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马铃薯淀粉废水好处理吗

发布时间:2019-10-31 15:57:43  中国污水处理工程网

  每年9-11月,污水宝经常接到业主的咨询电话,问马铃薯、红薯淀粉加工废水好处理吗?
  根据污水宝对我国几十家马铃薯淀粉生产企业的调查数据汇总得到马铃薯淀粉生产废水的主要污染物浓度如表 1 所示。由于企业对废水的分类分流不统一,表 1 中高浓度废水主要是指马铃薯细胞水和淀粉洗涤水的混合排水,低浓度水主要是指马铃薯原料的清洗水。


  马铃薯淀粉的加工过程完全为物理过程,废水中主要污染物是加工中被分离出来的马铃薯原料的组分。如表 2 所示,废水固形物主要由蛋白质、氨基酸、糖类、有机酸、盐类组成,换一个角度讲这些都是马铃薯中的有机营养物质,是可利用的资源。
  马铃薯淀粉生产过程中产生大量的工业废水,且COD 浓度较高。由于废水中的固形物主要是源于马铃薯原料的蛋白质、糖类等有机物,易腐败发酵产生恶臭,直接排放会造成水体富营养化。

一、将马铃薯淀粉废水作为肥料进行土地播撒
1. 1 国内外土地播撒应用情况
  世界马铃薯淀粉的主要产地在欧洲,而欧洲马铃薯淀粉企业将马铃薯细胞水作为肥料施用于土地已有多年历史。但是,目前欧盟各国对工业废水进行土地播撒的意见并不一致,一些国家接受土地播撒的方法,一些国家则通过立法禁止; 即便是接受土地播撒的国家,态度也十分谨慎,对实施有很严格的要求。丹麦、瑞典等国 已科学验证了马铃薯细胞水可作为肥料用于土地播撒的方法,并沿用至今。
  在我国西北、华北和东北地区已经多年尝试采用马铃薯淀粉废水进行农灌和施肥,其间积累了很多的经验与教训[4 - 7],形成了日趋完善的灌溉技术并在不断扩大试验面积。
  我国马铃薯淀粉废水土地播撒主要过程为: 马铃薯细胞液回收→沉淀等初级处理→集中储存→适度发酵→喷灌; 也有将集中储存的废水与马铃薯清洗水混合稀释后对农田实施灌溉。土地播撒或灌溉通常分春、冬2 季对播种农田实施。
  不能回避的是用马铃薯淀粉废水进行土地播撒存在一定的环境风险,不同地区、不同土质和地下水源等对此种处理方法的承载力有很大差异,规模推广需因地制宜、符合相关法律法规并需经过专业的环境影响监控与评估。

1. 2  土地播撒法处理马铃薯淀粉废水需要具备的条件
  土地播撒法处理马铃薯淀粉废水需要经过施用土地的所有者允许; 需要有大量的用于施用的土地面积; 必须具有大容量的废水存储设施和专业的播撒设施; 需要有系统规范的技术保障。

1. 3 土地播撒法的关键点
( 1) 施用土地的选取。土地的选取要考虑地下水位和土壤质地。如慕松等人认为[5],在宁夏南部地区地下水位大于 20m、土壤质地为壤土的休闲农田适宜马铃薯淀粉废水施肥,沙土地则不宜施用。
( 2) 农作物的选取。马铃薯淀粉废水适于喜氮、喜钾的作物。目前报道[4 - 7]的适宜作物包括玉米、马铃薯、大豆、向日葵、小麦、油麻等,马铃薯淀粉废水播撒对这些作物都有增产效果。
( 3) 施用的时机。马铃薯淀粉废水施用的时机受农作时间及气候条件的限制。吕春林等人[4] 认为,马铃薯淀粉废水施用的最佳时机是在秋翻地前和春播前 2 个时段,这是因为马铃薯淀粉生产中的汁水有机物含量较高,选择秋季翻地或春播前灌溉汁水进行翻地,有机物可在地下进行厌氧发酵,增强肥力,有利于土壤吸收营养成分。若秋春季降雨多可酌减灌溉量。
( 4) 施用方式。实施效果较好的马铃薯淀粉废水土地播撒方式包括喷灌和浇灌。相比而言,喷灌更有利于控制施用量、有利于均匀肥力。
( 5) 施用数量的调控。马铃薯淀粉废水当作肥料施用之前必须进行稀释( 稀释倍数至少为 3 ~ 4倍) ,需根据施用土地情况确定稀释倍数和最佳施用量,施用过量易导致农作物死亡、土壤板结等严重不良后果。同时,必须适时进行轮灌。连续多年灌溉可造成土壤中钾、氮元素相对过剩,使耕层土壤富营养化,实施中应根据施用土壤特征确定灌溉年数。
( 6) 平衡施肥。施用马铃薯淀粉废水播撒能节省化肥的使用。根据具体地区土地的肥力和种植作物的不同,要研究确定施用马铃薯淀粉废水后再施用其他化肥的种类和数量,确保作物的正常生长。如慕松等人[5]提出在宁夏南部地区灌过马铃薯淀粉废水的农田施肥时应遵循控氮、增磷、不施钾的原则。
( 7) 存储设施的防渗处理。土地播撒法处理马铃薯淀粉废水需经过长时间的存储,一般从马铃薯淀粉生产季节到来年春播之前,必须对废水存储设施进行防渗处理,以免污染地下水。
( 8) 环境风险的监控。土地播撒法处理马铃薯淀粉废水需要系统的环境监控以降低环境风险。需要关注马铃薯淀粉废水对土壤物理和化学性状的影响、对作物生长和品质的影响、以及对地下水和周边空气的影响。
土地播撒法处理马铃薯淀粉废水具有可以改善土壤理化性质,增加土壤养分,提高土壤肥力、增产增收、节省化肥、节约资源、缓解环境污染等作用。但必须科学使用以规避环境风险。

二、分离回收马铃薯汁水蛋白用于饲料、食品、医药原料
2. 1 回收饲料用马铃薯蛋白
  欧洲很多马铃薯淀粉生产企业回收马铃薯汁水蛋白质用以生产饲料蛋白。汁水回收蛋白略有咸苦味,成品蛋白质含量一般在 80% ~ 87%[8,10]。马铃薯蛋白主要用于牲畜幼仔饲料、宠物饲料和某些种类的鱼饲料。
  马铃薯汁水蛋白回收工艺有 2 种,一种是先对汁水进行反渗透膜预浓缩处理,然后再通过热絮凝、离心分离、热风干燥后得到饲料用马铃薯蛋白产品[8 - 9],另一种是不经预浓缩,直接进行絮凝、分离和脱水 。反渗透预浓缩可节省能耗和水耗,表现在汁水浓缩 1 倍后可以提高热絮凝效果,同时透过液可作为工艺水回用。

2. 2 回收食品和医药用马铃薯蛋白
  AVEBE 公司2007 年 2 月投资几百万欧元成立的子公司 Solanic,专门从马铃薯汁水中回收生产用于食品和医药工业的高品质蛋白,其主要工艺路线为:马铃薯汁水→预处理→吸附→高分子质量蛋白→浓缩→干燥→食品用马铃薯蛋白。
  该工艺加工条件温和,能保留马铃薯蛋白的天然活性和功能性,还能去除马铃薯含有的生物碱,有利于确保食品用马铃薯蛋白的安全性。该工艺得到的高分子质量马铃薯蛋白的主要组成是 Patatin 蛋白;吸附过程分离出的低分子质量蛋白主要组成是蛋白酶抑制剂,低分子质量马铃薯蛋白可用于皮肤发炎、皮肤过敏和伤口愈合类的医药中。Solanic 公司的产品有食品用马铃薯蛋白粉和几种高浓度的食品用马铃薯蛋白浓缩液。

2. 3 回收马铃薯蛋白产品的食用饲用安全
  马铃薯蛋白产品的安全性风险主要来自马铃薯原料带入的生物碱,产品中一般含有茄啶糖苷生物碱SGA。欧洲饲用马铃薯蛋白商品的 SGA 含量是 1 500 ~ 2 500 μg / g,经过精制处理后 SGA 可降低到 100 μg / g 以下,精制后的产品被用于牲畜幼仔饲料、宠物饲料和特殊种类的鱼饲料中。新鲜马铃薯原料中 SGA 含量为 50 ~ 100 μg /g,无安全问题; 但当发芽马铃薯的 SGA 含量高达 3 000 ~ 5 000 μg / g 时,存在安全隐患。目前国内外尚无对马铃薯蛋白产品 SGA 限量的相关标准出台,安全使用量可参照原料 SGA 含量折算。

2. 4 马铃薯汁水回收蛋白
  天然马铃薯蛋白的乳化性和起泡性优于或相当于蛋清蛋白和大豆分离蛋白,热稳定性相当于蛋清蛋白,凝胶稳定性和持水力低于酪蛋白钠、蛋清蛋白和乳清分离蛋白,感官特性明显优于传统热聚沉马铃薯蛋白。酸热蛋白回收工艺对蛋白质结构和功能性有明显的破坏,膜法分离、亲和吸附等温和的加工技术已成为研究热点。
  膜法回收天然马铃薯蛋白的工艺,采用截留分子质量 5 ~ 150 ku 的亲水聚醚砜膜、亲水聚偏 1,1 二氟乙烯膜、再生纤维素膜进行超滤实验室和中试试验,结果表明膜孔径和和膜材料对马铃薯蛋白的截留量影响很小。从工业马铃薯汁水中利用膨胀床吸附色谱( (EBA) 技术大规模制备食品级天然马铃薯蛋白浓缩物,并研究了不同干燥条件对蛋白性质的影响。结果显示,马铃薯蛋白具有较高的酯酶活性和蛋白酶抑制活性,但凝胶特性不理想; 不同干燥法得到样品的溶解度差异明显,真空冷冻干燥样品溶解度最高; 热风干燥样品的酯酶活性和蛋白酶抑制剂活性明显降低。

2. 5 回收马铃薯汁水蛋白后的废水处理
  欧洲目前对回收马铃薯汁水蛋白后的汁水一般采用 2 种处理方法[7 - 8],一种是将脱蛋白后的马铃薯汁水进行蒸发浓缩,浓缩液用于生产液体喷洒肥料;另一种是直接进行废水处理,先厌氧发酵生产沼气、再经好氧等工艺处理后达标排放。
  位于德国Wietzendorf 的属于Emsland-Starke 公司的一家马铃薯淀粉生产厂,将回收马铃薯汁水蛋白后的废水先进行 2 段厌氧发酵生产沼气,沼气的能量用于废水站和淀粉生产车间,厌氧处理后的废水 COD 降到 4000 mg / L,再进一步采用附带超滤膜生物反应器的好氧工艺处理,处理后的废水可达到地表水排放标准。该工厂还建设了废水再利用系统,将超滤膜生物反应器流出的废水进行一段反渗透处理,透过液用于工艺清洗水,截留液用作液体矿物质肥料。

三、 以马铃薯汁水发酵生产单细胞蛋白饲料
  利用马铃薯条加工废水中的淀粉为底物进行酵母发酵生产蛋白产品,在 100 L的规模下进行馈料批式好氧发酵,干燥产品中蛋白含量11% ~ 12% 。
  薯渣与汁水混合液态发酵生产单细胞蛋白的研究,据专利报道: 利用木霉和青霉等纤维素降解菌和酵母组成的菌群对马铃薯渣与汁水 1 ∶ 2 混合的液态条件下发酵,pH 值4. 5 ~ 5. 5,温度 28℃ 培养 6 d,可使发酵生产的单细胞蛋白饲料中粗蛋白含量达到 40% 。

四、如何选择合适技术?
  马铃薯淀粉废水技术相对成熟,但是选对合适的环保公司是关键。
  目前市场充斥着低价劣质的环保设备,很容易误导不专业的业主。每年秋季,不少业主通过污水宝平台(全国最大的污水处理平台)来寻找合适的环保公司。

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