土霉素菌渣熱解技術(shù)

顏武華

摘? 要：相關(guān)研究表明抗生素菌渣認(rèn)定為是危險(xiǎn)廢物，應(yīng)按照危險(xiǎn)廢物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。但因其產(chǎn)生數(shù)量比較大，同時(shí)含水率也比較高，處理需要的費(fèi)用多，具有處理資質(zhì)的單位能力有限，以上現(xiàn)狀也就使得菌渣處理問題日益突出，如何對(duì)菌渣進(jìn)行有效處理以及資源化利用是當(dāng)前急需解決的問題。基于以上，本文首先對(duì)土霉素菌渣、熱解技術(shù)進(jìn)行概述，然后分析土霉素菌渣熱解理化特性及其熱解成分，以此為我司研發(fā)菌渣處理裝置進(jìn)行的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)提供理論支持。

關(guān)鍵詞：土霉素菌渣? 熱解技術(shù)? 理化特性? 熱解成分

中圖分類號(hào)：TQ465? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）08（a）-0103-03

Abstract： According to the relevant research， antibiotic residue is regarded as hazardous waste and should be treated according to the standard of hazardous waste. However， due to its large quantity， high moisture content， high cost of treatment and limited capacity of qualified units， the above situation also makes the problem of bacterial residue treatment increasingly prominent. How to effectively treat and resource-based utilization of bacterial residue is an urgent problem to be solved at present. Based on the above， this paper first summarizes the Oxytetracycline Residue and pyrolysis technology， and then analyzes the thermolysis characteristics and pyrolysis components of Oxytetracycline Residue， so as to provide theoretical support for the application experiment of our company's research and development of the treatment device of Oxytetracycline Residue.

Key Words： Oxytetracycline Residue; Pyrolysis technology; Physical and chemical properties; Pyrolysis components

1? 概述土霉素菌渣

所謂土霉素菌渣主要是指在進(jìn)行抗生素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體性廢棄物，主要成分有菌渣、剩余培養(yǎng)基、發(fā)酵性代謝物以及殘留的抗生素。而抗生素主要指的是微生物或者是高等動(dòng)植物所產(chǎn)生的具有抗病原體或者活性代謝物，在低濃度背景下，可以有效抑制或殺滅特異性的微生物（例如細(xì)菌、病毒）[1]。根據(jù)相關(guān)研究分析，抗生素菌渣中含有的氨基酸、維生素等元素，引起將其經(jīng)過干燥、加工等處理形成動(dòng)物食用飼料或飼料添加劑，但后來研究報(bào)告中指出使用抗生素菌渣容易引起耐藥性，沒有進(jìn)行相應(yīng)的安全測驗(yàn)，存在安全隱患，禁止使用[2]。

2? 概述熱解技術(shù)

關(guān)于熱解技術(shù)，最開始是在煤的干餾中進(jìn)行應(yīng)用，經(jīng)過不斷改進(jìn)，逐漸用于有機(jī)固體廢棄物的處理。熱解技術(shù)的主要原理就在于利用有機(jī)物質(zhì)中的熱不穩(wěn)定特征，將其置于無氧環(huán)境下進(jìn)行干餾加熱處理，以此來促使有機(jī)物進(jìn)行熱分解，然后經(jīng)過冷凝處理，使其產(chǎn)生冷凝油以及固體半焦，通過以上，在很大程度上為固體廢棄物資源化處理提供相應(yīng)的途徑[6]。

基于反應(yīng)進(jìn)程，熱解技術(shù)可分為三階段進(jìn)行，第一階段為脫水階段，這時(shí)候環(huán)境溫度應(yīng)達(dá)200℃，在100℃時(shí)、大于100℃時(shí)分別失去自由水、結(jié)晶水;第二階段為熱解階段，這時(shí)候環(huán)境溫度為200℃～600℃之間，同時(shí)這部分也是主要階段，大分子有機(jī)物經(jīng)過熱解逐漸形成具有可揮發(fā)性質(zhì)的有機(jī)小分子;第三階段為碳化階段，這時(shí)候環(huán)境溫度大于600℃，這時(shí)候會(huì)殘留一些揮發(fā)困難的有機(jī)物，其余為灰分和固定碳[7]。

基于熱解溫度、氣體停留時(shí)間、升溫速率存在的不同之處，可將熱解分為兩種類型，一種慢速熱解，另一種為快速熱解，其熱解溫度分別為大于600℃、低于1000℃;升溫速率分別為10K s-1-100K s-1之間、103K s-1-104K s-1之間;對(duì)于氣體停留時(shí)間，前者比較久，后者低于1s。除以上之外，對(duì)于固體生物質(zhì)處理時(shí)采用中低溫慢速熱解技術(shù)在其中具有一定地位[8]。

3? 土霉素菌渣熱解技術(shù)的應(yīng)用

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)中選擇的土霉素菌渣樣品來自于XX制藥廠，取回后的濕菌渣將其置于烘箱內(nèi)，烘箱溫度為105℃，烘干時(shí)間為24h，然后將其經(jīng)過研磨處理，全部以200為目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)篩，放置于玻璃干燥容器中準(zhǔn)備使用。關(guān)于實(shí)驗(yàn)方法，主要有以下幾方面：元素分析、含水率、密度、粘度、熱值。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本次選擇的實(shí)驗(yàn)裝置為固體菌渣處理裝置，該裝置中的主體設(shè)備、控制柜、在線檢測儀器、蠕動(dòng)泵等位置的安裝符合科學(xué)要求，外觀上比較簡單，共用主體基座，便于整體設(shè)備移動(dòng)性使用，與無接觸的零部件表面材質(zhì)為不銹鋼SUS316L，裝置的框架、箱體使用的材質(zhì)為SUS304.從整體上來看該裝備，具備攪拌混合、好氧、厭氧、補(bǔ)料、溫度、plc系統(tǒng)等控制功能，符合本次研究的物料特性以及使用環(huán)境提出的要求。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

其一，元素分析。經(jīng)過分析熱解終溫溫度為450℃時(shí)，其產(chǎn)生的理化性質(zhì)處于最好狀態(tài)，同時(shí)油品也是最有代表性。因此本次實(shí)驗(yàn)以450℃熱解液作為研究對(duì)象，在常溫情況下，450℃熱解液處于自然分層情況，油相與水相兩者體積分別占據(jù)51.89%、48.11%，基于以上，關(guān)于土霉素菌渣熱解液的元素分析結(jié)果如表1。

從表1整體上來看，在熱解液中，不論是油相還是水相都不含有S元素，其他元素都有。其中C元素油相成分不低于50%，這也從側(cè)面說明熱解液中含有大量有機(jī)物，而油相比水相成分要高，這就說明水相中也含有少量有機(jī)物;對(duì)于O元素，若油相高于水相情況下，就會(huì)導(dǎo)致熱解液粘度稍微高一些，整體上會(huì)對(duì)熱解液儲(chǔ)存帶來相應(yīng)影響;除以上之外，對(duì)于菌渣中蛋白質(zhì)成本最高情況，也在一定程度上提升了其中的N元素成分[3]。

其二，含水率。根據(jù)表2可知，關(guān)于熱解油相變化能夠看出溫度由300℃上升至600℃，其含水率由13.47℃降至9.56℃。從整體上來看，溫度處于300℃～350℃之間時(shí)，含水率處于緩慢上升狀態(tài)，等到溫度高于350℃之后，含水率因溫度上升而逐漸變小;對(duì)于水相部分，其含水率隨溫度上升而升高，從整體上來看含水率由61.38℃上升至64.32℃，可能是因溫度低熱解液還沒有正式進(jìn)行脫水反應(yīng)，等到一定溫度時(shí)，溫度上升，脫水反應(yīng)也就加快，水分不僅會(huì)對(duì)燃料油燃燒性能帶來影響，同時(shí)也會(huì)在一定程度降低油粘度。

其三，密度。根據(jù)表2可知，不同溫度下，熱解液熱值油相要遠(yuǎn)高于水相，而這也從側(cè)面說明水相中的有機(jī)物低于油相。換句話說熱值高的同時(shí)利用價(jià)值也會(huì)很高。從溫度角度上來看，油相熱值變化平緩，而水相則隨溫度上升不斷減少。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因在于溫度在不斷上升的過程中，油相中水分不斷減少，同時(shí)也就使得油相熱值因此上升，水相中水分上升導(dǎo)致熱值降低[9]。

其四，粘度。根據(jù)上表2可知，溫度不斷上升的過程中，熱解液油相粘度也由6980MPa S升至8913Mpa S，出現(xiàn)這種情況的主要原因在于脫水導(dǎo)致油相水分降低，有機(jī)物在其中的占比增加，溫度在400℃～550℃，粘度也隨之增大，這主要在于這個(gè)階段反應(yīng)比較劇烈，550℃后黏度不再發(fā)生變化逐漸趨于平衡狀態(tài)。對(duì)于水相部分，歲溫度不斷上升，其粘度由372MPa S降至324Mpa S，出現(xiàn)這種情況的主要原因在于熱解液水相含水率因溫度上升而隨之上升，導(dǎo)致粘度因此降低，對(duì)于粘度，主要對(duì)油品流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行反映。

其五，熱值。根據(jù)上表2可知，溫度不斷上升的同時(shí)，熱解液油相密度隨之上升，由1.0898MJ.kg-1升至1.1279MJ.kg-1;對(duì)于水相密度，整體上變化不明顯，處于1.0419MJ.kg-1-1.0756MJ.kg-1之間。對(duì)于熱解液密度進(jìn)行分析，主要在于其能夠?qū)峤庖簝?chǔ)存方面、輸送方面以及應(yīng)用方面提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)[10]。

4? 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于土霉素菌渣使用的各項(xiàng)工藝而言，其中最具發(fā)展?jié)摿Φ木褪菬峤饧夹g(shù)，為此，本文首先對(duì)土霉素菌渣以及熱解技術(shù)進(jìn)行概述，然后從多個(gè)角度分析土霉素菌渣熱解理化特性，旨在通過熱解技術(shù)，科學(xué)處理土霉素菌渣，降低其中有害因素對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的危害，為其熱解以及資源化利用提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

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[3] 李紅娜，馬金蓮，葉婧，等.電動(dòng)力修復(fù)土霉素污染土壤的效果及機(jī)理研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2019，42（6）：64-69.

[4] 王賀飛.土霉素菌渣蛋白質(zhì)回收—厭氧消化聯(lián)合處理技術(shù)[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2018.

[5] 耿曉玲.基于“強(qiáng)化堿解+H_2O_2氧化”土霉素菌渣物化減量化技術(shù)研究[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2016.

[6] 霍然.物化預(yù)處理消除菌渣中土霉素殘留試驗(yàn)研究[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2019.