楊 陽(yáng)，曹麗華，陳 娟

(1. 天津市塘沽鑫宇環(huán)?？萍加邢薰?天津300450；2. 天津市慶爍環(huán)保工程有限公司 天津300450)

中藥渣厭氧發(fā)酵資源化技術(shù)研究

楊 陽(yáng)1，曹麗華2，陳 娟1

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

通過(guò)對(duì)各種影響中藥渣厭氧發(fā)酵因素的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(shí)，可實(shí)現(xiàn)中藥渣厭氧發(fā)酵周期縮短至9,d，大大提高了中藥渣生物降解速率，同時(shí)獲得了生物沼氣和生物有機(jī)肥，遵循了“減量化、無(wú)害化、資源化”處理原則，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

中藥渣 厭氧發(fā)酵 堆肥 資源化

0 引 言

隨著中醫(yī)藥使用范圍的日益廣泛，中藥渣的產(chǎn)生量也逐年增加，目前我國(guó)中藥渣資源利用的水平還比較低，許多中藥企業(yè)為實(shí)現(xiàn)廠區(qū)環(huán)境的衛(wèi)生達(dá)標(biāo)，只是進(jìn)行不定期的清運(yùn)收集并自行處理。[1]這些中藥渣中只有少部分被用來(lái)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(huán)境，也是對(duì)資源的一種極大浪費(fèi)。本文通過(guò)厭氧發(fā)酵技術(shù)的資源化研究，將中藥渣厭氧發(fā)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(jī)肥的附加值，遵循了“減量化、無(wú)害化、資源化”的處理原則。該研究具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1 中藥渣理化性質(zhì)分析

目前，我們所用的中藥大多是由植物的根、莖、葉、花、實(shí)、皮，以及禽、獸的肢體、臟器、外殼組成，還有部分的礦物質(zhì)，它們含有豐富的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物質(zhì)。[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(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY,525—2012)測(cè)定方法，主要測(cè)定的指標(biāo)有：有機(jī)質(zhì)含量、全氮、五氧化二磷、氧化鉀、pH值、水分等指標(biāo)。

從表1可以看出，中藥渣含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)成分，采用有效的堆肥處理技術(shù)對(duì)于資源回收和利用具有重要意義。

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

2 中藥渣厭氧生物發(fā)酵

厭氧發(fā)酵堆肥技術(shù)具有能源消耗低，工藝流程簡(jiǎn)單，氮素?fù)p失少，并可以產(chǎn)生清潔能源沼氣等優(yōu)點(diǎn)。采用設(shè)備有利于控制厭氧發(fā)酵全過(guò)程，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，一般適用于中小型固體廢棄物處理場(chǎng)合。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置

2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

中藥渣取自于某中醫(yī)院。高效菌劑為外購(gòu)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)常溫密封保存，其相關(guān)的物理參數(shù)為：總固體濃度(TS)為5.2%,，揮發(fā)性固體濃度(VS)98.6%,，含水率92.5%,，pH值7.08。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

厭氧發(fā)酵技術(shù)裝置主要分為水浴恒溫床、發(fā)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(dòng)頻率為100,Hz；發(fā)酵瓶是500,mL透明醫(yī)用注射玻璃瓶，發(fā)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(yī)用輸液管用作沼氣導(dǎo)出管，通過(guò)沼氣導(dǎo)出管上的鐵夾控制發(fā)酵瓶中氣體的流動(dòng)。集氣瓶也采用500,mL的透明醫(yī)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(jìn)氣管和導(dǎo)水管。集水瓶由500,mL的玻璃瓶構(gòu)成。

圖1 厭氧發(fā)酵裝置簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of anaerobic fermentation device

2.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

將中藥渣和接種物質(zhì)按一定比例裝入發(fā)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(nèi)。測(cè)量沼氣體積時(shí)，將進(jìn)氣管與發(fā)酵瓶上的沼氣導(dǎo)出管用軟管連接起來(lái)，打開(kāi)鐵夾將厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣導(dǎo)入裝滿水的密閉集氣瓶中，氣體輸出完畢，通過(guò)量筒測(cè)量集水瓶中水的體積，也就是沼氣產(chǎn)生的體積。為了避免由于時(shí)間導(dǎo)致的測(cè)量誤差，每日上午10點(diǎn)按時(shí)測(cè)量。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.4.1 厭氧污泥添加量對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響實(shí)驗(yàn)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(duì)中藥渣厭氧發(fā)酵產(chǎn)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(chǎn)氣速率最快，產(chǎn)氣量最大，當(dāng)發(fā)酵結(jié)束時(shí)累計(jì)產(chǎn)氣量可達(dá)270,mL。未添加厭氧污泥的堆體產(chǎn)氣量最低，污泥添加量為25%,的堆體，當(dāng)發(fā)酵結(jié)束時(shí)產(chǎn)氣量達(dá)到220,mL，污泥添加量為45%堆體產(chǎn)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(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的影響

實(shí)驗(yàn)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(duì)中藥渣厭氧發(fā)酵產(chǎn)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(fā)酵初期，隨著高效菌劑添加量的逐漸增加，厭氧產(chǎn)氣速率逐漸加快，說(shuō)明當(dāng)高效菌劑接種量大時(shí)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)酵微生物增多，有利于迅速啟動(dòng)反應(yīng)器；高效菌劑的接種量為15%,的堆體最快進(jìn)入產(chǎn)氣穩(wěn)定期，歷時(shí)9,d；接種量為10%,、5%,和未添加高效菌劑的堆體分別歷時(shí)12,d、17,d、19,d，進(jìn)入產(chǎn)氣穩(wěn)定期?？梢?jiàn)最佳高效菌劑的接種量為15%,。

2.1.4.3 尿素添加量對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

實(shí)驗(yàn)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(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)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(huì)最先進(jìn)入較快產(chǎn)氣期，反應(yīng)到第6,d時(shí)，尿素添加量為4.5%,的堆體的產(chǎn)氣量則明顯高于添加量為2.5%,的堆體，當(dāng)反應(yīng)到第10,d后，2.5%,和4.5%,的堆體均達(dá)到了產(chǎn)氣穩(wěn)定期，總產(chǎn)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(chǎn)氣量及產(chǎn)氣速率都相對(duì)較低，可見(jiàn)在一定的范圍內(nèi)添加尿素有利于提高產(chǎn)氣速率和增加堆體產(chǎn)氣量，而添加過(guò)量的尿素則不利于堆體的發(fā)酵。因此最佳尿素添加量為4.5%,。

2.1.4.4 溫度對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

圖5 溫度對(duì)中藥渣厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響Fig.5 Effect of temperature on anaerobic fermentation of Traditional Chinese Medicines residues

實(shí)驗(yàn)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(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量均為最大值。在25,℃和55,℃溫度下進(jìn)行的厭氧發(fā)酵均不佳。由此可以得出，最適宜的溫度范圍為25～35,℃；但從節(jié)能的角度來(lái)考慮，選擇采用35,℃作為最佳水浴溫度。

2.1.4.5 最佳厭氧發(fā)酵周期

實(shí)驗(yàn)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(fā)酵產(chǎn)品有機(jī)肥的一個(gè)重要指標(biāo)是有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)含量越高，有機(jī)肥的效果越好。從圖6中可以看出，在實(shí)驗(yàn)前期，隨著厭氧發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)的含量逐漸增加，在第9,d時(shí)，有機(jī)質(zhì)的含量達(dá)到55%,左右，之后隨著發(fā)酵時(shí)間的增長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)的含量基本保持不變。由此可以說(shuō)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(shù)均在最佳狀態(tài)時(shí)，厭氧發(fā)酵的最佳發(fā)酵周期可縮短至9,d。

圖6 不同厭氧發(fā)酵周期下產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)含量Fig.6Organic matter content of the products under different anaerobic fermentation period

2.2 厭氧發(fā)酵堆肥產(chǎn)品檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)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(fā)酵結(jié)束后的發(fā)酵產(chǎn)物自然通風(fēng)3,d。參照國(guó)家《有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)》(NY,525—2012)及國(guó)家《生物有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(NY,884—2012)對(duì)堆肥各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

3 結(jié) 論

①綜合對(duì)中藥渣厭氧發(fā)酵影響的各因素，得出最佳反應(yīng)參數(shù)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(fā)酵周期為9,d。

表2 中藥渣厭氧發(fā)酵產(chǎn)品檢測(cè)Tab.2 Product detection of drug residues in anaerobic fermentation

②本實(shí)驗(yàn)中藥渣厭氧堆肥產(chǎn)品經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足國(guó)家《有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)》(NY 525—2012)及國(guó)家《生物有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(NY 884—2012)。

③本文開(kāi)展了中藥渣厭氧堆肥處理技術(shù)研究，此技術(shù)可推廣應(yīng)用至園林垃圾處理方面，[3]拓寬了技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>

［1］ 孫利鑫，王引權(quán)，高小迪. 植物類(lèi)中藥渣堆肥化處理關(guān)鍵調(diào)控技術(shù)[J]. 中國(guó)現(xiàn)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(shù)淺析[J]. 機(jī)電信息，2015(32)：2.

［3］ 時(shí)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