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随着中国制药行业的发展,我国已经成为世界上最大的抗生素原料药生产与出口国[1]。每年产生的抗生素菌渣数量已不容忽视。由于菌渣中存在的抗生素残留,对环境存在潜在的风险问题。2008年抗生素菌渣被列入《国家危险废弃物名录》,因此抗生素菌渣安全合理的处置成为目前制药行业发展的瓶颈问题。处理不当,会造成资源的极大浪费同时危害环境,最终对人类的健康造成危害。厌氧发酵技术是目前有机废弃物无害化、资源化处理的一种有效途径。本文针对青霉素菌渣厌氧发酵过程中有机负荷低,系统运行不稳定等难题,通过对菌渣进行预处理,添加铁、钴、镍三种金属离子等方法对其各个理化指标变化规律进行分析,确定金属离子对青霉素菌渣高负荷厌氧发酵的调控作用,从而避免菌渣高负荷运行过程中易产生酸化、氨氮抑制、容积产气率低等问题,为工程化应用提供技术支持。主要工作如下:1、青霉素菌渣理化性质与产气潜力实验研究,批式发酵结果表明,在中温条件下,不同负荷青霉素菌渣发酵液厌氧发酵性能不同,TS>2.5%时,由于负荷过高,产生酸抑制,使得发酵未能启动成功。TS为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%时,产气率分别为657.1 mL/gTS、582.2 mL/gTS、457.9 mL/gTS、353.6 mL/gTS、282.9 mL/gTS。2、预处理主要采用碱热、微波和超声三种方法。其中碱热预处理最佳工艺条件为:时间1.25 h、加碱量6%、温度60℃,SCOD比对照提高了125%;微波预处理最佳条件为:微波功率240 W,时间240 S,SCOD比对照提高了69.6%;超声最佳条件为:超声3 S、间隙5 S、超声15次,SCOD比对照提高了62%。3、通过批式厌氧发酵工艺,初步确定金属离子添加对青霉素菌渣厌氧发酵产沼气效率的影响。在纯菌渣厌氧发酵中,菌渣最高处理负荷为2.5%,投加金属离子后,菌渣的发酵有机负荷以及产气效率均有显著提高,并且通过响应面分析确定微量金属离子混合添加量为Fe2+500 mg/L、Co2+30 mg/L、Ni2+0.3 mg/L,产气量比对照组提高了63.8%,VS去除率比对照组提高83.6%。4、通过半连续厌氧发酵工艺,确定铁、钴、镍三种金属离子的添加能够显著提高发酵系统的有机负荷。青霉素菌渣在中温35±2℃,水力停留时间为20 d时,添加金属离子使有机负荷由2.5 gTS/L/d提高到5.0 gTS/L/d,此时容积产气率为1.24 L/L/d,负荷产气率为1.26 L/gTS,发酵系统的pH值在7.2-7.5,挥发酸在2000 mg/L左右,氨氮含量维持在2000 mg/L左右。结果表明金属离子在提高有机负荷的同时,显著提高系统运行稳定性。