馬鈴薯淀粉加工中的清潔生產方案探討

袁　泉

（長城（天津）質量保證中心天津300074）

馬鈴薯淀粉加工中的清潔生產方案探討

袁泉

（長城（天津）質量保證中心天津300074）

針對我國馬鈴薯淀粉加工業廢水無法達標排放的問題，從清潔生產角度出發，由源頭提出增加蛋白質回收系統，提高資源利用效率、降低廢水處理難度，并提出化學法和生物法聯用處理廢水，使其達標排放。

馬鈴薯淀粉；清潔生產；方案

近年來馬鈴薯淀粉產業發展趨勢良好，根據國家政策導向，未來馬鈴薯淀粉有著廣闊的發展前景，但目前馬鈴薯淀粉在生產過程中存在著嚴重的資源浪費和環境污染問題，僅依靠末端治理無法解決這些問題，因此本文對以馬鈴薯淀粉加工中的清潔生產方案進行探索，以期解決上述問題。

1　馬鈴薯淀粉的發展概況

農業部數據顯示，2014年，我國馬鈴薯種植面積達8000多畝，鮮薯產量9500多萬噸，種植面積和產量約占世界的1/4。根據農業部2016年2月公布的《關于推進馬鈴薯產業開發的指導意見》，“到2020年，馬鈴薯種植面積擴大到1億畝以上，適宜主食加工的品種種植比例達到30%，主食消費占馬鈴薯總消費量的30%”[1]，未來馬鈴薯種植面積和產量還會繼續增加，根據馬鈴薯淀粉作為食品加工的基本原料，有著廣闊的市場應用前景。

2012年我國淀粉產量為2253×104t，其中馬鈴薯淀粉約占5%，隨著國民經濟的發展，馬鈴薯淀粉深加工產品正發揮著越來越廣泛的用處，淀粉及淀粉制品行業發展良好[2]。但我國馬鈴薯深加工工業技術水平仍存在許多問題[3]：行業整體技術水平不高，生產技術落后，管理粗放，資源利用率低，產品收率低，同時馬鈴薯淀粉加工過程中，會產生大量的含有豐富蛋白質、淀粉、纖維、多糖等有機營養物的工藝水（分離汁水），其COD值高達30000 mg/L～40000 mg/L，直接排放就變成廢水，導致嚴重的環境污染。但隨著我國環境法律法規的日益嚴格，馬鈴薯淀粉加工企業難以達標排放而被迫停止生產，傳統的末端治理不能滿足生產和環境保護的需要。

2　馬鈴薯淀粉的性能

相比于玉米淀粉、木薯淀粉等，馬鈴薯淀粉具有以下特性[4]：（1）高粘度、易膨脹，粘度約比玉米淀粉高4.3倍，作為食品擴充劑或增稠劑，可減少淀粉用量；（2）顆粒大、糊化溫度低、透明度高，可廣泛用于各種方便食品中；（3）馬鈴薯淀粉由于含有天然的磷酸基團，能夠很好地延長食品的使用期限；（4）可通過物理或化學方法將其加工成變性淀粉，主要有酶化淀粉、交聯淀粉、降解淀粉、醚化淀粉。基于以上特性，馬鈴薯淀粉在食品加工中被用作增稠劑、凝膠劑、乳化穩定劑、保水劑、填充劑、膨松劑、改良劑外，還可廣泛應用于醫藥、化工、石油鉆探、紡織、飼料加工、造紙等行業。

3　馬鈴薯淀粉的加工過程

新鮮馬鈴薯先進行預處理，通過篩分去除馬鈴薯中混有的砂石、粉塵、樹枝等，由帶式輸送機送至清洗機器，清洗附在馬鈴薯表皮上的泥土，清洗干凈后送至銼磨機將新鮮馬鈴薯磨成漿狀，進行分離，分離工序分為粗分與精分。洗滌篩分一級篩上的渣到第二級篩上篩分，繼續由二級至三級，四級，四級篩上的渣即外排，篩下的漿水返回三級，與三級漿水一道返回二級，二級漿水與以及漿水混合后送往精分工序。精分采用碟片機，分二級洗滌和濃縮，將淀粉從水中分離出來，分離出的濃粉漿送往脫水工序進行脫水，廢水則進入廢水處理工序進行處理。

圖1　馬鈴薯淀粉生產工藝流程圖

4　馬鈴薯淀粉加工過程產生的廢棄物

馬鈴薯淀粉的加工過程中主要產生廢水、廢氣、廢渣，其中廢水對環境產生較大影響。在清潔生產進行中，要求在源頭控制污染的產生、減少排污量，在末端治理上推廣新技術對“三廢”進行資源化處理。

4.1廢水的產生及治理

廢水來自于馬鈴薯淀粉生產過程中的洗滌、浸漬、精分工序及地面沖洗，這些廢水中主要含有淀粉、蛋白質、糖類等有機物[5]，還有部分懸浮物、氰化物、氨氮等有害物質。其中清洗馬鈴薯的廢水中主要含有泥沙、小馬鈴薯、芽、草、葉、根等；清洗和提取淀粉的廢水，主要為可溶解有機化合物—蛋白質，少量的不溶解物質，如淀粉為例、纖維等。

表1　淀粉廢水成分

馬鈴薯淀粉廢水常用的處理方法有生物法、絮凝法[6]，常規處理措施以生物法為主，厭氧處理+好氧處理，常見的問題是生物處理法成本過高，企業難以承擔，馬鈴薯淀粉生產企業的生產期僅3個月，且集中的冬季，氣溫低，生物法日常維護及啟動費用高。目前許多馬鈴薯淀粉企業采用傳統的氧化塘處理或直接排放，造成嚴重的環境污染。

4.2廢氣的產生及治理

馬鈴薯淀粉加工過程中產生的廢氣主要是污水在厭氧工序產生沼氣，還有少部分熱風爐煙囪外排氣、干燥旋風器后的外排氣。產生的沼氣完全回收，用管道輸送至熱風爐作為補充燃料使用。

4.3固體廢棄的產生及治理

馬鈴薯淀粉加工過程中產生的廢渣主要是預處理過程中產生的泥土、植物莖葉，馬鈴薯渣、廢水處理中產生的污泥。廢渣可外售用作養豬飼料、復合肥原料，廢水處理中產生的污泥可外售作為肥料。

5　清潔生產方案

馬鈴薯淀粉加工過程中存在的主要問題是耗水量大、污水不達標排放、蛋白質浪費，針對這些問題，本文提出以下三種清潔生產方案。

5.1洗薯機廢水回收利用

目前，清洗馬鈴薯表皮泥土的廢水主要含有泥土、馬鈴薯表皮、莖葉、及少量較小的馬鈴薯，采用的處理方式為與后期處理的廢水混合在一起，直接進入廢水處理系統進行處理。建議將此處建立小型沉沙池，可將清洗廢水直接沉降后回用，繼續清洗馬鈴薯表皮，每次補充少量的新鮮水即可，也可用于車間地面清洗，沉降的泥土可用于后續廢水處理的快速絮凝沉淀。

5.2蛋白質回收系統

馬鈴薯淀粉廢水中含有大量的蛋白質成分，其中必要氨基酸占32%。大部分企業沒有進行回收，直接將廢水排放或進入處理流程，這就造成蛋白質浪費，并且廢水COD高、難處理、排放后廢水容易造成農田病毒感染。因此，需要增加蛋白質回收系統，其主要原理是：選擇天然陽離子多糖殼聚糖配制成一定濃度的溶液，按一定的蛋白/多糖比例加入到廢水中進行復凝聚；復凝聚所得蛋白殼聚糖復合物沉淀經過復合物分離，再經蛋白質干燥，得到馬鈴薯糖蛋白產品[7]。整套工藝的蛋白質回收率可達70%以上，并且降低了COD含量，降低廢水末端治理費用。

圖2　蛋白質回收系統工藝流程圖

蛋白回收系統的處理步驟：（1）馬鈴薯淀粉加工廢液經過0.45μm微孔濾膜過濾；（2）向過濾后的廢水中加入質量濃度為1%的殼聚糖溶液；并添加石灰調節pH為5～7，攪拌10min，靜置30min，25℃下以2500g～4000g的速度離心10min～15min，過濾后上層清液排入絮凝沉淀工藝，沉淀物為糖蛋白；（3）復合物分離：在步驟（2）所得的蛋白殼聚糖復合物沉淀中添加水進行復溶，其固液比為1：5，充分攪拌后得到懸浮液，用pH調節劑調節pH至7.5～9.0，繼續攪拌1h～2h，以2500g～4000g的速度離心10min～15min，過濾；所得上清液為馬鈴薯糖蛋白溶液，所得沉淀為殼聚糖，殼聚糖干燥后回用；（4）蛋白質干燥：將蛋白溶液在在10 Pa～25Pa、-50℃～65℃條件下真空冷凍干燥48h～60h，即得回收的馬鈴薯糖蛋白產品。

5.3廢水處理工藝

經過蛋白回收系統處理后排除的廢水COD可降低60%～70%，處理前廢水處理系統進水COD為20000 mg/L～40000mg/L，經過蛋白回收系統處理后進水COD約為8000 mg/L～15000 mg/L，極大的降低了廢水處理系統的負荷。

圖3　廢水處理工藝流程圖

采用絮凝沉淀法進行前處理，采用甘肅某科研所研究的復合型高分子絮凝劑，其COD去除率約為60%～80%，經過絮凝沉淀后廢水進入生物處理工藝，處理步驟為：（1）使用石灰對廢水進行調節，使pH為7～9；（2）開啟攪拌設備并添加廢水含量約0.5%的復合型高分子絮凝劑，同時將表皮清洗廢水處理過程中產生的部分泥土回流至絮凝沉淀池，泥土顆粒可以增加碰撞，更好的形成大塊顆粒向下沉淀，沉淀速度比平流沉淀池速度快，效率高，表面負荷高；（3）經過絮凝沉淀處理后廢水COD可降低至5000 mg/L～10000mg/L，此時通過厭氧+好氧處理工藝進行處理，最終處理后廢水達到GB25461-2010《淀粉工業水污染物排放標準》中間接排放標準要求。

6　結語

馬鈴薯淀粉作為國家未來大力發展的行業，目前面臨嚴峻的環境污染問題，本文通過增加蛋白質回收系統，提高資源利用效率，并對廢水處理系統進行調整和改進，減少用水量，使廢水達標排放。清潔生產就是“發現問題、提出問題、解決問題”，從源頭上控制污染，通過清潔生產提高馬鈴薯淀粉生產企業的經濟效益、減少污染、實現節能減排[8]。

[1]王華藝.農發行支持馬鈴薯主糧化研究[J].農業發展與金融, 2016,01:42-44.

[2]周慶鋒.馬鈴薯淀粉產業現狀及發展分析[A].中國作物學會馬鈴薯專業委員會.馬鈴薯產業與小康社會建設[C].中國作物學會馬鈴薯專業委員會:,2014:6.

[3]刁殿桐.玉米淀粉清潔生產技術研究[D].山東大學,2008.

[4]于天峰,夏平.馬鈴薯淀粉特性及其利用研究[J].中國農學通報, 2005,01:55-58.

[5]高潔.馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質的回收及性質研究[D].陜西科技大學,2012.

[6]俞年豐,唐運平,許丹宇,等.高濃度馬鈴薯淀粉廢水處理工藝研究現狀及發展[J].工業水處理,2011,01:5-8.

[7]華欲飛,孔令知,孔祥珍,等.一種從馬鈴薯淀粉加工廢水中回收糖蛋白的方法[P].江蘇：CN103864888A,2014-06-18.

[8]耿麗娟,王得蓉,于宏兵,等.PET塑料包裝行業清潔生產審核實踐.環境工程[J].2014,04:144-147.