全 文 ：黄姜产业可持续发展对策研究
吴成昌 , 　田杰 , 　戴军发
(十堰市环境科学研究所 ,十堰　442000)
摘　要:黄姜产业主要集中在南水北调中线工程水源地 -汉江流域中上游沿岸秦巴山区城镇 ,近几年发展迅速 , 但相应清洁生产 、废水
治理技术滞后生产 ,导致局部地域的环境污染 、生态破坏和资源浪费 ,影响到丹江水库水质安全和黄姜产业的可持续发展。针对黄姜产
业发展现状 ,分析黄姜产业可持续发展面临的压力和挑战 ,提出该产业可持续发展的战略措施。
关键词:黄姜产业;　可持续发展;　对策研究
中图分类号:X703　　文献标识码:A　　文章编号:1003-6504(2004)06-0095-03
　　黄姜(学名盾叶薯蓣 ,拉丁名 Dioscorea z ingbe-
rensis C. H. Wrigh)因含有丰富的皂甙元(俗称皂素 ,
英文名 Saponins ,分子式 C45H 72O 16 ,分子量819. 08),
药用价值极高 ,具有“药用黄金”的美称 。皂素被医药
工业从化学结构上加以改造 ,可以得到甾体激素类药
物或中间体上百种 ,也因此被称之为“激素之母”。目
前化学合成的皂素技术经济性 、品质上相较天然皂素
差 ,皂素生产使用基本上以天然为主。但天然皂素只
能从黄姜和川地龙等极少数植物中提取 ,黄姜中的薯
蓣皂素又是生产甾体激素类药物最理想的基础原料。
近些年随着甾体激素类药物的不断开发应用 ,以及皂
素转化途径的唯一性 、无可替代性 ,国际市场上对皂素
需求空间较大 ,年皂素需求量约在 4000 ～ 4500t ,并且
每年以 7%～ 8%的速度递增。但由于黄姜生长和皂
素的生物合成与积累受自然气候条件限制 ,只在我国
和墨西哥等极少数国家有天然分布 ,国内主要分布于
湖北 、陕西 、贵州 、湖南等地 ,其中鄂西北 、陕南为我国
主产区。由于过度采挖 ,现在野生资源频临枯竭。
地处南水北调中线工程核心水源区的十堰市郧西
县从 1984起率先在全国开展黄姜“野转家”人工栽培
研究 ,并获得成功 ,开始大面积种植 。为此 ,郧西县还
被国家农业部授为“中国黄姜之乡”的称号 。黄姜种
植 、加工也由郧西县迅速辐射至十堰市及周边地区。
据调查统计 ,全国种植面积达 133333hm 2 ,黄姜生产加
工企业发展到 150多家 ,水解物(折合为皂素)年生产
能力 5000t以上 ,转化皂素生产能力近 4000t ,国内黄
姜皂素行业在国际市场上具有举足轻重的地位。但
是 ,黄姜种植区域基本上集中秦巴山区的湖北省十堰
市 、陕西安康市 、汉中市 ,商洛市及河南南阳市的晰川
县 ,上述县市具有共同的特点:属于贫困山区 、山多地
少 、人均耕地不足 、土壤贫瘠 、生产力比较落后 ,尤其是
作者简介:吴成昌(1958 - ), 男 , 高级经济师 , 局长 , (电话) 0719-
8651247。
十堰市 ,为南水北调中线工程的核心水源区 ,所辖各县
市均为国家级贫困县市 ,黄姜产业发展过程中 ,暴露出
了一些与丹江口库区水环境保护 、生态环境保护不协
调的现象:局部地域毁林开荒种植 ,水土流失加剧;森
林植被破坏 、生态环境脆弱;工艺落后 、资源浪费严重;
高物耗 、能耗 、污染物排放量大等 ,这些问题的出现影
响到黄姜产业可持续性发展 ,以及南水北调水源地水
质安全[ 1] 。
1　黄姜产业可持续发展面临的压力和挑战
1. 1　毁林开荒生态环境破坏水土流失加剧
从黄姜中皂素合成来看 ,土地需间作或轮作 ,以保
证皂素合成所需的微量元素及皂素的含量。工业加工
要求黄姜必须是两年生以上。种姜地的高需求与现状
土地面积少的矛盾比较突出 ,局部区域农民开垦山坡
地(包括>35°荒地)种植 ,造成植被破坏 。黄姜是典型
的耐旱不耐涝作物 ,只能顺着山坡种 ,并且姜藤长到
30cm时需搭架直立生长 ,不利于保水固土 。同时有些
农民为在价格高位追求产量而忽略质量 ,不遵守土地
种植规律 ,连续耕种 ,导致土壤肥力下降 ,为补充土壤
养分 ,大量施肥 ,这种保水固土差的耕作方式使肥料中
养分流失到河流中 ,对河流水质造成影响 。尤其是近
几年 ,丹江口水库水质中反映水体富营养化指标总氮
超过国家地表水 Ⅱ类标准 ,在Ⅳ标准范围 ,水体呈现中
营养化 ,不排除黄姜种植造成的面源污染和水土流失。
1. 2　生态产业链单一环境功能脆弱土壤功能下降
受短期经济利益的驱动 ,一些地方全面栽种黄姜 ,
生态链单一。单一的产业种植 ,从社会发展的角度讲 ,
农民抗击市场风险和自然灾害的能力差 ,容易出现“姜
贱伤农 、量低害农 、价低苦农”的伤农局面 。从生态环
境保护角度来看 ,容易破坏生态产业链 ,超出环境的承
载力 ,使生态环境自我恢复 、自我调控 、自我发展的能
力差 。过度集中的不遵守土壤种植规律的栽种 ,也会
95
黄姜产业可持续发展对策研究　吴成昌 , 等
环境科学与技术
使土壤贫瘠 ,使用功能下降 ,降低区域土壤的可持续生
产能力 ,最终影响区域农业经济的可持续发展 。
1. 3　生产工艺落后污染严重
目前国内黄姜生产加工企业均采用化学水解法 ,
简要工艺流程为:黄姜粉碎 、发酵 、酸水解 、水洗 、过滤 、
汽油提取 、浓缩结晶 。落后的生产工艺决定了目前黄
姜加工生产过程中资源消耗大 ,污染严重 ,能耗高 。根
据统计 ,生产 1t皂素 ,需要鲜姜 130 ～ 150t ,耗 35%工
业盐酸 15 ～ 20t ,耗标煤 50 ～ 60t ,排放废水 500t;排放
的废水中污染物酸度大 、浓度高 , pH 值在 1. 0 ～ 1. 5 ,
COD浓度 30000mg /L 以上 , NH3 - N 300mg /L ,污
水排放给当地水体保护造成压力大 。
1. 4　资源浪费严重 、综合利用率低
黄姜成分构成:50%木质纤维 ,40%淀粉 ,2%左右
的水溶性皂甙 , 2%左右黄姜色素 , 2%左右植物香精
(黄姜油)、单宁酸等有机物。在酸性水解生产过程中 ,
只有 2%左右是水溶性皂甙被利用 ,其余的被转化为
糖类等有机污染物随生产废水流失 ,木质纤维则完全
没有被利用 ,最后成为废渣露天堆放 ,绝大部分废弃腐
烂 ,少量的被当作燃料燃烧 ,由于其发热值低 ,相比其
潜在的经济价值也是一种浪费 。
2　对策研究
调查显示 ,黄姜产业工业化生产呈现以下特点:一
是产业链短 , 从事黄姜生产加工企业产品大多局限于
工艺落后 、技术含量低 、利润少 、污染严重的水解物和
皂素生产;技术含量高 、利润高的双烯及激素类药物等
下游产品生产厂家很少 ,就十堰市 60家加工企业中只
有 4家 ,产业发展受下游技术产品厂家的约束 ,基础不
牢。二是企业小 、散 、多 ,企业市场竞争力差 ,不具备治
污能力。三是重复投资 ,绝大多数企业是民营企业 ,民
间资本投资或多或少具有一定的盲目性;四是企业环
境管理规范性差 ,污染严重 ,资源浪费大 ,没有认识到
产业的高额利润是建立在廉价的土地资源和牺牲区域
生态环境代价的基础上的。为此 ,针对黄姜产业发展
现状及面临的挑战 ,结合南水北调水源地保护和区域
经济发展 ,提出如下对策措施[ 2] :
(1)科学规划 ,合理布局 。黄姜的无限制的盲目
发展不单是社会问题 ,也是一个环境问题 。政府要对
黄姜产业发展制定科学规划 ,合理布局 ,改变现在黄姜
生产企业小 、散 、乱 、多的局面。各地政府部门要对生
产加工企业进行宏观引导 ,促进小企业的联合重组。
通过联合重组 ,按照集中的种植区域规划 1 ～ 2个核心
厂 ,增强企业抗击市场风险 、治污的能力 ,避免各企业
为抢资源哄抬姜价 ,为销售压低售价的无序竞争。
(2)开展黄姜高产 、高含 、高抗品种的研究 ,积极
引导姜农科学种植 。通过提高黄姜单株中皂甙元含
量 ,在满足工业化生产的要求下 ,减少种植面积 ,帮助
农民从传统的大量种植 、低产增量转变为适量种植 、高
产增量 ,以量增益转变为以质增益 。制止毁林开荒 ,严
禁在>35°荒地 、十边四荒地上种植 ,减少区域水土流
失量 ,降低集水区的面源污染。同时也使部分土地从
单纯种姜中分离出来从事其他经济作物的种植 ,既有
利于农民抗击市场风险 ,又可以使农业种植生态链更
加健康 ,土壤可持续生产能力得到恢复 。
(3)开展区域环境评价 ,产业政策的战略性评价。
科学预测黄姜产业发展对区域经济 、环境的影响 ,筛选
主要环境问题 ,提出相应的环保对策。研究区域水环
境容量及其承载力 ,在环境容量允许的范围里 ,从污染
总量控制 、生态 、环境保护及可持续发展等方面 ,提出
该产业发展的合理规模及其布局的建议 。
(4)严把政策关 ,控制生产规模。各级政府和部
门要树立对当地水环境保护高度负责的精神 ,严把政
策关 ,在项目审批立项阶段严格执行环保第一审批制 ,
落实环境影响评价法 ,环保“三同时”制度 ,从源头上堵
住污染项目。湖北省十堰市根据黄姜企业生产的特点
以及南水北调水源地水质保护的重要性 ,在黄姜生产
加工企业立项审批上 ,上收环评审批权限 ,将原来市县
审批权上收至省环保局 ,对不具备治污能力 ,生产规模
在 150t以下的新建加工企业不予审批立项 ,有力地保
护了丹江口水库的水质。此做法很值得各黄姜生产区
环保部门借鉴
(5)开展科技创新 ,推广清洁生产 ,实现废物资源
化。从目前掌握的信息看 ,国内一些大专院校已经开
展用生物水解技术替代化学水解法的技术攻关。相比
化学水解法 ,生物水解法在资源的综合利用 、污染排放
上明显优于化学水解法。主要是在微生物的作用下 ,
将黄姜中的木质纤维制肥或转化为甲基纤维(一种医
药包装材料),从淀粉中提炼出工业用葡萄糖 、酵母粉 、
工业酒精等 ,符合清洁生产和可持续发展方向 。湖北
省在此方面做了大量的探索 ,有些技术成果已经进入
工业化示范工程建设 。如郧西怡江生物化工有限公司
从 2003年 6 月份开始利用县柠檬酸厂设备投入 300
万元进行改造 , 从高浓度头道液(COD 浓度高达
11000 mg /L)黄姜废水中提取酒精 ,可削减 60%的污
染负荷。十堰市绿色三源炭业公司利用黄姜渣生产无
烟清洁炭 、炭黑 。竹山天龙公司与华中农业大学联合
开展的利用黄姜渣制造生物复合肥 ,湖北工学院在竹
溪县康辉皂素公司开展的黄姜水解前先提取工业葡萄
糖 、回收盐酸等 ,尤其是 2004年度湖北省在全国招标
96
　　　　　　　　　　　第 28 卷　第 2 期　2005年 3月　　　　　
的科技攻关计划重大项目 -黄姜皂素清洁生产技术研
究开发及示范工程已经启动 ,中国地质大学 ,武汉化工
学院 、湖北地大环保公司 、黄石芳通公司 、十堰方坤公
司联合中标 ,课题计划在 2005 年 9 月份全部完成 ,将
要实现的目标是:皂素收率提高率≥22%,淀粉糖利用
率>85%;生产用水量减少 80%,用酸量减少 60%(≤
6t / t皂素),污染负荷减少 75%;废酸回用率>50%,水
循环利用率>80%, ;吨皂素废水处理成本<1200元 ,处
理后排水中 COD≤200mg /L 、色度≤50倍 、PH6 ～ 9。
(6)建设黄姜工业园 ,开展集中治污。各种植区
域以县为单元 ,建设黄姜工业园 ,各地政府可通过各项
优惠政策的引导 ,将分散建在靠近水库或入库支流边
的企业进行搬迁 ,集中生产 ,集中治污 ,并改革传统的
高投入 、高消耗 、单目标 、单方向的“链状”发展形态 ,向
合理投入 ,适度消耗 ,多目标 ,多方向与综合利用的“网
状”结构转变。同时 ,随着南水北调工程水污染防治规
划项目启动 ,国家将在黄姜生产加工的相对集中的主产
地-汉江流域周边县市将建设一批污水处理厂 ,可以将
园区处理后的废水(污水可以执行三级排放标准)进入
城镇污水处理厂处理 ,充分发挥各县城市污水处理厂的
作用 ,消纳大部分生产废水 ,降低企业的治污成本。
(7)加强治污技术的研究。一是要开展黄姜废水
治理新技术研究及推广 ,黄姜废水中有机物浓度高 ,但
可生化性差 ,生化比<0. 3 ,采用传统的先石灰中和 ,调
节废水 PH 值接近中性 ,然后用 UASB厌氧+SBR好
氧处理工艺 ,虽能很大程度上削减水体中污染负荷 ,但
处理后水中污染物浓度仍比较高 ,COD在 1000mg /L
以上 ,达不到国家地表水二级以上排放标准 。究其原
因是黄姜废水虽然浓度高 ,但可生化性差 ,加上高盐分
干扰 ,导致 UASB- SBR传统工艺中厌氧工艺技术不
过关 ,影响后续工艺效果 ,造成污染投资浪费 。针对以
上状况 ,湖北省环保局 、十堰市环保局 、郧西县人民政
府 、武汉化工学院从 2003年 10月起联合在郧西百科
皂素公司开展了黄姜皂素废水治理“三阶段厌氧技术”
中试工程 。现中试工程已经完成 ,并通过了国内权威
专家成果鉴定 ,并经科技查新 ,认为该技术在同类处理
工艺中具有领先地位[ 3] 。此技术同时也申报了国家专
利。治理后排水 COD≤200mg /L 、色度≤50 倍 、PH6
～ 9 、运行成本 3元左右。此技术也即将在一家企业开
展示范工程建设 ,示范工程成功后可以在黄姜生产加
工企业中全面推广 ,困扰黄姜生产的废水污染将会得
到解决。二是要开展对现在已建设的污水处理站主体
工艺的技术革新 ,如用新型的高效折流板厌氧生物反
应器(ABR)替代 UASB反应器 ,萃取 - 反萃取技术消
除高浓度盐分(Cl - )干扰 ,高效脱色技术(催化氧化)
等 ,确保污水处理排放达到国家地表水二级以上排放
标准 。
[ 参考文献]
[ 1] 　湖北省环境保护局. 湖北省环境状况公报[ R] . 武汉:湖
北省环境保护局 , 2002 - 2003.
[ 2] 　杜渊 , 杨丽. 我国生态经济功能区划研究进展[ J] . 环境
科学与技术 , 2004 , 27(6):97-98.
[ 3] 　曾素. 姜栽培技术[ M] . 武汉:湖北科学技术出版社 ,
2002. 9.
(收稿:2003-10-28;修回:2003-12-08)
(上接第 77页)
浮物含量的减少 ,酸析及其吸附作用对黑液 COD 减
少的贡献降低 ,此时 COD 降低主要是白腐菌 S 对黑
液生物降解的结果 。在培养后期 ,随着白腐菌 S 降解
木质素能力增强 ,木质素易氧化的代谢中间产物增多 ,
因此在培养后期黑液 COD减少趋缓 ,甚至略有上升 ,
这说明产酸白腐菌 S 降低黑液 COD 主要是通过酸析
效应实现 ,生物降解作用处于次要地位 。
　　
图 5　生物处理过程对黑液 COD的影响
3　结 论
　　(1)白腐菌 S 具有较强的产酸能力 ,从而可以通
过自身的产酸作用适应和改变较强的碱性生活环境。
(2)白腐菌 S对黑液木质素的作用主要是通过酸
析作用 ,使木质素沉降析出;S 对木质素的降解作用在
培养三天之后比较显著。
(3)黑液 COD的去除主要通过菌株产酸引发的
酸析和吸附效应实现 ,生物降解作用去除黑液 COD
成为次要因素。
[ 参考文献]
[ 1] 　徐常新 , 陈毅坚. 造纸黑液的酸析处理[ J] . 玉溪师范学
院学报 , 2001 , 17(3).
[ 2] 　何柱生. 造纸黑液酸化及木质素沉降研究[ J] . 宝鸡文理
学院学报(自然科学版), 1996 , 16(4).
[ 3] 　邓耀杰 ,林鹿 , 詹怀宇. 白腐菌对芳香化合物的降解及其
机制[ J] . 环境科学与技术 , 1999(3).
(收稿:2003-12-24;修回:2004-04-06)
97
黄姜产业可持续发展对策研究　吴成昌 , 等
Yantai University ,Yantai 264005)
Abstract ID:1003-6504(2005)02-0092-03 EA
Abstract:With the purpose of utilization o f sewage sludge , this
paper review s the utiliza tion of sew age sludge in ag riculture ,
const ruc tion materials and ene rgy sources. The impo rtance o f
heavymetals content in sludge and me thod that sludge used in
producing cement is discussed.
Key words:sludge;comprehensiv e utiliza tion;analy sis
Study on Sustainable Development of D. zingberensis
WU Cheng-chang , TIAN Jie , DAI Jun-fa
(Shiyan Municipal Environment S cience Research Institute ,
S hiyan 442000)
Abstract ID:1003-6504(2005)02-0095-03 EA
Abstract:Qin-ba mountains , a main production area of D. z ing-
berensis , is also an impor tant catchment a rea of H anjiang Rive r
and Danjiangkou Rese rvoir(DR)-headw aters of midline eng i-
neering of tr ansfering wa te r from south to no rth. In recent
y ear s , quickly development o f D. z ingberensis e sta te brings se-
rious env ir onmental po llution , eco sy stem destruction and w aste
of resources , directly thr eating DRs w ater quality , affecting the
e sta tes sustainable development. This tex t aim s at the estates
present status , analy ses the pressure and challenge that the es-
ta te development facing w ith , bring s up strategic measures that
keeping the estate sustainable development.
Key words:D. zingberensis estate;sustainable development;
challenge;strategic measure
Analysis of Wastewater Resource Using of
Molasses Alcohol Production
ZHOU Zu-guang
(Hainan Environmental Science Research Institute ,
Haikou 570206)
Abstract ID:1003-6504(2005)02-0098-03 EA
Abstract:Alcoho l w astewa te r is used as r aw material to make
biogas to g ene rate e lectricity. Abandon w ater is again used in
agricultural ir rig ation. The w astew ater w hich could pr oduce se-
rious pollution fo r w ater body w as reutilized to “ ze ro r elease” .
Key words:w astewa te r;resource;analy sis
Review on Purification Technology of Flue
Gas in Incineration of Medical Waste
WANG Wei , LU Huan-liang , LI M ing
(Department of Env ironment Science and Eng ineering ,
Tsinghua University , Bei jing100084)
Abstract ID:1003-6504(2005)02-0101-03 EA
Abstract:H ome and abroad purifica tion technolo gy o f flue ga s in
incine ration o f medical w aste in recent y ears w as described , and
their advantages and disadvantages w ere ana ly sed. Some ad-
vances we re also g iven on flue ga s control of medical w aste in-
cinera tion in China.
Key words:medical w aste;incine ration;flue gas purification;
environment pro tec tion
Advances in Biodegradation of Lignin by Bacteria
YU Hong-yan , ZENG Guang-ming ,
NIU Cheng-gang , HU Tian-jue
(Department of Env ironment Science and Eng ineering ,
Hunan University , Changsha 410082)
Abstract ID:1003-6504(2005)02-0104-04 EA
Abstract:Bacte ria as one o f major lignin deg raders in nature can
secre te bio lo gical catalyzers containing L ip , Mnp and laccase to
deg rade lignin through solubilization and modification as lignin
fraction with lower molecula r w eight. The advances in lignin
biodeg radation by bacteria we re summarized including the func-
tion , microco smic pro ce ss , mechanism as we ll a s bio log ical and
phy siolo gical aspect.
Key words:bacteria;lig nin;biodeg r adation
Simultaneous Biological Phosphorus and
Nitrogen Removing Technology———Denitrifying
Dephosphatation
YANG Guo-jing , LI Xiao-ming , ZENG Guang-ming ,
YANG Qi , XIE Shan , LIU Jing-jin
(Department of Env ironmental Science and Engineering ,
Hunan University , Changsha 410082)
Abstract ID:1003-6504(2005)02-0102-03 EA
Abstract:A la te st deve loping techno log y fo r simultaneous re-
moval o f pho sphorus and nitro gen removing-denitrify ing de-
phospha ta tion was introduced. In comparison w ith conventional
biolo gical phospho rus r emoving technology , the mechanism and
controlling fac to rs o f this technolo gy w ere explo red , and the
application through aerobic g ranular sludge w as a lso discussed.
Keywords:denitrify ing depho sphatation;denitrify ing phospho r-
us remov ing bacteria(DPB);aerobic g r anula r sludge
Modified Sequencing Batch Reactor System
and Its Appl ication
LI Ning , ZHAO Xiu-hua , WANG Hua ,
LI Guang-ming , ZHAO Jian-fu
( State Key Laboratory o f Pol lution Control and Resource
Reuse , Tong ji University , Shanghai 200092)
Abstract ID:1003-6504(2005)02-0110-04 EA
Abstract:Modified sequencing batch reactor (MSBR) sy stem is
a new ly developed technolog y combined sequencing batch reac-
to r (SBR) with activ ated sludge sy stem. MSBR system is sum-
marized and enhanced the nitrog en and phospho rus removal
technologies at pre sent , including A2 /O , Bardenpho , Pho redox
proceeding s etc. The sy stem has lo ts o f advantages , such as
continuous influent and effluent without primary tank and final
clarifier , who le pro cess with constant level , high treatment ef-
ficiency , intensity and automa tion , but low co st o f const ruction
and operation. MSBR sy stems character s and opera tion and its
mechanism of nitrog en and pho spho rus removal ar e presented in
this paper. A s a conclusion , MSBR is an advanced bio log ical
nutrient removal(BNR) technology now aday s.
Key words:MSBR;municipal w astew ater;w asterw ater treat-
ment;nitrog en and pho sphorus removal
Ⅶ
Environmental Science and Technology
Vol. 28 , No. 2　March 2005 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Abstract