马铃薯主粮路上的拦路虎——加工污染

目前国内马铃薯淀粉企业要按国家标准要求排放是非常困难的，但是，国家马铃薯产业技术体系岗位专家、中国科学院兰州化学物理所研究员刘刚告诉《中国科学报》记者，他们已经采用一些技术手段解决了马铃薯加工废水排放的问题。

主粮化之路上不可忽略的问题

马铃薯是我国重要的粮食兼经济作物，其种植面积和产量均居世界首位。2013年我国马铃薯总产量超8000万吨，是位于稻谷、玉米、小麦之后的第四大粮食作物。2015年初，农业部确定马铃薯主粮化战略，在保障国家粮食安全与促进国民经济社会发展中将具有更加重要的意义。

“由于马铃薯很难贮藏，加工业就成为马铃薯产业链中的关键环节。”刘刚说，马铃薯淀粉加工业是最重要的一项内容，也是西北、东北和西南山区广大薯农脱贫致富的重要途径。

据统计，我国马铃薯淀粉加工能力已超过120万吨，马铃薯淀粉加工企业（大中型）已超过500家，西北地区约占全国总量的2/3。

然而马铃薯淀粉加工过程中，会产生大量的含有丰富蛋白质、淀粉、纤维、多糖等有机营养物的工艺水（分离汁水），其COD值高达30000~40000 mg/L。直接排放就变成废水，导致严重的环境污染。

刘刚介绍，多年来这些工艺水没有得到有效利用和处理，全国每年有超过5100万吨高浓度淀粉工艺水当作废水直接排放到江河湖泊中，造成相关地区水域富营养化、鱼虾死亡、土地酸化等恶性污染事故频频发生。

近年来，尽管环保部门已经相继关停了一万多家小型加工企业。其他的大中型马铃薯淀粉企业仍然面临关停和偷排的生死选择。“由于马铃薯淀粉加工业一端联系着千百万农民的经济利益和脱贫致富，另一端联系着马铃薯淀粉行业的健康发展，各级政府已经把解决马铃薯产业发展和淀粉废水排污问题，当作任期内重要的目标任务。”刘刚说。

2010年环保部和国家质量监督检验局发布实施了《淀粉工业水污染物排放标准》(GB25461-2010)，2015年1月1日环保部又发布实施《淀粉废水工程治理技术规范》（HJ2043-2014）。其中“淀粉废水工程治理技术规范”（以下简称“技术规范”）推荐了目前最先进、最复杂的淀粉废水治理工艺：预处理+厌氧生物处理+好氧生物处理+深度处理。“但这与生产实际相差太大，对排量大、蛋白泡沫多，且悬浮物和COD值超过这套工艺中厌氧和好氧生物处理能力10~30倍的高浓度废水进行前处理的工艺就很难做到。”刘刚强调。

此外，“技术规范”中建议厌氧生物处理工艺最适温度为32℃~35℃，而大部分马铃薯淀粉加工业主要在“三北”（西北、东北、华北）地区的9~11月和次年的3~5月，环境温度一般都在-5℃~15℃之间。显然这套生化处理技术不额外采用加温保温措施，微生物活力无法保证。而且在三北地区冬季极端低温条件和次年5~9月份停产期，如何保持各工艺阶段微生物保存和快速启动，是相当大的技术难题。因此，目前几百座马铃薯淀粉废水生化处理系统基本成为摆设，无法正常运行，难以达标排放。

新技术研发势在必行

据调查，内蒙古奈伦农业科技公司和宁夏固原市农业技术推广中心先后在2002年、2008年以来连续多年在不同地区将马铃薯淀粉加工工艺水变“肥水”（只做简单沉淀和自然曝气处理，未回收蛋白）进行农田灌溉试验，摸索并制定出合适的“肥水灌溉农田技术与标准”，采用喷灌方式在农田秋翻前和春播前两个最佳时段灌溉。

“这不仅提高了土壤肥力、节约了水源，而且为马铃薯淀粉企业解决了高昂的废水处理费用，实现了无废水排放的目的。”刘刚说。

2009~2011年，固原市环境保护科学研究所和固原市环境监测站对固原市三个县淀粉废水灌溉休闲地进行了连续三年的实验和跟踪监测。结果表明：淀粉废水（只做简单沉淀处理）灌溉的休闲地周边地下水在淀粉废水灌溉前、中、后各主要监测项目：高锰酸盐指数、氨氮、总磷、硫化物和亚硝酸盐均无变化。

2011年在农业部国家马铃薯产业技术体系和中科院西部行动计划的支持下，中国科学院兰州化学物理研究所分别在甘肃、宁夏两个马铃薯淀粉企业采用自主研发的马铃薯淀粉工艺水（分离汁水）回收蛋白技术，从工艺水中分步提取回收小颗粒淀粉、细纤维和食品级蛋白后，其脱蛋白水的COD和固形物相应降低到50%以下，脱蛋白水中残留少量多糖、多肽和有机酸等小分子有机物，以及丰富的钾、磷等矿物质成分。将废水变“肥水”直接用于冬春季农田灌溉，没有出现烧苗和农田污染情况，实现了马铃薯淀粉加工工艺水“零排放”的目标。

刘刚介绍，该“肥水”经过甘肃省定西市农业科学院连续3年的大水漫灌试验，实现了节水、节肥、改良土壤和农作物增产30%以上的目标。

其实，将马铃薯淀粉加工工艺水变“肥水”用于农田灌溉的资源化利用、循环经济发展模式在北欧发达国家已经实施了多年。丹麦、德国、英国等国家淀粉生产企业将回收马铃薯蛋白后的脱蛋白水直接与农户进行工业废水交易，废水由农户用罐车直接运往农田进行均匀浇灌。马铃薯淀粉加工工艺水再利用，不仅实现了节水、节能和保护环境，而且极大地减轻了淀粉企业废水处理的经济负担。淀粉企业回收食品级马铃薯蛋白产生的经济效益也超过淀粉主产品利润。

创新成果重在落地

2008年至今，中国科学院兰州化学物理研究所从“反向絮凝-超滤法处理马铃薯淀粉加工废水装置及组合专用药剂配方的研究”的小试技术成果，到“封闭式马铃薯淀粉工艺水蛋白在线提取生产线”中试和工业化试验研究、“太阳能集热保温固定化微生物高效网箱生化系统”，至今形成“薯类淀粉工艺水蛋白高值化利用和脱蛋白水"肥水"化农田灌溉技术”完整的技术系统，已经获得了五项国家发明专利，一项实用新型专利，还有三项发明专利正在审查中。

“经过连续多年的研究测试分析，该技术的蛋白回收提取率、废水达标、中水回用已经达到荷兰、丹麦和美国等国家的先进技术水平，运行费用和设备成本大幅度降低。”刘刚说，他们已经初步搭建了薯类淀粉加工废弃物资源化利用与污染控制技术研究平台。

2013年11月，在宁夏西吉马铃薯淀粉企业建成一条封闭式马铃薯淀粉工艺水提取蛋白生产线，工艺水处理能力达到25吨/小时，实现了与国内淀粉设备的配套运行。2014年10月，在甘肃临洮薯界淀粉公司建成了一套完整的“马铃薯淀粉工艺水提取蛋白高值化利用与废水处理达标排放系统”，工艺水处理能力达到30~35吨/小时，实现了与全进口淀粉设备的配套运行。

据了解，本项目技术与装备是国内目前薯类淀粉加工最急需的技术，全套技术填补了国内空白。从此，薯类淀粉工艺水蛋白可以高值化回收利用，脱蛋白水可以达标排放或者直接用于农田灌溉，实现淀粉加工副产物资源化利用。

目前，该技术在马铃薯淀粉资源化利用获得成功，进一步研究改进和参数调整后还可以推广应用到甘薯、木薯、豆类、小麦、糯米、蕨根等淀粉加工以及一些中药材浸提加工过程中，排出大量含有蛋白质的有机废水处理。“对于薯类淀粉企业来说，实现工艺水的高值化利用的同时，又能够解决让他们头痛多年的排污问题。”刘刚说。

现在，如何将技术成果落地是关键。对此，甘肃省政协张世珍副主席准备将相关提案带到今年全国两会，呼吁国家在“三北”地区有条件的马铃薯淀粉企业率先推行马铃薯淀粉工艺水回收蛋白高值化利用和脱蛋白水农田灌溉计划，实行工艺水“零排放”技术。呼吁环保部门对达到工艺水“零排放”标准（包括配套农业灌溉措施和灌溉标准）的马铃薯淀粉企业进行考核备案，对备案企业不再另外进行排污达标考核。