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(guó)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(guó)家中醫(yī)藥管理局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，中醫(yī)藥對(duì)新冠肺炎總有效率達(dá)90%以上[1]，經(jīng)過(guò)疫情的檢驗(yàn)，中醫(yī)藥必將迎來(lái)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(guò)87%[2]。我國(guó)中藥及天然藥用生物資源種植面積在240萬(wàn)hm2以上，藥材產(chǎn)量達(dá)到540萬(wàn)t[3]，中藥企業(yè)1500多家，年產(chǎn)生含水中藥渣1200萬(wàn)噸[4]。填埋、焚燒、堆放等中藥渣處理方式，不僅占用土地，還會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)[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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此，中藥渣具開(kāi)發(fā)價(jià)值。如果實(shí)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(huì)的當(dāng)今，中藥渣的處理和處置已成為亟待解決的問(wèn)題。本文對(duì)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(guó)家，動(dòng)物飼料的來(lái)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(guò)簡(jiǎn)單的處理就可以被用作動(dòng)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(lái)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(chóng)卵，幼蟲(chóng)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(cè)安全指標(biāo)均符合國(guó)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示斷奶仔豬的生長(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育，而對(duì)肉品無(wú)顯著影響。

上述的研究證明，中藥渣能夠促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育，但都是針對(duì)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(guò)后產(chǎn)生的廢棄物，其來(lái)源和組成比較復(fù)雜。不同來(lái)源的中藥渣之間的營(yíng)養(yǎng)成分可能會(huì)有差異，甚至某些中藥渣可能含有有毒成分，動(dòng)物食用后可能會(huì)對(duì)其造成不良影響[13]。另外，由于中藥渣氣味特殊，添加過(guò)多可能會(huì)影響適口性，影響動(dòng)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(duì)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(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)為1.1時(shí)，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(kāi)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(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明中藥渣在熱解時(shí)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(shí)，造紙污泥促進(jìn)H2和CO2的生成，抑制CH4的生成。溫度為900℃時(shí)，由于造紙污泥的催化和無(wú)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(shí)，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(shí)，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)狻Ｈ欢兴幵泻矢撸瑫?huì)使反應(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(duì)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(chǔ)存和使用[20-22]。

除了熱解外，還有學(xué)者開(kāi)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(jì)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(jì)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(lái)生產(chǎn)乙醇。張英等[25]用樹(shù)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(duì)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(jiǎn)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)模化生產(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(lái)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(duì)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(jí)零價(jià)鐵顆粒復(fù)合材料，并用于吸附處理含六價(jià)鉻的污水。結(jié)果表明：在pH值為2時(shí)，復(fù)合材料對(duì)六價(jià)鉻的吸附容量達(dá)到98.71 mg/g；腐殖酸的濃度為50 mg/L時(shí)，對(duì)六價(jià)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(duì)苯酚的飽和吸附量達(dá)到187.5 mg/g。程揚(yáng)等[31]用三椏苦藥渣在不同溫度下制備生物炭，用來(lái)研究其對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)比發(fā)現(xiàn)250℃下制備的生物炭對(duì)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(duì)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(huì)因?yàn)樯锾康闹饾u老化重新回到環(huán)境中[33]。所以，對(duì)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(yíng)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?jiān)弯從┌凑詹煌谋壤不欤诨旌衔镏屑尤?.25%的石灰后置于20 L的容器內(nèi)堆肥56 d，制備高價(jià)值抗致病肥料。對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，混合比例1:1:1時(shí)，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?jiān)椭兴幵捕逊蕦?duì)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(shí)也可提供植物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。Zhang等[37]研究中藥渣和豬糞共堆肥對(duì)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(dòng)遺傳因子，且好氧堆肥產(chǎn)物對(duì)那些對(duì)人體有潛在致病作用的細(xì)菌有抑制作用。

5 結(jié)語(yǔ)和展望

中醫(yī)藥事業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)產(chǎn)生了大量的中藥渣，中藥渣直接丟棄會(huì)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(wèn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)踐及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。所以，建議相關(guān)科研部門和大型制藥企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合定點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，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(wú)毒性、營(yíng)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(lái)制備燃料等。此外，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并逐步推廣，最后建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(duì)環(huán)保的重視，中藥渣會(huì)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模資源化利用，變廢為寶，造福社會(huì)。