甘蔗糖廠酒精廢液成分分析及科學(xué)施用

刀靜梅 ，李復(fù)琴 ，高欣欣 ，樊仙 ，劉少春 ，鄧軍 ，張躍彬 *，思鴻保 ，張春平

（1．云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661699；2．云南德宏英茂糖業(yè)有限公司弄璋糖廠，云南 盈江 679300；3．云南西雙版納英茂糖業(yè)有限公司景真糖廠，云南 勐海 666200）

我國(guó)南方有著豐富的甘蔗資源，甘蔗糖廠100多家，蔗糖產(chǎn)量占我國(guó)食糖總量的85%以上。甘蔗制糖過(guò)程中產(chǎn)生的糖蜜可生產(chǎn)食用酒精，每產(chǎn)1 t酒精就產(chǎn)生13～15 t廢液。我國(guó)甘蔗糖蜜酒精日產(chǎn)能力約2500 t，每天排出廢液達(dá)35000 t左右，甘蔗酒精廢液已成為制糖廠最主要的污染源。甘蔗酒精廢液為深褐色高濃度有機(jī)酸性廢水，氯離子含量高[1]，直接排放必然造成環(huán)境污染。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)甘蔗酒精廢液處理工藝和技術(shù)進(jìn)行了大量的研究和探索，治理研究與應(yīng)用較多的是厭氧生物處理和厭氧-好氧生物處理[2]，其它不常用的還有氧化還原法、濃縮法、化學(xué)絮凝法等。韋雪梅等研究報(bào)道[3]UASB厭氧生物處理技術(shù)，可在15～30 d內(nèi)快速啟動(dòng)治理廢液，每去除1 kg的COD會(huì)產(chǎn)生574～700 L的沼氣，處理后的廢液pH為中性，做到了無(wú)害化農(nóng)灌；研究中還發(fā)現(xiàn)處理高濃度廢液時(shí)產(chǎn)生氣體中70%為沼氣，同時(shí)還含有少量硫化氫（H2S）氣體。甘蔗酒精廢液厭氧處理過(guò)程中SO42-易還原成H2S氣體，對(duì)厭氧消化產(chǎn)生抑制作用。符征鴿等[4]利用鐵法處理糖蜜酒精廢液，克服了高濃度SO42-還原產(chǎn)生H2S氣體對(duì)發(fā)酵菌的毒害作用。我國(guó)甘蔗糖廠酒精廢液一般是加入光合菌種進(jìn)行發(fā)酵處理后，充分曝氣、降低COD值，稀釋處理后，將富含氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的酒精廢液施用于糖廠周?chē)母收岬?，既能提供甘蔗大量營(yíng)養(yǎng)和水分，又能解決環(huán)境污染問(wèn)題，是一項(xiàng)有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的措施。研究酒精廢液成分及其施入蔗地后產(chǎn)生氣體種類，為指導(dǎo)酒精廢液處理和合理施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

甘蔗糖廠酒精廢液：2017年2—3月分別取云南弄璋、景真、勐阿和華僑甘蔗制糖企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)處理后可以施用于蔗地的甘蔗酒精廢液，用塑料瓶裝好帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。

甘蔗酒精廢液施用土壤后產(chǎn)生氣體：本試驗(yàn)?zāi)M蔗地施用甘蔗酒精廢液產(chǎn)生氣體并收集，供試土壤樣品為云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所第一科研基地（開(kāi)遠(yuǎn)）試驗(yàn)地土壤，共取鮮土40 kg，混勻風(fēng)干后備用。2017年3月14日把各甘蔗糖廠生產(chǎn)的甘蔗酒精廢液倒入已經(jīng)裝有蔗地風(fēng)干土壤樣品的玻璃瓶中（見(jiàn)圖1），放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，環(huán)境溫度20～25℃，聯(lián)接氣體收集袋，土∶液比（kg∶L）為 3∶1，即每個(gè)瓶裝 3 kg 土灌注 1 L 廢液，甘蔗酒精廢液剛好完全淹過(guò)土壤，氣體用2 L的氣體收集袋收集，收集14 d后檢測(cè)氣體成分和含量。

1.2 甘蔗酒精廢液檢測(cè)方法、儀器、藥品

甘蔗酒精廢液成分分析在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所完成，按GB 15063-2009復(fù)混肥料（復(fù)合肥料）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定氯離子含量，錘度測(cè)定用阿貝折射儀，固形物用堿回收黑液方法測(cè)定，總磷、總鉀按NY 525-2012有機(jī)肥料檢測(cè)，還原糖參照《甘蔗制糖化學(xué)管理分析方法》中蘭-艾農(nóng)法檢測(cè)（中國(guó)輕工總會(huì)甘蔗糖業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，1995年5月）檢測(cè)，殘留還原物、總灰分參照《甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)檢驗(yàn)方法》（修訂本）（廣東省糖紙工業(yè)公司、輕工業(yè)部甘蔗糖業(yè)科學(xué)研究所，1986年編）檢測(cè)，COD含量用GB 11914-89重鉻酸鹽法檢測(cè)，全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮分別按GB/T 8572-2010復(fù)混肥料中未知試樣全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量方法測(cè)定。

1.3 氣體檢測(cè)方法

氣體檢測(cè)委托云南解化清潔能源開(kāi)發(fā)有限公司解化化工分公司檢測(cè)，甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、乙炔（C2H2）采用氣相色譜法檢測(cè)，二氧化碳（CO2）采用紅外表檢測(cè)；一氧化碳（CO）、氨氣（NH3）、二氧化硫（SO2）、硫化氫（H2S）、二氧化氮（NO2）采用檢測(cè)管法檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗酒精廢液主要成分指標(biāo)

通過(guò)對(duì)各甘蔗糖廠將施用于蔗地的甘蔗酒精廢液進(jìn)行取樣檢測(cè)，各檢測(cè)指標(biāo)詳見(jiàn)表1，全氮4．09～5．29 g/L、總鉀 4．30～11．60 g/L 和總磷 0．32～0．66 g/L 等作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)成分，甘蔗酒精廢液密度均大于 1 kg/L，廢液中含有少量固形物和灰分，氯離子濃度3．44～6．88 g/L。全氮和總鉀比總磷含量高，全氮中銨態(tài)氮含量高于硝態(tài)氮含量。甘蔗糖廠酒精廢液含有大量甘蔗生長(zhǎng)所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素，這些成分主要來(lái)源于原料甘蔗，且在蔗糖生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有添加任何對(duì)人體和作物有毒有害的物質(zhì)，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。張洪志[5]研究利用甘蔗酒精廢液濃縮液，再加尿素、磷酸一銨、氯化鉀等原料，通過(guò)轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)混肥11-7-7，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)20%。

2.2 甘蔗酒精廢液施入土壤后產(chǎn)生氣體成分

甘蔗酒精廢液施用于蔗地后產(chǎn)生氣體，檢測(cè)到含有甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、一氧化碳等碳?xì)溲趸旌蠚怏w，以甲烷含量最高，其次是乙烷、乙炔，同時(shí)還檢測(cè)到硫化氫、一氧化碳等有毒氣體，詳見(jiàn)表2。甘蔗酒精廢液pH值4．5～6．2，廢液中大量的有機(jī)物經(jīng)酸化會(huì)產(chǎn)生甲烷氣體[6]，在研究的4個(gè)甘蔗酒精廢液生產(chǎn)企業(yè)中，甘蔗酒精廢液澆灌土壤14 d后產(chǎn)生甲烷、乙烷、乙炔氣體最多的是華僑糖廠生產(chǎn)的甘蔗酒精廢液，分別為53600×10-6、15．9×10-6、30．6×10-6。 弄璋和華僑兩個(gè)制糖企業(yè)廢液模擬試驗(yàn)收集的氣體中含有硫化氫，其含量為14～15 mg/m3。酒精廢液厭氧條件下中SO42-易還原成硫化氫氣體，糖蜜酒精廢液中的硫酸根離子越多，厭氧條件下產(chǎn)生硫化氫等臭味氣體越多。據(jù)韋科陸[7]研究，利用糖蜜酒精廢液生產(chǎn)的沼氣甲烷含量大于50%，沼氣經(jīng)脫硫后供做鍋爐燃?xì)猓右翰⑸a(chǎn)生物有機(jī)肥施用于甘蔗地。

3 結(jié)論與討論

3.1 甘蔗制糖廠酒精廢液養(yǎng)分含量豐富，科學(xué)處理施用于蔗地，循環(huán)利用、變廢為寶

甘蔗制糖廠酒精廢液的主要成分來(lái)源于原料甘蔗，在制糖過(guò)程中沒(méi)有添加任何對(duì)生物有明顯毒性的物質(zhì)，而且富含大量甘蔗生長(zhǎng)所需的氮、磷、鉀等多種營(yíng)養(yǎng)元素，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。云南省甘蔗大面積種植在臨滄耿馬，德宏州隴川、盈江，西雙版納勐海，常年種植面積33萬(wàn)hm2左右，如每年用甘蔗糖蜜生產(chǎn)酒精4萬(wàn)t，大約有50萬(wàn)t廢液。在甘蔗酒精廢液中加入光合菌種進(jìn)行發(fā)酵，充分曝氣、降低COD值稀釋處理后，用灌車(chē)運(yùn)輸施用于糖廠周?chē)母收岬?，這種方式不僅解決了甘蔗酒精廢液對(duì)水環(huán)境的污染問(wèn)題，而且還把甘蔗生產(chǎn)中帶走的養(yǎng)分歸還蔗田。國(guó)內(nèi)外早在20世紀(jì)七八十年代就直接將甘蔗酒精廢液澆灌于農(nóng)田，得到了很好的增產(chǎn)效果。長(zhǎng)期試驗(yàn)表明，甘蔗施用酒精廢液后可以改良土壤結(jié)構(gòu)[8]、提高土壤肥力，提高出苗、分蘗率和蔗莖產(chǎn)量，略微改善甘蔗糖分，一般適宜施用量為75 t/hm2左右[9-11]。通過(guò)研究甘蔗酒精廢液的成分，指導(dǎo)施用，使制糖工業(yè)中主要的污染源變廢為寶，循環(huán)利用，是解決蔗糖生產(chǎn)與環(huán)境和諧發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。

3.2 合理調(diào)節(jié)甘蔗酒精廢液酸堿度，適當(dāng)處理減少氯離子（Cl-）含量

在本文研究的甘蔗制糖廠酒精廢液中氯離子濃度 3．44～6．88 g/L，pH 值 4．5～6．2， 如果蔗區(qū)降雨量低于700 mm，再加上氯離子容易在土壤中積累和含氯化肥的施用，在酸性土壤上施用甘蔗酒精廢液會(huì)造成土壤pH值下降，加快土壤酸化速度。據(jù)黃玉溢等[12]研究，蔗地施入氯化銨后土壤氯離子含量有所增加，在甘蔗上表現(xiàn)為施氯量越多甘蔗錘度越低，蔗糖含量減少。因此規(guī)?；酶收峋凭珡U液時(shí)，建議對(duì)廢液進(jìn)行除氯處理，未查到相關(guān)甘蔗制糖廠對(duì)酒精廢液的除氯技改報(bào)道和研究文獻(xiàn)，減少氯離子較難實(shí)現(xiàn)，有待進(jìn)一步研究；調(diào)節(jié)甘蔗酒精廢液pH值在6．0～7．5之間，即中性偏微堿性環(huán)境最適宜甘蔗生長(zhǎng)[13]。