中藥渣資源化利用研究進(jìn)展

張威龍，帖靖璽,2*

(1.華北水利水電大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院 河南省 鄭州市，450046；2.中州水務(wù)控股有限公司，河南，鄭州，450000)

中醫(yī)藥在我國已有三千年的歷史，為中華民族的繁衍生息和繁榮昌盛做出了巨大貢獻(xiàn)，是中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的重要組成部分。

在2020年初的新冠肺炎疫情防治工作中，中醫(yī)藥在有效緩解癥狀、減緩輕型和普通型病患向重型發(fā)展、提高治愈率、降低死亡率、促進(jìn)恢復(fù)期人群機(jī)體康復(fù)等方面再次發(fā)揮了重要作用。國家中醫(yī)藥管理局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中醫(yī)藥對新冠肺炎總有效率達(dá)90%以上[1]，經(jīng)過疫情的檢驗，中醫(yī)藥必將迎來更加蓬勃的發(fā)展。

植物是中藥材的主要組成部分，占中藥種類的比例超過87%[2]。我國中藥及天然藥用生物資源種植面積在240萬hm2以上，藥材產(chǎn)量達(dá)到540萬t[3]，中藥企業(yè)1500多家，年產(chǎn)生含水中藥渣1200萬噸[4]。填埋、焚燒、堆放等中藥渣處理方式，不僅占用土地，還會造成環(huán)境污染和資源浪費[5]。

研究表明[6-7]，多種植物類中藥渣富含粗纖維、粗蛋白、粗脂肪和淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)。因此，中藥渣具開發(fā)價值。如果實現(xiàn)中藥渣的資源化利用，不僅減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，而且能夠變廢為寶，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。在發(fā)展藥材循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的當(dāng)今，中藥渣的處理和處置已成為亟待解決的問題。本文對中藥渣的利用現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，希望能為中藥渣的資源化利用提供參考。

1 作為飼料及添加劑

在大多數(shù)發(fā)展中國家，動物飼料的來源有限[8]，而中藥渣富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)物，其經(jīng)過簡單的處理就可以被用作動物飼料。劉瑜彬等[9]用包含有茯苓、決明子、枸杞子、菊花等的中藥渣來養(yǎng)殖黑水虻，結(jié)果表明，最佳投喂量為(10-13)kg中藥渣/g蟲卵，幼蟲干物質(zhì)粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的含量分別為35.1%和37.1%，所檢測安全指標(biāo)均符合國家飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。解超平[10]以玉米、豆粕和麥麩為主要蛋白質(zhì)原料，并添加了一定量中藥渣(經(jīng)靈芝菌發(fā)酵的黨參藥渣和黃芪藥渣)飼養(yǎng)鐵腳麻雞，結(jié)果表明，該飼料使鐵腳麻雞肌內(nèi)蛋白增加，且能降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效益。侯海鋒等[11]在飼料中添加由白頭翁、蒼術(shù)、白術(shù)等制備的發(fā)酵中藥渣，實驗結(jié)果顯示斷奶仔豬的生長性能、抗氧化能力和免疫功能均有提高。圣平等[12]在飼料中添加一定比例經(jīng)厭氧發(fā)酵10天后的中藥渣，發(fā)現(xiàn)其能促進(jìn)湖羊的生長發(fā)育，而對肉品無顯著影響。

上述的研究證明，中藥渣能夠促進(jìn)動物生長發(fā)育，但都是針對于特定的中藥渣，然而大多數(shù)中藥渣是多味中草藥復(fù)方加工過后產(chǎn)生的廢棄物，其來源和組成比較復(fù)雜。不同來源的中藥渣之間的營養(yǎng)成分可能會有差異，甚至某些中藥渣可能含有有毒成分，動物食用后可能會對其造成不良影響[13]。另外，由于中藥渣氣味特殊，添加過多可能會影響適口性，影響動物進(jìn)食量[14]。

2 制備燃料

由于環(huán)境污染和能源危機(jī)，人們對清潔能源和可再生能源的需求日益增加[15]。郭飛強(qiáng)等[16]以含水率為25%左右的杞菊地黃丸、六味地黃丸和香砂養(yǎng)胃丸藥渣為原料進(jìn)行熱解氣化的實驗，結(jié)果表明當(dāng)過量空氣系數(shù)為1.1時，三種藥渣都具有較好的氣化性能，產(chǎn)生的可燃性氣體的熱值都達(dá)到5300 kJ/m3以上。還有一些研究者開展催化熱解中藥渣的研究。徐安壯等[17]用Ni/CaO復(fù)合催化劑催化熱解丹參藥渣，結(jié)果表明引入Ni不僅使CaO催化劑的失活速度明顯減緩，而且可以明顯改善催化裂解氣的品質(zhì)，促進(jìn)液相大分子轉(zhuǎn)化；在700℃并添加10% Ni/CaO催化劑的條件下，每克中藥渣產(chǎn)氣量達(dá)359.4 mL，氣體低位熱值達(dá)18.6 MJ/m3。Li等[18]以富含多種金屬氧化物的造紙污泥為添加劑，在固定床系統(tǒng)中進(jìn)行中藥渣的熱解實驗，結(jié)果表明中藥渣在熱解時受到造紙污泥的催化，其燃?xì)猱a(chǎn)量增加，而焦油產(chǎn)量下降。熱解溫度低于900℃時，造紙污泥促進(jìn)H2和CO2的生成，抑制CH4的生成。溫度為900℃時，由于造紙污泥的催化和無機(jī)物的分解，CH4、H2、CO和CO2氣體生成都得到了促進(jìn)。Guan等[19]以山東某制藥公司的中藥渣為原料，研究了雙循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)的氣化特性。結(jié)果表明：隨著氣化溫度的升高，碳轉(zhuǎn)化率、氣體熱值和氣化效率都得到提高；中藥渣的氣化特性與原料含水率密切相關(guān)；空氣當(dāng)量為0.23～0.26時，氣化效率較高；當(dāng)水蒸氣與生物質(zhì)質(zhì)量比為0.4～0.6時，可燃?xì)怏w含量、熱值、氣化效率均達(dá)到較高值，氣化效果較好。

以上研究表明了可以采用熱解的方式利用中藥渣生產(chǎn)燃?xì)?。然而，中藥渣中含水率高，會使反?yīng)器中的溫度降低，反應(yīng)不充分，焦油等副產(chǎn)品增加，導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)換效率降低[19]。所以對中藥渣進(jìn)行烘焙等預(yù)處理以減少含水率是必要的，這可以改善材料性能，方便儲存和使用[20-22]。

除了熱解外，還有學(xué)者開展了中藥渣厭氧消化產(chǎn)沼氣的研究。XU等[23]用自制的厭氧反應(yīng)器進(jìn)行了金銀花渣和午茶渣厭氧產(chǎn)沼氣的研究。結(jié)果表明，接種厭氧污泥和兩種藥渣的最佳質(zhì)量混合比均為1:1，經(jīng)192 h消化后，金銀花渣和午茶渣累計產(chǎn)甲烷量分別為58.32 mL/g和55.91 mL/g。在最佳質(zhì)量混合比條件下，金銀花渣與午茶渣的最佳質(zhì)量混合比為1:2，混合后的藥渣經(jīng)192 h消化后累計產(chǎn)甲烷量為91.10 mL/g。Liu等[24]在每10 g中藥渣中加入100 mL質(zhì)量濃度為1.2% 的H2SO4溶液，經(jīng)微波輔助酸解30 min后接種，厭氧污泥發(fā)酵，19 d的累積產(chǎn)氣量可達(dá)到1272 mL。此外，中藥渣還可以用來生產(chǎn)乙醇。張英等[25]用樹干畢赤酵母與釀酒酵母進(jìn)行原生質(zhì)體融合后得到的融合菌株對黃芪藥渣發(fā)酵，研究不同工藝路線下的產(chǎn)乙醇情況，結(jié)果表明，兩步同步糖化共發(fā)酵工藝產(chǎn)乙醇量最高，達(dá)到20.4 g/L。

3 制備吸附劑

吸附法是簡單、經(jīng)濟(jì)、有效的水質(zhì)凈化技術(shù)之一[26]。集中排放的中藥渣，其產(chǎn)量大，原料成本低[27]，適合規(guī)?；a(chǎn)吸附劑。何文澤等[28]以傳統(tǒng)中藥黃芪廢渣為原料在不同溫度下制備生物炭并用來吸附水中的磺胺甲基嘧啶，結(jié)果表明，在700℃條件下制備的生物炭對磺胺甲基嘧啶的最大吸附容量為11.96 mg/g。Shang等[29]以黃芪藥渣制備的生物炭為載體，合成了一種納米級零價鐵顆粒復(fù)合材料，并用于吸附處理含六價鉻的污水。結(jié)果表明：在pH值為2時，復(fù)合材料對六價鉻的吸附容量達(dá)到98.71 mg/g；腐殖酸的濃度為50 mg/L時，對六價鉻的吸附容量達(dá)到149.57 mg/g。張玲等[30]以中藥渣為原料，采用微波干燥、碳化和KOH活化的方法制備了生物炭，2 h后，生物炭的比表面積達(dá)到2079.25 m2/g，介孔率為79.10%，該生物炭對苯酚的飽和吸附量達(dá)到187.5 mg/g。程揚等[31]用三椏苦藥渣在不同溫度下制備生物炭，用來研究其對水溶液中四環(huán)素的去除。結(jié)果表明，800℃制備的三椏苦藥渣生物炭對四環(huán)素的吸附容量可達(dá)45.19 mg/g；在溶液pH 3.0～9.0的范圍內(nèi)，對四環(huán)素均有較好的吸附性能。Lian等[32]用丹參藥渣在不同溫度下熱解制備生物炭，對比發(fā)現(xiàn)250℃下制備的生物炭對磺胺甲惡唑的吸附容量約為1000 mg/kg，是高溫制備生物炭吸附能力的2～7倍。

以上研究表明，中藥渣制備的生物炭對水中多種污染物都有良好的吸附去除效果，但生物炭吸附的污染物可能會因為生物炭的逐漸老化重新回到環(huán)境中[33]。所以，對于吸附飽和后中藥渣生物炭的處理處置需要進(jìn)一步研究。

4 制備堆肥

堆肥是一種高效、環(huán)保的有機(jī)廢物處理技術(shù)，其最終產(chǎn)物是一種富含穩(wěn)定有機(jī)物質(zhì)的腐殖質(zhì)，其中含植物必需的營養(yǎng)元素[34]。中藥渣富含有機(jī)氮和磷，適合用作堆肥[35]。

Zhou等[34]將中藥渣與食品殘渣和鋸末按照不同的比例共混，在混合物中加入2.25%的石灰后置于20 L的容器內(nèi)堆肥56 d，制備高價值抗致病肥料。對比研究發(fā)現(xiàn)，混合比例1:1:1時，有機(jī)分解率最高可達(dá)67.2%，種子發(fā)芽指數(shù)為157.2%。Zhou等[36]發(fā)現(xiàn)食物殘渣和中藥渣共堆肥對病原菌具有抑制作用，基于中藥渣的堆肥可以成為一種潛在的生物抗病原劑，同時也可提供植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)。Zhang等[37]研究中藥渣和豬糞共堆肥對抗生素抗性基因的影響，結(jié)果表明中藥渣能夠有效減少大部分的抗生素抗性基因和可移動遺傳因子，且好氧堆肥產(chǎn)物對那些對人體有潛在致病作用的細(xì)菌有抑制作用。

5 結(jié)語和展望

中醫(yī)藥事業(yè)迅猛發(fā)展的同時產(chǎn)生了大量的中藥渣，中藥渣直接丟棄會給環(huán)境造成一定的污染。目前關(guān)于中藥渣應(yīng)用的研究表明，中藥渣具有很大的利用潛力，為今后的中藥渣資源化利用提供了有益參考，但是仍然存在以下主要共性問題：(1)大型制藥廠集中產(chǎn)生的較大體量的中藥渣雖然具備資源化利用的潛力，但是由于中藥的復(fù)方特點決定了原料多為混合煎煮，造成中藥渣成分復(fù)雜，不同中成藥生產(chǎn)產(chǎn)生的中藥渣成分和特點都不同，目前缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)研究，不利于中藥渣的資源化利用；(2)現(xiàn)有的技術(shù)多處于研究階段，缺乏工程化應(yīng)用的實踐及相關(guān)經(jīng)驗。所以，建議相關(guān)科研部門和大型制藥企業(yè)開展聯(lián)合定點實驗，并根據(jù)中藥渣的物理化學(xué)性質(zhì)，確定合理的資源化利用方式，如無毒性、營養(yǎng)豐富的中藥渣作為飼料使用，含有大量木質(zhì)素、纖維素類的用來制備燃料等。此外，積累相關(guān)經(jīng)驗，并逐步推廣，最后建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)實驗室規(guī)模擴(kuò)大至工業(yè)規(guī)模的目標(biāo)。相信隨著行業(yè)的發(fā)展和對環(huán)保的重視，中藥渣會實現(xiàn)大規(guī)模資源化利用，變廢為寶，造福社會。