可持续设计理念的中药药渣堆肥产品设计研究

李娟 李敏

关键词：中药药渣;可持续设计理念;产品设计

据不完全统计，我国当前的中药产量约有7000万吨，在企业工业化生产加工的情况下，废弃的中药药渣达到3500万吨。而大量研究表明，中药药渣合有大量的粗纤维、粗脂肪、淀粉、多糖、蛋白、氨基酸及微量元素，这些营养成分在养殖业、种植业、环境、能源方面有极大的开发价值。中药药渣作为可再利用的资源，可通过有效的利用方式，避免中药药渣对环境的不良影响，更大程度利用其中存在的营养成分。因此，中药药渣的再利用具有一定的生态价值、经济价值，符合可持续发展理念。

1可持续设计理念概述

1.1可持續设计理念的发展

可持续设计包含实体产品设计和产品服务系统设计。实体产品的可持续设计理念从绿色设计阶段开始发展，3R理念（reduce、reuse、recycle）得到一致认可。随着市场、社会环境的变化，人们消费观念的改变，可持续设计理念从绿色设计扩展到产品生命周期设计。产品生命周期阶段，通过废弃产品功能结构的再设计，废弃材料的循环利用来延伸产品使用寿命。目前，可持续设计理念在产品设计方面逐渐从对环境友好的方式转向开拓新的设计模式。

1.2产品设计中的可持续设计原则

产品的可持续可以总结出以下几个原则：一是循环性原则，在产品生命周期的过程中，前端资源的输入和产品废弃后处理是最为重要的部分，需形成一个有效的闭环系统;二是生态效益原则“，产品的设计生产过程中，针对结构、功能进行设计改良，可以获得更长的使用寿命;三是绿色安全原则，选择可循环、可降解材料和可再生资源，减少生产运输能源的消耗。基于以上分析，总结可持续产品设计方法，如图1。

通过以上分析可得，在设计前端资源上采用环保材料，充分利用可循环资源。产品设计过程中，在结构、功能、造型上可采用模块化设计、拆卸设计、整合化设计、通用化设计等设计方法，使资源能够充分利用。产品废弃后，对次级材料进行再利用，在结构、功能、造型上进行再设计。符合绿色设计，产品生命周期设计的可持续设计理念。

2中药药渣堆肥再利用方式调研

本文采用文献调查法，李秀颖等人对微生物发酵的黄姜药渣进行实验检测发现，通过发酵方式生产的有机肥能提高土壤肥力，改良土壤性质，能较好地预防土质退化。马丽娜等人研究发现，中药药渣堆肥产物的独特药用成分对病虫害有一定的防治作用。本次研究采用堆肥再利用方式，通过对堆肥方式和步骤的调研，可以了解现有的堆肥方式，为后续实验研究、产品设计提供可行方案及依据。

2.1波卡西堆肥法

波卡西堆肥法主要的堆肥添加剂是EM菌，它主要由光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、放线菌群等10属80余种微生物组成的生物制剂。方法是将EM活菌制剂与原料充分混合，放入特定的堆肥设备，通过厌氧发酵的方式来分解原料。由于波卡西堆肥具有操作简单，无异味、周期短、存放方便、成本低廉等特点，被广泛应用于城市住宅。

2.2传统的波卡西堆肥步骤

（1）将处理堆肥原料，将原料处理成小颗粒物，便于堆肥;（2）将原料与EM菌制剂，混合放入堆肥器;（3）将堆肥器密封，放置在阴凉处;（4）3-7天产生肥液，每隔两天收集肥液，肥液密闭保存;（5）密切观察堆肥原料，1-2周即会长出白色菌丝，3-4周菌丝褪去，无肥液排出时堆肥完成。

3中药药渣堆肥产品的现状与实验分析

调查发现，现有的堆肥产品主要用于厨余垃圾、家庭垃圾，并没有专门针对中药药渣堆肥的产品，这使得本次研究具有独创性。本次研究使用市场上广泛使用的堆肥器进行实验操作，为中药药渣堆肥产品提供设计思路。实验所用堆肥桶整体造型简单，底部有滤板，产生的肥液通过滤板收集在最底层的凹槽中，通过水龙头装置接出肥液，桶盖分为内盖和外盖，内盖起着密封的作用，如图2。按照波卡西堆肥步骤实践操作将中药药渣进行堆肥处理，堆肥过程和结果，如图3。

通过实验，发现存在以下几个主要的问题：（1）需人工进行原料的搅碎和搅拌;（2）由于内部结构的不合理，将桶倾斜才可以倒出肥液;（3）水龙头结构高度太低，杯子接肥液操作不便，且肥液无法直接保存，需额外进行密封处理;（4）腐熟的有机肥需倾倒，或者用工具处理;（5）开盖后有腐熟物的味道溢散;（6）对于新手来说，无法准确控制中药药渣与菌量配比。

4基于可持续设计理念的中药药渣堆肥产品设计思路

基于堆肥实验分析以及可持续设计思想的指导，本文从产品的可持续设计方法角度进行设计分析，以便输出合理的设计方案。

4.1使用可循环再生材料

由于整个堆肥过程需保持密闭环境，且为了防止有味气体的溢散，在设计上采用密闭性较好的可再生硅胶作为密封处的材料。同时，堆肥是—个菌种对有机物发酵的过程，对于材料有一定的耐腐蚀要求，因此堆肥器的内胆需采用耐腐蚀涂料，如聚四氟乙烯涂料。

4.2使用可循环利用资源

堆肥过程产生的肥液，可利用废弃饮料瓶作为装载容器，再次利用生活中的废弃的资源，就地取材，变废为宝，符合可持续设计理念。

4.3可拆卸设计

现有堆肥器没有考虑到如何更便捷地处理堆肥产物。倾倒和使用工具的方式增加了用户操作的难度。设计可拆卸替换的肥料盒，取腐熟物可直接拆卸肥料盒，增加产品易用性。同时，可拆卸肥料盒更方便清洁，增加产品可用性。

4.4模块化设计

配置肥液盒收集肥液，有利于中药药渣腐熟发酵。结合肥液的使用功能，增加模块化的盒盖，附加不同样式的盒盖，如密封盖（用于密封保存），喷头（用于喷洒植物）。通过组装不同盒盖，满足不同需求。合理的通用部件的设计避免多余的复杂操作，增加产品的易用性

4.5整合设计

产品整合除味功能。在腐熟过程中，如密闭性不佳，腐熟气味影响周围环境。打开产品会扩散一定程度的气味，基于人性化考量，增加除味功能，让使用环境更和谐。通过设计密封结构和添加除味剂达到效果。

同时，产品整合药渣的搅拌搅碎功能。原料颗粒物越小，堆肥效果越好。因此，设计堆肥产品增加自动搅碎搅拌功能，提高堆肥效率。设计上采用可拆卸自动伸缩搅拌刀，伸缩结构更全面进行搅碎搅拌，且拆卸结构便于清洁刀具。

产品新增模板化配比功能。药渣量与菌种量的合理配比是堆肥成功的重要条件之一。设计智能模板化比例配置功能，能根据发酵的药渣体积重量，自动计算所需菌种量，并实现智能添加。该功能解决由于用户不熟练的操作影响堆肥效果的问题。

4.6简化设计

造型上满足功能与结构的需要，设计上简化形态，尽可能减少零部件及多余装饰，以降低制作成本，避免过度设计，同时造型与色彩以白色为主基调，做到与环境和谐、不突兀。

5结语

中药药渣作为可循环再利用的环境资源，其再利用方式众多，在生物学、化学、医学等领域获得众多学者深入的研究。而本文的创新点在于选取其中一种再利用方式——堆肥进行分析研究。通过实验，分析现有堆肥产品在使用操作上的不足之处，结合可持续设计理念在产品设计中的方法，提出合理的中药药渣堆肥产品的设计方案。将可持续设计理念与可持续环境资源相结合，体现在产品设计之中。