馬鈴薯加工廢棄物薯渣和廢液處理工藝及設備技術研究

郭 曦 蔣立茂 曾祥平 王志民 鄧 佳

（1.四川省農業機械研究設計院，四川 成都 610066；2.西昌學院，四川 西昌 615000）

1 馬鈴薯加工廢棄物的特點

在馬鈴薯淀粉的加工過程中，會產生廢液和薯渣等副產物，生產1噸淀粉將產生4噸-6噸工藝廢水、2噸-3噸洗薯廢水和0.8噸薯渣，薯渣含水率為88%-95%，成分主要為膳食纖維及少量的淀粉、蛋白質等有機質，腐爛后的薯渣有惡臭味，廢液中含大量的蛋白質、淀粉、纖維懸浮物和泥沙等，不經處理的廢液直接排入江河或湖泊，會破壞生態環境。

2 馬鈴薯薯渣及廢液處理工藝方案

馬鈴薯生產淀粉產生的薯渣和廢液需要分開處理，如混合在一起，會加大廢液中的固形物含量和有機質含量，加大處理難度和成本。

2.1 薯渣處理工藝流程

薯渣含水率高，不易保存和運輸，用機械脫水方法將薯渣的水分降低到60%以下，再進行發酵和烘干處理，進一步降低薯渣的水分到14%以下，添加氮、磷、鉀，混合造粒，用于生產有機肥或飼料。薯渣生產有機肥和飼料工藝流程圖如下：18 000mg/l。采用化學絮凝處理，有機質變為蛋白絮凝物，用于配制飼料。洗薯廢水和工藝廢水處理工藝流程圖如下：

2.2 廢液處理工藝流程

馬鈴薯生產淀粉產生的廢液分為兩種，一種是洗薯產生的廢水，含有大量的泥沙、腐爛的薯塊、薯皮和碎薯塊，其中碎薯塊可以用作飼料，泥沙、薯皮和腐爛的薯塊作還田處理，水經過二級澄清后回用于洗薯；另一種是工藝廢水，主要是馬鈴薯的細胞液和篩洗水，含有大量的蛋白質、淀粉、糖類、纖維懸浮物等有機質，CODcr（化學需氧量）：20 000mg/l-25 000mg/l，BOD5（生化需氧量）：9 000mg/l-12 000mg/l，SS（懸浮物）：

3 馬鈴薯薯渣和廢液處理關鍵設備及設施

3.1 薯渣處理關鍵設備

薯渣處理的成套設備主要有帶式壓濾機、攪拌式干燥器、氣流干燥設備，組成封閉式的全自動生產線；采用發酵工藝時增加大棚發酵槽及移動式翻拋機。

3.1.1 帶式壓濾機

機械脫水方法可以脫去薯渣中的大量水分，降低后續處理成本，選用的主要設備為帶式壓濾機。聚脂網做成的網帶在壓輥之間傳動，網帶傳動設有自動的糾偏裝置，網帶速度為2.5m/min-12.5m/min，常用8m/min-10m/min，可無級調速，用氣動方式張緊濾網和壓榨壓輥，網帶張緊力可在50N/cm-78N/cm范圍內進行調整，利用自有國家發明專利技術（200810044902.X）開發的帶式專用薯渣脫水機，脫水后薯渣含水率達到60%-70%，為后續發酵干燥提供了有利條件，帶式壓濾機規格型號及性能見表1。

表1 帶式壓濾機規格型號及性能

3.1.2 雙級攪拌氣流干燥成套設備

由于脫水后的濕薯渣含水量達60%-70%，一次烘干不經濟，采用分段干燥工藝，并將二級干燥后的尾氣通入直火爐進行余熱利用，這種節能降耗措施，使得噸成品煤耗從400千克標煤降低到350千克標煤，進一步提高經濟效益。干燥成套設備由一級攪拌干燥和二級氣流干燥組成，主要設備包括螺旋輸送機、直火爐、攪拌干燥主機、干燥塔、旋風分離器、風機、自動包裝機、尾氣回收系統，水浴除塵器等。直火爐加熱空氣作為熱源，螺旋輸送機將濕物料送入攪拌干燥主機進行預干燥、然后進入干燥塔繼續干燥，經分離器將薯渣和空氣分離，半干薯渣由輸送機送入二級氣流干燥主機進行最后干燥，出料后自動包裝入庫。攪拌氣流干燥成套設備規格型號及性能見表2。

表2 攪拌氣流干燥成套設備規格型號及性能

3.1.3 大棚發酵槽及移動式翻拋機

發酵槽采用磚混結構的長方形池子。為了充分利用日光，節約能源，提高發酵速度，發酵大棚采用塑料溫室大棚結構，全密封，兩端設進出口，發酵槽寬度1.5米-3米，長度50米-100米，底部敷設高壓風管，用于定時向槽內輸送新鮮空氣。移動式翻拋機安裝在發酵槽的導軌上，由行走機構、提升機構和翻拋轉子組成，翻拋轉子上安裝可拆卸的旋耕刀。主要技術參數如下：

a.處理能力：10t/d-30t/d。

b.進料水分≤60%，出料水分≤45%。

c.運行速度：2m/min-5m/min（無級調速）。

3.2 廢液處理關鍵設施及設備

3.2.1 洗薯廢水的處理設施

用柵欄加過濾網進行過濾，攔下粗大的碎薯塊，后續用兩級澄清池，容積為2小時產生的最大洗薯水的容積，以每小時生產1.5噸淀粉生產線為例，每噸鮮薯需要3噸清洗水，澄清池容積V=2×1.5×3＝9m3，兩級之間有20cm-30cm的高差，沉淀下來的泥沙，定期清理，清潔水送到洗薯機繼續洗薯。

3.2.2 化學絮凝沉淀處理關鍵設施[1][2]

化學絮凝沉淀處理在工藝廢水處理中是最有效和經濟的方法，主要有絮凝沉淀池、溶液池（絮凝劑配制池）、溶解池和攪拌機。

3.2.2.1 絮凝劑投量

絮凝劑投放量與污水水質、固形物含量、絮凝劑種類、處理水量有關。經試驗，Al2(SO4)3和堿式聚合氯化鋁作絮凝劑對馬鈴薯加工的工藝廢水處理效果較好，選擇Al2(SO4)3的最佳投藥量為500mg/l，對廢水的CODcr去除率可達到47%。

絮凝劑投量：T＝aQ/1000

式中T-日絮凝劑投量（kg/d）

a-單位絮凝劑最大投量（mg/l），取500mg/l

Q-日處理水量（m3/d）。

舉例如下：按生產1.5t/h淀粉，1t淀粉產生5t黃漿廢液計算（以下均以此產量為例），處理水量為Q＝1.5×5×24＝180m3/d。

T＝500×180/1000＝90kg/d。

3.2.2.2 絮凝劑的配制和加投

絮凝劑在溶解池中配制，采用機械攪拌方法，完成后暫存在溶液池中備用。

a.溶液池容積

W1＝aQ/（417bn）

b-絮凝劑的濃度，一般5～20%，取15%。

n-每日調制次數，不超過3次，取2次。

W1＝500×180/（417×2×15）＝7.2m3

溶液池設計為：長2.5m，寬2m，高1.8m（高度包括超高0.3m，底部沉渣0.3m）。

b.溶解池容積

W2＝（0.2～0.3）W1

在 本 例 子 中 取 W2＝0.28W1，W2＝0.28×7.2＝2 m3。

溶解池做成長方形，長L＝2m，寬B＝1m，高H＝1.5m（高度包括超高0.3m，底部沉渣0.2m），溶解池采用鋼混結構，內壁用環氧樹脂進行防腐處理，池底坡度為0.02。

3.2.3 溶解池攪拌機[1][2]

溶解池采用機械攪拌，攪拌機的攪拌槳為平槳葉，中心固定，攪拌機與液體接觸部分采用不銹鋼材料。槳葉直徑d＝0.3～0.5B，取d＝0.5B＝0.5×1＝0.5m，安裝2臺在溶解池中間。

3.2.4 絮凝沉淀池[1][2]

在絮凝沉淀池中，通過投加絮凝劑，使微小的懸浮固體、膠體顆粒脫穩，聚集形成較大的顆粒，從而提高沉淀效率。對懸浮纖維、糖類物質和蛋白質的去除具有明顯效果，懸浮固體去除率可達90%，BOD5去除率為50%-70%，CODcr去除率為40%～60%，絮凝沉淀池的工藝尺寸設計如下。

a.沉淀池表面積A＝Q/24q＝180/24×1.5＝5m2

表面負荷q＝1.5～3，取q＝1.5m3/m2·h。

b.沉淀區有效水深h＝q×t＝1.5×2＝3m

沉淀時間t＝1h～2h，取t＝2h。

c.沉淀區有效容積V＝Q×t/24＝180×2/24＝15m3。

d.沉淀池長度L

L＝V×t1×3.6＝4×1.5×3.6＝21.6m

V-水平流速：不大于5mm/s，取4mm/s，t1-最大流量時的停留時間，一般1.5h-2h，取1.5h。

e.沉淀池的總寬度B

B＝A/L＝5/21.6＝0.23m

根據馬鈴薯廢液的實際情況調整，取B＝0.625m，L＝5/0.625＝8m，取μ＝3的富余量，L＝8×3＝24m。

f.沉淀池的座數n，n＝1。

g.進水部設計

寬度與沉淀池相同，取0.625m；長度為0.3m-0.5m，取0.4m；深度為0.9m；在0.6m深的位置安裝進水管。

h.出渣口設計

出渣口設在進水端，底部尺寸為0.4m×0.4m，斜角不大于60°，取60°，排出的絮凝蛋白采用螺桿泵抽取。

i.出水部設計

寬度與沉淀池相同，取0.625m；出水擋板為鋸齒三角堰，角度為90°；長度為0.3m-0.5m，取0.4m；深度為0.9m；在底部設置出水口，用泵抽水到洗薯機循環使用。

4 處理效果

薯渣經過脫水干燥處理后，可以用于生產有機肥和飼料，廢液經過沉淀處理、化學絮凝處理和厭氧發酵處理后，不但回收了蛋白質，用于生產飼料，同時使得排放的廢水達到灌溉要求，用于果園或農田灌溉。馬鈴薯加工薯渣和廢液處理工藝及設備解決了淀粉加工廢棄物薯渣和廢液污染環境問題，使廢棄物得到循環利用，生產出有機肥和飼料，也為馬鈴薯淀粉加工產業發展提供了技術保障。

[1]韓洪軍，杜茂安.《水處理工程設計計算》，中國建筑工業出版社。

[2]黃維菊，魏星.《污水處理工程設計》，國防工業出版社。