每年9-11月，污水寶經(jīng)常接到業(yè)主的咨詢電話，問馬鈴薯、紅薯淀粉加工廢水好處理嗎？
根據(jù)污水寶對(duì)我國(guó)幾十家馬鈴薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)查數(shù)據(jù)匯總得到馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水的主要污染物濃度如表 1 所示。由于企業(yè)對(duì)廢水的分類分流不統(tǒng)一，表 1 中高濃度廢水主要是指馬鈴薯細(xì)胞水和淀粉洗滌水的混合排水，低濃度水主要是指馬鈴薯原料的清洗水。
馬鈴薯淀粉的加工過程完全為物理過程，廢水中主要污染物是加工中被分離出來(lái)的馬鈴薯原料的組分。如表 2 所示，廢水固形物主要由蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、有機(jī)酸、鹽類組成，換一個(gè)角度講這些都是馬鈴薯中的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是可利用的資源。
馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，且COD 濃度較高。由于廢水中的固形物主要是源于馬鈴薯原料的蛋白質(zhì)、糖類等有機(jī)物，易腐敗發(fā)酵產(chǎn)生惡臭，直接排放會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。
一、將馬鈴薯淀粉廢水作為肥料進(jìn)行土地播撒
1. 1 國(guó)內(nèi)外土地播撒應(yīng)用情況
世界馬鈴薯淀粉的主要產(chǎn)地在歐洲，而歐洲馬鈴薯淀粉企業(yè)將馬鈴薯細(xì)胞水作為肥料施用于土地已有多年歷史。但是，目前歐盟各國(guó)對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行土地播撒的意見并不一致，一些國(guó)家接受土地播撒的方法，一些國(guó)家則通過立法禁止; 即便是接受土地播撒的國(guó)家，態(tài)度也十分謹(jǐn)慎，對(duì)實(shí)施有很嚴(yán)格的要求。丹麥、瑞典等國(guó) 已科學(xué)驗(yàn)證了馬鈴薯細(xì)胞水可作為肥料用于土地播撒的方法，并沿用至今。
在我國(guó)西北、華北和東北地區(qū)已經(jīng)多年嘗試采用馬鈴薯淀粉廢水進(jìn)行農(nóng)灌和施肥，其間積累了很多的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)［4 － 7］，形成了日趨完善的灌溉技術(shù)并在不斷擴(kuò)大試驗(yàn)面積。
我國(guó)馬鈴薯淀粉廢水土地播撒主要過程為: 馬鈴薯細(xì)胞液回收→沉淀等初級(jí)處理→集中儲(chǔ)存→適度發(fā)酵→噴灌; 也有將集中儲(chǔ)存的廢水與馬鈴薯清洗水混合稀釋后對(duì)農(nóng)田實(shí)施灌溉。土地播撒或灌溉通常分春、冬2 季對(duì)播種農(nóng)田實(shí)施。
不能回避的是用馬鈴薯淀粉廢水進(jìn)行土地播撒存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，不同地區(qū)、不同土質(zhì)和地下水源等對(duì)此種處理方法的承載力有很大差異，規(guī)模推廣需因地制宜、符合相關(guān)法律法規(guī)并需經(jīng)過專業(yè)的環(huán)境影響監(jiān)控與評(píng)估。
1. 2 土地播撒法處理馬鈴薯淀粉廢水需要具備的條件
土地播撒法處理馬鈴薯淀粉廢水需要經(jīng)過施用土地的所有者允許; 需要有大量的用于施用的土地面積; 必須具有大容量的廢水存儲(chǔ)設(shè)施和專業(yè)的播撒設(shè)施; 需要有系統(tǒng)規(guī)范的技術(shù)保障。
1. 3 土地播撒法的關(guān)鍵點(diǎn)
( 1) 施用土地的選取。土地的選取要考慮地下水位和土壤質(zhì)地。如慕松等人認(rèn)為［5］，在寧夏南部地區(qū)地下水位大于 20m、土壤質(zhì)地為壤土的休閑農(nóng)田適宜馬鈴薯淀粉廢水施肥，沙土地則不宜施用。
( 2) 農(nóng)作物的選取。馬鈴薯淀粉廢水適于喜氮、喜鉀的作物。目前報(bào)道［4 － 7］的適宜作物包括玉米、馬鈴薯、大豆、向日葵、小麥、油麻等，馬鈴薯淀粉廢水播撒對(duì)這些作物都有增產(chǎn)效果。
( 3) 施用的時(shí)機(jī)。馬鈴薯淀粉廢水施用的時(shí)機(jī)受農(nóng)作時(shí)間及氣候條件的限制。呂春林等人［4］ 認(rèn)為，馬鈴薯淀粉廢水施用的最佳時(shí)機(jī)是在秋翻地前和春播前 2 個(gè)時(shí)段，這是因?yàn)轳R鈴薯淀粉生產(chǎn)中的汁水有機(jī)物含量較高，選擇秋季翻地或春播前灌溉汁水進(jìn)行翻地，有機(jī)物可在地下進(jìn)行厭氧發(fā)酵，增強(qiáng)肥力，有利于土壤吸收營(yíng)養(yǎng)成分。若秋春季降雨多可酌減灌溉量。
( 4) 施用方式。實(shí)施效果較好的馬鈴薯淀粉廢水土地播撒方式包括噴灌和澆灌。相比而言，噴灌更有利于控制施用量、有利于均勻肥力。
( 5) 施用數(shù)量的調(diào)控。馬鈴薯淀粉廢水當(dāng)作肥料施用之前必須進(jìn)行稀釋( 稀釋倍數(shù)至少為 3 ～ 4倍) ，需根據(jù)施用土地情況確定稀釋倍數(shù)和最佳施用量，施用過量易導(dǎo)致農(nóng)作物死亡、土壤板結(jié)等嚴(yán)重不良后果。同時(shí)，必須適時(shí)進(jìn)行輪灌。連續(xù)多年灌溉可造成土壤中鉀、氮元素相對(duì)過剩，使耕層土壤富營(yíng)養(yǎng)化，實(shí)施中應(yīng)根據(jù)施用土壤特征確定灌溉年數(shù)。
( 6) 平衡施肥。施用馬鈴薯淀粉廢水播撒能節(jié)省化肥的使用。根據(jù)具體地區(qū)土地的肥力和種植作物的不同，要研究確定施用馬鈴薯淀粉廢水后再施用其他化肥的種類和數(shù)量，確保作物的正常生長(zhǎng)。如慕松等人［5］提出在寧夏南部地區(qū)灌過馬鈴薯淀粉廢水的農(nóng)田施肥時(shí)應(yīng)遵循控氮、增磷、不施鉀的原則。
( 7) 存儲(chǔ)設(shè)施的防滲處理。土地播撒法處理馬鈴薯淀粉廢水需經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，一般從馬鈴薯淀粉生產(chǎn)季節(jié)到來(lái)年春播之前，必須對(duì)廢水存儲(chǔ)設(shè)施進(jìn)行防滲處理，以免污染地下水。
( 8) 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)控。土地播撒法處理馬鈴薯淀粉廢水需要系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控以降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。需要關(guān)注馬鈴薯淀粉廢水對(duì)土壤物理和化學(xué)性狀的影響、對(duì)作物生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響、以及對(duì)地下水和周邊空氣的影響。
土地播撒法處理馬鈴薯淀粉廢水具有可以改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分，提高土壤肥力、增產(chǎn)增收、節(jié)省化肥、節(jié)約資源、緩解環(huán)境污染等作用。但必須科學(xué)使用以規(guī)避環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
二、分離回收馬鈴薯汁水蛋白用于飼料、食品、醫(yī)藥原料
2. 1 回收飼料用馬鈴薯蛋白
歐洲很多馬鈴薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)回收馬鈴薯汁水蛋白質(zhì)用以生產(chǎn)飼料蛋白。汁水回收蛋白略有咸苦味，成品蛋白質(zhì)含量一般在 80% ～ 87%［8，10］。馬鈴薯蛋白主要用于牲畜幼仔飼料、寵物飼料和某些種類的魚飼料。
馬鈴薯汁水蛋白回收工藝有 2 種，一種是先對(duì)汁水進(jìn)行反滲透膜預(yù)濃縮處理，然后再通過熱絮凝、離心分離、熱風(fēng)干燥后得到飼料用馬鈴薯蛋白產(chǎn)品［8 － 9］，另一種是不經(jīng)預(yù)濃縮，直接進(jìn)行絮凝、分離和脫水 。反滲透預(yù)濃縮可節(jié)省能耗和水耗，表現(xiàn)在汁水濃縮 1 倍后可以提高熱絮凝效果，同時(shí)透過液可作為工藝水回用。
2. 2 回收食品和醫(yī)藥用馬鈴薯蛋白
AVEBE 公司2007 年 2 月投資幾百萬(wàn)歐元成立的子公司 Solanic，專門從馬鈴薯汁水中回收生產(chǎn)用于食品和醫(yī)藥工業(yè)的高品質(zhì)蛋白，其主要工藝路線為:馬鈴薯汁水→預(yù)處理→吸附→高分子質(zhì)量蛋白→濃縮→干燥→食品用馬鈴薯蛋白。
該工藝加工條件溫和，能保留馬鈴薯蛋白的天然活性和功能性，還能去除馬鈴薯含有的生物堿，有利于確保食品用馬鈴薯蛋白的安全性。該工藝得到的高分子質(zhì)量馬鈴薯蛋白的主要組成是 Patatin 蛋白;吸附過程分離出的低分子質(zhì)量蛋白主要組成是蛋白酶抑制劑，低分子質(zhì)量馬鈴薯蛋白可用于皮膚發(fā)炎、皮膚過敏和傷口愈合類的醫(yī)藥中。Solanic 公司的產(chǎn)品有食品用馬鈴薯蛋白粉和幾種高濃度的食品用馬鈴薯蛋白濃縮液。
2. 3 回收馬鈴薯蛋白產(chǎn)品的食用飼用安全
馬鈴薯蛋白產(chǎn)品的安全性風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自馬鈴薯原料帶入的生物堿，產(chǎn)品中一般含有茄啶糖苷生物堿SGA。歐洲飼用馬鈴薯蛋白商品的 SGA 含量是 1 500 ～ 2 500 μg / g，經(jīng)過精制處理后 SGA 可降低到 100 μg / g 以下，精制后的產(chǎn)品被用于牲畜幼仔飼料、寵物飼料和特殊種類的魚飼料中。新鮮馬鈴薯原料中 SGA 含量為 50 ～ 100 μg /g，無(wú)安全問題; 但當(dāng)發(fā)芽馬鈴薯的 SGA 含量高達(dá) 3 000 ～ 5 000 μg / g 時(shí)，存在安全隱患。目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)對(duì)馬鈴薯蛋白產(chǎn)品 SGA 限量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，安全使用量可參照原料 SGA 含量折算。
2. 4 馬鈴薯汁水回收蛋白
天然馬鈴薯蛋白的乳化性和起泡性優(yōu)于或相當(dāng)于蛋清蛋白和大豆分離蛋白，熱穩(wěn)定性相當(dāng)于蛋清蛋白，凝膠穩(wěn)定性和持水力低于酪蛋白鈉、蛋清蛋白和乳清分離蛋白，感官特性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)熱聚沉馬鈴薯蛋白。酸熱蛋白回收工藝對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能性有明顯的破壞，膜法分離、親和吸附等溫和的加工技術(shù)已成為研究熱點(diǎn)。
膜法回收天然馬鈴薯蛋白的工藝，采用截留分子質(zhì)量 5 ～ 150 ku 的親水聚醚砜膜、親水聚偏 1，1 二氟乙烯膜、再生纖維素膜進(jìn)行超濾實(shí)驗(yàn)室和中試試驗(yàn)，結(jié)果表明膜孔徑和和膜材料對(duì)馬鈴薯蛋白的截留量影響很小。從工業(yè)馬鈴薯汁水中利用膨脹床吸附色譜( (EBA) 技術(shù)大規(guī)模制備食品級(jí)天然馬鈴薯蛋白濃縮物，并研究了不同干燥條件對(duì)蛋白性質(zhì)的影響。結(jié)果顯示，馬鈴薯蛋白具有較高的酯酶活性和蛋白酶抑制活性，但凝膠特性不理想; 不同干燥法得到樣品的溶解度差異明顯，真空冷凍干燥樣品溶解度最高; 熱風(fēng)干燥樣品的酯酶活性和蛋白酶抑制劑活性明顯降低。
2. 5 回收馬鈴薯汁水蛋白后的廢水處理
歐洲目前對(duì)回收馬鈴薯汁水蛋白后的汁水一般采用 2 種處理方法［7 － 8］，一種是將脫蛋白后的馬鈴薯汁水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，濃縮液用于生產(chǎn)液體噴灑肥料;另一種是直接進(jìn)行廢水處理，先厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣、再經(jīng)好氧等工藝處理后達(dá)標(biāo)排放。
位于德國(guó)Wietzendorf 的屬于Emsland-Starke 公司的一家馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廠，將回收馬鈴薯汁水蛋白后的廢水先進(jìn)行 2 段厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，沼氣的能量用于廢水站和淀粉生產(chǎn)車間，厭氧處理后的廢水 COD 降到 4000 mg / L，再進(jìn)一步采用附帶超濾膜生物反應(yīng)器的好氧工藝處理，處理后的廢水可達(dá)到地表水排放標(biāo)準(zhǔn)。該工廠還建設(shè)了廢水再利用系統(tǒng)，將超濾膜生物反應(yīng)器流出的廢水進(jìn)行一段反滲透處理，透過液用于工藝清洗水，截留液用作液體礦物質(zhì)肥料。
三、 以馬鈴薯汁水發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料
利用馬鈴薯?xiàng)l加工廢水中的淀粉為底物進(jìn)行酵母發(fā)酵生產(chǎn)蛋白產(chǎn)品，在 100 L的規(guī)模下進(jìn)行饋料批式好氧發(fā)酵，干燥產(chǎn)品中蛋白含量11% ～ 12% 。
薯渣與汁水混合液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的研究，據(jù)專利報(bào)道: 利用木霉和青霉等纖維素降解菌和酵母組成的菌群對(duì)馬鈴薯渣與汁水 1 ∶ 2 混合的液態(tài)條件下發(fā)酵，pH 值4. 5 ～ 5. 5，溫度 28℃ 培養(yǎng) 6 d，可使發(fā)酵生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白飼料中粗蛋白含量達(dá)到 40% 。
四、如何選擇合適技術(shù)？
馬鈴薯淀粉廢水技術(shù)相對(duì)成熟，但是選對(duì)合適的環(huán)保公司是關(guān)鍵。
目前市場(chǎng)充斥著低價(jià)劣質(zhì)的環(huán)保設(shè)備，很容易誤導(dǎo)不專業(yè)的業(yè)主。每年秋季，不少業(yè)主通過污水寶平臺(tái)（全國(guó)最大的污水處理平臺(tái)）來(lái)尋找合適的環(huán)保公司。