活性炭及脱色膜替代树脂法分离春雷霉素工艺研究

2019-12-30王卫富潘忠成马文艳翁婧李蒲民

绿色科技 2019年22期

王卫富潘忠成马文艳翁婧李蒲民

摘要：指出了采用活性炭和脱色膜法分离春雷霉素的方法，可以有效地对发酵液中春雷霉素进行分离，替代树脂吸附分离法，极大地减少春雷霉素提取过程的污水量。通过对春雷霉素陶瓷清液进行活性炭预处理和脱色膜分离，确定了关键工艺过程的各项技术参数。结果表明：陶瓷清液使用0.3%～0.5%的活性炭预处理后，采用脱色膜进行分离，纳滤浓缩液含量达到60～70 /L，蛋白去除率达到95%，透光率58%，质量指标合格，新工艺污水量树脂法工艺降低30%～35%，生产稳定性更高。新工艺可以有效分离春雷霉素，解决了目前生产上的污水体积大和氨氮高、造成的污水处理难度大、成本高等问题。

关键词：春雷霉素;脱色膜;纳滤膜;活性炭

中图分类号：Q946.887 文献标识码：A文章编号：1674-9944（2019）22-0182-04

1 引言

春雷霉素（kasugamycin）由春日链霉菌（Strepto-myces kasugaensis）所产生，属氨基誊蒸类抗生素，作为一种绿色、低毒、低残留的农用抗生素类杀菌剂[1]，不仅对水稻稻瘟病有特效，对多种作物病害都有较好的杀菌效果[2]，春雷霉素不但作为农用抗生素具有良好的市场前景，作为保健品的前体物[2]也受到较大关注，具有很高的市场和科研开发价值。

目前，春雷霉素的主要分离工艺是树脂吸附分离法[3，4]，在树脂分离过程产生大量的高浓度污水，生产环境和水污染严重，环保问题无法有效解决。本试验利用传统的活性炭和新型的膜分离方法[5]，设计出春雷霉素分离的新生产工艺，极大地降低污水的产生量，改善污水处理高氨氮等问题[6]，可以有效解决高污染导致的环保问题，同时降低成本，解决企业污水处理成本困境。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本研究使用活性炭为活性炭为福建大林森活性炭，膜系列为江西久吾超滤膜、脱色膜、纳滤膜，处理液为陕西麦可罗生物科技有限公司的春雷霉素发酵液。

2.2 试验方法

（1）春雷霉素效价测定。高压液相色谱测定[7]，依据药典GB/T 34758-2017方法测定。

（2）相对蛋白含量测定。样品用纯水稀释50倍，紫外分光光度计波长280nm测定吸收值。

（3）滤液透光率测定。样品在可见光分光光度计，波长400nm测定透光率。

（4）污水COD测定。重铬酸钾测定法，按GB11914-89方法测定。

（5）污水氨氮測定。纳氏试剂比色法，按GB7479-87方法测定。

3 试验结果

3.1 预处理效果测定

陶瓷清液调pH值至2.0～5.0之间，加入活性炭0.1%～0.5%，常温或升温60-70℃，振荡脱色1h，静置30min后过滤。

3.1.1 活性炭用量对预处理效果影响

不同活性炭用量处理结果（图1，图2），活性炭用量在 0.5%时，杂质去除效果出现拐点，但是在大于0.5%时含量出现明显下降趋势。

结果表明：常温条件下，活性炭用量0.5%左右时，对春雷霉素含量无明显影响，同时除杂效果达到90%以上。

3.1.2 清液pH值对预处理效果影响

pH值对活性炭处理效果影响（表1），陶瓷清液含量无明显影响，低pH值条件下，OD280明显偏低，而波长400数据变化较小，可能和pH对吸收值的影响有较大关系。结果表明：在正常生产pH值为2.5～3.0条件下，处理pH值无需做过多调整。

3.1.3 处理温度对预处理效果影响

温度对活性炭的吸附速率有明显影响（图3，图4）。

结果表明：温度处理高条件下，各项数据明显偏低，大于50℃时，料液颜色出现褐变反应，且影响含量降低。因此，实际生产控制温度不超过50℃为宜。

3.1.4 不同条件下活性炭的预处理效果

不同加碳量、处理温度和时间条件组合对活性炭预处理效果的影响（表2）。

结果表明：0.3%的活性炭在50℃振荡2h处理效果，接近0.5%活性炭室温处理效果，同时长时间处理无明显作用。活性炭对浓缩液的处理效果明显，但相对清液除杂效果相对较低。结果表明：0.3%～0.5%的性炭在50℃以内，处理时间2h左右，处理效果达到最佳，同时对浓缩液的二次处理仍有明显效果。

3.2 脱色膜处理效果

3.2.1 膜截留效果及稳定性

选用10nm孔径中空纤维素膜和10nm孔径超滤膜管进行截留效果对比分析，测试过程中空纤维素膜膜压控制在0.5～0.7MPa，超滤膜控制在0.35～0.4MPa（表3）。

结果表明：两种不同材质10nm孔径脱色膜管，中空纤维素膜CMN-10脱色处理效果较好，膜通量和堵塞情况也相对较好，与膜管实际过滤面积大有关。

3.2.2 膜再生效果测定

膜再生时，先用清水冲，然后用pH值为11左右碱溶液进行再生0.5h，测定膜通量，再用0.5%洗膜剂再生，测定膜通量，最后用清水冲洗完后，测定膜通量，再生过程中空纤维素膜膜压控制在0.5 Mpa，超滤膜控制在0.3MPa（表4）。

结果表明：两种膜的再生效率都较高，CMN～10连续使用后膜通量稍差，与两种膜洗膜方式的差别，导致洗膜效果有一定差异有关。采用中空纤维素膜作为脱色膜在后续的实验中，膜截留效果相对稳定，无需强喊再生，对生产污水质量控制有利。

3.2.3 脱色膜对不同物料的处理效果

选用CMN-10中空纤维素膜对不同物料进行截留分析（表5）。

结果表明：处理物料杂质越高，透过液相对脱色效果越好，但是陶瓷清液易导致堵膜，难以再生，实际生产中操作不便;浓缩液物料质量相对较好，但是体积较小，实际生产中需要加较多水，保证收率，造成物料稀释，二次纳滤，成本较高。因此，脱色物料使用活性炭预处理后清液，在收率、膜通量、膜再生容易以及工艺流畅等各方面符合生产要求。

3.3 纳滤浓缩效果

选用车间纳滤膜浓缩进行分析，取车间物料和试验脱色膜后物料进行对比试验（表6）。

结果表明：脱色膜物料进行纳滤膜浓缩，浓缩后OD280指标和车间样品接近，透光率高于车间。

3.4 工艺质量控制验证

按设计工艺流程进行工艺连续验证，活性炭预处理和脱色膜按以上试验结果进行，最后出纳滤浓缩液（见表7）。

结果表明：连续处理中间各项参数和分段试验一致，最后浓缩液指标合格。

4 结论

（1）工艺流程：发酵液微滤膜分离菌体，按体积比0.3%～0.5%的活性炭，温度35～50℃攪拌预处理2h，过滤后物料进入脱色膜进行处理，脱色物料进入纳滤膜进行浓缩，浓缩汁效价60～70g/L，质量指标和生产浓缩液基本一致。

（2）该工艺和车间工艺比较，去除了离子交换柱的吸附分离和树脂再生环节，减少了纯水的使用量（污水量）30%～35%，同时没有了氯化铵的投入，降低了污水中的总氨氮60%来源。

（3）该工艺可以有效分离春雷霉素，工艺流程简单化，可以有效解决目前生产上的污水体积大和氨氮高，造成的污水处理难度大、成本高等问题，可以替代目前生产上的树脂分离法工艺。

参考文献：

[1]张海宽，周斌.春雷霉素、多抗霉素防治番茄灰霉病田间药效试验[J].农药科学与管理，2010，05：31