農村紅薯淀粉低污染生產模式探討

1、農村紅薯淀粉低污染生產模式探討作者：方降龍海子彬謝顯傳鄭志俠來源：現(xiàn)代農業(yè)科技2014年第18期摘要針對目前農村紅薯淀粉加工對水體環(huán)境造成嚴重污染的現(xiàn)狀，通過分析現(xiàn)有農村紅 薯淀粉生產技術工藝存在的不足，提出了一套包含紅薯淀粉清潔生產技術與設備、淀粉廢水處 理和資源化利用技術、淀粉廢水尾水還田灌溉利用、市場經濟調節(jié)和環(huán)境政策保障的農村紅薯 淀粉低污染生產模式。關鍵詞紅薯；淀粉生產；低污染模式；環(huán)境補貼中圖分類號TS234文獻標識碼A文章編號1007-5739(2014)18-0213-02Discussion on a Less Polluting Mode of Rural Sweet Po

2、tato Starch ProductionFANG Xiang-long 1 HAI Zi-bin 1 XIE Xian-chuan 2 ZHENG Zhi-xia 1(1 Anhui Academy of Environmental Science Research， Hefei Anhui 230071； 2 Nanjing University)Abstrct In view of the severe situation of water pollution caused by rural production of sweet potato starch， a less pollu

3、ting mode comprising of technique and equipment of sweet potato starch cleaner production， starch waste water treatment and resource utilization, irrigation use of starch tail water， market regulation and environmental policies guarantee was discussed after analyzing the shortages in the present rur

4、al sweet potato starch production.Key words sweet potato； starch production； less polluting mode； environmental allowance紅薯，又叫番薯、甘薯，塊根和莖葉營養(yǎng)非常豐富，富含淀粉、可溶性糖、蛋白質、粗纖 維、果膠、氨基酸、維生素以及多種礦物質，其獨特的保健作用正引起國內外農業(yè)和醫(yī)學界的 重視1。紅薯是天然保持雜交優(yōu)勢的作物，抗旱耐瘠，高產穩(wěn)產，是世界主要糧食作物之 一，也是重要的飼料作物和工業(yè)原料。紅薯可加工成淀粉、糖、酒精、檸檬酸等多種產品 2，目前，在廣大的農村以紅薯淀粉加

5、工最為普遍，是農民增收致富的重要手段。1農村紅薯淀粉加工存在的問題與技術需求農村紅薯淀粉加工帶來了嚴重的環(huán)境污染問題。以紅薯種植和加工相對比較集中的的八里 河流域為例，該流域每年種植紅薯約5 800 hm2,年產紅薯約18萬t，當地農村紅薯淀粉加工 大多是家庭作坊式，生產方式粗放落后，淀粉出粉率低，品質較差，生產耗水量大，每1 t鮮 薯耗水量達10 t以上，淀粉廢水排放量大。該流域每年9-12月淀粉集中加工季節(jié)約有180萬 t高濃度淀粉廢水未經過任何污水處理措施直接排入河流水體。紅薯淀粉廢水有機負荷高， COD濃度高達5 00010 000 mg/L，氨氮含量達到30100 mg/L, SS達

6、到2 0003 000 mg/L。據估算，該流域淀粉廢水的COD排放量達14 400 t,氨氮為270 t，總氮750 t,總磷76 t。大量淀粉廢水排放造成八里河流域水體發(fā)黑發(fā)臭，COD、氨氮等水質指標超標嚴重，水體 缺氧還導致魚蝦滅絕，水生態(tài)系統(tǒng)完全崩潰。家庭作坊式紅薯淀粉加工廢水排放呈分散特點，一家一戶淀粉廢水處理成本過高，難以進 行集中有效的治理；另一方面家庭作坊淀粉加工設備簡易、技術落后，淀粉產率、淀粉質量難 以保證。因此，亟待改變農村家庭作坊式紅薯淀粉的高污染生產方式，迫切需要研發(fā)適用于農 村規(guī)模化紅薯淀粉加工的清潔生產技術與設備，大幅降低淀粉廢水的產生；實現(xiàn)淀粉廢水尾水 的灌溉回

7、田利用，大幅削減淀粉廢水的排放；提升紅薯淀粉的產率與質量，提高淀粉生產的經 濟效益，增加農民的收入，使低污染紅薯淀粉生產模式得以推廣。2紅薯淀粉清潔生產技術與設備紅薯淀粉加工行業(yè)的自動化程度較低，生產形式以家庭作坊和小規(guī)模加工廠為主。相比于 占全部淀粉產量90%的玉米淀粉和馬鈴薯淀粉產業(yè)，紅薯淀粉清潔生產技術與設備研發(fā)比較落 后，沒有形成產業(yè)清潔生產標準。過去農村紅薯淀粉家庭作坊采用機械化程度很低的酸漿重力 沉降法。近年來，紅薯淀粉加工機械逐漸興起，但仍未實現(xiàn)完全機械化，中小規(guī)模的加工廠仍 大多采用部分機械化加酸漿沉淀法結合的生產方式，其生產效率低、廢水排放量大。工藝流程 如下：鮮薯一洗滌一破

8、碎磨漿一漿渣篩分一酸漿沉淀提取淀粉一脫水干燥一淀粉成品。因此， 具有耗水量小、出粉率和出粉品質高以及技術經濟性的農村紅薯淀粉清潔生產技術與設備是現(xiàn) 階段的迫切需要。針對淀粉生產工藝流程中主要用水和淀粉廢水排放環(huán)節(jié)，通過對清潔生產關 鍵技術研究以及設備改進升級，以解決水耗、物耗、能耗、排放高的問題，實現(xiàn)紅薯加工生產 源頭的污染物削減。2.1紅薯清洗目前，農村紅薯淀粉加工中洗薯通常采用清水淋沖或槳葉式清洗機，洗薯的耗水量約占紅 薯淀粉加工總水量的50%，并且沒有水的循環(huán)再用，每1 t鮮薯用水量在4 t以上。目前，比較 先進的是“鼠籠式清洗機+毛輥清洗機”兩段式洗薯工藝。鼠籠式洗薯機預洗處理能夠浸泡

9、剝離 紅薯表面大塊泥土，毛輥洗薯機利用毛刷與紅薯摩擦洗凈紅薯坑凹處泥沙，使用此組合洗薯工 藝可以使耗水量降低至1 t鮮薯1 t水。不僅如此，通過調節(jié)毛輥洗薯機的毛刷硬度可以實現(xiàn)紅 薯去皮，有利于提升淀粉品質?？紤]到洗薯水主要含有泥、沙等非溶解性固體懸浮雜質，經過 簡易沉淀工藝處理可以實現(xiàn)工藝水的回用。2.2破碎磨漿破碎磨漿的目的就是破壞紅薯塊根的組織結構，使微小的淀粉顆粒能夠順利地從塊根中解 體分離出來。磨漿的要求如下：一是盡可能地使物料的細胞破裂，釋放出更多的游離淀粉顆粒；二是渣粉要易于分離，碎皮渣不能過細，皮渣纖維過細不利于淀粉與其他成分篩濾分離， 會增加分離難度以及篩濾的用水量。目前，農

10、村紅薯淀粉加工使用低速單向粉碎機或螺旋銼磨 機破碎磨漿，經過粗磨的紅薯淀粉顆粒不夠均勻，含有未完全分離的纖維和蛋白質等，使得淀 粉質量不高。而濾出的薯渣中仍含有一定比例的淀粉，造成了淀粉資源的浪費。刺輥磨漿法是 節(jié)水、高效的破碎磨漿方法，輥上布滿了釘刺，高速旋轉的刺輥將紅薯刨碎成絲狀，粉碎均勻 且細渣較少，不堵塞濾篩網孔，有利于淀粉從纖維素中游離。2.3漿渣分離漿渣分離的目的是為了從薯漿中提取淀粉，其技術水平會直接影響紅薯淀粉的提取率和淀 粉質量?，F(xiàn)有農村紅薯淀粉加工使用傳統(tǒng)自制曲篩（固定篩網+轉動刷）進行漿渣分離，利用 水流把薯漿中的淀粉洗至篩下。該方法存在漿渣分離效率低、耗水量大等缺點，此

11、法每生產1 t淀粉，廢水排放量可達淀粉質量的1520倍3。針對這一問題，采用具有兩級淘洗的臥式離 心錐形篩過濾淀粉，分離部件采用連通器原理，保證一級淘洗室有足夠的水位，使磨碎的漿渣 得到充分淘洗，向上溢流進入二級淘洗過濾甩干，克服了采用一次洗濾難以濾凈的缺陷。淀粉 濾凈率大大提高，用水量大幅度減少。2.4淀粉提取“重力沉降法+酸漿沉淀法”是農村紅薯淀粉加工采用的淀粉提取工藝，磨碎后的薯漿加入 大量水沖洗后在重力的作用下使淀粉沉降，特制的酸漿中能夠提高淀粉顆粒的沉淀速率，但是 沉降后淀粉的表層會存在一層泥沙等雜質，因此會造成淀粉的浪費。這類方法具有出粉品質 低、耗水量大、生產用時長等缺點。旋流淀

12、粉提取法已經在玉米淀粉清潔生產中廣泛應用，其 原理是物料顆粒因各自密度、形態(tài)大小差異，沉降速度不同，在離心力作用下分離。在此基礎 上研制改進旋流器的結構，考慮紅薯淀粉顆粒和蛋白質顆粒的密度和細度等具體的因素，使其 適合于紅薯淀粉清潔生產。采用上述清潔生產技術與設備后，淀粉生產用水量可以減少30%，淀粉廢水排放量可減少 40%。3淀粉廢水的微生物絮凝處理與資源化利用紅薯淀粉廢水含有大量有機污染物，如蛋白質、糖類、溶解性淀粉、微細纖維素等，直接 排放會造成嚴重的水體污染，也造成了資源浪費。因此，需要一種經濟、高效的技術手段處理 紅薯淀粉廢水，同時資源化回收廢水中蛋白等有用組分，大幅削減廢水的排放。

13、3.1淀粉廢水的微生物絮凝處理目前，國內外經常采用的淀粉廢水處理工藝有厭氧一好氧串聯(lián)工藝或兩段好氧串聯(lián)工藝， 厭氧部分一般采用厭氧濾池、UASB反應器，好氧部分采用生物接觸氧化、循環(huán)式活性污泥 法、氧化溝等工藝，此類工藝處理高濃度淀粉廢水存在能耗大、費用高、污泥產生量大等問題4-5?；瘜W絮凝法也被廣泛應用于高濃度淀粉廢水的處理，常用的絮凝劑有聚鋁無機物(PAC)、聚丙烯酸(PAM)、季銨鹽，由于化學絮凝劑對人畜存在毒性，該法存在絮凝物無 法飼料化或肥料化回收利用紅薯蛋白的問題6。微生物絮凝劑具有高效、無毒、安全、環(huán)境友好等特點，可以解決一般化學絮凝劑的二次 污染問題。李琳等7利用釀酒酵母和膠質

14、芽孢桿菌制成的復合微生物絮凝劑對紅薯淀粉廢水 進行絮凝處理，絮凝率達到97%，COD去除率達95%。淀粉廢水中污染物主要是細小的固體 懸浮物，對于比重接近于水的蛋白等物質，傳統(tǒng)沉淀法難以去除，氣浮技術可以很好地解決這 一問題，其利用高度分散的微小氣泡作為載體去除黏附廢水中的懸浮物3。“微生物絮凝一氣 浮”組合工藝用于處理紅薯淀粉廢水有機物，去除率高，基建投資少，處理費用低。絮凝回收 物因不含有毒有害化學絮凝劑，可以進行飼料或肥料的資源化利用。3.2淀粉廢水的資源化高值利用淀粉廢水絮凝沉淀后的回收物中含有蛋白質、多糖、纖維素等有用組分，干基中蛋白質含 量占35%40%，具有很高的潛在利用價值。利

15、用淀粉廢水回收固形物接種光合細菌進行固體 濕態(tài)發(fā)酵制備高級蛋白飼料是一條適合農村紅薯淀粉規(guī)模化加工的途徑8，其工藝簡單、生 產成本低，廢水回收固形物含水70%80%，加入菜籽粕、麩皮、啤酒酵母泥等混合，接種光 合細菌進行固體發(fā)酵，經過一段時間后，蛋白質含量和生物學效價大幅提高，同時省卻了對濕 固形物脫水的工藝。此外，也可以對淀粉回收蛋白等組分進行真空干燥或冷凍干燥，制備高分 子復合物中間產品用以高級蛋白飼料、食品或醫(yī)藥的生產。3.3淀粉廢水尾水的回田灌溉利用經過生物處理和生態(tài)凈化后的淀粉尾水COD、氨氮等主要污染物濃度雖然有大幅度降 低，但遠高于河流的目標水質，而尾水中污染成分主要是氮、磷等營

16、養(yǎng)物質，基本沒有重金 屬、有毒有機物、病原菌等毒害污染物，非常適用于農田灌溉。因此，淀粉尾水的農業(yè)安全灌 溉處理技術既可以安全消納淀粉尾水的營養(yǎng)物質，一定程度上減少了農田化肥的用量，又提高 了水資源的利用效率。經過農田灌溉后的淀粉尾水水質指標COD和氨氮預期可以達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排 放一級B標準，實現(xiàn)安全入河。4市場經濟調節(jié)和環(huán)境政策保障農村紅薯淀粉清潔生產的技術經濟性也是一項技術難點，決定其是否能被市場接受并得以 推廣。因此，相應的經濟政策手段也是農村低污染紅薯淀粉加工方式的重要環(huán)節(jié)。4.1市場經濟調節(jié)目前，紅薯淀粉加工是農民增收的一個重要途徑，相比于直接出售鮮薯，收益可提高 10%1

17、5%。利用市場價格調節(jié)手段，農村低污染紅薯淀粉加工合作社可以將紅薯收購價格提 高10%，鼓勵農民出售鮮薯，從而大幅削減家庭作坊式紅薯淀粉加工排放的污染。紅薯淀粉加 工合作社通過提高淀粉產率和質量增加效益來彌補這部分額外支出。此外，考慮到低污染紅薯加工合作社在淀粉廢水處理減排方面的貢獻，地方政府可以出臺 一些稅收減免等優(yōu)惠政策，增強其經濟競爭力，使低污染紅薯淀粉生產方式能夠易于推廣。4.2環(huán)境政策保障近幾十年來，我國農業(yè)快速發(fā)展很大程度上是依靠犧牲生態(tài)環(huán)境所取得的，農業(yè)生產與環(huán) 境保護的矛盾日益突出，農業(yè)環(huán)境難以持續(xù)發(fā)展。我國農業(yè)面源污染控制面臨的最大問題是農 業(yè)環(huán)境政策的缺失與環(huán)境管理的失靈，

18、因此亟需制訂農村紅薯淀粉規(guī)?；a與污染治理的農 業(yè)環(huán)境補貼政策，形成農業(yè)紅薯淀粉清潔生產技術規(guī)范與標準。為了改變農村家庭作坊式紅薯淀粉高污染生產方式，實現(xiàn)紅薯淀粉清潔生產與污染集中治 理，研究針對某一流域紅薯淀粉規(guī)?；鍧嵣a與淀粉廢水集中治理的環(huán)境補貼政策，推動紅 薯淀粉產業(yè)升級與產品質量提高，實現(xiàn)紅薯淀粉生產經濟效益與農業(yè)環(huán)境效益之間的統(tǒng)一。通 過估算規(guī)?；t薯淀粉生產外部環(huán)境成本，統(tǒng)籌考慮農民與紅薯淀粉加工合作社接受補貼的意 愿，確定補貼標準量值范圍與合理補貼方式，保障紅薯淀粉低污染生產模式的實施推廣。5結論該文分析了農村紅薯淀粉生產帶來的水環(huán)境污染問題與其科技需求，提出了一套紅薯淀粉 低污染生產模式，通過在紅薯清洗、破碎磨漿、渣漿篩濾、淀粉提取幾個用水和廢水生產關鍵 環(huán)節(jié)對農村紅薯淀粉加工方式進行清潔生產技術升級和設備改進，減少淀粉廢水的產生，提高 淀粉產率與質量；通過“微生物絮凝+氣浮”組合工