南寧市木薯淀粉及木薯酒精廢液資源化利用研究

黃琳

【摘 要】木薯淀粉、酒精廢液屬于高濃度有機(jī)廢液，不僅難以處理，其排放更會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，該類廢液的處理問(wèn)題已經(jīng)成為限制木薯淀粉、酒精行業(yè)發(fā)展的瓶頸。文章以南寧市木薯淀粉、酒精廢液企業(yè)及行業(yè)現(xiàn)狀為樣本，對(duì)木薯淀粉及其酒精廢液的資源化利用治理技術(shù)和管理模式等內(nèi)容進(jìn)行研究，提出解決資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】木薯淀粉;木薯酒精;廢液;資源化利用

【中圖分類號(hào)】X792 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）08-0070-03

木薯淀粉、酒精行業(yè)產(chǎn)生的廢液屬有害高濃度有機(jī)混合液體，大多數(shù)小型淀粉生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廢水直接排放至江河、生產(chǎn)農(nóng)田。即使規(guī)模以上廠家（年產(chǎn)3萬(wàn)t以上）按照環(huán)保部門的要求建設(shè)相應(yīng)的廢水處理設(shè)施，但是由于處理工藝、處理時(shí)間等條件的限制，廢水都不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。通過(guò)對(duì)南寧市木薯行業(yè)生產(chǎn)及排污情況的基礎(chǔ)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，南寧市木薯淀粉、酒精加工企業(yè)呈現(xiàn)出整體生產(chǎn)規(guī)模較大、單個(gè)加工企業(yè)規(guī)模較小、企業(yè)產(chǎn)能分布不合理、企業(yè)治理污染投資較大、不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放、污水排放量較大等現(xiàn)象，因此應(yīng)盡快加強(qiáng)木薯淀粉、酒精行業(yè)的排污整頓。本文以西鄉(xiāng)塘、武鳴縣和隆安縣的木薯加工生產(chǎn)企業(yè)為重點(diǎn)樣本，對(duì)木薯淀粉廢液、木薯酒精廢液、生產(chǎn)企業(yè)周邊土壤和資源化利用所得產(chǎn)品進(jìn)行研究，以期形成一套安全有效、經(jīng)濟(jì)可行的治理技術(shù)。

1 研究方案比選

1.1 傳統(tǒng)處理法

目前，國(guó)內(nèi)外常用的淀粉廢水處理方法主要有UASB工藝（上流式厭氧污泥床反應(yīng)工藝）、EGSB技術(shù)（厭氧顆粒污泥膨脹床技術(shù)）、SBR工藝（序批式間歇活性污泥法）、HCR工藝（高效好氧生物處理技術(shù)）等，傳統(tǒng)的設(shè)施處理法處理淀粉廢液普遍有著抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)、處理效果較好、便于監(jiān)管等方面的優(yōu)勢(shì)，因此被廣西淀粉企業(yè)普遍采用，但同時(shí)，這類處理方法存在固定投資大、運(yùn)行成本高、對(duì)設(shè)施日常運(yùn)行管理水平要求較高等缺點(diǎn)。

1.2 資源化利用法

傳統(tǒng)的淀粉廢水資源化利用主要為氧化塘方法處理廢水后用于農(nóng)灌的方式，該法優(yōu)點(diǎn)是投資少、不用操作，缺點(diǎn)是占地面積大，且由于氧化塘未做防滲處理，有害成分滲入地下污染地下水，同時(shí)氧化塘產(chǎn)生的氣味對(duì)周邊造成嚴(yán)重影響。多年實(shí)踐證明，此法治理薯類淀粉廢水不僅難以達(dá)標(biāo)，還會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，因此2008年廣西已經(jīng)禁止企業(yè)采用此方法處理廢水。但淀粉廢水的資源化利用仍是實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙贏的有效途徑，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》（國(guó)發(fā)〔2012〕40號(hào)）也在主要任務(wù)中提出“加強(qiáng)重點(diǎn)行業(yè)污染物減排……加大工業(yè)廢水治理力度……發(fā)酵行業(yè)推廣高濃度廢液綜合利用技術(shù)、廢醪液制備生物有機(jī)肥及液態(tài)肥技術(shù)”。雖然木薯淀粉、酒精廢液含有高濃度有機(jī)物，治理難度高，但從資源利用方面看，此類廢液卻是加工生物有機(jī)肥的良好原料，70%以上為有機(jī)質(zhì)，主要分為糖分、蛋白質(zhì)、維生素、殘?zhí)?、短纖維和氨磷鉀等。因此，在無(wú)害化處理的前提下，利用科學(xué)手段開發(fā)木薯淀粉、酒精廢液的資源化利用，安全有效應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勢(shì)在必行。本研究選擇廢液資源化利用的技術(shù)路線，目標(biāo)是形成一整套安全、有效、經(jīng)濟(jì)的資源化利用技術(shù)方案。

2 研究?jī)?nèi)容及主要成果

經(jīng)過(guò)調(diào)研金光淀粉廠、安寧淀粉廠、皎龍酒精廠、海盈酒精廠和明陽(yáng)生化公司等生產(chǎn)企業(yè)發(fā)現(xiàn)，廢液的主要成分是蛋白質(zhì)、氨基酸、殘余淀粉、纖維素、糖類等易腐敗物質(zhì)，其中根據(jù)成品要求投加的含有氯化物、交聯(lián)劑和硝酸鹽等的化學(xué)試劑及原材料本身富集的元素是廢液中主要的重金屬來(lái)源。研究針對(duì)木薯淀粉、酒精廢液的主要污染物進(jìn)行無(wú)害化處理和資源化轉(zhuǎn)化利用，最后運(yùn)用作物栽培試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 木薯淀粉、酒精混合廢液的無(wú)害化處理

通過(guò)采樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，樣本土壤重金屬含量部分指標(biāo)存在超標(biāo)情況，如金光淀粉廠的用廢液澆灌過(guò)的土壤中鉻的含量達(dá)到275 mg/kg（旱地標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）、武鳴皎龍酒精廠用廢液澆灌過(guò)的土壤中砷的含量達(dá)到112.3 mg/kg（超旱地標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)3倍）、隆安海盈酒精廠用廢液澆灌過(guò)的土壤中砷的含量達(dá)到71.38 mg/kg（超旱地標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)2倍）。因此，為確保廢液用于農(nóng)灌過(guò)程中對(duì)環(huán)境的安全性，必須進(jìn)一步降低廢液的重金屬含量。

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，并經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，研制降低重金屬含量的配方，最終通過(guò)加入特定配方試劑達(dá)到除去重金屬的目的，主要反應(yīng)鏈?zhǔn)饺缦拢?/p>

通過(guò)對(duì)武鳴安寧淀粉廠的厭氧前廢液（木薯淀粉和酒精的混合廢液）進(jìn)行無(wú)害化處理，各項(xiàng)有害指標(biāo)均達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)值和農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，情況見表1。

2.2 資源化利用技術(shù)研究

從5月初到10月中旬進(jìn)行了木薯淀粉、酒精廢液的資源化技術(shù)研究及種植試驗(yàn)，綜合考慮原液可用于厭氧發(fā)酵生產(chǎn)生物燃?xì)?，仍具有一定的?jīng)濟(jì)價(jià)值，因此采用厭氧后的廢液進(jìn)行資源化利用研究。經(jīng)過(guò)對(duì)木薯淀粉、酒精厭氧后廢液采樣、檢測(cè)、分析發(fā)現(xiàn)，廢液中所含淀粉和粗蛋白為0.35%，總糖含量為0.1%，總酸（按乙酸計(jì)）含量為0.17%，若直接用作肥料澆灌，作物則無(wú)法直接吸收其中的肥效，反而廢液分解時(shí)還會(huì)傷害作物。因此，就如何提高廢液的肥效進(jìn)行分析研究，利用特定分解酶對(duì)廢液進(jìn)行分解，其中的淀粉、總糖水解為單糖，粗蛋白分解成氨基酸，這樣有利于作物的吸收，再通過(guò)聚合、分解、提取等一系列研究實(shí)驗(yàn)，提高總養(yǎng)分值。經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)程，得出的資源化處理結(jié)果如下：固體生化有機(jī)肥總氮為11.2%，有效五氧化二磷為0.9%，總氧化鉀為0.2%，總養(yǎng)分為12.3%，達(dá)到中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY525—2012有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)（≥5.0%）;液態(tài)肥總N0為0.1%，有效五氧化二磷為0，總氧化鉀為0.2%，總養(yǎng)分為0.3%，雖低于浙江液態(tài)肥標(biāo)準(zhǔn)（報(bào)批）（總養(yǎng)分40 g/L，換算為4%），但仍含有較高肥效成分，可作為農(nóng)業(yè)種植肥料原料進(jìn)行種植試驗(yàn)研究。

2.3 作物種植試驗(yàn)

2.3.1 第一階段——調(diào)查研究、分析對(duì)比確定試驗(yàn)地

通過(guò)對(duì)金光淀粉廠、安寧淀粉廠、海盈酒精廠、皎龍酒精廠等廠的木薯淀粉、酒精廢液進(jìn)行采樣與檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，其中含有一定的肥效成分及某些超標(biāo)重金屬;從受污染農(nóng)田的土壤成分檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其中部分重金屬超標(biāo)，比正常值高出2～4倍。經(jīng)過(guò)分析比較，最終選擇在金光淀粉廠開展木薯淀粉廢液資源化利用技術(shù)研究及試驗(yàn)。

2.3.2 第二階段——可行性的實(shí)踐試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)精心挑選，在金光淀粉廠廠區(qū)內(nèi)選擇了一塊333 m2左右的荒地作為課題的試驗(yàn)地，并根據(jù)廢液資源化利用生成的肥料的特性及試驗(yàn)地的土壤特征確定了試驗(yàn)種植作物為木薯套種玉米。從5月2日開始，經(jīng)過(guò)開荒、翻地、整地、起壟、播種、育苗、除草、施肥、日常護(hù)理等一系列工作，分別于8月4日收獲了玉米，于10月14日收獲了木薯，整個(gè)種植試驗(yàn)共施用了2次配方肥。

2.3.3 第三階段——種植作物生長(zhǎng)情況及效果對(duì)照參數(shù)

以5月19日播種算起，玉米與木薯分別于5月22日前后出苗，并且長(zhǎng)勢(shì)良好，經(jīng)過(guò)6月8日的施肥后，玉米長(zhǎng)勢(shì)最明顯，木薯長(zhǎng)勢(shì)較慢。具體情況見表2、表3、表4和表5。

2.4 主要成果

（1）利用配方降低木薯淀粉、酒精廢液中的重金屬，無(wú)害化處理使其達(dá)到安全使用標(biāo)準(zhǔn)。

（2）成功研制出木薯淀粉、酒精廢液資源化利用轉(zhuǎn)化技術(shù)，轉(zhuǎn)化后可作為液態(tài)肥和固體生化有機(jī)肥的原料。

（3）成功地進(jìn)行了試驗(yàn)地木薯套種玉米種植試驗(yàn)，并獲得良好的試驗(yàn)效果。

3 施用方案研究

本次研究通過(guò)對(duì)情景的合理預(yù)設(shè)對(duì)未來(lái)重金屬含量變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)公式為

其中：Wi為污染物i在土壤中的累積殘留量，mg/kg;Pi為污染物i在土壤中的背景值;Xi為單位重量被灌溉土壤每年接納該污染物的量，mg/kg*a;Ki為污染物i在被灌溉土壤中的年殘留率;n為灌溉年限;Q為灌溉水量m3/hm2*a;M為每hm2地耕作層土壤重量，mg/hm2;Ci為灌溉水中i污染物的濃度，mg/L。

根據(jù)相關(guān)研究報(bào)告，土壤中各種重金屬的年殘留率Ki分別為鉛，97.2%;汞，98.1%;鎘，98.5%;鉻，98.9%;砷，98.8%。

本預(yù)測(cè)通過(guò)確保達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，灌溉20年，耕作土層按照0.2 m的條件下的每667 m2作物所能灌溉的最大處置過(guò)后的液態(tài)肥數(shù)量。

其中，每平方米耕作層土壤質(zhì)量=1 M2×0.2 m×1 130 kg/M3=226 kg，則每公頃耕作層土壤質(zhì)量為2 260 000 kg。

采用《廣西壯族自治區(qū)土壤環(huán)境背景值圖集》的值作為本次研究的背景值，Ci取廢液經(jīng)過(guò)厭氧、好氧后的監(jiān)測(cè)值，計(jì)算結(jié)果見表6。

從表2中可以看到，在灌溉20年，耕作土層按照0.2 m的條件下，確保鉛、汞、鎘、鉻、砷達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)每667 m2作物所能灌溉的最大處置后的液態(tài)肥限值為12萬(wàn)t。根據(jù)調(diào)查南寧市淀粉酒精企業(yè)每年產(chǎn)生的廢液約1 000萬(wàn)t（可生成液態(tài)肥約1 000萬(wàn)t），足夠消納給約5.53萬(wàn)hm2的木薯地，小于2012年統(tǒng)計(jì)的南寧市木薯種植面積6萬(wàn)hm2。因此，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，淀粉酒精廢液經(jīng)本研究操作處理后，作為灌溉用水用于澆灌企業(yè)周邊耕作用地在技術(shù)層面是安全可靠的，可確保達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)周邊土壤產(chǎn)生不利影響。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]廣西環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院.南寧市木薯淀粉酒精產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2013—2020年）[Z].2013.

[2]廣西質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.廣西主要工業(yè)行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（DB45/T 612—2011）[Z].2011.

[3]環(huán)境保護(hù)部.土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].1995.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]