中药渣资源化利用研究进展

张威龙，帖靖玺,2*

(1.华北水利水电大学 环境与市政工程学院 河南省 郑州市，450046；2.中州水务控股有限公司，河南，郑州，450000)

中医药在我国已有三千年的历史，为中华民族的繁衍生息和繁荣昌盛做出了巨大贡献，是中华民族优秀传统文化的重要组成部分。

在2020年初的新冠肺炎疫情防治工作中，中医药在有效缓解症状、减缓轻型和普通型病患向重型发展、提高治愈率、降低死亡率、促进恢复期人群机体康复等方面再次发挥了重要作用。国家中医药管理局的统计数据表明，中医药对新冠肺炎总有效率达90%以上[1]，经过疫情的检验，中医药必将迎来更加蓬勃的发展。

植物是中药材的主要组成部分，占中药种类的比例超过87%[2]。我国中药及天然药用生物资源种植面积在240万hm2以上，药材产量达到540万t[3]，中药企业1500多家，年产生含水中药渣1200万吨[4]。填埋、焚烧、堆放等中药渣处理方式，不仅占用土地，还会造成环境污染和资源浪费[5]。

研究表明[6-7]，多种植物类中药渣富含粗纤维、粗蛋白、粗脂肪和淀粉等营养物质。因此，中药渣具开发价值。如果实现中药渣的资源化利用，不仅减轻环境负担，而且能够变废为宝，产生一定的经济效益。在发展药材循环经济、建设资源节约型、环境友好型社会的当今，中药渣的处理和处置已成为亟待解决的问题。本文对中药渣的利用现状进行了总结，希望能为中药渣的资源化利用提供参考。

1 作为饲料及添加剂

在大多数发展中国家，动物饲料的来源有限[8]，而中药渣富含纤维素、半纤维素、木质素等有机物，其经过简单的处理就可以被用作动物饲料。刘瑜彬等[9]用包含有茯苓、决明子、枸杞子、菊花等的中药渣来养殖黑水虻，结果表明，最佳投喂量为(10-13)kg中药渣/g虫卵，幼虫干物质粗蛋白质和粗脂肪含量的含量分别为35.1%和37.1%，所检测安全指标均符合国家饲料卫生标准。解超平[10]以玉米、豆粕和麦麸为主要蛋白质原料，并添加了一定量中药渣(经灵芝菌发酵的党参药渣和黄芪药渣)饲养铁脚麻鸡，结果表明，该饲料使铁脚麻鸡肌内蛋白增加，且能降低成本并提高经济效益。侯海锋等[11]在饲料中添加由白头翁、苍术、白术等制备的发酵中药渣，实验结果显示断奶仔猪的生长性能、抗氧化能力和免疫功能均有提高。圣平等[12]在饲料中添加一定比例经厌氧发酵10天后的中药渣，发现其能促进湖羊的生长发育，而对肉品无显著影响。

上述的研究证明，中药渣能够促进动物生长发育，但都是针对于特定的中药渣，然而大多数中药渣是多味中草药复方加工过后产生的废弃物，其来源和组成比较复杂。不同来源的中药渣之间的营养成分可能会有差异，甚至某些中药渣可能含有有毒成分，动物食用后可能会对其造成不良影响[13]。另外，由于中药渣气味特殊，添加过多可能会影响适口性，影响动物进食量[14]。

2 制备燃料

由于环境污染和能源危机，人们对清洁能源和可再生能源的需求日益增加[15]。郭飞强等[16]以含水率为25%左右的杞菊地黄丸、六味地黄丸和香砂养胃丸药渣为原料进行热解气化的实验，结果表明当过量空气系数为1.1时，三种药渣都具有较好的气化性能，产生的可燃性气体的热值都达到5300 kJ/m3以上。还有一些研究者开展催化热解中药渣的研究。徐安壮等[17]用Ni/CaO复合催化剂催化热解丹参药渣，结果表明引入Ni不仅使CaO催化剂的失活速度明显减缓，而且可以明显改善催化裂解气的品质，促进液相大分子转化；在700℃并添加10% Ni/CaO催化剂的条件下，每克中药渣产气量达359.4 mL，气体低位热值达18.6 MJ/m3。Li等[18]以富含多种金属氧化物的造纸污泥为添加剂，在固定床系统中进行中药渣的热解实验，结果表明中药渣在热解时受到造纸污泥的催化，其燃气产量增加，而焦油产量下降。热解温度低于900℃时，造纸污泥促进H2和CO2的生成，抑制CH4的生成。温度为900℃时，由于造纸污泥的催化和无机物的分解，CH4、H2、CO和CO2气体生成都得到了促进。Guan等[19]以山东某制药公司的中药渣为原料，研究了双循环流化床气化系统的气化特性。结果表明：随着气化温度的升高，碳转化率、气体热值和气化效率都得到提高；中药渣的气化特性与原料含水率密切相关；空气当量为0.23～0.26时，气化效率较高；当水蒸气与生物质质量比为0.4～0.6时，可燃气体含量、热值、气化效率均达到较高值，气化效果较好。

以上研究表明了可以采用热解的方式利用中药渣生产燃气。然而，中药渣中含水率高，会使反应器中的温度降低，反应不充分，焦油等副产品增加，导致碳转换效率降低[19]。所以对中药渣进行烘焙等预处理以减少含水率是必要的，这可以改善材料性能，方便储存和使用[20-22]。

除了热解外，还有学者开展了中药渣厌氧消化产沼气的研究。XU等[23]用自制的厌氧反应器进行了金银花渣和午茶渣厌氧产沼气的研究。结果表明，接种厌氧污泥和两种药渣的最佳质量混合比均为1:1，经192 h消化后，金银花渣和午茶渣累计产甲烷量分别为58.32 mL/g和55.91 mL/g。在最佳质量混合比条件下，金银花渣与午茶渣的最佳质量混合比为1:2，混合后的药渣经192 h消化后累计产甲烷量为91.10 mL/g。Liu等[24]在每10 g中药渣中加入100 mL质量浓度为1.2% 的H2SO4溶液，经微波辅助酸解30 min后接种，厌氧污泥发酵，19 d的累积产气量可达到1272 mL。此外，中药渣还可以用来生产乙醇。张英等[25]用树干毕赤酵母与酿酒酵母进行原生质体融合后得到的融合菌株对黄芪药渣发酵，研究不同工艺路线下的产乙醇情况，结果表明，两步同步糖化共发酵工艺产乙醇量最高，达到20.4 g/L。

3 制备吸附剂

吸附法是简单、经济、有效的水质净化技术之一[26]。集中排放的中药渣，其产量大，原料成本低[27]，适合规模化生产吸附剂。何文泽等[28]以传统中药黄芪废渣为原料在不同温度下制备生物炭并用来吸附水中的磺胺甲基嘧啶，结果表明，在700℃条件下制备的生物炭对磺胺甲基嘧啶的最大吸附容量为11.96 mg/g。Shang等[29]以黄芪药渣制备的生物炭为载体，合成了一种纳米级零价铁颗粒复合材料，并用于吸附处理含六价铬的污水。结果表明：在pH值为2时，复合材料对六价铬的吸附容量达到98.71 mg/g；腐殖酸的浓度为50 mg/L时，对六价铬的吸附容量达到149.57 mg/g。张玲等[30]以中药渣为原料，采用微波干燥、碳化和KOH活化的方法制备了生物炭，2 h后，生物炭的比表面积达到2079.25 m2/g，介孔率为79.10%，该生物炭对苯酚的饱和吸附量达到187.5 mg/g。程扬等[31]用三桠苦药渣在不同温度下制备生物炭，用来研究其对水溶液中四环素的去除。结果表明，800℃制备的三桠苦药渣生物炭对四环素的吸附容量可达45.19 mg/g；在溶液pH 3.0～9.0的范围内，对四环素均有较好的吸附性能。Lian等[32]用丹参药渣在不同温度下热解制备生物炭，对比发现250℃下制备的生物炭对磺胺甲恶唑的吸附容量约为1000 mg/kg，是高温制备生物炭吸附能力的2～7倍。

以上研究表明，中药渣制备的生物炭对水中多种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会因为生物炭的逐渐老化重新回到环境中[33]。所以，对于吸附饱和后中药渣生物炭的处理处置需要进一步研究。

4 制备堆肥

堆肥是一种高效、环保的有机废物处理技术，其最终产物是一种富含稳定有机物质的腐殖质，其中含植物必需的营养元素[34]。中药渣富含有机氮和磷，适合用作堆肥[35]。

Zhou等[34]将中药渣与食品残渣和锯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的容器内堆肥56 d，制备高价值抗致病肥料。对比研究发现，混合比例1:1:1时，有机分解率最高可达67.2%，种子发芽指数为157.2%。Zhou等[36]发现食物残渣和中药渣共堆肥对病原菌具有抑制作用，基于中药渣的堆肥可以成为一种潜在的生物抗病原剂，同时也可提供植物所需的营养物质。Zhang等[37]研究中药渣和猪粪共堆肥对抗生素抗性基因的影响，结果表明中药渣能够有效减少大部分的抗生素抗性基因和可移动遗传因子，且好氧堆肥产物对那些对人体有潜在致病作用的细菌有抑制作用。

5 结语和展望

中医药事业迅猛发展的同时产生了大量的中药渣，中药渣直接丢弃会给环境造成一定的污染。目前关于中药渣应用的研究表明，中药渣具有很大的利用潜力，为今后的中药渣资源化利用提供了有益参考，但是仍然存在以下主要共性问题：(1)大型制药厂集中产生的较大体量的中药渣虽然具备资源化利用的潜力，但是由于中药的复方特点决定了原料多为混合煎煮，造成中药渣成分复杂，不同中成药生产产生的中药渣成分和特点都不同，目前缺乏相关的基础研究，不利于中药渣的资源化利用；(2)现有的技术多处于研究阶段，缺乏工程化应用的实践及相关经验。所以，建议相关科研部门和大型制药企业开展联合定点实验，并根据中药渣的物理化学性质，确定合理的资源化利用方式，如无毒性、营养丰富的中药渣作为饲料使用，含有大量木质素、纤维素类的用来制备燃料等。此外，积累相关经验，并逐步推广，最后建立行业标准，以实现实验室规模扩大至工业规模的目标。相信随着行业的发展和对环保的重视，中药渣会实现大规模资源化利用，变废为宝，造福社会。