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廢液，不僅難以處理，其排放更會對環境產生較大影響，該類廢液的處理問題已經成為限制木薯淀粉、酒精行業發展的瓶頸。文章以南寧市木薯淀粉、酒精廢液企業及行業現狀為樣本，對木薯淀粉及其酒精廢液的資源化利用治理技術和管理模式等內容進行研究，提出解決資源化利用的關鍵技術。

【關鍵詞】木薯淀粉;木薯酒精;廢液;資源化利用

【中圖分類號】X792 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）08-0070-03

木薯淀粉、酒精行業產生的廢液屬有害高濃度有機混合液體，大多數小型淀粉生產廠家生產廢水直接排放至江河、生產農田。即使規模以上廠家（年產3萬t以上）按照環保部門的要求建設相應的廢水處理設施，但是由于處理工藝、處理時間等條件的限制，廢水都不能穩定達標排放。通過對南寧市木薯行業生產及排污情況的基礎調查發現，南寧市木薯淀粉、酒精加工企業呈現出整體生產規模較大、單個加工企業規模較小、企業產能分布不合理、企業治理污染投資較大、不能穩定達標排放、污水排放量較大等現象，因此應盡快加強木薯淀粉、酒精行業的排污整頓。本文以西鄉塘、武鳴縣和隆安縣的木薯加工生產企業為重點樣本，對木薯淀粉廢液、木薯酒精廢液、生產企業周邊土壤和資源化利用所得產品進行研究，以期形成一套安全有效、經濟可行的治理技術。

1 研究方案比選

1.1 傳統處理法

目前，國內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工藝）、EGSB技術（厭氧顆粒污泥膨脹床技術）、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）等，傳統的設施處理法處理淀粉廢液普遍有著抗沖擊負荷能力較強、處理效果較好、便于監管等方面的優勢，因此被廣西淀粉企業普遍采用，但同時，這類處理方法存在固定投資大、運行成本高、對設施日常運行管理水平要求較高等缺點。

1.2 資源化利用法

傳統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灌的方式，該法優點是投資少、不用操作，缺點是占地面積大，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，同時氧化塘產生的氣味對周邊造成嚴重影響。多年實踐證明，此法治理薯類淀粉廢水不僅難以達標，還會破壞生態環境，因此2008年廣西已經禁止企業采用此方法處理廢水。但淀粉廢水的資源化利用仍是實現環境與經濟雙贏的有效途徑，國務院印發的《節能減排“十二五”規劃》（國發〔2012〕40號）也在主要任務中提出“加強重點行業污染物減排……加大工業廢水治理力度……發酵行業推廣高濃度廢液綜合利用技術、廢醪液制備生物有機肥及液態肥技術”。雖然木薯淀粉、酒精廢液含有高濃度有機物，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肥的良好原料，70%以上為有機質，主要分為糖分、蛋白質、維生素、殘糖、短纖維和氨磷鉀等。因此，在無害化處理的前提下，利用科學手段開發木薯淀粉、酒精廢液的資源化利用，安全有效應用于農業生產勢在必行。本研究選擇廢液資源化利用的技術路線，目標是形成一整套安全、有效、經濟的資源化利用技術方案。

2 研究內容及主要成果

經過調研金光淀粉廠、安寧淀粉廠、皎龍酒精廠、海盈酒精廠和明陽生化公司等生產企業發現，廢液的主要成分是蛋白質、氨基酸、殘余淀粉、纖維素、糖類等易腐敗物質，其中根據成品要求投加的含有氯化物、交聯劑和硝酸鹽等的化學試劑及原材料本身富集的元素是廢液中主要的重金屬來源。研究針對木薯淀粉、酒精廢液的主要污染物進行無害化處理和資源化轉化利用，最后運用作物栽培試驗進行驗證。

2.1 木薯淀粉、酒精混合廢液的無害化處理

通過采樣檢測發現，樣本土壤重金屬含量部分指標存在超標情況，如金光淀粉廠的用廢液澆灌過的土壤中鉻的含量達到275 mg/kg（旱地標準三級標準）、武鳴皎龍酒精廠用廢液澆灌過的土壤中砷的含量達到112.3 mg/kg（超旱地標準三級標準3倍）、隆安海盈酒精廠用廢液澆灌過的土壤中砷的含量達到71.38 mg/kg（超旱地標準三級標準2倍）。因此，為確保廢液用于農灌過程中對環境的安全性，必須進一步降低廢液的重金屬含量。

根據檢測數據進行分析、計算，并經過反復的實驗，研制降低重金屬含量的配方，最終通過加入特定配方試劑達到除去重金屬的目的，主要反應鏈式如下：

通過對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）進行無害化處理，各項有害指標均達到污水綜合排放標準值和農田灌溉水質標準，情況見表1。

2.2 資源化利用技術研究

從5月初到10月中旬進行了木薯淀粉、酒精廢液的資源化技術研究及種植試驗，綜合考慮原液可用于厭氧發酵生產生物燃氣，仍具有一定的經濟價值，因此采用厭氧后的廢液進行資源化利用研究。經過對木薯淀粉、酒精厭氧后廢液采樣、檢測、分析發現，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）含量為0.17%，若直接用作肥料澆灌，作物則無法直接吸收其中的肥效，反而廢液分解時還會傷害作物。因此，就如何提高廢液的肥效進行分析研究，利用特定分解酶對廢液進行分解，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，再通過聚合、分解、提取等一系列研究實驗，提高總養分值。經過上述處理過程，得出的資源化處理結果如下：固體生化有機肥總氮為11.2%，有效五氧化二磷為0.9%，總氧化鉀為0.2%，總養分為12.3%，達到中華人民共和國農業行業標準NY525—2012有機肥標準（≥5.0%）;液態肥總N0為0.1%，有效五氧化二磷為0，總氧化鉀為0.2%，總養分為0.3%，雖低于浙江液態肥標準（報批）（總養分40 g/L，換算為4%），但仍含有較高肥效成分，可作為農業種植肥料原料進行種植試驗研究。

2.3 作物種植試驗

2.3.1 第一階段——調查研究、分析對比確定試驗地

通過對金光淀粉廠、安寧淀粉廠、海盈酒精廠、皎龍酒精廠等廠的木薯淀粉、酒精廢液進行采樣與檢測分析發現，其中含有一定的肥效成分及某些超標重金屬;從受污染農田的土壤成分檢測發現其中部分重金屬超標，比正常值高出2～4倍。經過分析比較，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研究及試驗。

2.3.2 第二階段——可行性的實踐試驗

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

2.3.3 第三階段——種植作物生長情況及效果對照參數

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，并且長勢良好，經過6月8日的施肥后，玉米長勢最明顯，木薯長勢較慢。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，無害化處理使其達到安全使用標準。

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

（3）成功地進行了試驗地木薯套種玉米種植試驗，并獲得良好的試驗效果。

3 施用方案研究

本次研究通過對情景的合理預設對未來重金屬含量變化趨勢進行預測，預測公式為

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。

根據相關研究報告，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%。

本預測通過確保達到《土壤環境質量》二級標準，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后的液態肥數量。

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

采用《廣西壯族自治區土壤環境背景值圖集》的值作為本次研究的背景值，Ci取廢液經過厭氧、好氧后的監測值，計算結果見表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、砷達到《土壤環境質量》二級標準每667 m2作物所能灌溉的最大處置后的液態肥限值為12萬t。根據調查南寧市淀粉酒精企業每年產生的廢液約1 000萬t（可生成液態肥約1 000萬t），足夠消納給約5.53萬hm2的木薯地，小于2012年統計的南寧市木薯種植面積6萬hm2。因此，從技術上來說，淀粉酒精廢液經本研究操作處理后，作為灌溉用水用于澆灌企業周邊耕作用地在技術層面是安全可靠的，可確保達到《土壤環境質量》二級標準，不會對周邊土壤產生不利影響。

參 考 文 獻

[1]廣西環境保護科學研究院.南寧市木薯淀粉酒精產業發展規劃（2013—2020年）[Z].2013.

[2]廣西質量技術監督局.廣西主要工業行業循環經濟評價指標體系（DB45/T 612—2011）[Z].2011.

[3]環境保護部.土壤環境質量標準[S].1995.

[責任編輯：鐘聲賢]