马铃薯淀粉加工中的清洁生产方案探讨

袁　泉

（长城（天津）质量保证中心天津300074）

马铃薯淀粉加工中的清洁生产方案探讨

袁泉

（长城（天津）质量保证中心天津300074）

针对我国马铃薯淀粉加工业废水无法达标排放的问题，从清洁生产角度出发，由源头提出增加蛋白质回收系统，提高资源利用效率、降低废水处理难度，并提出化学法和生物法联用处理废水，使其达标排放。

马铃薯淀粉；清洁生产；方案

近年来马铃薯淀粉产业发展趋势良好，根据国家政策导向，未来马铃薯淀粉有着广阔的发展前景，但目前马铃薯淀粉在生产过程中存在着严重的资源浪费和环境污染问题，仅依靠末端治理无法解决这些问题，因此本文对以马铃薯淀粉加工中的清洁生产方案进行探索，以期解决上述问题。

1　马铃薯淀粉的发展概况

农业部数据显示，2014年，我国马铃薯种植面积达8000多亩，鲜薯产量9500多万吨，种植面积和产量约占世界的1/4。根据农业部2016年2月公布的《关于推进马铃薯产业开发的指导意见》，“到2020年，马铃薯种植面积扩大到1亿亩以上，适宜主食加工的品种种植比例达到30%，主食消费占马铃薯总消费量的30%”[1]，未来马铃薯种植面积和产量还会继续增加，根据马铃薯淀粉作为食品加工的基本原料，有着广阔的市场应用前景。

2012年我国淀粉产量为2253×104t，其中马铃薯淀粉约占5%，随着国民经济的发展，马铃薯淀粉深加工产品正发挥着越来越广泛的用处，淀粉及淀粉制品行业发展良好[2]。但我国马铃薯深加工工业技术水平仍存在许多问题[3]：行业整体技术水平不高，生产技术落后，管理粗放，资源利用率低，产品收率低，同时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 mg/L～40000 mg/L，直接排放就变成废水，导致严重的环境污染。但随着我国环境法律法规的日益严格，马铃薯淀粉加工企业难以达标排放而被迫停止生产，传统的末端治理不能满足生产和环境保护的需要。

2　马铃薯淀粉的性能

相比于玉米淀粉、木薯淀粉等，马铃薯淀粉具有以下特性[4]：（1）高粘度、易膨胀，粘度约比玉米淀粉高4.3倍，作为食品扩充剂或增稠剂，可减少淀粉用量；（2）颗粒大、糊化温度低、透明度高，可广泛用于各种方便食品中；（3）马铃薯淀粉由于含有天然的磷酸基团，能够很好地延长食品的使用期限；（4）可通过物理或化学方法将其加工成变性淀粉，主要有酶化淀粉、交联淀粉、降解淀粉、醚化淀粉。基于以上特性，马铃薯淀粉在食品加工中被用作增稠剂、凝胶剂、乳化稳定剂、保水剂、填充剂、膨松剂、改良剂外，还可广泛应用于医药、化工、石油钻探、纺织、饲料加工、造纸等行业。

3　马铃薯淀粉的加工过程

新鲜马铃薯先进行预处理，通过筛分去除马铃薯中混有的砂石、粉尘、树枝等，由带式输送机送至清洗机器，清洗附在马铃薯表皮上的泥土，清洗干净后送至锉磨机将新鲜马铃薯磨成浆状，进行分离，分离工序分为粗分与精分。洗涤筛分一级筛上的渣到第二级筛上筛分，继续由二级至三级，四级，四级筛上的渣即外排，筛下的浆水返回三级，与三级浆水一道返回二级，二级浆水与以及浆水混合后送往精分工序。精分采用碟片机，分二级洗涤和浓缩，将淀粉从水中分离出来，分离出的浓粉浆送往脱水工序进行脱水，废水则进入废水处理工序进行处理。

图1　马铃薯淀粉生产工艺流程图

4　马铃薯淀粉加工过程产生的废弃物

马铃薯淀粉的加工过程中主要产生废水、废气、废渣，其中废水对环境产生较大影响。在清洁生产进行中，要求在源头控制污染的产生、减少排污量，在末端治理上推广新技术对“三废”进行资源化处理。

4.1废水的产生及治理

废水来自于马铃薯淀粉生产过程中的洗涤、浸渍、精分工序及地面冲洗，这些废水中主要含有淀粉、蛋白质、糖类等有机物[5]，还有部分悬浮物、氰化物、氨氮等有害物质。其中清洗马铃薯的废水中主要含有泥沙、小马铃薯、芽、草、叶、根等；清洗和提取淀粉的废水，主要为可溶解有机化合物—蛋白质，少量的不溶解物质，如淀粉为例、纤维等。

表1　淀粉废水成分

马铃薯淀粉废水常用的处理方法有生物法、絮凝法[6]，常规处理措施以生物法为主，厌氧处理+好氧处理，常见的问题是生物处理法成本过高，企业难以承担，马铃薯淀粉生产企业的生产期仅3个月，且集中的冬季，气温低，生物法日常维护及启动费用高。目前许多马铃薯淀粉企业采用传统的氧化塘处理或直接排放，造成严重的环境污染。

4.2废气的产生及治理

马铃薯淀粉加工过程中产生的废气主要是污水在厌氧工序产生沼气，还有少部分热风炉烟囱外排气、干燥旋风器后的外排气。产生的沼气完全回收，用管道输送至热风炉作为补充燃料使用。

4.3固体废弃的产生及治理

马铃薯淀粉加工过程中产生的废渣主要是预处理过程中产生的泥土、植物茎叶，马铃薯渣、废水处理中产生的污泥。废渣可外售用作养猪饲料、复合肥原料，废水处理中产生的污泥可外售作为肥料。

5　清洁生产方案

马铃薯淀粉加工过程中存在的主要问题是耗水量大、污水不达标排放、蛋白质浪费，针对这些问题，本文提出以下三种清洁生产方案。

5.1洗薯机废水回收利用

目前，清洗马铃薯表皮泥土的废水主要含有泥土、马铃薯表皮、茎叶、及少量较小的马铃薯，采用的处理方式为与后期处理的废水混合在一起，直接进入废水处理系统进行处理。建议将此处建立小型沉沙池，可将清洗废水直接沉降后回用，继续清洗马铃薯表皮，每次补充少量的新鲜水即可，也可用于车间地面清洗，沉降的泥土可用于后续废水处理的快速絮凝沉淀。

5.2蛋白质回收系统

马铃薯淀粉废水中含有大量的蛋白质成分，其中必要氨基酸占32%。大部分企业没有进行回收，直接将废水排放或进入处理流程，这就造成蛋白质浪费，并且废水COD高、难处理、排放后废水容易造成农田病毒感染。因此，需要增加蛋白质回收系统，其主要原理是：选择天然阳离子多糖壳聚糖配制成一定浓度的溶液，按一定的蛋白/多糖比例加入到废水中进行复凝聚；复凝聚所得蛋白壳聚糖复合物沉淀经过复合物分离，再经蛋白质干燥，得到马铃薯糖蛋白产品[7]。整套工艺的蛋白质回收率可达70%以上，并且降低了COD含量，降低废水末端治理费用。

图2　蛋白质回收系统工艺流程图

蛋白回收系统的处理步骤：（1）马铃薯淀粉加工废液经过0.45μm微孔滤膜过滤；（2）向过滤后的废水中加入质量浓度为1%的壳聚糖溶液；并添加石灰调节pH为5～7，搅拌10min，静置30min，25℃下以2500g～4000g的速度离心10min～15min，过滤后上层清液排入絮凝沉淀工艺，沉淀物为糖蛋白；（3）复合物分离：在步骤（2）所得的蛋白壳聚糖复合物沉淀中添加水进行复溶，其固液比为1：5，充分搅拌后得到悬浮液，用pH调节剂调节pH至7.5～9.0，继续搅拌1h～2h，以2500g～4000g的速度离心10min～15min，过滤；所得上清液为马铃薯糖蛋白溶液，所得沉淀为壳聚糖，壳聚糖干燥后回用；（4）蛋白质干燥：将蛋白溶液在在10 Pa～25Pa、-50℃～65℃条件下真空冷冻干燥48h～60h，即得回收的马铃薯糖蛋白产品。

5.3废水处理工艺

经过蛋白回收系统处理后排除的废水COD可降低60%～70%，处理前废水处理系统进水COD为20000 mg/L～40000mg/L，经过蛋白回收系统处理后进水COD约为8000 mg/L～15000 mg/L，极大的降低了废水处理系统的负荷。

图3　废水处理工艺流程图

采用絮凝沉淀法进行前处理，采用甘肃某科研所研究的复合型高分子絮凝剂，其COD去除率约为60%～80%，经过絮凝沉淀后废水进入生物处理工艺，处理步骤为：（1）使用石灰对废水进行调节，使pH为7～9；（2）开启搅拌设备并添加废水含量约0.5%的复合型高分子絮凝剂，同时将表皮清洗废水处理过程中产生的部分泥土回流至絮凝沉淀池，泥土颗粒可以增加碰撞，更好的形成大块颗粒向下沉淀，沉淀速度比平流沉淀池速度快，效率高，表面负荷高；（3）经过絮凝沉淀处理后废水COD可降低至5000 mg/L～10000mg/L，此时通过厌氧+好氧处理工艺进行处理，最终处理后废水达到GB25461-2010《淀粉工业水污染物排放标准》中间接排放标准要求。

6　结语

马铃薯淀粉作为国家未来大力发展的行业，目前面临严峻的环境污染问题，本文通过增加蛋白质回收系统，提高资源利用效率，并对废水处理系统进行调整和改进，减少用水量，使废水达标排放。清洁生产就是“发现问题、提出问题、解决问题”，从源头上控制污染，通过清洁生产提高马铃薯淀粉生产企业的经济效益、减少污染、实现节能减排[8]。

[1]王华艺.农发行支持马铃薯主粮化研究[J].农业发展与金融, 2016,01:42-44.

[2]周庆锋.马铃薯淀粉产业现状及发展分析[A].中国作物学会马铃薯专业委员会.马铃薯产业与小康社会建设[C].中国作物学会马铃薯专业委员会:,2014:6.

[3]刁殿桐.玉米淀粉清洁生产技术研究[D].山东大学,2008.

[4]于天峰,夏平.马铃薯淀粉特性及其利用研究[J].中国农学通报, 2005,01:55-58.

[5]高洁.马铃薯淀粉废水中蛋白质的回收及性质研究[D].陕西科技大学,2012.

[6]俞年丰,唐运平,许丹宇,等.高浓度马铃薯淀粉废水处理工艺研究现状及发展[J].工业水处理,2011,01:5-8.

[7]华欲飞,孔令知,孔祥珍,等.一种从马铃薯淀粉加工废水中回收糖蛋白的方法[P].江苏：CN103864888A,2014-06-18.

[8]耿丽娟,王得蓉,于宏兵,等.PET塑料包装行业清洁生产审核实践.环境工程[J].2014,04:144-147.