南宁市木薯淀粉及木薯酒精废液资源化利用研究

黄琳

【摘 要】木薯淀粉、酒精废液属于高浓度有机废液，不仅难以处理，其排放更会对环境产生较大影响，该类废液的处理问题已经成为限制木薯淀粉、酒精行业发展的瓶颈。文章以南宁市木薯淀粉、酒精废液企业及行业现状为样本，对木薯淀粉及其酒精废液的资源化利用治理技术和管理模式等内容进行研究，提出解决资源化利用的关键技术。

【关键词】木薯淀粉;木薯酒精;废液;资源化利用

【中图分类号】X792 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）08-0070-03

木薯淀粉、酒精行业产生的废液属有害高浓度有机混合液体，大多数小型淀粉生产厂家生产废水直接排放至江河、生产农田。即使规模以上厂家（年产3万t以上）按照环保部门的要求建设相应的废水处理设施，但是由于处理工艺、处理时间等条件的限制，废水都不能稳定达标排放。通过对南宁市木薯行业生产及排污情况的基础调查发现，南宁市木薯淀粉、酒精加工企业呈现出整体生产规模较大、单个加工企业规模较小、企业产能分布不合理、企业治理污染投资较大、不能稳定达标排放、污水排放量较大等现象，因此应尽快加强木薯淀粉、酒精行业的排污整顿。本文以西乡塘、武鸣县和隆安县的木薯加工生产企业为重点样本，对木薯淀粉废液、木薯酒精废液、生产企业周边土壤和资源化利用所得产品进行研究，以期形成一套安全有效、经济可行的治理技术。

1 研究方案比选

1.1 传统处理法

目前，国内外常用的淀粉废水处理方法主要有UASB工艺（上流式厌氧污泥床反应工艺）、EGSB技术（厌氧颗粒污泥膨胀床技术）、SBR工艺（序批式间歇活性污泥法）、HCR工艺（高效好氧生物处理技术）等，传统的设施处理法处理淀粉废液普遍有着抗冲击负荷能力较强、处理效果较好、便于监管等方面的优势，因此被广西淀粉企业普遍采用，但同时，这类处理方法存在固定投资大、运行成本高、对设施日常运行管理水平要求较高等缺点。

1.2 资源化利用法

传统的淀粉废水资源化利用主要为氧化塘方法处理废水后用于农灌的方式，该法优点是投资少、不用操作，缺点是占地面积大，且由于氧化塘未做防渗处理，有害成分渗入地下污染地下水，同时氧化塘产生的气味对周边造成严重影响。多年实践证明，此法治理薯类淀粉废水不仅难以达标，还会破坏生态环境，因此2008年广西已经禁止企业采用此方法处理废水。但淀粉废水的资源化利用仍是实现环境与经济双赢的有效途径，国务院印发的《节能减排“十二五”规划》（国发〔2012〕40号）也在主要任务中提出“加强重点行业污染物减排……加大工业废水治理力度……发酵行业推广高浓度废液综合利用技术、废醪液制备生物有机肥及液态肥技术”。虽然木薯淀粉、酒精废液含有高浓度有机物，治理难度高，但从资源利用方面看，此类废液却是加工生物有机肥的良好原料，70%以上为有机质，主要分为糖分、蛋白质、维生素、残糖、短纤维和氨磷钾等。因此，在无害化处理的前提下，利用科学手段开发木薯淀粉、酒精废液的资源化利用，安全有效应用于农业生产势在必行。本研究选择废液资源化利用的技术路线，目标是形成一整套安全、有效、经济的资源化利用技术方案。

2 研究内容及主要成果

经过调研金光淀粉厂、安宁淀粉厂、皎龙酒精厂、海盈酒精厂和明阳生化公司等生产企业发现，废液的主要成分是蛋白质、氨基酸、残余淀粉、纤维素、糖类等易腐败物质，其中根据成品要求投加的含有氯化物、交联剂和硝酸盐等的化学试剂及原材料本身富集的元素是废液中主要的重金属来源。研究针对木薯淀粉、酒精废液的主要污染物进行无害化处理和资源化转化利用，最后运用作物栽培试验进行验证。

2.1 木薯淀粉、酒精混合废液的无害化处理

通过采样检测发现，样本土壤重金属含量部分指标存在超标情况，如金光淀粉厂的用废液浇灌过的土壤中铬的含量达到275 mg/kg（旱地标准三级标准）、武鸣皎龙酒精厂用废液浇灌过的土壤中砷的含量达到112.3 mg/kg（超旱地标准三级标准3倍）、隆安海盈酒精厂用废液浇灌过的土壤中砷的含量达到71.38 mg/kg（超旱地标准三级标准2倍）。因此，为确保废液用于农灌过程中对环境的安全性，必须进一步降低废液的重金属含量。

根据检测数据进行分析、计算，并经过反复的实验，研制降低重金属含量的配方，最终通过加入特定配方试剂达到除去重金属的目的，主要反应链式如下：

通过对武鳴安宁淀粉厂的厌氧前废液（木薯淀粉和酒精的混合废液）进行无害化处理，各项有害指标均达到污水综合排放标准值和农田灌溉水质标准，情况见表1。

2.2 资源化利用技术研究

从5月初到10月中旬进行了木薯淀粉、酒精废液的资源化技术研究及种植试验，综合考虑原液可用于厌氧发酵生产生物燃气，仍具有一定的经济价值，因此采用厌氧后的废液进行资源化利用研究。经过对木薯淀粉、酒精厌氧后废液采样、检测、分析发现，废液中所含淀粉和粗蛋白为0.35%，总糖含量为0.1%，总酸（按乙酸计）含量为0.17%，若直接用作肥料浇灌，作物则无法直接吸收其中的肥效，反而废液分解时还会伤害作物。因此，就如何提高废液的肥效进行分析研究，利用特定分解酶对废液进行分解，其中的淀粉、总糖水解为单糖，粗蛋白分解成氨基酸，这样有利于作物的吸收，再通过聚合、分解、提取等一系列研究实验，提高总养分值。经过上述处理过程，得出的资源化处理结果如下：固体生化有机肥总氮为11.2%，有效五氧化二磷为0.9%，总氧化钾为0.2%，总养分为12.3%，达到中华人民共和国农业行业标准NY525—2012有机肥标准（≥5.0%）;液态肥总N0为0.1%，有效五氧化二磷为0，总氧化钾为0.2%，总养分为0.3%，虽低于浙江液态肥标准（报批）（总养分40 g/L，换算为4%），但仍含有较高肥效成分，可作为农业种植肥料原料进行种植试验研究。

2.3 作物种植试验

2.3.1 第一阶段——调查研究、分析对比确定试验地

通过对金光淀粉厂、安宁淀粉厂、海盈酒精厂、皎龙酒精厂等厂的木薯淀粉、酒精废液进行采样与检测分析发现，其中含有一定的肥效成分及某些超标重金属;从受污染农田的土壤成分检测发现其中部分重金属超标，比正常值高出2～4倍。经过分析比较，最终选择在金光淀粉厂开展木薯淀粉废液资源化利用技术研究及试验。

2.3.2 第二阶段——可行性的实践试验

经过精心挑选，在金光淀粉厂厂区内选择了一块333 m2左右的荒地作为课题的试验地，并根据废液资源化利用生成的肥料的特性及试验地的土壤特征确定了试验种植作物为木薯套种玉米。从5月2日开始，经过开荒、翻地、整地、起垄、播种、育苗、除草、施肥、日常护理等一系列工作，分别于8月4日收获了玉米，于10月14日收获了木薯，整个种植试验共施用了2次配方肥。

2.3.3 第三阶段——种植作物生长情况及效果对照参数

以5月19日播种算起，玉米与木薯分别于5月22日前后出苗，并且长势良好，经过6月8日的施肥后，玉米长势最明显，木薯长势较慢。具体情况见表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、酒精废液中的重金属，无害化处理使其达到安全使用标准。

（2）成功研制出木薯淀粉、酒精废液资源化利用转化技术，转化后可作为液态肥和固体生化有机肥的原料。

（3）成功地进行了试验地木薯套种玉米种植试验，并获得良好的试验效果。

3 施用方案研究

本次研究通过对情景的合理预设对未来重金属含量变化趋势进行预测，预测公式为

其中：Wi为污染物i在土壤中的累积残留量，mg/kg;Pi为污染物i在土壤中的背景值;Xi为单位重量被灌溉土壤每年接纳该污染物的量，mg/kg*a;Ki为污染物i在被灌溉土壤中的年残留率;n为灌溉年限;Q为灌溉水量m3/hm2*a;M为每hm2地耕作层土壤重量，mg/hm2;Ci为灌溉水中i污染物的浓度，mg/L。

根据相关研究报告，土壤中各种重金属的年残留率Ki分别为铅，97.2%;汞，98.1%;镉，98.5%;铬，98.9%;砷，98.8%。

本预测通过确保达到《土壤环境质量》二级标准，灌溉20年，耕作土层按照0.2 m的条件下的每667 m2作物所能灌溉的最大处置过后的液态肥数量。

其中，每平方米耕作层土壤质量=1 M2×0.2 m×1 130 kg/M3=226 kg，则每公顷耕作层土壤质量为2 260 000 kg。

采用《广西壮族自治区土壤环境背景值图集》的值作为本次研究的背景值，Ci取废液经过厌氧、好氧后的监测值，计算结果见表6。

从表2中可以看到，在灌溉20年，耕作土层按照0.2 m的条件下，确保铅、汞、镉、铬、砷达到《土壤環境质量》二级标准每667 m2作物所能灌溉的最大处置后的液态肥限值为12万t。根据调查南宁市淀粉酒精企业每年产生的废液约1 000万t（可生成液态肥约1 000万t），足够消纳给约5.53万hm2的木薯地，小于2012年统计的南宁市木薯种植面积6万hm2。因此，从技术上来说，淀粉酒精废液经本研究操作处理后，作为灌溉用水用于浇灌企业周边耕作用地在技术层面是安全可靠的，可确保达到《土壤环境质量》二级标准，不会对周边土壤产生不利影响。

参 考 文 献

[1]广西环境保护科学研究院.南宁市木薯淀粉酒精产业发展规划（2013—2020年）[Z].2013.

[2]广西质量技术监督局.广西主要工业行业循环经济评价指标体系（DB45/T 612—2011）[Z].2011.

[3]环境保护部.土壤环境质量标准[S].1995.

[责任编辑：钟声贤]