馬鈴薯主糧路上的攔路虎——加工污染

目前國(guó)內(nèi)馬鈴薯淀粉企業(yè)要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求排放是非常困難的，但是，國(guó)家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位專家、中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理所研究員劉剛告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，他們已經(jīng)采用一些技術(shù)手段解決了馬鈴薯加工廢水排放的問題。

主糧化之路上不可忽略的問題

馬鈴薯是我國(guó)重要的糧食兼經(jīng)濟(jì)作物，其種植面積和產(chǎn)量均居世界首位。2013年我國(guó)馬鈴薯總產(chǎn)量超8000萬(wàn)噸，是位于稻谷、玉米、小麥之后的第四大糧食作物。2015年初，農(nóng)業(yè)部確定馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，在保障國(guó)家糧食安全與促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中將具有更加重要的意義。

“由于馬鈴薯很難貯藏，加工業(yè)就成為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！眲傉f(shuō)，馬鈴薯淀粉加工業(yè)是最重要的一項(xiàng)內(nèi)容，也是西北、東北和西南山區(qū)廣大薯農(nóng)脫貧致富的重要途徑。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)馬鈴薯淀粉加工能力已超過120萬(wàn)噸，馬鈴薯淀粉加工企業(yè)（大中型）已超過500家，西北地區(qū)約占全國(guó)總量的2/3。

然而馬鈴薯淀粉加工過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的含有豐富蛋白質(zhì)、淀粉、纖維、多糖等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的工藝水（分離汁水），其COD值高達(dá)30000~40000 mg/L。直接排放就變成廢水，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。

劉剛介紹，多年來(lái)這些工藝水沒有得到有效利用和處理，全國(guó)每年有超過5100萬(wàn)噸高濃度淀粉工藝水當(dāng)作廢水直接排放到江河湖泊中，造成相關(guān)地區(qū)水域富營(yíng)養(yǎng)化、魚蝦死亡、土地酸化等惡性污染事故頻頻發(fā)生。

近年來(lái)，盡管環(huán)保部門已經(jīng)相繼關(guān)停了一萬(wàn)多家小型加工企業(yè)。其他的大中型馬鈴薯淀粉企業(yè)仍然面臨關(guān)停和偷排的生死選擇。“由于馬鈴薯淀粉加工業(yè)一端聯(lián)系著千百萬(wàn)農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)利益和脫貧致富，另一端聯(lián)系著馬鈴薯淀粉行業(yè)的健康發(fā)展，各級(jí)政府已經(jīng)把解決馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展和淀粉廢水排污問題，當(dāng)作任期內(nèi)重要的目標(biāo)任務(wù)?！眲傉f(shuō)。

2010年環(huán)保部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)局發(fā)布實(shí)施了《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25461-2010)，2015年1月1日環(huán)保部又發(fā)布實(shí)施《淀粉廢水工程治理技術(shù)規(guī)范》（HJ2043-2014）。其中“淀粉廢水工程治理技術(shù)規(guī)范”（以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)規(guī)范”）推薦了目前最先進(jìn)、最復(fù)雜的淀粉廢水治理工藝：預(yù)處理+厭氧生物處理+好氧生物處理+深度處理?！暗@與生產(chǎn)實(shí)際相差太大，對(duì)排量大、蛋白泡沫多，且懸浮物和COD值超過這套工藝中厭氧和好氧生物處理能力10~30倍的高濃度廢水進(jìn)行前處理的工藝就很難做到?！眲倧?qiáng)調(diào)。

此外，“技術(shù)規(guī)范”中建議厭氧生物處理工藝最適溫度為32℃~35℃，而大部分馬鈴薯淀粉加工業(yè)主要在“三北”（西北、東北、華北）地區(qū)的9~11月和次年的3~5月，環(huán)境溫度一般都在-5℃~15℃之間。顯然這套生化處理技術(shù)不額外采用加溫保溫措施，微生物活力無(wú)法保證。而且在三北地區(qū)冬季極端低溫條件和次年5~9月份停產(chǎn)期，如何保持各工藝階段微生物保存和快速啟動(dòng)，是相當(dāng)大的技術(shù)難題。因此，目前幾百座馬鈴薯淀粉廢水生化處理系統(tǒng)基本成為擺設(shè)，無(wú)法正常運(yùn)行，難以達(dá)標(biāo)排放。

新技術(shù)研發(fā)勢(shì)在必行

據(jù)調(diào)查，內(nèi)蒙古奈倫農(nóng)業(yè)科技公司和寧夏固原市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心先后在2002年、2008年以來(lái)連續(xù)多年在不同地區(qū)將馬鈴薯淀粉加工工藝水變“肥水”（只做簡(jiǎn)單沉淀和自然曝氣處理，未回收蛋白）進(jìn)行農(nóng)田灌溉試驗(yàn)，摸索并制定出合適的“肥水灌溉農(nóng)田技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)”，采用噴灌方式在農(nóng)田秋翻前和春播前兩個(gè)最佳時(shí)段灌溉。

“這不僅提高了土壤肥力、節(jié)約了水源，而且為馬鈴薯淀粉企業(yè)解決了高昂的廢水處理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了無(wú)廢水排放的目的?！眲傉f(shuō)。

2009~2011年，固原市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所和固原市環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)固原市三個(gè)縣淀粉廢水灌溉休閑地進(jìn)行了連續(xù)三年的實(shí)驗(yàn)和跟蹤監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明：淀粉廢水（只做簡(jiǎn)單沉淀處理）灌溉的休閑地周邊地下水在淀粉廢水灌溉前、中、后各主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、硫化物和亞硝酸鹽均無(wú)變化。

2011年在農(nóng)業(yè)部國(guó)家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和中科院西部行動(dòng)計(jì)劃的支持下，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所分別在甘肅、寧夏兩個(gè)馬鈴薯淀粉企業(yè)采用自主研發(fā)的馬鈴薯淀粉工藝水（分離汁水）回收蛋白技術(shù)，從工藝水中分步提取回收小顆粒淀粉、細(xì)纖維和食品級(jí)蛋白后，其脫蛋白水的COD和固形物相應(yīng)降低到50%以下，脫蛋白水中殘留少量多糖、多肽和有機(jī)酸等小分子有機(jī)物，以及豐富的鉀、磷等礦物質(zhì)成分。將廢水變“肥水”直接用于冬春季農(nóng)田灌溉，沒有出現(xiàn)燒苗和農(nóng)田污染情況，實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯淀粉加工工藝水“零排放”的目標(biāo)。

劉剛介紹，該“肥水”經(jīng)過甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)院連續(xù)3年的大水漫灌試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)肥、改良土壤和農(nóng)作物增產(chǎn)30%以上的目標(biāo)。

其實(shí)，將馬鈴薯淀粉加工工藝水變“肥水”用于農(nóng)田灌溉的資源化利用、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式在北歐發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)施了多年。丹麥、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家淀粉生產(chǎn)企業(yè)將回收馬鈴薯蛋白后的脫蛋白水直接與農(nóng)戶進(jìn)行工業(yè)廢水交易，廢水由農(nóng)戶用罐車直接運(yùn)往農(nóng)田進(jìn)行均勻澆灌。馬鈴薯淀粉加工工藝水再利用，不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)能和保護(hù)環(huán)境，而且極大地減輕了淀粉企業(yè)廢水處理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。淀粉企業(yè)回收食品級(jí)馬鈴薯蛋白產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也超過淀粉主產(chǎn)品利潤(rùn)。

創(chuàng)新成果重在落地

2008年至今，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所從“反向絮凝-超濾法處理馬鈴薯淀粉加工廢水裝置及組合專用藥劑配方的研究”的小試技術(shù)成果，到“封閉式馬鈴薯淀粉工藝水蛋白在線提取生產(chǎn)線”中試和工業(yè)化試驗(yàn)研究、“太陽(yáng)能集熱保溫固定化微生物高效網(wǎng)箱生化系統(tǒng)”，至今形成“薯類淀粉工藝水蛋白高值化利用和脫蛋白水"肥水"化農(nóng)田灌溉技術(shù)”完整的技術(shù)系統(tǒng)，已經(jīng)獲得了五項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，一項(xiàng)實(shí)用新型專利，還有三項(xiàng)發(fā)明專利正在審查中。

“經(jīng)過連續(xù)多年的研究測(cè)試分析，該技術(shù)的蛋白回收提取率、廢水達(dá)標(biāo)、中水回用已經(jīng)達(dá)到荷蘭、丹麥和美國(guó)等國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)水平，運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備成本大幅度降低?！眲傉f(shuō)，他們已經(jīng)初步搭建了薯類淀粉加工廢棄物資源化利用與污染控制技術(shù)研究平臺(tái)。

2013年11月，在寧夏西吉馬鈴薯淀粉企業(yè)建成一條封閉式馬鈴薯淀粉工藝水提取蛋白生產(chǎn)線，工藝水處理能力達(dá)到25噸/小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與國(guó)內(nèi)淀粉設(shè)備的配套運(yùn)行。2014年10月，在甘肅臨洮薯界淀粉公司建成了一套完整的“馬鈴薯淀粉工藝水提取蛋白高值化利用與廢水處理達(dá)標(biāo)排放系統(tǒng)”，工藝水處理能力達(dá)到30~35噸/小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與全進(jìn)口淀粉設(shè)備的配套運(yùn)行。

據(jù)了解，本項(xiàng)目技術(shù)與裝備是國(guó)內(nèi)目前薯類淀粉加工最急需的技術(shù)，全套技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。從此，薯類淀粉工藝水蛋白可以高值化回收利用，脫蛋白水可以達(dá)標(biāo)排放或者直接用于農(nóng)田灌溉，實(shí)現(xiàn)淀粉加工副產(chǎn)物資源化利用。

目前，該技術(shù)在馬鈴薯淀粉資源化利用獲得成功，進(jìn)一步研究改進(jìn)和參數(shù)調(diào)整后還可以推廣應(yīng)用到甘薯、木薯、豆類、小麥、糯米、蕨根等淀粉加工以及一些中藥材浸提加工過程中，排出大量含有蛋白質(zhì)的有機(jī)廢水處理。“對(duì)于薯類淀粉企業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)工藝水的高值化利用的同時(shí)，又能夠解決讓他們頭痛多年的排污問題。”劉剛說(shuō)。

現(xiàn)在，如何將技術(shù)成果落地是關(guān)鍵。對(duì)此，甘肅省政協(xié)張世珍副主席準(zhǔn)備將相關(guān)提案帶到今年全國(guó)兩會(huì)，呼吁國(guó)家在“三北”地區(qū)有條件的馬鈴薯淀粉企業(yè)率先推行馬鈴薯淀粉工藝水回收蛋白高值化利用和脫蛋白水農(nóng)田灌溉計(jì)劃，實(shí)行工藝水“零排放”技術(shù)。呼吁環(huán)保部門對(duì)達(dá)到工藝水“零排放”標(biāo)準(zhǔn)（包括配套農(nóng)業(yè)灌溉措施和灌溉標(biāo)準(zhǔn)）的馬鈴薯淀粉企業(yè)進(jìn)行考核備案，對(duì)備案企業(yè)不再另外進(jìn)行排污達(dá)標(biāo)考核。