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马铃薯淀粉废水、废渣处理及农田利用途径

2021-07-20 96 上传者：管理员

摘要：本文作者针对马铃薯淀粉废水、废渣特性及废水、废渣处理技术中的优缺点,论述了马铃薯淀粉废水、废渣农田利用途径,包括直接利用废水,废水、废渣制作肥料和间接生产地膜、土壤改良剂进行利用,并对马铃薯淀粉废水、废渣农田利用发展趋势提出展望。

关键词：
农田利用
废水
废渣
马铃薯淀粉
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马铃薯是第三大淀粉原料作物，我国是世界上最大的马铃薯生产国，种植面积和产量均居世界前列，为提高农产品的附加价值，我国50%～70%的马铃薯被用于马铃薯淀粉加工[1]。但是，我国马铃薯淀粉加工以中小型企业为主，加工设备和技术陈旧，淀粉的转化率较低，仅在14%左右，每生产1t淀粉，会产生1t左右的废渣和9t左右的废水[2]。马铃薯淀粉加工的废水和废渣中含有大量糖类、蛋白质、纤维素等有机物质，不易保存、易腐坏、易变质，直接排放不仅会造成严重的环境污染，还会导致资源的严重浪费。

目前，对马铃薯淀粉加工的废水和废渣资源化利用研究较多，主要集中于采用物理、化学和生物的方式，但是这些处理工艺普遍存在着成本高、效果差、推广困难的问题，寻求简单高效的马铃薯淀粉加工废水、废渣处理方式，成为制约我国马铃薯淀粉加工行业可持续发展的重要环节。马铃薯淀粉废水、废渣农田利用可以显著地增强地力、改善土壤质量和增加作物产量，并且成本低廉，在高产的前提下减少化学肥料使用量，控制成本，改善环境。因此本文作者对马铃薯淀粉废水、废渣的特性，常规处理技术和农田利用途径进行综述，为马铃薯淀粉废弃物的资源化利用提供参考依据。

1、马铃薯淀粉废水、废渣特性

马铃薯淀粉加工的高能耗、低资源利用率的特性，导致生产过程中出现大量工业副产品，主要包括废水和废渣。为降低处理难度和成本，常将废水、废渣分开处理。马铃薯淀粉废水主要来源于马铃薯的清洁、淀粉制备过程中的锉磨、冲洗3个环节，主要成分是蛋白质、淀粉、纤维悬浮物和泥沙等，如果不对其进行处理，排入水体会使水体富营养化并使其酸化，排入土壤会在土壤中发酵产生不良气体，给排放区域居民造成困扰，产生不良的社会效应。马铃薯淀粉废渣是鲜薯研磨过后产生的工业副产品，主要成分为膳食纤维，次要成分为蛋白质、淀粉等，废渣含水率较高，在88%～95%之间[3]，导致其极易腐败变质，不适合长途运输；存放占用土地量大，存放期间易腐败变质污染土壤，加大了薯渣的利用难度。

2、马铃薯淀粉废水、废渣处理技术

马铃薯淀粉废水、废渣主要通过物理、化学和生物手段来进行处理，其中废水的处理方法主要有物理化学法和生物法；废渣的处理方法主要有物理化学法、发酵处理法和混合法，在实际生产过程中上述处理方法各有利弊。

2.1废水处理

物理化学法，主要是根据蛋白质自然凝结沉淀、分散态有机质可以凝聚成聚集态粗颗粒物的原理和现代膜分离技术，来达到净化废水的目的，主要包括自然沉淀法、膜过滤法、絮凝沉淀法等。吕建国等[4]研究表明，超滤膜可截留马铃薯淀粉生产废水中50%以上的化学需氧量（COD）、90%以上的蛋白质，净化效果好，处理过程中没有化学试剂的参与，不会造成二次污染，更符合环保的需要。白波[5]通过对马铃薯淀粉废水常用的絮凝剂进行对比，发现聚合氯化铝对废水处理的效果最好，经过稀释后的废水回田，土壤中的有机质明显增加，作物长势和产量表现良好，与对照田相比有明显提高。

生物法处理是利用微生物的代谢功能来净化废水中的有害胶体粒子和有机污染物，主要包括厌氧处理、好氧处理和厌氧、好氧联合处理3种。厌氧生物处理主要有厌氧流化床（AFB）、升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧接触法（ACP）、厌氧滤池（AF）和两相厌氧消化法（tPAD）等，好氧处理法主要有生物氧化塘法、接触氧化法和序批式活性污泥法（SBR）等。因淀粉废水有机物负荷高，处理难度大，仅单一生物处理较难达到理想效果，故多采用厌、好氧联合处理。李东伟等[6]研究表明，采用升流式厌氧污泥-序批式活性污泥法（UASB-SBR）相结合的工艺处理马铃薯淀粉加工废水，能够有效地去除淀粉废水中的有机污染物和悬浮物，同时还能获得较高的植物蛋白回收率。

2.2废渣处理

马铃薯废渣可提取一些功能性成分，如膳食纤维和果胶等。净化废渣中的有机物，常采用物理化学法、发酵法相结合的方式进行提取。物理化学法通常是通过为细胞降解酶提供适宜生存温度，来提升酶制剂活性和稳定性或直接对薯渣干燥灭菌，保留营养价值，制备成动物饲料。发酵法通常利用马铃薯废渣中复杂的营养成分培养微生物、有机物等，其优点为培养效果好、价格低廉、取材便利等，根据牛嘉[7]的研究，多种菌剂结合在28℃的条件下144h后可去除71%的COD,0.1vvm的条件下144h后COD去除率达到55%，此法价格上更具优势。混合法就是将理化法和发酵法混合，共同作用净化废渣中的有机物，祝英等[8]以黑曲霉、米曲霉、绿色木霉为研究对象，就蛋白提取率和菌体回收率进行了试验，结果表明，米曲霉可提高废渣中粗蛋白2.4倍，且投资小，技术难度低，不会造成二次污染。

总之，马铃薯淀粉的生产加工布局受到种植区域影响，加工地多分布于我国西北、东北、华北，这些地区多受季风气候控制，冬季寒冷，夏季炎热，气温在0～20℃，不能满足废水、废渣的工业化处理对温度的需求（25～35℃）；原料储备不足的企业受马铃薯成熟时间的制约，处理淀粉废水、废渣也被迫中断，不能连续生产，处理过程中需要保持恒温状态下持续供热，所以成本居高不下。在此情况下，发挥土地的净化功能并结合废水、废渣“还田模式”，是探索马铃薯淀粉加工废水、废渣问题的有效途径。

3、马铃薯淀粉废水、废渣农田利用途径

3.1马铃薯淀粉废水、废渣直接利用

马铃薯加工成淀粉后，废弃物中依然保留着作物生长所需的多种元素，在进行简单处理后，可以直接应用在农业生产中，达到废弃物资源化利用的目的。目前，对马铃薯淀粉废弃物的直接利用的方式主要有利用废水进行农田灌溉、利用废水和废渣生产肥料。

3.1.1马铃薯淀粉废水农田灌溉

马铃薯淀粉废水可为土壤补充氮、磷、钾元素，同时可直接或间接补充水分，提升土壤保水保墒的能力，促使土壤形成团粒结构，增加作物营养，为提高抵抗力打下了良好的基础。何进勤等[9]经过长期试验，研究表明，经过3年连续灌溉废水，在原有基础上控制化肥施用量，0～20cm的土层有机质增长3.1%～8.3%。方海军等[10]发现，冬季来临前灌溉淀粉废水可以更好地增加土壤有机质，土壤质量和孔隙度都有所改善，来年种植作物生长势头良好，产量提升。但是，废水直接还田也存在一些缺陷，马铃薯淀粉废水果胶含量高，色素沉淀多，存在着大量的悬浮物和有机污染物，不利于农田灌溉；再加上生产技术手段的限制，有些马铃薯材料中的重金属和病原体未被彻底清除，存在隐患，可以随水灌溉重新回到田间，造成恶性循环，因此在灌溉之前需要进行预处理。Ayyasamy等[11]的研究表明，未经过处理的废水直接灌溉会造成作物减产，好氧处理过的废水可以促进作物生长。何进勤等[9]发现，废水通过24h的静置可大量减少重金属、COD等的含量，施用土壤后明显增加植物所需大量元素和有机物。

3.1.2马铃薯淀粉废水、废渣制作肥料

马铃薯淀粉废水、废渣中含有大量的养分，通过简单加工可以制作成肥料，因废水和废渣中本身还含有大量的蛋白质、淀粉等有机物质，使其施入土壤后，既可以为作物的生长提供必需的营养元素，还可以改善土壤的理化性状。马铃薯淀粉废水主要成分是水分，可以制成水溶肥，为作物提供营养元素的同时可以为土壤补充水分，促进养分的吸收转化，解决了马铃薯淀粉废水的资源利用问题，还可以促进农作物安全高效生产，同时保护了农业种植地的生态环境。陈开陆等[12]通过以马铃薯淀粉废液为载体加入氮、磷、钾元素制备而成的液体肥料，较添加同等剂量的固体肥料在水稻上做对比试验，结果表明，水稻的分蘖结实产量较固体废料提升3.8%。马铃薯淀粉废渣中还因纤维、淀粉、果胶含量高，制成肥料施入土壤，有利于土壤形成团粒结构，增加土壤孔隙度，避免因施用单一化肥而造成土壤板结。

3.2马铃薯淀粉废水、废渣间接利用

地膜因保墒保温功能被广泛使用，覆膜技术的推广在作物的生长发育期间产生了积极作用，实际生产中使用的地膜多为高分子化合物聚乙烯材料，自然条件下不易降解、存留时间长、使用量大，“白色污染”的风险日益增加。曹龙奎[13]开展了马铃薯淀粉废渣转化为可降解地膜技术研发，通过田间试验证明，所研发地膜更易在自然状态下降解，比传统聚乙烯地膜在增加土壤肥力、保持水土水分、固定土壤等方面更具优势。包鸿慧等[14]以交联羧甲基马铃薯淀粉废渣为材料，制备可降解地膜，在试验中表现良好，土壤温度较对照升高0.8～1.6℃，水分增长6.4%～17.9%，氮、磷、钾含量在土壤中的增长量为5.1%～15.3%，微生物生长繁殖速度加快，孔隙度最大增加36.1%，容重最多减少26.9%，为作物生长提供了良好的土壤条件。

此外，随着我国人口快速增长和城市化的进程加快，致使我国人均耕地面积不足世界平均水平的40%，废渣制成耕地土壤改良剂的想法也孕育而生，为马铃薯废渣的资源化利用和市场化推广提供了新思路。

4、小结

近年来马铃薯淀粉加工产生的废水、废渣引起的污染和资源利用率低的问题受到广泛关注，目前对马铃薯淀粉加工废水和废渣的物理、化学和生物的处理方式普遍存在着成本高、效果差、推广困难的问题。对废水、废渣的农田利用可显著地增强地力、改善土壤质量和增加作物产量，并且成本低廉，可控制成本，改善环境。但马铃薯淀粉废水中营养元素不均衡，长期施用会造成氮磷元素的富营养化，在推广前因考虑所在地区的土壤、水源、气候等环境差异，对喷施地区的环境质量进行风险评估，根据评估结果因地制宜地推广此项技术；废渣水分含量高、运输困难、易变质等特点使其商品转化率低，所制地膜可替代一部分不宜降解的塑料薄膜，将其制成土壤改良剂可提升沙化土的利用，但对使用地监测力度还非常薄弱，今后应加强监测力度和手段。

参考文献：

[1]张煜欣,刘慧燕,方海田,等.马铃薯淀粉加工的副产物及资源化利用现状[J].中国果菜,2020,40(1):46-52.

[3]郭曦,蒋立茂,曾祥平,等.马铃薯加工废弃物薯渣和废液处理工艺及设备技术研究[J].四川农机,2011(3):33-35.

[4]吕建国,安兴才.膜技术回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的中试研究[J].中国食物与营养,2008(4):37-40.

[5]白波.马铃薯淀粉废水的混凝预处理研究[J].内蒙古石油化工,2009(4):12-13.

文章来源：李雅豪,李长青,贾梦杨,王激清,孔祥宇,张梅.马铃薯淀粉废水､废渣处理及农田利用途径[J].农业科技通讯,2021(07):268-270.