一种生物制药菌渣氧化处理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种生物制药菌渣氧化处理系统及方法，利用高温高压使得菌渣中的细胞破壁，使细胞中的细胞水脱除，使后续的固液分离较为容易。更重要的是利用水热氧化原理，使菌渣中的有机物进行液相氧化，通过释放出的热量维持反应所需要的高温高压环境，通过高效的换热器用反应后的物料预热初始物料，采用封闭式的换热结构，不仅避免了气体直接排放时将带走大量水蒸气，造成热能损失，还能够减少蒸汽的产生，减少了水的相变热消耗的能量，进而减少能量投入，节约运行费用。本发明专利技术解决了现有生物制药菌渣处理过程中资源消耗大、处理效率低、减量小、设备占地面积大、臭味大的难题，实现了生物制药菌渣的减量化、无害化及资源化处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物制药菌渣处理系统及方法，特别是涉及一种生物制药菌渣氧化处理系统及方法。
技术介绍
发酵类制药企业在生产过程中会产生大量的废菌渣，主要成分是药物产生菌的菌丝体、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的药物活性成分等。生物制药菌渣的含水率一般在70％～93％，干基中粗蛋白含量为30％～52％、粗脂肪含量为2％～20％。菌渣中残留的培养基、抗生素母体及其降解物对生态环境和人类健康存在着潜在的危害性，成为抗生素制药行业环境管理的重点。2002年，我国农业部、卫生部等部门联合发布了《禁止在饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录》，将抗生素滤渣列入目录；2016年修订后的《国家危险废物名录》明确列出“化学药品原料药生产过程中的母液及反应基或培养基废物”为HW02医疗废物，应按照医疗危险废物进行安全处置，该规定进一步限制了生物制药菌渣作为饲料添加剂、有机肥料处理处置途径；2012年实施的《制药工业污染防治技术政策》中鼓励研究、开发、推广“发酵菌渣在生产工艺中的再利用技术、无害化处理技术、综合利用技术，危险废物厂内综合利用技术”。相关政策法规在加大环境保护力度的同时也增加了制药企业的菌渣处置方面的压力，如果实现生物制药菌渣合理有效利用与安全处置已成为全国制药行业亟待解决的难题。生物制药菌渣的处理处置技术包括焚烧、肥料化、饲料化、填埋、能源化及其它处理处置技术。焚烧技术是一种高温热处理技术，在800～1200℃的焚烧炉内进行氧化燃烧，被氧化或热解为小分子有机物或二氧化碳，是一种可同时实现废物无害化、减量化和资源化的处理处置技术。该方法的缺点是生物制药菌渣的含水率高达70％～80％，热值较低，在焚烧过程中需要外加燃料，导致运行能耗和成本较高。如焚烧1吨菌渣大约需2000元。同时，如果焚烧不当，易导致残留抗生素、二恶英等有毒物质的多介质传播，造成二次污染。由于焚烧法处理成本高、尾气治理难度大等原因，目前我国采用焚烧技术处置生物制药菌渣的实例还较少。填埋也是处理菌渣常用的一种技术。采用填埋技术进行处置时，必须将生物制药菌渣送入危险废物安全填埋场迸行安全填埋。由于抗生索菌渣含水率高、有机质含量高，直接进行安全填埋，存在占地面积大、处置成本高和二次污染问题，而且造成资源浪费。虽然安全填埋技术可有效解决生物制药菌渣带来的生物安全性问题，但受占用大量土地和无限期维护的限制，目前很少有采用该技术处置生物制药菌渣。肥料化技术：抗生素茵渣富含有机质、有机酸、氮、磷、钾和多种微量元素，尤其是菌渣中的蛋白含量高达30～40％，可以用来制作有机肥。利用生物制药菌渣做有机肥是一种较好的处置方式，但是如果生物制药菌渣处理不完全，生产的有机肥中可能含有残留的抗生素和代谢中间产物等，在有机肥使用过程中抗生素易在微生物及生物体内累积，形成抗药性，导致潜在的生态风险。因此，必须要对生物制药菌渣再生产品的安全使用问题进行评估。菌渣干化是应用人工热源以工业化设备对菌渣进行深度脱水的处理方法。菌渣干化由于提高水分蒸发强度的要求，含水率可控制在30％以下，即达到抑制菌渣中的微生物活动的水平，因此处理可同时改变菌渣的物理、化学和生物特性。但是菌渣干化的缺点是能耗大、运行费用高、臭味大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种生物制药菌渣氧化处理系统及方法，用以解决现有菌渣处理过程中资源消耗大、处理效率低、减量小、设备占地面积大、臭味大的难题，实现菌渣的减量化、无害化及资源化。为实现上述目的，本专利技术提供了一种生物制药菌渣氧化处理系统，所述处理系统包括预处理单元、换热单元、氧化基质单元、反应器以及分离单元，所述反应器分别与换热单元、氧化基质单元以及分离单元相连接，所述预处理单元分别与换热单元、分离单元相连接；所述预处理单元包括储存生物制药菌渣的菌渣储罐、与所述菌渣储罐相连接的预处理器、输送生物制药菌渣的固体泵、以及设置在所述预处理器内的搅拌器，所述换热单元包括与所述预处理器和反应器相连接的预热换热器、与所述反应器相连接的冷却换热器以及设置在所述预热换热器和冷却换热器之间的导热油锅炉，所述氧化基质单元包括空压机、与所述空压机相连接的分子筛吸附塔以及与所述分子筛吸附塔和反应器相连接的增压机，所述分离单元包括与所述冷却换热器相连接的气液分离器、与所述气液分离器相连接的板框压滤机，所述板框压滤机与预处理器相连接。优选地，所述处理系统还包括与所述分离单元相连接的调节池，并且所述调节池分别与板框压滤机和污水厂相连接。优选地，所述预热换热器和冷却换热器均为套管换热，导热介质为导热油优选地，所述套管的外管包覆保温隔热材料。优选地，所述反应器为塔式平推流反应器，并且所述反应器内部不设折流挡板或者设置短折流挡板，所述短折流挡板为宽度在10～30cm的圆环形挡板。优选地，所述气液分离器采用立式两相气液分离器，并且所述气液分离器的顶端采用丝网捕雾气。本专利技术的另一目的在于提供一种生物制药菌渣氧化处理方法，所述处理方法包括如下步骤：A、将储存在菌渣储罐中的生物制药菌渣用固体泵注入预处理器，在预处理器中与分离单元的液相回流水混合，配成含水率为90％的物料；B、预处理单元处理后的含水90％的物料，经过预热换热器，使物料温度上升至120～150℃，并将物料送入反应器；C、将从氧化基质单元制取的氧气通入反应器，物料与氧气在所述反应器中进行氧化反应，其中反应器内的温度为150～350℃，压力为1～17MPa，反应时间为30～60min；D、反应结束后，高温的物料和气体经冷却换热器进行冷却换热，之后进入气液分离器进行气液分离，分离后的气体直接排放，物料则进入板框压滤机，压滤后得到含水率≤30％的泥饼；E、经板框压滤机压滤后得到的液相，一部分作为回流水注入预处理器，其余部分液相通过调节池的处理，直接通入污水厂进行再利用。优选地，在步骤C中，所述氧化基质单元制高压氧气的过程为：采用螺杆式空压机将空气增压至1.0～1.3MPa，通过分子筛吸附塔将氧气增浓至50％～80％，再通过增压机将增浓后的空气压力升高。优选地，在步骤A中，还包括加入催化剂的步骤，所述催化剂以氧化铝为载体，采用Cu-Fe-Mn三元催化剂。优选地，在步骤D中，还包括将所述压滤后的泥饼加工为有机肥料的原料进行资源化利用的步骤。基于上述技术方案，本专利技术的优点是：本专利技术利用高温高压使得菌渣中的细胞破壁，使细胞中的细胞水脱除，使后续的固液分离较为容易。更重要的是利用水热氧化原理，使菌渣中的有机物进行液相氧化，通过释放出的热量维持反应所需要的高温高压环境，通过高效的换热器用反应后的物料预热初始物料，采用封闭式的换热结构，不仅避免了气体直接排放时将带走大量水蒸气，造成热能损失，还能够减少蒸汽的产生，减少了水的相变热消耗的能量，进而减少能量投入，节约运行费用。最重要的是，在水热氧化条件下，生物制药菌渣中残留的抗生素溶于水且被完全氧化，降低了抗生素残留，真正实现菌渣无害化处置。本专利技术解决了现有生物制药菌渣处理过程中资源消耗大、处理效率低、减量小、设备占地面积大、臭味大的难题，实现了生物制药菌渣的减量化、无害化及资源化处理。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物制药菌渣氧化处理系统，其特征在于：所述处理系统包括预处理单元(1)、换热单元(2)、氧化基质单元(3)、反应器(4)以及分离单元(5)，所述反应器(4)分别与换热单元(2)、氧化基质单元(3)以及分离单元(5)相连接，所述预处理单元(1)分别与换热单元(2)、分离单元(5)相连接；所述预处理单元(1)包括储存生物制药菌渣的菌渣储罐(7)、与所述菌渣储罐(7)相连接的预处理器(8)、输送生物制药菌渣的固体泵、以及设置在所述预处理器(8)内的搅拌器，所述换热单元(2)包括与所述预处理器(8)和反应器(4)相连接的预热换热器(9)、与所述反应器(4)相连接的冷却换热器(10)以及设置在所述预热换热器(9)和冷却换热器(10)之间的导热油锅炉(11)，所述氧化基质单元(3)包括空压机(12)、与所述空压机(12)相连接的分子筛吸附塔(13)以及与所述分子筛吸附塔(13)和反应器(4)相连接的增压机(14)，所述分离单元(5)包括与所述冷却换热器(10)相连接的气液分离器(15)、与所述气液分离器(15)相连接的板框压滤机(16)，所述板框压滤机(16)与预处理器(8)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种生物制药菌渣氧化处理系统，其特征在于：所述处理系统包括预处理单元(1)、换热单元(2)、氧化基质单元(3)、反应器(4)以及分离单元(5)，所述反应器(4)分别与换热单元(2)、氧化基质单元(3)以及分离单元(5)相连接，所述预处理单元(1)分别与换热单元(2)、分离单元(5)相连接；所述预处理单元(1)包括储存生物制药菌渣的菌渣储罐(7)、与所述菌渣储罐(7)相连接的预处理器(8)、输送生物制药菌渣的固体泵、以及设置在所述预处理器(8)内的搅拌器，所述换热单元(2)包括与所述预处理器(8)和反应器(4)相连接的预热换热器(9)、与所述反应器(4)相连接的冷却换热器(10)以及设置在所述预热换热器(9)和冷却换热器(10)之间的导热油锅炉(11)，所述氧化基质单元(3)包括空压机(12)、与所述空压机(12)相连接的分子筛吸附塔(13)以及与所述分子筛吸附塔(13)和反应器(4)相连接的增压机(14)，所述分离单元(5)包括与所述冷却换热器(10)相连接的气液分离器(15)、与所述气液分离器(15)相连接的板框压滤机(16)，所述板框压滤机(16)与预处理器(8)相连接。2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括与所述分离单元(5)相连接的调节池(6)，并且所述调节池(6)分别与板框压滤机(16)和污水厂相连接。3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述预热换热器(9)和冷却换热器(10)均为套管换热，导热介质为导热油。4.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于：所述套管的外管包覆保温隔热材料。5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述反应器(4)为塔式平推流反应器，并且所述反应器(4)内部不设折流挡板或者设置短折流挡板，所述短折流挡板为宽度在10～30cm的圆环...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑向军，王薇，张平敏，朱贵徽，陆嘉，
申请(专利权)人：北京首创北科环境科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11