中药渣厌氧发酵资源化技术研究

杨 阳，曹丽华，陈 娟

(1. 天津市塘沽鑫宇环保科技有限公司 天津300450；2. 天津市庆烁环保工程有限公司 天津300450)

中药渣厌氧发酵资源化技术研究

杨 阳1，曹丽华2，陈 娟1

(1. 天津市塘沽鑫宇环保科技有限公司 天津300450；2. 天津市庆烁环保工程有限公司 天津300450)

通过对各种影响中药渣厌氧发酵因素的研究发现，当厌氧污泥添加量为35%,，高效菌剂添加量为15%,，尿素添加量为4.5%,，恒温水浴为35,℃，pH值为6.5～7.5时，可实现中药渣厌氧发酵周期缩短至9,d，大大提高了中药渣生物降解速率，同时获得了生物沼气和生物有机肥，遵循了“减量化、无害化、资源化”处理原则，具有良好的市场应用前景。

中药渣 厌氧发酵 堆肥 资源化

0 引 言

随着中医药使用范围的日益广泛，中药渣的产生量也逐年增加，目前我国中药渣资源利用的水平还比较低，许多中药企业为实现厂区环境的卫生达标，只是进行不定期的清运收集并自行处理。[1]这些中药渣中只有少部分被用来作为饲料，大部分被用作生活燃料直接焚烧，这种最直接的处理方式不仅污染环境，也是对资源的一种极大浪费。本文通过厌氧发酵技术的资源化研究，将中药渣厌氧发酵周期缩短至9,d，提高中药渣生物降解的速率，获得生物沼气和生物有机肥的附加值，遵循了“减量化、无害化、资源化”的处理原则。该研究具有良好的市场应用前景。

1 中药渣理化性质分析

目前，我们所用的中药大多是由植物的根、茎、叶、花、实、皮，以及禽、兽的肢体、脏器、外壳组成，还有部分的矿物质，它们含有丰富的有机物和无机物质。[2]提取有效成分后剩余的中药渣，一般含有大量的粗纤维、粗脂肪、淀粉、粗多糖、粗蛋白、氨基酸、生物碱及微量元素等。

参照有机肥料行业标准(NY,525—2012)测定方法，主要测定的指标有：有机质含量、全氮、五氧化二磷、氧化钾、pH值、水分等指标。

从表1可以看出，中药渣含有丰富的有机质、氮、磷、钾营养成分，采用有效的堆肥处理技术对于资源回收和利用具有重要意义。

表1 中药渣理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of Traditional Chinese Medicines residues

2 中药渣厌氧生物发酵

厌氧发酵堆肥技术具有能源消耗低，工艺流程简单，氮素损失少，并可以产生清洁能源沼气等优点。采用设备有利于控制厌氧发酵全过程，便于实现自动化管理，一般适用于中小型固体废弃物处理场合。

2.1 实验材料及装置

2.1.1 实验材料

中药渣取自于某中医院。高效菌剂为外购某高效纤维素降解菌。厌氧污泥取自某污水处理厂污泥，取回后放在实验室内常温密封保存，其相关的物理参数为：总固体浓度(TS)为5.2%,，挥发性固体浓度(VS)98.6%,，含水率92.5%,，pH值7.08。

2.1.2 实验装置

厌氧发酵技术装置主要分为水浴恒温床、发酵瓶、集气瓶和集水瓶等部分，如图1所示。水浴恒温振荡器的振动频率为100,Hz；发酵瓶是500,mL透明医用注射玻璃瓶，发酵瓶装上材料后用带铝薄橡胶塞封口，上面所固定的带针头医用输液管用作沼气导出管，通过沼气导出管上的铁夹控制发酵瓶中气体的流动。集气瓶也采用500,mL的透明医用注射玻璃瓶，用橡胶塞封口，在其上穿有两根3,mm的塑料管，分别作为进气管和导水管。集水瓶由500,mL的玻璃瓶构成。

图1 厌氧发酵装置简图Fig.1 Schematic diagram of anaerobic fermentation device

2.1.3 实验过程

将中药渣和接种物质按一定比例装入发酵瓶中混合，定容至350,mL，用铝薄橡胶塞将其密闭，放入恒温水浴床内。测量沼气体积时，将进气管与发酵瓶上的沼气导出管用软管连接起来，打开铁夹将厌氧发酵产生的沼气导入装满水的密闭集气瓶中，气体输出完毕，通过量筒测量集水瓶中水的体积，也就是沼气产生的体积。为了避免由于时间导致的测量误差，每日上午10点按时测量。

2.1.4 实验结果与分析

2.1.4.1 厌氧污泥添加量对厌氧发酵产气量的影响实验条件：高效菌剂添加量为10%,，尿素添加量为2.5%，恒温水浴为35,℃，pH值为6.5～7.5。

图2 厌氧污泥添加量对中药渣厌氧发酵产气量的影响Fig.2Effect of anaerobic sludge addition on biogas production by anaerobic fermentation of Traditional Chinese Medicines residues

从图2中可以得出，污泥添加量为35%,的堆体产气速率最快，产气量最大，当发酵结束时累计产气量可达270,mL。未添加厌氧污泥的堆体产气量最低，污泥添加量为25%,的堆体，当发酵结束时产气量达到220,mL，污泥添加量为45%堆体产气量为240,mL。因此可以得出厌氧污泥量的最佳添加量为35%。

2.1.4.2 高效菌剂添加量对厌氧发酵产气的影响

实验条件：厌氧污泥添加量为35%,，尿素添加量2.5%,，恒温水浴为35,℃，pH值为6.5～7.5。

图3 菌剂添加量对中药渣厌氧发酵产气量的影响Fig.3Effect of addition agent on gas production in the anaerobic fermentation of herb residues

从图3可以看出，在发酵初期，随着高效菌剂添加量的逐渐增加，厌氧产气速率逐渐加快，说明当高效菌剂接种量大时反应器内发酵微生物增多，有利于迅速启动反应器；高效菌剂的接种量为15%,的堆体最快进入产气稳定期，历时9,d；接种量为10%,、5%,和未添加高效菌剂的堆体分别历时12,d、17,d、19,d，进入产气稳定期。可见最佳高效菌剂的接种量为15%,。

2.1.4.3 尿素添加量对厌氧发酵产气量的影响

实验条件：厌氧污泥添加量为35%,，高效菌剂添加量为15%,，恒温水浴为35,℃，pH值为6.5～7.5。

图4 尿素添加量对厌氧发酵产气量的影响Fig.4 Effect of Urea Addition on anaerobic fermentation

从图4可以看出，尿素添加量为2.5%,和4.5%,的堆体会最先进入较快产气期，反应到第6,d时，尿素添加量为4.5%,的堆体的产气量则明显高于添加量为2.5%,的堆体，当反应到第10,d后，2.5%,和4.5%,的堆体均达到了产气稳定期，总产气量分别为274,mL和291,mL。而未添加尿素的堆体和添加6.5%,的尿素的堆体的产气量及产气速率都相对较低，可见在一定的范围内添加尿素有利于提高产气速率和增加堆体产气量，而添加过量的尿素则不利于堆体的发酵。因此最佳尿素添加量为4.5%,。

2.1.4.4 温度对厌氧发酵产气量的影响

图5 温度对中药渣厌氧发酵产气量的影响Fig.5 Effect of temperature on anaerobic fermentation of Traditional Chinese Medicines residues

实验条件：厌氧污泥添加量为35%,，高效菌剂添加量为15%,，尿素添加量为4.5%,，pH值为6.5～7.5。

从图5可以看出，温度为35,℃和45,℃条件下产气速率和产气量均为最大值。在25,℃和55,℃温度下进行的厌氧发酵均不佳。由此可以得出，最适宜的温度范围为25～35,℃；但从节能的角度来考虑，选择采用35,℃作为最佳水浴温度。

2.1.4.5 最佳厌氧发酵周期

实验条件：厌氧污泥添加量为35%,，高效菌剂添加量为15%,，尿素添加量为4.5%,，水浴恒温35,℃，pH值为6.5～7.5。

中药渣发酵产品有机肥的一个重要指标是有机质含量，有机质含量越高，有机肥的效果越好。从图6中可以看出，在实验前期，随着厌氧发酵时间的延长，有机质的含量逐渐增加，在第9,d时，有机质的含量达到55%,左右，之后随着发酵时间的增长，有机质的含量基本保持不变。由此可以说明，在厌氧污泥添加量、高效菌剂添加量、尿素添加量、水浴恒温、pH值等参数均在最佳状态时，厌氧发酵的最佳发酵周期可缩短至9,d。

图6 不同厌氧发酵周期下产品有机质含量Fig.6Organic matter content of the products under different anaerobic fermentation period

2.2 厌氧发酵堆肥产品检测

实验条件：厌氧污泥添加量为35%,，高效菌剂添加量为15%,，尿素添加量为4.5%，恒温水浴为35,℃，pH值为6.5～7.5，堆肥周期为9,d，发酵结束后的发酵产物自然通风3,d。参照国家《有机肥标准》(NY,525—2012)及国家《生物有机肥行业标准》(NY,884—2012)对堆肥各项指标进行检测。检测结果如表2所示。

3 结 论

①综合对中药渣厌氧发酵影响的各因素，得出最佳反应参数为：厌氧污泥添加量为35%，高效菌剂添加量为15%，尿素添加量为4.5%，恒温水浴为35,℃，pH值为6.5～7.5，厌氧发酵周期为9,d。

表2 中药渣厌氧发酵产品检测Tab.2 Product detection of drug residues in anaerobic fermentation

②本实验中药渣厌氧堆肥产品经检测，各项指标均满足国家《有机肥标准》(NY 525—2012)及国家《生物有机肥行业标准》(NY 884—2012)。

③本文开展了中药渣厌氧堆肥处理技术研究，此技术可推广应用至园林垃圾处理方面，[3]拓宽了技术应用领域。■

［1］ 孙利鑫，王引权，高小迪. 植物类中药渣堆肥化处理关键调控技术[J]. 中国现代中药，2014(2)：2.

［2］ 王谷洪，周友华，冷胡峰. 中药渣处理及能源利用技术浅析[J]. 机电信息，2015(32)：2.

［3］ 时旭，陈娟，赵后昌. 园林垃圾立体化资源利用模式[J]. 天津科技，2011(5)：58-59.

On Anaerobic Fermentation Technology of TCMs Residues

YANG Yang1，CAO Lihua2，CHEN Juan1
(1. Tianjin Tanggu Xinyu Environmental Protection Technology Co., LTD.，Tianjin 300450，China；2. Tianjin Qingshuo Environmental Protection Engineering Co., Ltd.， Tianjin 300450，China)

The factors affecting the anaerobic fermentation of Traditional Chinese Medicines (TCMs) residues were studied. Based on the results of the study, optimal parameters of anaerobic fermentation are as follows: anaerobic sludge addition as 35%, microbial agent addition as 15%, urea addition as 4.5%, water bath temperature as 35 ℃, pH value as 6.5～7.5. Under these conditions, the anaerobic fermentation period of TCMs residues was shortened to 9 d, the rate of biodegradation was greatly improved and bio-methane and bio-organic fertilizer were obtained. This technology is well in line with the principle of “reduction, harmless, resources” and will have a good market prospect.

TCMs residue；anaerobic fermentation；composting；resource recovery

R282.4；X787

：A

：1006-8945(2016)10-0108-03

2016-09-09