马铃薯加工废弃物薯渣和废液处理工艺及设备技术研究

郭 曦 蒋立茂 曾祥平 王志民 邓 佳

（1.四川省农业机械研究设计院，四川 成都 610066；2.西昌学院，四川 西昌 615000）

1 马铃薯加工废弃物的特点

在马铃薯淀粉的加工过程中，会产生废液和薯渣等副产物，生产1吨淀粉将产生4吨-6吨工艺废水、2吨-3吨洗薯废水和0.8吨薯渣，薯渣含水率为88%-95%，成分主要为膳食纤维及少量的淀粉、蛋白质等有机质，腐烂后的薯渣有恶臭味，废液中含大量的蛋白质、淀粉、纤维悬浮物和泥沙等，不经处理的废液直接排入江河或湖泊，会破坏生态环境。

2 马铃薯薯渣及废液处理工艺方案

马铃薯生产淀粉产生的薯渣和废液需要分开处理，如混合在一起，会加大废液中的固形物含量和有机质含量，加大处理难度和成本。

2.1 薯渣处理工艺流程

薯渣含水率高，不易保存和运输，用机械脱水方法将薯渣的水分降低到60%以下，再进行发酵和烘干处理，进一步降低薯渣的水分到14%以下，添加氮、磷、钾，混合造粒，用于生产有机肥或饲料。薯渣生产有机肥和饲料工艺流程图如下：18 000mg/l。采用化学絮凝处理，有机质变为蛋白絮凝物，用于配制饲料。洗薯废水和工艺废水处理工艺流程图如下：

2.2 废液处理工艺流程

马铃薯生产淀粉产生的废液分为两种，一种是洗薯产生的废水，含有大量的泥沙、腐烂的薯块、薯皮和碎薯块，其中碎薯块可以用作饲料，泥沙、薯皮和腐烂的薯块作还田处理，水经过二级澄清后回用于洗薯；另一种是工艺废水，主要是马铃薯的细胞液和筛洗水，含有大量的蛋白质、淀粉、糖类、纤维悬浮物等有机质，CODcr（化学需氧量）：20 000mg/l-25 000mg/l，BOD5（生化需氧量）：9 000mg/l-12 000mg/l，SS（悬浮物）：

3 马铃薯薯渣和废液处理关键设备及设施

3.1 薯渣处理关键设备

薯渣处理的成套设备主要有带式压滤机、搅拌式干燥器、气流干燥设备，组成封闭式的全自动生产线；采用发酵工艺时增加大棚发酵槽及移动式翻抛机。

3.1.1 带式压滤机

机械脱水方法可以脱去薯渣中的大量水分，降低后续处理成本，选用的主要设备为带式压滤机。聚脂网做成的网带在压辊之间传动，网带传动设有自动的纠偏装置，网带速度为2.5m/min-12.5m/min，常用8m/min-10m/min，可无级调速，用气动方式张紧滤网和压榨压辊，网带张紧力可在50N/cm-78N/cm范围内进行调整，利用自有国家发明专利技术（200810044902.X）开发的带式专用薯渣脱水机，脱水后薯渣含水率达到60%-70%，为后续发酵干燥提供了有利条件，带式压滤机规格型号及性能见表1。

表1 带式压滤机规格型号及性能

3.1.2 双级搅拌气流干燥成套设备

由于脱水后的湿薯渣含水量达60%-70%，一次烘干不经济，采用分段干燥工艺，并将二级干燥后的尾气通入直火炉进行余热利用，这种节能降耗措施，使得吨成品煤耗从400千克标煤降低到350千克标煤，进一步提高经济效益。干燥成套设备由一级搅拌干燥和二级气流干燥组成，主要设备包括螺旋输送机、直火炉、搅拌干燥主机、干燥塔、旋风分离器、风机、自动包装机、尾气回收系统，水浴除尘器等。直火炉加热空气作为热源，螺旋输送机将湿物料送入搅拌干燥主机进行预干燥、然后进入干燥塔继续干燥，经分离器将薯渣和空气分离，半干薯渣由输送机送入二级气流干燥主机进行最后干燥，出料后自动包装入库。搅拌气流干燥成套设备规格型号及性能见表2。

表2 搅拌气流干燥成套设备规格型号及性能

3.1.3 大棚发酵槽及移动式翻抛机

发酵槽采用砖混结构的长方形池子。为了充分利用日光，节约能源，提高发酵速度，发酵大棚采用塑料温室大棚结构，全密封，两端设进出口，发酵槽宽度1.5米-3米，长度50米-100米，底部敷设高压风管，用于定时向槽内输送新鲜空气。移动式翻抛机安装在发酵槽的导轨上，由行走机构、提升机构和翻抛转子组成，翻抛转子上安装可拆卸的旋耕刀。主要技术参数如下：

a.处理能力：10t/d-30t/d。

b.进料水分≤60%，出料水分≤45%。

c.运行速度：2m/min-5m/min（无级调速）。

3.2 废液处理关键设施及设备

3.2.1 洗薯废水的处理设施

用栅栏加过滤网进行过滤，拦下粗大的碎薯块，后续用两级澄清池，容积为2小时产生的最大洗薯水的容积，以每小时生产1.5吨淀粉生产线为例，每吨鲜薯需要3吨清洗水，澄清池容积V=2×1.5×3＝9m3，两级之间有20cm-30cm的高差，沉淀下来的泥沙，定期清理，清洁水送到洗薯机继续洗薯。

3.2.2 化学絮凝沉淀处理关键设施[1][2]

化学絮凝沉淀处理在工艺废水处理中是最有效和经济的方法，主要有絮凝沉淀池、溶液池（絮凝剂配制池）、溶解池和搅拌机。

3.2.2.1 絮凝剂投量

絮凝剂投放量与污水水质、固形物含量、絮凝剂种类、处理水量有关。经试验，Al2(SO4)3和碱式聚合氯化铝作絮凝剂对马铃薯加工的工艺废水处理效果较好，选择Al2(SO4)3的最佳投药量为500mg/l，对废水的CODcr去除率可达到47%。

絮凝剂投量：T＝aQ/1000

式中T-日絮凝剂投量（kg/d）

a-单位絮凝剂最大投量（mg/l），取500mg/l

Q-日处理水量（m3/d）。

举例如下：按生产1.5t/h淀粉，1t淀粉产生5t黄浆废液计算（以下均以此产量为例），处理水量为Q＝1.5×5×24＝180m3/d。

T＝500×180/1000＝90kg/d。

3.2.2.2 絮凝剂的配制和加投

絮凝剂在溶解池中配制，采用机械搅拌方法，完成后暂存在溶液池中备用。

a.溶液池容积

W1＝aQ/（417bn）

b-絮凝剂的浓度，一般5～20%，取15%。

n-每日调制次数，不超过3次，取2次。

W1＝500×180/（417×2×15）＝7.2m3

溶液池设计为：长2.5m，宽2m，高1.8m（高度包括超高0.3m，底部沉渣0.3m）。

b.溶解池容积

W2＝（0.2～0.3）W1

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

溶解池做成长方形，长L＝2m，宽B＝1m，高H＝1.5m（高度包括超高0.3m，底部沉渣0.2m），溶解池采用钢混结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理，池底坡度为0.02。

3.2.3 溶解池搅拌机[1][2]

溶解池采用机械搅拌，搅拌机的搅拌桨为平桨叶，中心固定，搅拌机与液体接触部分采用不锈钢材料。桨叶直径d＝0.3～0.5B，取d＝0.5B＝0.5×1＝0.5m，安装2台在溶解池中间。

3.2.4 絮凝沉淀池[1][2]

在絮凝沉淀池中，通过投加絮凝剂，使微小的悬浮固体、胶体颗粒脱稳，聚集形成较大的颗粒，从而提高沉淀效率。对悬浮纤维、糖类物质和蛋白质的去除具有明显效果，悬浮固体去除率可达90%，BOD5去除率为50%-70%，CODcr去除率为40%～60%，絮凝沉淀池的工艺尺寸设计如下。

a.沉淀池表面积A＝Q/24q＝180/24×1.5＝5m2

表面负荷q＝1.5～3，取q＝1.5m3/m2·h。

b.沉淀区有效水深h＝q×t＝1.5×2＝3m

沉淀时间t＝1h～2h，取t＝2h。

c.沉淀区有效容积V＝Q×t/24＝180×2/24＝15m3。

d.沉淀池长度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-最大流量时的停留时间，一般1.5h-2h，取1.5h。

e.沉淀池的总宽度B

B＝A/L＝5/21.6＝0.23m

根据马铃薯废液的实际情况调整，取B＝0.625m，L＝5/0.625＝8m，取μ＝3的富余量，L＝8×3＝24m。

f.沉淀池的座数n，n＝1。

g.进水部设计

宽度与沉淀池相同，取0.625m；长度为0.3m-0.5m，取0.4m；深度为0.9m；在0.6m深的位置安装进水管。

h.出渣口设计

出渣口设在进水端，底部尺寸为0.4m×0.4m，斜角不大于60°，取60°，排出的絮凝蛋白采用螺杆泵抽取。

i.出水部设计

宽度与沉淀池相同，取0.625m；出水挡板为锯齿三角堰，角度为90°；长度为0.3m-0.5m，取0.4m；深度为0.9m；在底部设置出水口，用泵抽水到洗薯机循环使用。

4 处理效果

薯渣经过脱水干燥处理后，可以用于生产有机肥和饲料，废液经过沉淀处理、化学絮凝处理和厌氧发酵处理后，不但回收了蛋白质，用于生产饲料，同时使得排放的废水达到灌溉要求，用于果园或农田灌溉。马铃薯加工薯渣和废液处理工艺及设备解决了淀粉加工废弃物薯渣和废液污染环境问题，使废弃物得到循环利用，生产出有机肥和饲料，也为马铃薯淀粉加工产业发展提供了技术保障。

[1]韩洪军，杜茂安.《水处理工程设计计算》，中国建筑工业出版社。

[2]黄维菊，魏星.《污水处理工程设计》，国防工业出版社。