12月29日，記者在中國科學院蘭州化學物理研究所采訪時獲悉，該所研究員劉剛研究小組，研制出馬鈴薯淀粉加工廢棄物資源化利用設備技術，將廢水變成蛋白質飼料和灌溉用水。目前該工藝技術已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可解決年產(chǎn)萬噸淀粉的加工企業(yè)廢水排放難題。
不能排不能用，工藝水進退兩難
馬鈴薯是重要的糧食與經(jīng)濟作物。每年9月，馬鈴薯大量上市，由于很難貯藏，淀粉加工業(yè)就成為馬鈴薯的重要出路，也是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)鏈中增加附加值的關鍵環(huán)節(jié)和山區(qū)薯農(nóng)脫貧致富的重要途徑。
然而，馬鈴薯淀粉加工過程中會排出大量工藝水（分離之水），工藝水中含有蛋白質、淀粉、低聚糖等有機營養(yǎng)物。劉剛說，因為工藝水的固形物濃度在5%左右，化學耗氧量（COD）高達30000~50000 mg/L，目前的城市污水處理技術很難處理。若直接排放，會導致環(huán)境污染、水中生物因缺氧死去。若直接進行農(nóng)田灌溉，則會因為廢水中的大分子有機物發(fā)酵造成燒苗，最終引起作物減產(chǎn)或絕收。
據(jù)估計，全國每年有2100萬噸高濃度馬鈴薯淀粉加工有機廢水直接排到江河湖泊中。造成相關地區(qū)水域富營養(yǎng)化，河流魚蝦死亡，土地酸化，作物減產(chǎn)或絕收。各級環(huán)保部門已經(jīng)相繼關停了一萬多家小型加工企業(yè)。
提取蛋白灌溉農(nóng)田，工藝水變廢為寶
面對貧困地區(qū)薯農(nóng)的“賣薯難”，淀粉加工企業(yè)關停等問題，劉剛想到了自己20多年前做的一個項目。他發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉加工分離汁水中含有蛋白質、小顆粒淀粉等有機、無機成分。“我國每年飼料用蛋白進口3000萬噸，而馬鈴薯提取淀粉后的工藝水中的蛋白卻當作廢水白白排放了。另外，西北地區(qū)缺水，而工藝水因為不能用于灌溉也被排放了。”劉剛表示，如何把廢水中的“寶貝”提取出來并實現(xiàn)資源化、產(chǎn)業(yè)化。
在研究過程中，小組很快遇到了問題：由于馬鈴薯淀粉加工廢水量大、固形物較低，常規(guī)分離技術成本很高。采用超濾法等很難實現(xiàn)工業(yè)化。
“好似做豆腐腦一樣。”劉剛這樣比喻絮凝沉淀蛋白質的過程。但是，馬鈴薯蛋白絮體比重較輕、水中果膠含量高，沉降速度慢，普通離心設備根本無法連續(xù)分離脫水。這就需要研發(fā)一種非紊流態(tài)沉淀分離裝備，實現(xiàn)絮體成長、沉降和清水分流濃縮。同時，研究小組選擇改造一種特殊的離心分離設備連續(xù)脫水分離蛋白質。提取蛋白后的廢水再通過固定化微生物凈化法降解剩余小分子有機物。經(jīng)過處理后，凈水可以達到國家排放標準，也可以直接灌溉農(nóng)田或者作為中水回用。
增值環(huán)保，生產(chǎn)企業(yè)“零排放”
“經(jīng)過10年的實驗室小試、中試和工業(yè)化放大試驗研究，我們打通了從淀粉車間的旋流站到蛋白分離提取的關鍵技術路線，開發(fā)出一套日處理350噸（相當于年產(chǎn)萬噸淀粉的加工企業(yè)廢水排放量）馬鈴薯淀粉工藝水在線提取回收蛋白及其廢水資源化利用和污染控制技術。”劉剛說。
通過這套設備可以分別獲得含水量為80%的濕蛋白或含水量為10%的蛋白粉。回收的蛋白粉可以作為高級飼料添加劑，也可以進一步加工成食品級蛋白進一步提升其附加值。而提取蛋白后的“清水”可直接用于農(nóng)田冬春灌，廢水變“肥水”，可以起到節(jié)水、節(jié)肥和改良西北堿性土壤的作用，達到淀粉生產(chǎn)廢水“零排放”目的。
據(jù)介紹，該技術在為淀粉企業(yè)新增經(jīng)濟效益和實現(xiàn)環(huán)保的同時，對解決我國飼料用蛋白缺口問題具有積極的意義。技術原理還可用于紅薯、木薯、豆類、糯米、蕨根淀粉和中藥材加工排出廢水蛋白的提取回收和污染控制。
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