中藥渣厭氧發酵資源化技術研究

楊 陽，曹麗華，陳 娟

(1. 天津市塘沽鑫宇環保科技有限公司 天津300450；2. 天津市慶爍環保工程有限公司 天津300450)

中藥渣厭氧發酵資源化技術研究

楊 陽1，曹麗華2，陳 娟1

(1. 天津市塘沽鑫宇環保科技有限公司 天津300450；2. 天津市慶爍環保工程有限公司 天津300450)

通過對各種影響中藥渣厭氧發酵因素的研究發現，當厭氧污泥添加量為35%,，高效菌劑添加量為15%,，尿素添加量為4.5%,，恒溫水浴為35,℃，pH值為6.5～7.5時，可實現中藥渣厭氧發酵周期縮短至9,d，大大提高了中藥渣生物降解速率，同時獲得了生物沼氣和生物有機肥，遵循了“減量化、無害化、資源化”處理原則，具有良好的市場應用前景。

中藥渣 厭氧發酵 堆肥 資源化

0 引 言

隨著中醫藥使用范圍的日益廣泛，中藥渣的產生量也逐年增加，目前我國中藥渣資源利用的水平還比較低，許多中藥企業為實現廠區環境的衛生達標，只是進行不定期的清運收集并自行處理。[1]這些中藥渣中只有少部分被用來作為飼料，大部分被用作生活燃料直接焚燒，這種最直接的處理方式不僅污染環境，也是對資源的一種極大浪費。本文通過厭氧發酵技術的資源化研究，將中藥渣厭氧發酵周期縮短至9,d，提高中藥渣生物降解的速率，獲得生物沼氣和生物有機肥的附加值，遵循了“減量化、無害化、資源化”的處理原則。該研究具有良好的市場應用前景。

1 中藥渣理化性質分析

目前，我們所用的中藥大多是由植物的根、莖、葉、花、實、皮，以及禽、獸的肢體、臟器、外殼組成，還有部分的礦物質，它們含有豐富的有機物和無機物質。[2]提取有效成分后剩余的中藥渣，一般含有大量的粗纖維、粗脂肪、淀粉、粗多糖、粗蛋白、氨基酸、生物堿及微量元素等。

參照有機肥料行業標準(NY,525—2012)測定方法，主要測定的指標有：有機質含量、全氮、五氧化二磷、氧化鉀、pH值、水分等指標。

從表1可以看出，中藥渣含有豐富的有機質、氮、磷、鉀營養成分，采用有效的堆肥處理技術對于資源回收和利用具有重要意義。

表1 中藥渣理化性質Tab.1 Physical and chemical properties of Traditional Chinese Medicines residues

2 中藥渣厭氧生物發酵

厭氧發酵堆肥技術具有能源消耗低，工藝流程簡單，氮素損失少，并可以產生清潔能源沼氣等優點。采用設備有利于控制厭氧發酵全過程，便于實現自動化管理，一般適用于中小型固體廢棄物處理場合。

2.1 實驗材料及裝置

2.1.1 實驗材料

中藥渣取自于某中醫院。高效菌劑為外購某高效纖維素降解菌。厭氧污泥取自某污水處理廠污泥，取回后放在實驗室內常溫密封保存，其相關的物理參數為：總固體濃度(TS)為5.2%,，揮發性固體濃度(VS)98.6%,，含水率92.5%,，pH值7.08。

2.1.2 實驗裝置

厭氧發酵技術裝置主要分為水浴恒溫床、發酵瓶、集氣瓶和集水瓶等部分，如圖1所示。水浴恒溫振蕩器的振動頻率為100,Hz；發酵瓶是500,mL透明醫用注射玻璃瓶，發酵瓶裝上材料后用帶鋁薄橡膠塞封口，上面所固定的帶針頭醫用輸液管用作沼氣導出管，通過沼氣導出管上的鐵夾控制發酵瓶中氣體的流動。集氣瓶也采用500,mL的透明醫用注射玻璃瓶，用橡膠塞封口，在其上穿有兩根3,mm的塑料管，分別作為進氣管和導水管。集水瓶由500,mL的玻璃瓶構成。

圖1 厭氧發酵裝置簡圖Fig.1 Schematic diagram of anaerobic fermentation device

2.1.3 實驗過程

將中藥渣和接種物質按一定比例裝入發酵瓶中混合，定容至350,mL，用鋁薄橡膠塞將其密閉，放入恒溫水浴床內。測量沼氣體積時，將進氣管與發酵瓶上的沼氣導出管用軟管連接起來，打開鐵夾將厭氧發酵產生的沼氣導入裝滿水的密閉集氣瓶中，氣體輸出完畢，通過量筒測量集水瓶中水的體積，也就是沼氣產生的體積。為了避免由于時間導致的測量誤差，每日上午10點按時測量。

2.1.4 實驗結果與分析

2.1.4.1 厭氧污泥添加量對厭氧發酵產氣量的影響實驗條件：高效菌劑添加量為10%,，尿素添加量為2.5%，恒溫水浴為35,℃，pH值為6.5～7.5。

圖2 厭氧污泥添加量對中藥渣厭氧發酵產氣量的影響Fig.2Effect of anaerobic sludge addition on biogas production by anaerobic fermentation of Traditional Chinese Medicines residues

從圖2中可以得出，污泥添加量為35%,的堆體產氣速率最快，產氣量最大，當發酵結束時累計產氣量可達270,mL。未添加厭氧污泥的堆體產氣量最低，污泥添加量為25%,的堆體，當發酵結束時產氣量達到220,mL，污泥添加量為45%堆體產氣量為240,mL。因此可以得出厭氧污泥量的最佳添加量為35%。

2.1.4.2 高效菌劑添加量對厭氧發酵產氣的影響

實驗條件：厭氧污泥添加量為35%,，尿素添加量2.5%,，恒溫水浴為35,℃，pH值為6.5～7.5。

圖3 菌劑添加量對中藥渣厭氧發酵產氣量的影響Fig.3Effect of addition agent on gas production in the anaerobic fermentation of herb residues

從圖3可以看出，在發酵初期，隨著高效菌劑添加量的逐漸增加，厭氧產氣速率逐漸加快，說明當高效菌劑接種量大時反應器內發酵微生物增多，有利于迅速啟動反應器；高效菌劑的接種量為15%,的堆體最快進入產氣穩定期，歷時9,d；接種量為10%,、5%,和未添加高效菌劑的堆體分別歷時12,d、17,d、19,d，進入產氣穩定期。可見最佳高效菌劑的接種量為15%,。

2.1.4.3 尿素添加量對厭氧發酵產氣量的影響

實驗條件：厭氧污泥添加量為35%,，高效菌劑添加量為15%,，恒溫水浴為35,℃，pH值為6.5～7.5。

圖4 尿素添加量對厭氧發酵產氣量的影響Fig.4 Effect of Urea Addition on anaerobic fermentation

從圖4可以看出，尿素添加量為2.5%,和4.5%,的堆體會最先進入較快產氣期，反應到第6,d時，尿素添加量為4.5%,的堆體的產氣量則明顯高于添加量為2.5%,的堆體，當反應到第10,d后，2.5%,和4.5%,的堆體均達到了產氣穩定期，總產氣量分別為274,mL和291,mL。而未添加尿素的堆體和添加6.5%,的尿素的堆體的產氣量及產氣速率都相對較低，可見在一定的范圍內添加尿素有利于提高產氣速率和增加堆體產氣量，而添加過量的尿素則不利于堆體的發酵。因此最佳尿素添加量為4.5%,。

2.1.4.4 溫度對厭氧發酵產氣量的影響

圖5 溫度對中藥渣厭氧發酵產氣量的影響Fig.5 Effect of temperature on anaerobic fermentation of Traditional Chinese Medicines residues

實驗條件：厭氧污泥添加量為35%,，高效菌劑添加量為15%,，尿素添加量為4.5%,，pH值為6.5～7.5。

從圖5可以看出，溫度為35,℃和45,℃條件下產氣速率和產氣量均為最大值。在25,℃和55,℃溫度下進行的厭氧發酵均不佳。由此可以得出，最適宜的溫度范圍為25～35,℃；但從節能的角度來考慮，選擇采用35,℃作為最佳水浴溫度。

2.1.4.5 最佳厭氧發酵周期

實驗條件：厭氧污泥添加量為35%,，高效菌劑添加量為15%,，尿素添加量為4.5%,，水浴恒溫35,℃，pH值為6.5～7.5。

中藥渣發酵產品有機肥的一個重要指標是有機質含量，有機質含量越高，有機肥的效果越好。從圖6中可以看出，在實驗前期，隨著厭氧發酵時間的延長，有機質的含量逐漸增加，在第9,d時，有機質的含量達到55%,左右，之后隨著發酵時間的增長，有機質的含量基本保持不變。由此可以說明，在厭氧污泥添加量、高效菌劑添加量、尿素添加量、水浴恒溫、pH值等參數均在最佳狀態時，厭氧發酵的最佳發酵周期可縮短至9,d。

圖6 不同厭氧發酵周期下產品有機質含量Fig.6Organic matter content of the products under different anaerobic fermentation period

2.2 厭氧發酵堆肥產品檢測

實驗條件：厭氧污泥添加量為35%,，高效菌劑添加量為15%,，尿素添加量為4.5%，恒溫水浴為35,℃，pH值為6.5～7.5，堆肥周期為9,d，發酵結束后的發酵產物自然通風3,d。參照國家《有機肥標準》(NY,525—2012)及國家《生物有機肥行業標準》(NY,884—2012)對堆肥各項指標進行檢測。檢測結果如表2所示。

3 結 論

①綜合對中藥渣厭氧發酵影響的各因素，得出最佳反應參數為：厭氧污泥添加量為35%，高效菌劑添加量為15%，尿素添加量為4.5%，恒溫水浴為35,℃，pH值為6.5～7.5，厭氧發酵周期為9,d。

表2 中藥渣厭氧發酵產品檢測Tab.2 Product detection of drug residues in anaerobic fermentation

②本實驗中藥渣厭氧堆肥產品經檢測，各項指標均滿足國家《有機肥標準》(NY 525—2012)及國家《生物有機肥行業標準》(NY 884—2012)。

③本文開展了中藥渣厭氧堆肥處理技術研究，此技術可推廣應用至園林垃圾處理方面，[3]拓寬了技術應用領域。■

［1］ 孫利鑫，王引權，高小迪. 植物類中藥渣堆肥化處理關鍵調控技術[J]. 中國現代中藥，2014(2)：2.

［2］ 王谷洪，周友華，冷胡峰. 中藥渣處理及能源利用技術淺析[J]. 機電信息，2015(32)：2.

［3］ 時旭，陳娟，趙后昌. 園林垃圾立體化資源利用模式[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