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廢水變“肥水”:化解馬鈴薯加工企業污染危機

中國科學報3月4日訊(記者 秦志偉)近日,甘肅省靜寧市又出現嚴重的水污染事件,原因是上游固原市幾十家馬鈴薯淀粉企業排放的廢水直接導致下游水庫的污染。1月28日,環保部副部長翟青帶隊來到甘肅靜寧和寧夏固原督辦馬鈴薯淀粉企業治污問題。

實際上,目前國內馬鈴薯淀粉企業要按國家標準要求排放是非常困難的,但是,“在技術和政策上有新的突破”,國家馬鈴薯產業技術體系崗位專家、中國科學院蘭州化學物理所研究員劉剛告訴《中國科學報》記者,他們已經采用一些技術手段解決了馬鈴薯加工廢水排放的問題。

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主糧化之路上不可忽略的問題

馬鈴薯是我國重要的糧食兼經濟作物,其種植面積和產量均居世界首位。2013年我國馬鈴薯總產量超8000萬噸,是位于稻谷、玉米、小麥之后的第四大糧食作物。2015年初,農業部確定馬鈴薯主糧化戰略,在保障國家糧食安全與促進國民經濟社會發展中將具有更加重要的意義。

“由于馬鈴薯很難貯藏,加工業就成為馬鈴薯產業鏈中的關鍵環節。”劉剛說,馬鈴薯淀粉加工業是最重要的一項內容,也是西北、東北和西南山區廣大薯農脫貧致富的重要途徑。

據統計,我國馬鈴薯淀粉加工能力已超過120萬噸,馬鈴薯淀粉加工企業(大中型)已超過500家,西北地區約占全國總量的2/3。

然而馬鈴薯淀粉加工過程中,會產生大量的含有豐富蛋白質、淀粉、纖維、多糖等有機營養物的工藝水(分離汁水),其COD值高達30000~40000 mg/L。直接排放就變成廢水,導致嚴重的環境污染。

劉剛介紹,多年來這些工藝水沒有得到有效利用和處理,全國每年有超過5100萬噸高濃度淀粉工藝水當作廢水直接排放到江河湖泊中,造成相關地區水域富營養化、魚蝦死亡、土地酸化等惡性污染事故頻頻發生。

近年來,盡管環保部門已經相繼關停了一萬多家小型加工企業。其他的大中型馬鈴薯淀粉企業仍然面臨關停和偷排的生死選擇。“由于馬鈴薯淀粉加工業一端聯系著千百萬農民的經濟利益和脫貧致富,另一端聯系著馬鈴薯淀粉行業的健康發展,各級政府已經把解決馬鈴薯產業發展和淀粉廢水排污問題,當作任期內重要的目標任務。”劉剛說。

2010年環保部和國家質量監督檢驗局發布實施了《淀粉工業水污染物排放標準》(GB25461-2010),2015年1月1日環保部又發布實施《淀粉廢水工程治理技術規范》(HJ2043-2014)。其中“淀粉廢水工程治理技術規范”(以下簡稱“技術規范”)推薦了目前最先進、最復雜的淀粉廢水治理工藝:預處理+厭氧生物處理+好氧生物處理+深度處理。“但這與生產實際相差太大,對排量大、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倍的高濃度廢水進行前處理的工藝就很難做到。”劉剛強調。

此外,“技術規范”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主要在“三北”(西北、東北、華北)地區的9~11月和次年的3~5月,環境溫度一般都在-5℃~15℃之間。顯然這套生化處理技術不額外采用加溫保溫措施,微生物活力無法保證。而且在三北地區冬季極端低溫條件和次年5~9月份停產期,如何保持各工藝階段微生物保存和快速啟動,是相當大的技術難題。因此,目前幾百座馬鈴薯淀粉廢水生化處理系統基本成為擺設,無法正常運行,難以達標排放。

新技術研發勢在必行

據調查,內蒙古奈倫農業科技公司和寧夏固原市農業技術推廣中心先后在2002年、2008年以來連續多年在不同地區將馬鈴薯淀粉加工工藝水變“肥水”(只做簡單沉淀和自然曝氣處理,未回收蛋白)進行農田灌溉試驗,摸索并制定出合適的“肥水灌溉農田技術與標準”,采用噴灌方式在農田秋翻前和春播前兩個最佳時段灌溉。

“這不僅提高了土壤肥力、節約了水源,而且為馬鈴薯淀粉企業解決了高昂的廢水處理費用,實現了無廢水排放的目的。”劉剛說。

2009~2011年,固原市環境保護科學研究所和固原市環境監測站對固原市三個縣淀粉廢水灌溉休閑地進行了連續三年的實驗和跟蹤監測。結果表明:淀粉廢水(只做簡單沉淀處理)灌溉的休閑地周邊地下水在淀粉廢水灌溉前、中、后各主要監測項目:高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、硫化物和亞硝酸鹽均無變化。

2011年在農業部國家馬鈴薯產業技術體系和中科院西部行動計劃的支持下,中國科學院蘭州化學物理研究所分別在甘肅、寧夏兩個馬鈴薯淀粉企業采用自主研發的馬鈴薯淀粉工藝水(分離汁水)回收蛋白技術,從工藝水中分步提取回收小顆粒淀粉、細纖維和食品級蛋白后,其脫蛋白水的COD和固形物相應降低到50%以下,脫蛋白水中殘留少量多糖、多肽和有機酸等小分子有機物,以及豐富的鉀、磷等礦物質成分。將廢水變“肥水”直接用于冬春季農田灌溉,沒有出現燒苗和農田污染情況,實現了馬鈴薯淀粉加工工藝水“零排放”的目標。

劉剛介紹,該“肥水”經過甘肅省定西市農業科學院連續3年的大水漫灌試驗,實現了節水、節肥、改良土壤和農作物增產30%以上的目標。

其實,將馬鈴薯淀粉加工工藝水變“肥水”用于農田灌溉的資源化利用、循環經濟發展模式在北歐發達國家已經實施了多年。丹麥、德國、英國等國家淀粉生產企業將回收馬鈴薯蛋白后的脫蛋白水直接與農戶進行工業廢水交易,廢水由農戶用罐車直接運往農田進行均勻澆灌。馬鈴薯淀粉加工工藝水再利用,不僅實現了節水、節能和保護環境,而且極大地減輕了淀粉企業廢水處理的經濟負擔。淀粉企業回收食品級馬鈴薯蛋白產生的經濟效益也超過淀粉主產品利潤。

創新成果重在落地

2008年至今,中國科學院蘭州化學物理研究所從“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”的小試技術成果,到“封閉式馬鈴薯淀粉工藝水蛋白在線提取生產線”中試和工業化試驗研究、“太陽能集熱保溫固定化微生物高效網箱生化系統”,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’化農田灌溉技術”完整的技術系統,已經獲得了五項國家發明專利,一項實用新型專利,還有三項發明專利正在審查中。

“經過連續多年的研究測試分析,該技術的蛋白回收提取率、廢水達標、中水回用已經達到荷蘭、丹麥和美國等國家的先進技術水平,運行費用和設備成本大幅度降低。”劉剛說,他們已經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研究平臺。

2013年11月,在寧夏西吉馬鈴薯淀粉企業建成一條封閉式馬鈴薯淀粉工藝水提取蛋白生產線,工藝水處理能力達到25噸/小時,實現了與國內淀粉設備的配套運行。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標排放系統”,工藝水處理能力達到30~35噸/小時,實現了與全進口淀粉設備的配套運行。

據了解,本項目技術與裝備是國內目前薯類淀粉加工最急需的技術,全套技術填補了國內空白。從此,薯類淀粉工藝水蛋白可以高值化回收利用,脫蛋白水可以達標排放或者直接用于農田灌溉,實現淀粉加工副產物資源化利用。

目前,該技術在馬鈴薯淀粉資源化利用獲得成功,進一步研究改進和參數調整后還可以推廣應用到甘薯、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的有機廢水處理。“對于薯類淀粉企業來說,實現工藝水的高值化利用的同時,又能夠解決讓他們頭痛多年的排污問題。”劉剛說。

現在,如何將技術成果落地是關鍵。對此,甘肅省政協張世珍副主席準備將相關提案帶到今年全國兩會,呼吁國家在“三北”地區有條件的馬鈴薯淀粉企業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田灌溉計劃,實行工藝水“零排放”技術。呼吁環保部門對達到工藝水“零排放”標準(包括配套農業灌溉措施和灌溉標準)的馬鈴薯淀粉企業進行考核備案,對備案企業不再另外進行排污達標考核。

文章來源:中國科學報

原文鏈接:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2015/3/314233.shtm

圖片來源:Pixabay

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