作者:刘晓倩 来源:中国科学报 发布时间:2013-12-31 10:03:04
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废水“探宝”
刘刚小组研制出淀粉加工废弃物资源化利用技术
 
■本报记者 刘晓倩
 
12月29日,记者在中国科学院兰州化学物理研究所采访时获悉,该所研究员刘刚研究小组,研制出马铃薯淀粉加工废弃物资源化利用设备技术,将废水变成蛋白质饲料和灌溉用水。目前该工艺技术已实现产业化,可解决年产万吨淀粉的加工企业废水排放难题。
 
不能排不能用,工艺水进退两难
 
马铃薯是重要的粮食与经济作物。每年9月,马铃薯大量上市,由于很难贮藏,淀粉加工业就成为马铃薯的重要出路,也是马铃薯产业链中增加附加值的关键环节和山区薯农脱贫致富的重要途径。
 
然而,马铃薯淀粉加工过程中会排出大量工艺水(分离之水),工艺水中含有蛋白质、淀粉、低聚糖等有机营养物。刘刚说,因为工艺水的固形物浓度在5%左右,化学耗氧量(COD)高达30000~50000 mg/L,目前的城市污水处理技术很难处理。若直接排放,会导致环境污染、水中生物因缺氧死去。若直接进行农田灌溉,则会因为废水中的大分子有机物发酵造成烧苗,最终引起作物减产或绝收。
 
据估计,全国每年有2100万吨高浓度马铃薯淀粉加工有机废水直接排到江河湖泊中。造成相关地区水域富营养化,河流鱼虾死亡,土地酸化,作物减产或绝收。各级环保部门已经相继关停了一万多家小型加工企业。
 
提取蛋白灌溉农田,工艺水变废为宝
 
面对贫困地区薯农的“卖薯难”,淀粉加工企业关停等问题,刘刚想到了自己20多年前做的一个项目。他发现马铃薯淀粉加工分离汁水中含有蛋白质、小颗粒淀粉等有机、无机成分。“我国每年饲料用蛋白进口3000万吨,而马铃薯提取淀粉后的工艺水中的蛋白却当作废水白白排放了。另外,西北地区缺水,而工艺水因为不能用于灌溉也被排放了。”刘刚表示,如何把废水中的“宝贝”提取出来并实现资源化、产业化。
 
在研究过程中,小组很快遇到了问题:由于马铃薯淀粉加工废水量大、固形物较低,常规分离技术成本很高。采用超滤法等很难实现工业化。
 
“好似做豆腐脑一样。”刘刚这样比喻絮凝沉淀蛋白质的过程。但是,马铃薯蛋白絮体比重较轻、水中果胶含量高,沉降速度慢,普通离心设备根本无法连续分离脱水。这就需要研发一种非紊流态沉淀分离装备,实现絮体成长、沉降和清水分流浓缩。同时,研究小组选择改造一种特殊的离心分离设备连续脱水分离蛋白质。提取蛋白后的废水再通过固定化微生物净化法降解剩余小分子有机物。经过处理后,净水可以达到国家排放标准,也可以直接灌溉农田或者作为中水回用。
 
增值环保,生产企业“零排放”
 
“经过10年的实验室小试、中试和工业化放大试验研究,我们打通了从淀粉车间的旋流站到蛋白分离提取的关键技术路线,开发出一套日处理350吨(相当于年产万吨淀粉的加工企业废水排放量)马铃薯淀粉工艺水在线提取回收蛋白及其废水资源化利用和污染控制技术。”刘刚说。
 
通过这套设备可以分别获得含水量为80%的湿蛋白或含水量为10%的蛋白粉。回收的蛋白粉可以作为高级饲料添加剂,也可以进一步加工成食品级蛋白进一步提升其附加值。而提取蛋白后的“清水”可直接用于农田冬春灌,废水变“肥水”,可以起到节水、节肥和改良西北碱性土壤的作用,达到淀粉生产废水“零排放”目的。
 
据介绍,该技术在为淀粉企业新增经济效益和实现环保的同时,对解决我国饲料用蛋白缺口问题具有积极的意义。技术原理还可用于红薯、木薯、豆类、糯米、蕨根淀粉和中药材加工排出废水蛋白的提取回收和污染控制。
 
《中国科学报》 (2013-12-31 第7版 转化)
 
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