【正文】 聚合物，作為半抗原的降解產(chǎn)物，進(jìn)入體內(nèi)后與蛋白質(zhì)或多肽分子結(jié)合成為全抗原，刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體，抗原抗體結(jié)合引起各種類型的過敏反應(yīng)。在甲醇、乙醇或丙酮中易溶，在水中極微溶解。通常在堿性水溶液中易降解，在酸性水溶液中則較穩(wěn)定，故臨床一般用哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 16 其 鹽 酸 鹽 。姚志鵬等對土霉素在土壤中的微生態(tài)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其中的一個(gè)降解產(chǎn)物 4epiOTC，半衰期長達(dá) 270 天，其他產(chǎn)物的濃度不到母體的 2%，因此考慮土霉素及代謝產(chǎn)物的環(huán)境影響時(shí)僅考慮土霉素和 4epiOTC 即可 [29]。 （ 6）其他類 抗腫瘤抗生素 、林可霉素抗生素、氯霉素等抗生素?？股厥俏⑸锏拇渭壌x產(chǎn)物，菌種接入培養(yǎng)基后，經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)酵后，需要把發(fā)酵罐中發(fā)酵液過濾來提取高純度的抗生素。抗生素產(chǎn)生菌主要是放線菌（約占 70%以上），其中鏈霉菌又是一個(gè)很好的代表。表 22 為調(diào)查的不同廠家的抗生素菌渣的成分。 抗生素菌渣中殘留抗生素的去除 菌渣中抗生素的去除主要有加入化學(xué)試劑降解法、生物降解。孫宏麗 [ 47]等對用鹽酸處理土霉素菌渣發(fā)現(xiàn)土霉素處理率可以高達(dá) 97%。從長期堆放四環(huán)素菌渣的土壤中分離出四環(huán)素降解菌缺陷短波單胞菌（ Brevundimonas diminuta)；和人蒼白桿菌 (Ochrobactrum anthropi)，該菌株能以四環(huán)素唯一生長碳源，降解率為 %和 %。若加入化學(xué)試劑脫水，由于菌渣產(chǎn)生量大，在工業(yè)生產(chǎn)中成本較高，因此應(yīng)用較少。烘缸、導(dǎo)熱油爐工藝：熱源是蒸汽或?qū)嵊停瑹嵩礈囟鹊?，有機(jī)物破壞少，工藝簡單，但設(shè)備投資大，占地多，成本高。目前的干燥工藝是熱源直接與菌渣接觸，主要有 :旋轉(zhuǎn)直燒爐、蒸汽烘缸、導(dǎo)熱油爐、生物發(fā)酵降解法 [ 49]。 菌渣干化 菌渣干化主要有加入脫水試劑法、物理法、加熱法等。浙江大學(xué)的許曉玲 [ 48]等從長期堆放紅霉素菌渣的土壤中分離出紅霉素降解菌粘性紅圓酵母（ Rhodotorula mucilaginosa)，該菌株能以紅霉素唯一生長碳源，降解率為%。生物降解不僅過程簡單，而且相對安全，無毒性。對于菌渣的處理處置，國內(nèi)與國外有所差別，國外正在逐步將常規(guī)抗生 素生產(chǎn)推向發(fā)展中國家，自己生產(chǎn)技術(shù)成分高、附加值高的抗生素，故而產(chǎn)生污染較少一般采用高溫焚燒的方法，而國內(nèi)由于抗生素生產(chǎn)規(guī)模大、難以支付焚燒法的高昂費(fèi)用，一般是作為飼料或肥料?？股鼐扯却?，含水率高（且多為結(jié)合水），長時(shí)間放置即可自溶變質(zhì)。為了提高抗生素的提取效率，發(fā)酵液過濾前需要加入絮凝劑、助濾劑可能還會加入酸化劑等加快菌絲體的絮凝沉淀，而這些物質(zhì)毒性較小，由此可見菌渣中的有毒有害物質(zhì)是很有限的。 表 21 抗生素的基本理化性質(zhì) 藥物名稱 CAS 編號 摩爾質(zhì)量(g/mol) 酸離解常數(shù)pKa 辛醇 水分配系數(shù) logKow 亨利常數(shù)H(atm/m3 mol) 金霉素 57625 ， ， ， 土霉素 79572 ， ， ， 四環(huán)素 60548 ， ， 紅霉素 114078 泰樂菌素素 1401690 ， 林可霉素 154212 抗生素菌渣的成分分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 17 菌渣主要是微生物在發(fā)酵培養(yǎng)基上培養(yǎng)一段時(shí)間后，發(fā)酵液經(jīng)過過濾形成的濾餅部分，從整個(gè)培養(yǎng)過程來看，菌渣中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，還有一定的抗生素殘留、滅活的菌絲體、重金屬以及絮凝劑等，不含其它的有害物質(zhì)。天然抗生素主要有慶大霉素（ gentamicin）、鏈霉素（ streptomycin）、卡那霉素等，由鏈霉菌和小單胞菌產(chǎn)生。四環(huán)素類藥物快速抑菌劑，在高濃度具有殺菌作用，抗菌譜廣，價(jià)格便宜。 （ 3）四環(huán)素類抗生素 由鏈霉菌提取，具有共同的基本母核 (氫化駢四苯 )，僅取代基有所不同的一類化合物。臨床常用的有紅霉素、泰樂菌素、羅紅霉素、乙酞螺旋霉素、麥迪霉素和交沙霉素等。早在 1973 年， Cole 就發(fā)現(xiàn)青霉素的主要代謝產(chǎn)物是青霉噻唑酸。其鹽易溶于水，酸易溶于有機(jī)溶劑。它們主要抑制抗革蘭氏陽性菌的活性，作用機(jī)制均相似，通過抑制轉(zhuǎn)肽酶干擾細(xì)胞壁的合成。為此，本章對菌渣處置技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析、整理，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建菌渣技術(shù)數(shù)據(jù)庫，以便指導(dǎo)菌渣科學(xué)有效的處置與管理。 (1) 建立菌渣處理處置技術(shù)庫 通過閱讀大量文獻(xiàn)、實(shí)地調(diào)查等方法研究了國內(nèi)外菌渣處理處置技術(shù)的研究進(jìn)展，建立了菌渣技術(shù)庫，并給出了菌渣處理處置技術(shù)庫的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)途徑。生菜和胡蘿卜均可吸收土壤中的甲氧芐啶，但生菜不吸收恩諾沙星，胡蘿卜不吸收左旋咪哇。 有的抗生素可以在土壤中 至少保持幾個(gè)月，而有的卻可以被胡蘿卜、生菜等吸收。并且這些受試抗生素難以生物降解，僅芐青霉素的生物降解率為 27%，這與 AlAhmad (1999)和 Kummerer (2020)研究到的環(huán)丙沙星、甲硝銼、氧氟沙星、青霉素、磺胺甲惡唑的低生物降解率相一致。 Junker[42]研究廢水處理中抗生素的降解情況， 21天內(nèi)只有 25%的青霉素 G 礦化，頭孢類和甲氧芐氨嘧啶根本沒有礦化。 Werner[ 40]等研究了水的硬度（鈣、鎂離子濃度、 pH）對四環(huán)素光解的影響，在不同的鈣、鎂離子濃度條件下，四環(huán)素光解的偽一級速率常數(shù)可以相差一個(gè)數(shù)量級。 清潔的水體中才會發(fā)生光解，渾濁的水體中則不會發(fā)生。間接光解是指除抗生素外的其他物質(zhì)可以吸收光能后呈高活性的激發(fā)態(tài)，然后通過能量釋放誘發(fā)抗生素參與的反應(yīng)。 Alexy[ 39]等通過封閉瓶發(fā)現(xiàn)芐青霉素的降解率為 100%，但 60%的都是通過水解作用實(shí)現(xiàn)的。 L228。研究表明，光解主要發(fā)生在糞肥、水體中，生物降解主要發(fā)生在土壤和水體中，水解則容易在水體中發(fā)生。 Stephen 等 [35]發(fā)現(xiàn)隨著土壤中 pH 值和離子強(qiáng)度的增加，土壤對四環(huán)素類抗生素的吸附降低。降雨量的頻率與時(shí)間對滲濾行為無影響，而土霉素和泰樂菌素在任何滲濾液樣品中都沒有被檢測到。研究還顯 示四環(huán)素的 DT50值超過 20天，并且四環(huán)素有很強(qiáng)的吸附作用，還可以和土壤中的 Ca2+化合。四環(huán)素和喹諾酮的羥基在溶解有機(jī)質(zhì)的分配系數(shù)為 100＜ Kd,KDOM＜ 50000L/kg?？股氐奈侥芰σ蚱浠瘜W(xué)結(jié)構(gòu)的不同而有較大的差異，抗生素與有機(jī)質(zhì)表面的范德華力、氫鍵等分子間作用力起了很大作用，也可能是分子官能團(tuán)與環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng) [29]。環(huán)境中的抗生素母體化合物可能經(jīng)受幾個(gè)過程，導(dǎo)致部分或全部降解。最近有研究調(diào)查，環(huán)境中對各種抗生素產(chǎn)生抗性的細(xì)菌的種類、數(shù)量和抗性水平增長的速度讓人觸目驚心[26]。因此耐藥菌株雖然本身不具致病 性 [ 25]，但可以將耐藥基因轉(zhuǎn)移到致病菌中，增加了抗生素的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。 誘發(fā)和傳播大量耐藥菌 抗生素一直用來控制微生物生長的毒副作用，初級抗性主要存在與微生物機(jī)體中，如銅綠假單胞菌對青霉素 G 有抗性，同一菌種的抗性可以通過細(xì)胞分裂遺傳。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 8 有人可能會產(chǎn)生這樣的懷疑 ，我平時(shí)使用的抗生素毒性都很低，或者我的使用量也很小，為什么抗生素對我來說還是一種風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)呢。在水溶液中，小麥對四環(huán)素、金霉素和土霉素的 IC10 值分別為 、 和 ，而在土壤中四環(huán)素和土霉素的IC10 分別增加至 ， 。對磺胺類藥物，大米的 EC50 值少于300mg/kg，黃瓜的 EC50值超過 300mg/kg。 Wollenberger 等（ 2020） [23]研究了 9 種常用的抗生素對淡水動物大型溞的急性和慢性毒性，結(jié)果表明這些抗生素或多或少對水環(huán)境都有潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。 Soparat Yudthavorasit（ 2020）等研究了越南沼澤地區(qū)的蝦廠常使用的抗生素對生態(tài)系統(tǒng)的影響，總結(jié)了濫用抗生素帶來的一系列環(huán)境問題，紅樹林沼澤地的減少是主要的蝦廠環(huán)境問題之一。一旦進(jìn)入環(huán)境，這些化合物會污染周圍沼澤地敏感的生態(tài)系統(tǒng)。家禽早期癌變血清生化指標(biāo)甲胎抗原 (CAFD)和癌胚抗原 (CEA)陰性，四環(huán)素?zé)o致癌性。 研究經(jīng)常通過測定土壤微生物呼吸和磷酸酶活性來評價(jià)土壤微生物活性。 由于抗生素的作用對象是細(xì)胞，作用機(jī)制可能是 抑制 細(xì)胞壁 的形成 、 破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu) 、干擾蛋白質(zhì)和核酸的合成，來殺死有害微生物，因此抗生素對其他的生物也會存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，尤其是 當(dāng) Radtke and Gist(1989)從污水污泥中分離出耐抗生素菌， Neu (1992)報(bào)道微生物對現(xiàn)存的大部分抗生素都有抗性后 [ 18]，越來越多的社會焦點(diǎn)就轉(zhuǎn)向了抗生素。李振亞等人則利用熱堿法從青霉素廢棄菌絲體中提取優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，回收率可高達(dá)到 %，可以資源化用作動物飼料或飼料添加劑 [ 17]。結(jié)果表明，土霉素廢渣液不適合厭氧消化處理，而青霉素、鏈霉素、麥迪霉素的廢渣液可能由于對應(yīng)抗生素半衰期短，處理效果較好 COD 去除率超過 70%，沼氣中甲烷含量為 60%。 近幾年 國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)通過焚燒法處理抗生素廢渣，將菌渣做為普通垃圾直接填埋或用水稀釋后當(dāng)作廢水處理 [ 13]，大部分企業(yè) 是將抗生素菌渣外賣給一些個(gè)體或私營企業(yè)， 經(jīng)過集中 收集、堆肥 發(fā)酵、干燥加工后，作生產(chǎn)有機(jī)肥的原料 ，如泰安現(xiàn)代利華環(huán)保設(shè)備有限公司建成了年處理 萬噸濕渣的高溫好氧堆肥項(xiàng)目，制成的堆肥產(chǎn)品效果穩(wěn)定，營養(yǎng)豐富；內(nèi) 蒙古聯(lián)邦制藥有限公司 生產(chǎn)的有機(jī)肥 獲得自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳頒發(fā)的有機(jī)肥料登記證 ， 目前日處理廢渣哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 5 能力 100 噸左右 的項(xiàng)目已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行；石藥集團(tuán)也已建成年產(chǎn) 24 萬噸有機(jī)肥的生產(chǎn)裝置，利用青霉素水解酶降解殘留效價(jià)制成有機(jī)肥。因此 隨著近年人們對生態(tài)環(huán)境污染問題 、 生態(tài)安全問題 和能源減少問題 的日益重視，抗生素菌渣用于飼料途徑 的 引起了 眾多非議 。隨著各種藥渣干燥設(shè)備的研制成功，國內(nèi)有數(shù)家單位開展了抗生素藥渣用作高蛋白飼料原料及藥物性添加劑的研究。 1949 年美國首次將藥渣添加入飼料，國內(nèi)的先例則是 1957 年上海第三制藥廠將自產(chǎn)的廢棄四環(huán)素濕菌渣自然曬干加工成飼料添加劑，自此這種情況一發(fā)不可收拾，以至于到了80 年代末期，凡有抗生素生產(chǎn)的地方，都直接曬干飼喂牲畜。 表 11 青霉 素菌渣的形成過程 廢棄物種類 排放量（萬 t/年） 單位產(chǎn)品排放量 （ t/t） 制藥集團(tuán)公司 青霉素菌絲體 11 土霉素菌絲體 青 V 鉀菌絲 去甲基金霉素菌絲體 67 哈藥集團(tuán)制藥廠 廢菌絲渣 寧夏多維藥業(yè) 泰樂菌素菌渣 32 華北制藥總廠 8 石家莊華曙制藥 土霉素菌渣 8 10 石家莊曙光飼料有限公司 土霉素菌渣 16 南陽普康藥業(yè)有限公司 林克霉素菌渣 抗生素 菌渣 外觀呈豆腐渣樣 [8]， 含水率高、粘度大，主要成分為抗生素產(chǎn)生菌的菌絲體、殘余培養(yǎng)基成分以及微生物代謝產(chǎn)物，還可能含有少量在抗生素提取過程中加入的各種絮凝劑、沉淀劑、助濾劑等物質(zhì) [ 10]，氣味因培養(yǎng)的菌類不同而異 ，易變質(zhì)，不穩(wěn)定，新鮮的濕菌渣 0~25℃ 時(shí) 堆放 2~3 小時(shí)即成稀粥狀，不便儲運(yùn)。 抗生素產(chǎn)生菌接入此類培養(yǎng)基中，經(jīng)過一個(gè)周期的 發(fā)酵培養(yǎng)后，發(fā)酵液放罐過濾，形成濾液和濾餅兩部分 [9]，菌渣即發(fā)酵液過濾后的濾餅部分。于是 《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（ 20202020年）》 擬 制 (修 )訂約 20 項(xiàng)固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)。但是抗生素產(chǎn)生菌對原材料的利用率很低，據(jù)統(tǒng)計(jì)每生產(chǎn)一種抗生素就需要使用 10余種原材料，每生產(chǎn) 1kg 抗生素就需要消耗 25~100kg 原材料 [6]。發(fā)酵類藥物最開始是從抗生素的生產(chǎn)發(fā)展起來的，以抗生素類為主， 還 包括 維生素類、氨基酸類以及其他類藥物 ， 發(fā)酵制藥行業(yè) 一直是國家和社會的經(jīng)濟(jì)支柱，更是關(guān)系到人們的切身利益 。若菌渣中抗生素處置不徹底就進(jìn)入環(huán)境，會帶來一系列的環(huán)境問題。與此同時(shí)固體廢棄物也就是菌渣的產(chǎn)生量也相當(dāng)大，有資料統(tǒng)計(jì)我國的抗生素菌渣年排放量已超過 180 萬噸 [2]。首先運(yùn)用層次分析法建立了菌渣風(fēng)險(xiǎn)因子識別 指標(biāo)體系，確定抗生素及其代謝產(chǎn)物為本研究的風(fēng)險(xiǎn)因子，然后采用美國 EPA 的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)框架和歐盟的水生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)框架分別對不同處置途徑的菌渣中抗生素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。 首先對菌渣成分、環(huán)境行為、處置技術(shù)等 基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，在對國內(nèi)外文獻(xiàn)認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了菌渣處置技術(shù)庫，并對技術(shù)庫的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程進(jìn)行了說明。 碩士學(xué)位論文 微生物制藥菌渣處理處置技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究 ASSESSMENT SYSTEM OF THE TREATMENT DISPOSAL TECHNOLOGIES OF THE BIOFERMENTATION RESIDUE 王曉紅 2020 年 7 月 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 I 摘 要 微生物制藥菌渣由于含水率高、有機(jī)質(zhì)含量高、營養(yǎng)豐富、有一定的抗生素等殘余效值使其安全處置存在一定的困難，若處置不當(dāng)就進(jìn)入環(huán)境中不僅造成了資源浪費(fèi)還會對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)安全造成嚴(yán)重的影響。然后針對經(jīng)不同