通过适当控制物料(发酵料)的尺寸、氧气含量、水分含量等，使固态发酵处于正常状态。该正常状态下的发酵过程中不会产生臭气，并且发酵时间仅需3-4天即可完成。特别是，当发酵温度＞60℃时，必须及时进行曝气及翻堆降温，从而保证物料完全发酵。\n[0024] 进一步地，通过混合和/或破碎使所述物料(发酵料)中的秸秆之间的间距＜2cm以及所述物料的尺寸＜15cm。通常，物料(发酵料)呈块状，所述物料的尺寸指的是块状物料的长度和宽度，即，使块状物料的长度和宽度均＜15cm；所述间距和尺寸过大均不利于固态发酵的正常进行。\n[0025] 尤其是，控制所述固态发酵过程中的物料内部的氧气含量为5-10％，并且控制所述发酵过程中的物料中的水分含量为15-60％，进一步为40-60％。物料内部的氧气含量过低易转为厌氧发酵，从而产生臭气，可以通过曝气使氧气含量维持在适宜的范围(5-10％)；水分含量过低(＜15％)不利于微生物的繁殖，水分含量过高(＞60％)容易堵塞物料中的空隙而使发酵产生臭气，在水分含量过低时可以通过喷水使水分含量维持在适宜的范围(40-60％)。\n[0026] 本发明的实施，至少具有以下优点：\n[0027] 1、本发明的复合微生物组成合理，其能够高效并且快速地对抗生素菌渣进行发酵，从而降解抗生素残留使其完全转化为腐殖质，转化生成的腐殖质感官质量好，无恶臭味和机械杂质，其抗生素残留降解至达到Q/BJZZT0005-2014标准要求。\n[0028] 2、本发明的物料通过设置具有不同长度的秸秆段，不仅使物料具有一定的疏松感，而且有利于物料的均匀分散和空气流通，利用复合微生物对该物料进行固态发酵时更加充分和完全，并且发酵时间短、发酵过程无异味。\n[0029] 3、本发明的方法利用抗生素菌渣和秸秆等废弃物作为原料转化腐殖质，不仅实现了对抗生素菌渣的无害化、工业化、资源化治理，还能生成质量稳定的腐殖质，其在施入土壤后能够改善土壤，增加肥力，并且对作物的生长发育具有一定的积极作用。\n具体实施方式\n[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。\n[0031] 实施例1\n[0032] 一、菌渣及辅料\n[0033] 抗生素菌渣：某药厂的四环素菌渣，经检测，其含水率约为80％，菌渣中的四环素含量为0.4％；\n[0034] 复合微生物：由木霉菌菌粉、枯草芽孢杆菌菌粉和地衣芽孢杆菌菌粉混合而成，并且木霉菌菌粉、枯草芽孢杆菌菌粉和地衣芽孢杆菌菌粉之间的重量配比为4：3：3，其中：\n[0035] 木霉菌(菌种编号：3.301)：孢子数≥109个/g菌粉；\n[0036] 枯草芽孢杆菌(菌种编号：1.210)：活菌数≥1010个/g菌粉；\n[0037] 地衣芽孢杆菌(菌种编号：1.265)：活菌数≥109个/g菌粉；\n[0038] 辅料(秸秆)：取直径为0.5-1cm的水稻秸秆，将其分别切割成长度约为1cm的短秸秆段、长度约为3cm的中秸秆段和长度约为5cm的长秸秆段后，按照短秸秆段、中秸秆段、长秸秆段的重量配比为2：1：1进行混合。\n[0039] 二、制备发酵料\n[0040] 分别称取上述抗生素菌渣700kg、上述辅料(秸秆)300kg、上述复合微生物20g；\n将20g上述复合微生物溶于水中，曝气活化15分钟后，制成复合微生物溶液；\n[0041] 将上述复合微生物溶液喷洒在上述称量好的辅料上，置于混合机中；向混合机中分批等量加入抗生素菌渣，每次加料后混合5分钟左右，直至加完全部的抗生素菌渣，总混合时间不少于15分钟，制成块状发酵料，通过控制复合微生物溶液的浓度使该发酵料的水分含量为60％左右；\n[0042] 检测该块状发酵料的尺寸(包括长度和宽度)以及发酵料中的秸秆之间的间距，当发酵料的尺寸(长度或宽度)≥15cm和/或秸秆之间的间距≥2cm时对其进行继续混合和/或破碎，直至制成的发酵料的尺寸＜15cm并且发酵料中的秸秆之间的间距＜2cm为止。\n[0043] 三、固态发酵\n[0044] 将上述制成的发酵料置于氧化槽中进行固态发酵，该氧化槽上置备机械翻抛、位移装置，该发酵料的固态发酵依次经历中温阶段、高温阶段和成熟阶段；其中，中温阶段发酵料自室温(＜35℃)开始升温，并且升温至35℃左右时持续约10h，随后继续升温至45℃左右进入高温阶段；高温阶段自45℃左右开始升温，并且升温至65℃左右时持续约48h，随后开始降温，温度降至40℃左右时进入成熟阶段，该阶段持续约24h后，温度继续降至30℃左右，发酵料含水率达到30％左右时，固态发酵完成，总发酵时间为3-4天；\n[0045] 在上述固态发酵过程中，通过氧气传感器、水分传感器和温度传感器时时监控发酵料内部的氧气含量、水分含量和温度；在氧气含量低于5％时通过曝气使氧气含量为6-7％，在水分含量低于40％时对发酵料进行矢量喷水并翻堆，使发酵料水分含量为\n40-60％，在温度高于60℃时同时进行曝气和翻堆，使温度维持在65℃左右并且氧气含量维持在6-7％，可以采用常规翻抛机对发酵料进行翻堆；\n[0046] 固态发酵完成后，抗生素菌渣转化为腐殖质，对腐殖质进行如下检测：\n[0047] 感观检查：在室内和非阳光直射的条件下，目测观察产品外观，鼻嗅鉴别产品气味；\n[0048] 按NY525-2012中5.2规定的方法测定有机质；按NY/T798-2004中5.3.5和5.3.7规定的方法测定水分及pH值；按GB/T19524.1-2004规定的方法测定粪大肠菌群数；按GB/T19524.2-2004规定的方法测定蛔虫卵死亡率；按照NY/T1978-2010规定的方法测定重金属；按照GB13078-2001规定的方法测定黄曲霉毒素B1、菌落总数、霉菌总数和氰化物；按照GB/T5009.116-2003规定的方法测定抗生素；检测结果如表1所示。\n[0049] 实施例2\n[0050] 一、菌渣及辅料\n[0051] 抗生素菌渣：某药厂的土霉素菌渣，其土霉素含量为0.6％，将该菌渣脱水至含水率为60％左右；\n[0052] 复合微生物：由木霉菌菌粉、枯草芽孢杆菌菌粉和地衣芽孢杆菌菌粉混合而成，并且木霉菌菌粉、枯草芽孢杆菌菌粉和地衣芽孢杆菌菌粉之间的重量配比为3：4：2，其中：\n[0053] 木霉菌(菌种编号：3.2897)：孢子数≥109个/g菌粉；\n[0054] 枯草芽孢杆菌(菌种编号：1.210)：活菌数≥1010个/g菌粉；\n[0055] 地衣芽孢杆菌(菌种编号：1.807)：活菌数≥109个/g菌粉；\n[0056] 辅料(秸秆)：取直径为0.8-1cm的玉米秸秆，将其分别切割成长度约为1.5cm的短秸秆段、长度约为3cm的中秸秆段和长度约为4.5cm的长秸秆段后，按照短秸秆段、中秸秆段、长秸秆段的重量配比为3：1：2进行混合。\n[0057] 二、制备发酵料\n[0058] 分别称取上述抗生素菌渣800kg、上述辅料(秸秆)200kg、上述复合微生物30g；\n将30g上述复合微生物溶于水中，曝气活化30分钟后，制成复合微生物溶液；\n[0059] 将上述复合微生物溶液喷洒在上述称量好的辅料上，置于混合机中；向混合机中分批等量加入抗生素菌渣，每次加料后混合5分钟左右，直至加完全部的抗生素菌渣，总混合时间不少于15分钟，制成块状发酵料，通过控制复合微生物溶液的浓度使该发酵料的水分含量为55％左右；\n[0060] 检测该块状发酵料的尺寸(包括长度和宽度)以及发酵料中的秸秆之间的间距，当发酵料的尺寸(长度或宽度)≥15cm和/或秸秆之间的间距≥2cm时对其进行继续混合和/或破碎，直至制成的发酵料的尺寸＜15cm并且发酵料中的秸秆之间的间距＜2cm为止。\n[0061] 三、固态发酵\n[0062] 将上述制成的发酵料置于氧化槽中进行固态发酵，该发酵料的固态发酵依次经历中温阶段、高温阶段和成熟阶段；其中，中温阶段发酵料自室温开始升温，并且升温至45℃左右时持续约12h后进入高温阶段；高温阶段自45℃左右开始升温，并且升温至65℃左右时持续约42h，随后开始降温，温度降至40℃左右时进入成熟阶段，该阶段持续约28h，随后温度继续降至30℃左右，发酵料含水率达到30％左右时，固态发酵完成，总发酵时间为3-4天；\n[0063] 在上述固态发酵过程中，通过氧气传感器、水分传感器和温度传感器时时监控发酵料内部的氧气含量、水分含量和温度；在氧气含量低于5％时通过曝气使氧气含量为\n6-8％，在水分含量低于40％时对发酵料进行喷水并翻堆，使发酵料水分含量为40-55％，在温度高于60℃时同时进行曝气和翻堆，使温度维持在65℃左右并且氧气含量维持在\n6-8％，可以采用常规翻抛机对发酵料进行翻堆；\n[0064] 固态发酵结束后，抗生素菌渣转化为腐殖质，该腐殖质的质量检测结果如表1所示。\n[0065] 实施例3\n[0066] 一、菌渣及辅料\n[0067] 抗生素菌渣：某药厂的金霉素菌渣，其含水率为80％左右，金霉素含量为0.5％；\n[0068] 复合微生物：由绿色木霉菌菌粉、枯草芽孢杆菌菌粉和地衣芽孢杆菌菌粉混合而成，并且绿色木霉菌菌粉、枯草芽孢杆菌菌粉和地衣芽孢杆菌菌粉之间的重量配比为5：2：\n4，其中：\n[0069] 绿色木霉菌(菌种编号：3.2942)：孢子数≥109个/g菌粉；\n[0070] 枯草芽孢杆菌(菌种编号：1.836)：活菌数≥1010个/g菌粉；\n[0071] 地衣芽孢杆菌(菌种编号：1.265)：活菌数≥109个/g菌粉；\n[0072] 辅料(秸秆)：将小麦秸秆切割直径为0.5-0.8cm、长度分别约为2cm、3cm、4cm的短秸秆段、中秸秆段和长秸秆段后，按照短秸秆段、中秸秆段、长秸秆段的重量配比为3：2：\n3进行混合。\n[0073] 二、制备发酵料\n[0074] 分别称取上述抗生素菌渣600kg、上述辅料(秸秆)400kg、上述复合微生物15g；\n将15g上述复合微生物溶于水中，曝气活化20分钟后，制成复合微生物溶液；\n[0075] 将上述复合微生物溶液喷洒在上述称量好的辅料上，置于混合机中；向混合机中分批等量加入抗生素菌渣，每次加料后混合5分钟左右，直至加完全部的抗生素菌渣，总混合时间不少于15分钟，制成块状发酵料，通过控制复合微生物溶液的浓度使该发酵料的水分含量为50％左右；\n[0076] 检测该块状发酵料的尺寸(包括长度和宽度)以及发酵料中的秸秆之间的间距，当发酵料的尺寸(长度或宽度)≥15cm和/或秸秆之间的间距≥2cm时对其进行继续混合和/或破碎，直至制成的发酵料的尺寸＜15cm并且发酵料中的秸秆之间的间距＜2cm为止。\n[0077] 三、固态发酵\n[0078] 将上述制成的发酵料置于氧化槽中进行固态发酵，该发酵料的固态发酵依次经历中温阶段、高温阶段和成熟阶段；其中，中温阶段发酵料自室温开始升温，并且升温至40℃左右时持续约8h，随后继续升温至45℃左右进入高温阶段；高温阶段自45℃左右开始升温，并且升温至60℃左右时持续约60h，随后开始降温，温度降至40℃左右时进入成熟阶段，该阶段持续约20h，随后温度继续降至30℃左右，发酵料含水率达到30％左右时，固态发酵完成，总发酵时间为3-4天；\n[0079] 在上述固态发酵过程中，通过氧气传感器、水分传感器和温度传感器时时监控发酵料内部的氧气含量、水分含量和温度；在氧气含量低于5％时通过曝气使氧气含量为\n5-7％，在水分含量低于40％时对发酵料进行喷水并翻堆，使发酵料水分含量为40-50％，在温度高于60℃时同时进行曝气和翻堆，使温度维持在60℃左右并且氧气含量维持在\n5-7％，可以采用常规翻抛机对发酵料进行翻堆；\n[0080] 固态发酵结束后，抗生素菌渣转化为腐殖质，该腐殖质的质量检测结果如表1所示。\n[0081] 实施例4\n[0082] 采用实施例1的方法制备发酵料，其中不同的是，所采用的辅料(秸秆)为直径\n0.5-1cm、长度约为5cm的水稻秸秆；\n[0083] 按照实施例1的方法进行发酵，其中中温阶段在35℃左右的温度下持续1.5-2天，高温阶段在65℃左右的温度下持续3-4天，成熟阶段在40℃左右的温度下持续1.5至2天，至温度降至30℃左右，发酵料含水率达到30％左右时，固态发酵完成，总发酵时间为6-8天，在发酵过程中产生微量臭气，固态发酵转化生成的腐殖质的质量检测结果如表1所示。\n[0084] 实施例5\n[0085] 采用实施例1的方法制备发酵料，其中不同的是，所采用的辅料(秸秆)为直径\n0.5-1cm、长度约为1cm的水稻秸秆；\n[0086] 按照实施例1的方法进行发酵，其中中温阶段在35℃左右的温度下持续1-1.5天，高温阶段在65℃左右的温度下持续2-3天，成熟阶段在40℃左右的温度下持续2至2.5天，至温度降至30℃左右，发酵料含水率达到30％左右时，固态发酵完成，总发酵时间为5-7天，在发酵过程中产生少量臭气，固态发酵转化生成的腐殖质的质量检测结果如表1所示。\n[0087] 表1 抗生素菌渣生物发酵转化生成的腐殖质的质量检测结果\n[0088] \n[0089] 对照例1