甘蔗糖厂酒精废液成分分析及科学施用

刀静梅 ，李复琴 ，高欣欣 ，樊仙 ，刘少春 ，邓军 ，张跃彬 *，思鸿保 ，张春平

（1．云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室,云南 开远 661699；2．云南德宏英茂糖业有限公司弄璋糖厂，云南 盈江 679300；3．云南西双版纳英茂糖业有限公司景真糖厂，云南 勐海 666200）

我国南方有着丰富的甘蔗资源，甘蔗糖厂100多家，蔗糖产量占我国食糖总量的85%以上。甘蔗制糖过程中产生的糖蜜可生产食用酒精，每产1 t酒精就产生13～15 t废液。我国甘蔗糖蜜酒精日产能力约2500 t，每天排出废液达35000 t左右，甘蔗酒精废液已成为制糖厂最主要的污染源。甘蔗酒精废液为深褐色高浓度有机酸性废水，氯离子含量高[1]，直接排放必然造成环境污染。近年来，国内外对甘蔗酒精废液处理工艺和技术进行了大量的研究和探索，治理研究与应用较多的是厌氧生物处理和厌氧-好氧生物处理[2]，其它不常用的还有氧化还原法、浓缩法、化学絮凝法等。韦雪梅等研究报道[3]UASB厌氧生物处理技术，可在15～30 d内快速启动治理废液，每去除1 kg的COD会产生574～700 L的沼气，处理后的废液pH为中性，做到了无害化农灌；研究中还发现处理高浓度废液时产生气体中70%为沼气，同时还含有少量硫化氢（H2S）气体。甘蔗酒精废液厌氧处理过程中SO42-易还原成H2S气体，对厌氧消化产生抑制作用。符征鸽等[4]利用铁法处理糖蜜酒精废液，克服了高浓度SO42-还原产生H2S气体对发酵菌的毒害作用。我国甘蔗糖厂酒精废液一般是加入光合菌种进行发酵处理后，充分曝气、降低COD值，稀释处理后，将富含氮、磷、钾等营养物质的酒精废液施用于糖厂周围的甘蔗地，既能提供甘蔗大量营养和水分，又能解决环境污染问题，是一项有利于农业可持续发展的措施。研究酒精废液成分及其施入蔗地后产生气体种类，为指导酒精废液处理和合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

甘蔗糖厂酒精废液：2017年2—3月分别取云南弄璋、景真、勐阿和华侨甘蔗制糖企业生产、经处理后可以施用于蔗地的甘蔗酒精废液，用塑料瓶装好带回实验室检测各项指标。

甘蔗酒精废液施用土壤后产生气体：本试验模拟蔗地施用甘蔗酒精废液产生气体并收集，供试土壤样品为云南省农业科学院甘蔗研究所第一科研基地（开远）试验地土壤，共取鲜土40 kg，混匀风干后备用。2017年3月14日把各甘蔗糖厂生产的甘蔗酒精废液倒入已经装有蔗地风干土壤样品的玻璃瓶中（见图1），放实验室内，环境温度20～25℃，联接气体收集袋，土∶液比（kg∶L）为 3∶1，即每个瓶装 3 kg 土灌注 1 L 废液，甘蔗酒精废液刚好完全淹过土壤，气体用2 L的气体收集袋收集，收集14 d后检测气体成分和含量。

1.2 甘蔗酒精废液检测方法、仪器、药品

甘蔗酒精废液成分分析在云南省农业科学院甘蔗研究所完成，按GB 15063-2009复混肥料（复合肥料）标准测定氯离子含量，锤度测定用阿贝折射仪，固形物用碱回收黑液方法测定，总磷、总钾按NY 525-2012有机肥料检测，还原糖参照《甘蔗制糖化学管理分析方法》中兰-艾农法检测（中国轻工总会甘蔗糖业质量监督检测中心，1995年5月）检测，残留还原物、总灰分参照《甘蔗糖蜜酒精生产检验方法》（修订本）（广东省糖纸工业公司、轻工业部甘蔗糖业科学研究所，1986年编）检测，COD含量用GB 11914-89重铬酸盐法检测，全氮、铵态氮、硝态氮分别按GB/T 8572-2010复混肥料中未知试样全氮、铵态氮、硝态氮含量方法测定。

1.3 气体检测方法

气体检测委托云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司检测，甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、乙炔（C2H2）采用气相色谱法检测，二氧化碳（CO2）采用红外表检测；一氧化碳（CO）、氨气（NH3）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、二氧化氮（NO2）采用检测管法检测。

2 结果与分析

2.1 甘蔗酒精废液主要成分指标

通过对各甘蔗糖厂将施用于蔗地的甘蔗酒精废液进行取样检测，各检测指标详见表1，全氮4．09～5．29 g/L、总钾 4．30～11．60 g/L 和总磷 0．32～0．66 g/L 等作物生长所需的营养成分，甘蔗酒精废液密度均大于 1 kg/L，废液中含有少量固形物和灰分，氯离子浓度3．44～6．88 g/L。全氮和总钾比总磷含量高，全氮中铵态氮含量高于硝态氮含量。甘蔗糖厂酒精废液含有大量甘蔗生长所需的多种营养元素，这些成分主要来源于原料甘蔗，且在蔗糖生产过程中没有添加任何对人体和作物有毒有害的物质，是一种优质的有机肥料。张洪志[5]研究利用甘蔗酒精废液浓缩液，再加尿素、磷酸一铵、氯化钾等原料，通过转鼓造粒机生产出符合国家标准的有机—无机复混肥11-7-7，有机质含量达20%。

2.2 甘蔗酒精废液施入土壤后产生气体成分

甘蔗酒精废液施用于蔗地后产生气体，检测到含有甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、一氧化碳等碳氢氧混合气体，以甲烷含量最高，其次是乙烷、乙炔，同时还检测到硫化氢、一氧化碳等有毒气体，详见表2。甘蔗酒精废液pH值4．5～6．2，废液中大量的有机物经酸化会产生甲烷气体[6]，在研究的4个甘蔗酒精废液生产企业中，甘蔗酒精废液浇灌土壤14 d后产生甲烷、乙烷、乙炔气体最多的是华侨糖厂生产的甘蔗酒精废液，分别为53600×10-6、15．9×10-6、30．6×10-6。 弄璋和华侨两个制糖企业废液模拟试验收集的气体中含有硫化氢，其含量为14～15 mg/m3。酒精废液厌氧条件下中SO42-易还原成硫化氢气体，糖蜜酒精废液中的硫酸根离子越多，厌氧条件下产生硫化氢等臭味气体越多。据韦科陆[7]研究，利用糖蜜酒精废液生产的沼气甲烷含量大于50%，沼气经脱硫后供做锅炉燃气，沼液并生产生物有机肥施用于甘蔗地。

3 结论与讨论

3.1 甘蔗制糖厂酒精废液养分含量丰富，科学处理施用于蔗地，循环利用、变废为宝

甘蔗制糖厂酒精废液的主要成分来源于原料甘蔗，在制糖过程中没有添加任何对生物有明显毒性的物质，而且富含大量甘蔗生长所需的氮、磷、钾等多种营养元素，是一种优质的有机肥料。云南省甘蔗大面积种植在临沧耿马，德宏州陇川、盈江，西双版纳勐海，常年种植面积33万hm2左右，如每年用甘蔗糖蜜生产酒精4万t，大约有50万t废液。在甘蔗酒精废液中加入光合菌种进行发酵，充分曝气、降低COD值稀释处理后，用灌车运输施用于糖厂周围的甘蔗地，这种方式不仅解决了甘蔗酒精废液对水环境的污染问题，而且还把甘蔗生产中带走的养分归还蔗田。国内外早在20世纪七八十年代就直接将甘蔗酒精废液浇灌于农田，得到了很好的增产效果。长期试验表明，甘蔗施用酒精废液后可以改良土壤结构[8]、提高土壤肥力，提高出苗、分蘖率和蔗茎产量，略微改善甘蔗糖分，一般适宜施用量为75 t/hm2左右[9-11]。通过研究甘蔗酒精废液的成分，指导施用，使制糖工业中主要的污染源变废为宝，循环利用，是解决蔗糖生产与环境和谐发展的关键问题。

3.2 合理调节甘蔗酒精废液酸碱度，适当处理减少氯离子（Cl-）含量

在本文研究的甘蔗制糖厂酒精废液中氯离子浓度 3．44～6．88 g/L，pH 值 4．5～6．2， 如果蔗区降雨量低于700 mm，再加上氯离子容易在土壤中积累和含氯化肥的施用，在酸性土壤上施用甘蔗酒精废液会造成土壤pH值下降，加快土壤酸化速度。据黄玉溢等[12]研究，蔗地施入氯化铵后土壤氯离子含量有所增加，在甘蔗上表现为施氯量越多甘蔗锤度越低，蔗糖含量减少。因此规模化利用甘蔗酒精废液时，建议对废液进行除氯处理，未查到相关甘蔗制糖厂对酒精废液的除氯技改报道和研究文献，减少氯离子较难实现，有待进一步研究；调节甘蔗酒精废液pH值在6．0～7．5之间，即中性偏微碱性环境最适宜甘蔗生长[13]。