本发明涉及发酵类制药污泥预处理技术领域，尤其涉及一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂及应用方法。
背景技术：
发酵类制药企业在生产过程中会产生大量的制药污泥即废菌渣，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，如何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。
现有技术菌渣处理的难点在于菌渣的脱水环节，由于湿菌渣含水率高，不及时脱水或脱水不彻底容易导致二次发酵，但是由于湿菌渣有机质含量高、自由水含量较少、植物油含量高等特性，导致其脱水比较困难，即使经离心、压滤等处理后，其含水率仍在80%左右。
硫酸新霉素菌渣是硫酸新霉素发酵的副产物，成分复杂，由少量硫酸新霉素、重金属、发酵菌菌体、多环芳烃等有机物组成。菌渣含水率较高，无机成分、多环芳烃含量及重金属含量均较低，蛋白质、脂肪、纤维素含量高，菌渣中c元素含量在30%以上。未经处理的硫酸新霉素菌渣放置一段时间会二次发酵，导致菌渣变黏、变稀、散发恶臭，对周围环境造成严重危害，同时也使菌渣的储存与运输成为难题。硫酸新霉素菌渣中的水分绝大多数存在于菌丝体内部或吸附在菌丝体表面，大量的水分以胶态水形式存在，自由水含量很少，因此用常规的压滤和离心不能有效的除去菌渣中的水分。采用加热脱水的方法虽然能使菌渣彻底干燥，但是处理过程耗能大，处理成本非常高。发酵菌渣直接焚烧也是处理硫酸新霉素发酵菌渣的一种办法，但因为该菌渣含水率高，必须外加燃料补充热值的不足，因此直接焚烧处理成本太高(约2000元/吨湿菌渣)，难以大规模产业化。
在脱水前加入调理剂可以一定程度上改善菌渣的脱水性能，如中国专利cn103285662b公开了一种麦迪霉素菌渣高效脱水的方法，其采用占菌渣干重1.6~6.5%的三氯化铁、10.4~27.5%的聚合氯化铝、20~40%稻壳粉、0.03~0.1%聚丙烯酰胺作为调理剂，高压脱水后菌渣的含水量降至55%左右。该专利虽然取得了良好的脱水效果，但是其使用大量的聚合氯化铝及三氯化铁，不仅增加了生产成本，同时提高了废水中氯离子、铝离子的含量，造成二次污染。
因此，研究新型的菌渣脱水调理剂，对于解决菌渣二次发酵、储存运输困难、脱水成本高、资源化利用和无害化处理成本高的问题具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂及应用方法，应用该调理剂，在常温下即可实现菌渣的干爽固化，降低了菌渣脱水的成本，避免了菌渣二次发酵产生的环境污染，便于发酵菌渣的储存和运输，解决了菌渣资源化利用和无害化处理成本高的问题，为菌渣固化脱水与进一步资源化利用提供了一种新的方法。
为实现上述目的，本发明提供一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂：
一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，由以下重量份的原料组成：
聚合氯化铝2~5份、生物质固体废料30~40份、聚丙烯酰胺0.2~1份，上述各原料分开存放；
所述生物质固体废料中粗纤维含量大于35%。
优选的，所述生物质固体废料为选自改性木屑、玉米芯粉中的一种或多种组合。
优选的，所述生物质固体废料为改性木屑、或改性木屑与其他生物质固体废料的组合。
优选的，所述生物质固体废料的粒径小于1mm。
所述聚丙烯酰胺为乳液状聚丙烯酰胺。
所述菌渣为硫酸新霉素菌渣。
所述菌渣调理剂的用量为硫酸新霉素菌渣干重的32.2~46%。
如上所述的制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂的应用方法，包括以下步骤：
s1.首先将占菌渣干重2~5%的聚合氯化铝加入湿菌渣中，搅拌15min以上；
s2.然后加入占菌渣干重30~40%的生物质固体废料，继续搅拌15min以上；
s3.最后加入占菌渣干重0.2~1%的聚丙烯酰胺，继续搅拌15min以上；
s4.压滤，得到脱水后菌渣。
步骤s4所述压滤压力为1.2~1.5mpa，时间为60~90min。
所述压滤设备为高压板框式压滤机，进料压力为0.6~1.0mpa，进料时间为60~90min。
本发明采用安全环保的生物质固体废料与聚合氯化铝、聚丙烯酰胺复配使用，不但降低了聚合氯化铝的使用量，且不需使用三氯化铁，且使用量较大的生物质固体废料与脱水后的菌渣可以混合使用，对菌渣的资源化利用不产生任何不利影响。本发明提供的制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，在常温下即可实现菌渣的干爽固化，使菌渣的含水量可降至50%左右，降低了菌渣脱水的成本，避免了菌渣二次发酵产生的环境污染，便于发酵菌渣的储存和运输，解决了菌渣资源化利用和无害化处理成本高的问题，为菌渣固化脱水与进一步资源化利用提供了一种新的方法。
具体实施方式
本发明提供了一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，由以下重量份的原料组成：
聚合氯化铝2~5份、生物质固体废料30~40份、聚丙烯酰胺0.2~1份；上述各原料分开存放，防止各原料混合产生反应，影响性能；其中生物质固体废料中要求粗纤维含量大于35%。
聚合氯化铝可发生水解作用，生成氢氧化铁、氢氧化铝胶体，其具有良好的吸附性，能吸附水中的悬浮物并将其凝聚沉积，从而达到絮凝沉淀的效果，本申请采用工业氯化铝即可。
生物质固体废料主要成分为粗纤维、木质素等，当废料中粗纤维含量大于35%时，可以通过桥联作用使悬浮物凝聚，实现快速调理；此外，还能加快菌渣饼自然风干速度，吸附植物油分。
聚丙烯酰胺优选采用乳液状聚丙烯酰胺，乳液状聚丙烯酰胺是用先进的工艺精确调控聚合物分子量，电荷密度，主要起吸附架桥作用，使小颗粒变成大颗粒，从而改善絮凝体的沉降性能。其性能优越，比一般的固体pam絮凝效果及滤水性能更佳。
聚合氯化铝、生物质固体废料和聚丙烯酰胺联合使用，可以降低菌渣颗粒之间的静电排斥作用及水合作用，同时聚合氧化铝具有keggin结构的高电荷聚合环链体形，对菌渣具有高度电中和及桥联作用，使菌渣进行混凝；生物质固体废料通过静电交联作用与污泥形成具有一定刚性骨架结构，使泥饼在收到外力压缩时仍然能保持通透性，利于水分的溢出；加入聚丙烯酰胺使脱稳后的胶体颗粒通过架桥作用和网捕作用迅速长大，使菌渣进行絮凝。其中生物质固体废料还可以吸附菌渣大量的植物油分，在通过高压过滤时，将大量的油固化在固态物质里面，防止油通过滤布挤压降低滤布透气性能，影响脱水效果，本申请采用安全环保的生物质固体废料与聚合氯化铝、聚丙烯酰胺复配使用，不但降低了聚合氯化铝的使用量，且不需使用三氯化铁，且使用量较大的生物质固体废料与脱水后的菌渣可以混合使用，对菌渣的资源化利用不产生任何不利影响。本发明的制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，在常温下即可实现菌渣的干爽固化，使菌渣的含水量可降至50%左右，降低了菌渣脱水的成本，避免了菌渣二次发酵产生的环境污染，便于发酵菌渣的储存和运输，解决了菌渣资源化利用和无害化处理成本高的问题，而且本申请的菌渣脱水调理剂本身无毒害作用，可将脱水后的菌渣制作为固体燃料进行燃烧，为菌渣固化脱水与进一步资源化利用提供了一种新的方法。
本发明生物质固体废料优选采用改性木屑、玉米芯粉中的一种或多种组合。其中，木屑不仅粗纤维含量高，而且木质素含量非常高，更有利于与制药污泥形成良好的刚性骨架结构，且具有良好的孔隙率和吸附性能，改性木屑可采用接枝脂肪酸等方法，使其吸附油分性能进一步提高，可单独使用或与其他生物质固体废料组合使用，均具有较好的效果。玉米芯粉不仅孔隙率高，比表面积大，具有丰富的木质素和粗纤维含量，且韧性好，硬度适宜，与改性木屑组合使用可以调整体系孔隙率、透气性以及硬度等，进一步改善与制药污泥形成的刚性结构，提高脱水效果。砻糠粉即稻壳粉，其粗纤维含量低于木屑，但是与木屑综合使用同样可以达到调整体系孔隙率等的作用。当玉米芯粉、砻糠粉与改性木屑综合使用时，玉米芯粉或砻糠粉的用量优选低于改性木屑的二分之一。
优选的，菌渣为硫酸新霉素菌渣，由于其含有较多的胶态水以及植物油，采用常规脱水调理剂很难彻底脱水，采用本发明复配有生物质固体废料的调理剂，可以促进菌渣吸附架桥和絮凝成团的作用，吸附硫酸新霉素菌渣大量的植物油分，使其高压压滤后含水量降至50%左右。
优选的，菌渣调理剂的用量为湿菌渣干重的32.2~46%，在此范围内，既可达到较好的脱水效果，又可以尽可能降低成本。
如上所述的制药污泥预处理用菌渣调理剂的应用方法，包括以下步骤：
s1.首先将菌渣干重2~5%的聚合氯化铝加入湿菌渣中，搅拌15min以上；
s2.然后加入占菌渣干重30~40%的生物质固体废料，继续搅拌15min以上；
s3.最后加入占菌渣干重0.2~1%的聚丙烯酰胺，继续搅拌15min以上；
s4.压滤，得到脱水后菌渣。
将聚合氯化铝、生物质固体废料和聚丙烯酰胺按顺序先后加入菌渣中，首先聚合氧化铝通过高度电中和及桥联作用，使菌渣进行混凝；然后添加生物质固体废料后对菌渣大量的植物油分进行吸附，同时通过静电交联作用与污泥形成具有一定刚性骨架结构，致使菌渣絮体脱稳；最后再加入聚丙烯酰胺使脱稳后的胶体颗粒通过架桥作用和网捕作用迅速长大，使菌渣进行絮凝，再经过压滤脱水，达到使菌渣彻底脱水的目的。
优选的，步骤s4压滤压力为1.2~1.5mpa，时间为60~90min，在一定的高压下更有利于菌渣的脱水。
优选的，压滤设备为高压板框式压滤机，进料压力为0.6~1.0mpa，进料时间为60~90min。
实施例1
一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，由以下重量份的原料组成：聚合氯化铝4份、生物质固体废料40份（改性木屑，平均粒径0.4mm以下）、聚丙烯酰胺乳液0.3份，上述3种组分分开存放。
湖北某制药厂是一家以研究和生产抗生素原料药、兽用药、氨基酸原料及系列制剂的中型制剂企业，该公司菌渣为硫酸新霉素菌渣。以该公司菌渣（湿菌渣200m³/d，含水率95.2%）为处理对象，取菌渣干重44.3%的菌渣脱水调理剂，进行脱水处理，具体如下：
将菌渣通过污泥泵输送至调理池中，将调理剂中的聚合氯化铝（占菌渣干重4%）首先通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；然后将调理剂中的生物质固体废料（占菌渣干重40%）通过螺旋输送机调理剂加入到调理池中，搅拌15min；最后将聚丙烯酰胺乳液（占菌渣干重0.3%）通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；将调理好的菌渣通过高压螺杆泵输送到高压隔膜板框中进行脱水，进料压力1.0mpa，进料时间60min；压榨压力1.5mpa，压榨时间60min；最终得到脱水后的菌渣含水率为50.4%。
实施例2
一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，由以下重量份的原料组成：聚合氯化铝3.5份、生物质固体废料（改性木屑，平均粒径0.4mm以下）35份、聚丙烯酰胺乳液0.5份，上述3种组分分开存放。
山东省某生物科技股份有限公司是一家是专业从事新型甾体激素药物核心中间体及衍生品研发、生产为一体的生物医药企业。公司拥有雄烯二酮、九羟基雄烯二酮、雄二烯二酮等五大系列生物型甾体药物原料。以该公司菌渣（湿菌渣500m³/d，含水率94.5%）为处理对象，取菌渣干重39%的菌渣脱水调理剂，进行脱水处理，具体如下：
将菌渣通过污泥泵输送至调理池中，将调理剂中的聚合氯化铝（占菌渣干重3.5%）首先通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；然后将调理剂中的生物质固体废料（占菌渣干重35%）通过螺旋输送机调理剂加入到调理池中，搅拌15min；最后将聚丙烯酰胺乳液（占菌渣干重0.5%）通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；将调理好的菌渣通过高压螺杆泵输送到高压隔膜板框中进行脱水，进料压力1.0mpa，进料时间90min；压榨压力1.5mpa，压榨时间60min；最终得到脱水后的菌渣含水率为52.8%。
实施例3
一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，由以下重量份的原料组成：聚合氯化铝2份、生物质固体废料（改性木屑：砻糠粉为2:1，g/g，平均粒径小于1mm）30份、聚丙烯酰胺乳液0.8份，上述3种组分分开存放。
取某公司硫酸新霉素菌渣（湿菌渣200m³/d，含水率95.2%）为处理对象为处理对象，取菌渣干重32.8%的菌渣脱水调理剂，进行脱水处理，具体如下：
将菌渣通过污泥泵输送至调理池中，将调理剂中的聚合氯化铝（占菌渣干重2%）首先通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；然后将调理剂中的生物质固体废料（占菌渣干重30%）通过螺旋输送机调理剂加入到调理池中，搅拌15min；最后将聚丙烯酰胺乳液（占菌渣干重0.8%）通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；将调理好的菌渣通过高压螺杆泵输送到高压隔膜板框中进行脱水，进料压力0.6mpa，进料时间90min；压榨压力1.2mpa，压榨时间90min。
实施例4
一种制药污泥预处理用菌渣脱水调理剂，由以下重量份的原料组成：聚合氯化铝5份、生物质固体废料（玉米芯粉：改性木屑为3:5，g/g，平均粒径小于1mm）35份、聚丙烯酰胺乳液0.2份，上述3种组分分开存放。
取某公司硫酸新霉素菌渣（湿菌渣200m³/d，含水率95.2%）为处理对象为处理对象，取菌渣干重40.2%的菌渣脱水调理剂，进行脱水处理，具体如下：
将菌渣通过污泥泵输送至调理池中，将调理剂中的聚合氯化铝（占菌渣干重5%）首先通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；然后将调理剂中的生物质固体废料（占菌渣干重35%）通过螺旋输送机调理剂加入到调理池中，搅拌15min；最后将聚丙烯酰胺乳液（占菌渣干重0.2%）通过计量泵加入到调理池中，搅拌15min；将调理好的菌渣通过高压螺杆泵输送到高压隔膜板框中进行脱水，进料压力0.8mpa，进料时间75min；压榨压力1.4mpa，压榨时间75min。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。