甘蔗酒精废液资源化利用分析

刀静梅，张跃彬，高欣欣

甘蔗酒精废液资源化利用分析

刀静梅，张跃彬*，高欣欣

（云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室，云南开远661699）

对甘蔗酒精废液资源化利用做了技术分析，目前我国糖厂比较分散，数量多规模小，经济实力不雄厚。经过企业多年在酒精废液利用及生产实践，直接灌溉农田和生产有机液态复合肥是处理废液比较经济有效的办法，不仅给土壤提供大量的水分和养分，而且符合环保和低投入的循环农业发展。

甘蔗；酒精废液；资源化利用

云南甘蔗年种植面积500万亩（33万hm2）以上，蔗糖生产已成为我省的优势特色产业，甘蔗糖产量约占全国产量的20%，多数甘蔗种植在边疆少数民族地区，蔗糖产业已发展成为边疆县的重要支柱产业，给云南经济和社会效益带来较大的提高。在云南边疆少数民族地区，对地方经济的发展、财政和农民收入的增加有重要的作用[1]。与此同时，糖业生产也导致了不可回避的环境污染问题，甘蔗酒精废液就是最大的工业污染源，糖厂也成为各地市环保重点关注的排污大户。目前我国多数糖厂附设糖蜜酒精车间，甘蔗糖蜜酒精废液便是以蔗糖蜜为生产原料，在初馏塔经发酵醪液蒸馏出酒精后剩余的高浓度有机酸性废液，颜色多为棕色或棕黑色，废液化学需氧量（COD）为80～l20g/L，生化需氧量（BOD）40～60g/L，pH为4.0～6.0，治理难度大[2]。一旦流入自然水体，能在极短的时间内致水生动物死亡，破坏水体的生态平衡，造成土壤[3]和水环境[4]恶化，甚至危及人类身体健康[5]。甘蔗酒精废液属于高浓度有机废水，糖厂每生产1t酒精，大约排出13～15t废液[6]。云南酒精每年产量在5万t以上，排出耗氧有机物65万t以上；全国糖蜜酒精每年产量50万t以上，排出耗氧有机物650万t以上。

糖厂直接处理在周围蔗区利用是目前最主要的利用方式；另一利用方式是从甘蔗酒精废液中提取有价值的成分，让资源得到最大化利用。在我国，由于甘蔗大都采用汽车运输，受经济条件制约，糖厂规模不大且分布在不同的蔗区，糖厂只能建设小规模的酒精生产车间配套生产，对酒精废液的处理技术和设施也不统一。随着社会不断发展，对环境的管理越来越严，高浓度的甘蔗糖蜜酒精废液必须要达标才能排放。虽然目前治理糖蜜酒精废液有多种较为成熟的技术，但安装一套酒精废液处理设备需要很多资金。大多数糖厂在经济利益和酒精废液处理设施投入之间的矛盾中处于两难的境地。

1 甘蔗酒精废液主要指标

甘蔗酒精废液偏酸性，pH值大约在4～6，锤度12～16°Bx，密度大于1.0 g/mL。一般含有机质5.5%～12%，总氮（N）含量为0.06%～0.42%，全磷（P2O5）含量0.01%～0.38%，全钾（K2O）含量在0.23%～1.54%，还含有固形物7%～14%[7]。此外，还有钙（Ca）2.1%～3.0%，镁（Mg）2.0%～3.3%，硫（S）4.0%～5.0%，铁（Fe）65mg/L，锌（Zn）10.5 mg/L，锰（Mn）5.5 mg/L等营养物质和氨基酸、生长素、维生素等作物生长需要的多种元素[8]。

2 甘蔗酒精废液资源化利用分析

2.1浓缩生产有机复合（混）肥

甘蔗酒精废液可在最后浓缩、烘干后生产固态有机肥，废液浓缩至60°Bx，经中和降解，再加上氮磷钾等，造粒烘干后包装得有机复合肥[9]。有机复合肥中不仅含有氮磷钾，还含有有机质，再调节氮磷钾的比例可生产适合多种农作物的专用肥料。彻底治理酒精废液污染，又把从土壤中获取的多种营养元素归还土壤，是目前提倡循环农业利用最好的途径。不足之处是浓缩液的添加量仅占到复合肥的40%[10]，另外60%的氮磷钾肥需要采购，成本运作大，而且蒸发系统投资运行成本大，规模小的糖厂生产就成了负担。有机复合肥浓缩生产处理基本实现废液无污染排放，对甘蔗酒精废液处理得很好，但这种方法能耗高，且设备资金投入多、运行费用也高，而且在蒸发过程中还有设备腐蚀和积垢严重等一系列问题。

2.2甘蔗酒精废液生产液态肥

一般是在甘蔗酒精废液中加入光合菌种进行发酵，充分曝气、稀释后生产成液态肥料，用灌车运输施入蔗地，每亩（667m2）施用量5～10t。云南甘蔗酒精废液循环利用生产液态有机肥：云南临沧南华和云南英茂等糖业集团都有酒精生产车间，每年可生产有机肥70万t以上。按每公顷大约施用液态有机肥15t计算，可为4.6万公顷的蔗地提供肥源。甘蔗酒精废液生产的液态肥含有益菌群和腐殖质，这种施用于蔗田的液态肥给土壤提供了作物生长所需的水分和营养元素，彻底解决了废液排放对环境的污染问题，是一项有利于蔗糖企业治理污染、蔗田增加肥料、节约生产成本、甘蔗增产增收的农业可持续发展措施之一。

2.3生产光合菌，制造光合菌肥

利用甘蔗酒精废液生产光合菌，以制糖酒精等产生的废醪液、滤泥、灰渣为原料，经过布料、混合搅拌、发酵等过程最后生产有机光合菌肥。充分利用了制糖企业各类废弃物，生产有机光合菌肥，不仅实现废弃资源的高效利用和循环利用，还促进了糖业循环经济的发展，更有效地利用资源和保护环境。光合菌肥能促进各种农作物生长，是较好的有机肥料，含有作物生长需要的大量元素氮磷钾。施用光合菌肥后，带给土壤的腐殖质，使施用无机化肥后的板结土壤变得更疏松。但这种方法生产出的液态肥需要灌车或包装，增加了运作成本，且运输量大，糖厂需要投入大量的成本运送菌肥，很难推广应用[11]。

2.4甘蔗酒精废液稀释后农田浇灌

甘蔗酒精废液由于价值低、不方便长途运输，糖厂直接处理在周围蔗区利用是目前最主要的利用方式。甘蔗酒精废液中有甘蔗生长所需的大量元素氮、磷、钾和有机质，可直接施用在甘蔗地作肥料，甘蔗酒精废液稀释农灌法国内外都有长期实践的经验，巴西一直把废液施用于甘蔗地，多年来的研究结果表明，甘蔗酒精废液在甘蔗地的施用起到节本[12]增产效果[13]，蔗糖企业用槽灌车拉酒精废液到农户蔗地，解决了废液污染带来的环境问题，同时增加了经济效益。稀释农灌法提高了土壤中无机盐含量，增加土壤保水性、微生物种群，使土壤肥力得到恢复和补充，改善了土壤的物理、化学性质。与其它化学工程治理技术相比较，农灌法是投资少，运作成本低的简易方法，实际应用中提高了甘蔗产量，增加了土壤肥力。

春季种植甘蔗雨水少，施用与常规复合（混）肥或生物菌肥等价值的甘蔗酒精废液，能提供给甘蔗早期出苗较充足的水分和营养，大大促进了甘蔗出苗、分蘖，分蘖成茎率高、茎径增粗，生长速度快，最终单产增加。春植甘蔗合理施用废液，是抗旱、节本增效有效途径之一。但要必须严格控制施用时期，只能在分蘖前期施用，施用过晚会增加无效分蘖，消耗甘蔗养分。前期施用过多会造成烧苗和不同程度的土壤板结，特别注意不能给肥沃蔗地施用。

2.5甘蔗酒精废液厌氧发酵生产沼气

其中，UPS可以起到抑制电压暂降、电压中断的作用。当供电系统发生电压暂降故障时，转换开关会自行转换至UPS进行供电，从而抑制了电压暂降的影响。在实际的应用中，UPS的电池容量决定了其保护时间，一般的UPS电池容量为1 kW～1 MW。

甘蔗酒精废液经过厌氧微生物对其含有的有机物进行分解后产生沼气，减少废液排放后对水域中溶解氧的消耗而起到保护水体作用[14]，优点是不需要消耗很多动力，废液中的含碳有机物通过微生物的作用降解产生成沼气能源。但厌氧发酵仍残留20%左右的有机物，浓度依然不能达到排放要求[15]。发酵后的沼气废液颜色又黑又臭，不能直接排放，必须降低有机物含量，二次处理，但投资厌氧曝气装置设备资金大、需要消耗高动力才能运行。如果在甘蔗榨期短，没有长期供给沼气池原料的糖厂，常年运行有一定难度。我国最早应用该技术在四川银山糖厂，沼气解决了职工的照明和煮饭问题，该厂在甘蔗停榨之后仍以其它原料生产酒精，可以长年维持沼气池的补给问题，是国内甘蔗酒精废液综合利用经济效益和社会效益比较好的典型[16]。

2.6甘蔗酒精废液发酵生产蛋白饲料

利用甘蔗酒精废液和蔗渣（或植物秸秆）生产饲料供畜禽食用，在放入甘蔗渣（或作物秸秆粉）的发酵池中加入酒精废液，使其充分吸附饱和后再接入菌种，经过1～15d发酵后干燥并可得到畜禽饲料，解决了糖厂酒精废液的排放问题，变废为宝。用农副产品吸附甘蔗酒精废液，生产出分散疏松的物料可以培养酵母菌，生产出的饲料含有较高的活酵母菌。这种用甘蔗酒精废液生产的蛋白饲料，替代鱼粉大大降低了饲料成本，为蔗糖企业甘蔗酒精废液的综合利用提供了一条新途径。既解决了甘蔗酒精废液排放造成的环境污染问题，又能为企业增加不小的收益。浓缩液作饲料发展畜牧渔业，节约了粮食，具有很大的社会效益。

国外的Lopez等曾做了酒精废液制作饲料喂羊的试验[17]，将糖蜜酒精废液直接用作饲料。我国最早在70年代，广东用酒精废液生产蛋白质含量较高的白地霉蛋白饲料，但有研究报道白地霉可能引起食道癌，该项目没有得到长足发展。1989年，云南建水糖厂与云南大学合作，进行甘蔗酒精废液生产单细胞蛋白饲料的中试，最终也没有进一步得到应用推广。

2.7用天然沸石从糖蜜酒精废液中提钾盐

甘蔗汁在蒸发过程中，钾盐很少损失，基本上富集在废蜜中，废蜜发酵制酒精后，几乎全部钾盐又转入酒精废液中。据报道，酒精废液含钾量在5～8g/L，Ca2+、Mg2+、K+是甘蔗糖蜜酒精废液中主要存在的阳离子，比较单纯，而K+含量又比较高。用天然沸石从糖蜜制酒精废液直接回收钾盐的成功为我国扩大了开发钾盐资源，此法工艺流程短，设备简单，原材料容易得到，具有投资成本低、容易见成效、对环境无污染等优点。早在1978年开远糖厂建成了用离子交换法从糖蜜酒精废液中回收钾盐的生产车间[18]，1979年8月开始投入生产的产品碳酸钾含量达98.47%、磷酸二氢钾含量达51.94%。

利用钾盐回收装置可以从甘蔗酒精废液中提取钾，把烟气余热回收器、蒸发浓缩器、燃烧炉和钾盐结晶器等设备集中，循环利用热源：燃烧炉燃烧产生的热量由烟气余热回收器加热循环热风，热风浓缩甘蔗糖蜜酒精废液，再喷到燃烧炉燃烧，蒸发浓缩器产生的汁和气再送去钾盐结晶器做热源，利用燃烧废液产生的灰生产钾盐，实现80%以上的钾盐资源循环回收再利用。

2.8提取甘油和色素

甘蔗酒精废液还可生产甘油，付德卿[19]报道用亚硫酸钠还原酒精废液中的丙酮酸转化成甘油。生产时需要进行澄清处理和回收酵母，因为甘蔗酒精废液中的灰分、悬乳物、酵母和胶体等物质会对甘油的浓缩和提取带来一定难度。另外，酒精废液中甘油含量不高，提取过程有些困难，可以通过改造工艺条件来促进酒精发酵，不但不改变发酵液中原有的酒分，甘油含量还可以提高。提取甘油后大量蛋白质和氨基酸仍残留在废液中，还可用于生产其它饲料，但这项技术和工艺设备复杂，生产能耗和成本较高，不适应生产需要。

糖蜜经发酵制取酒精后的深棕色废液色素含量很高，主要有三大类：离子型、非离子型（如黄酮类）及非芳香性色素，用生物酶制剂将干净的甘蔗酒精废液浓缩（除去杂质和酵母菌丝体）[20]，使色素直接转化成焦糖色素。不同的树脂可富集不同的色素：离子交换型树脂富集焦糖色素，吸附型树脂富集黄色素，氢氧化钠溶液洗脱焦糖色素，乙醇洗脱甘蔗黄色素。废液提取色素后pH会接近中性，COD值降低，去色后的废水更易处理、环保排放，提取的天然色素可用于食品生产，安全无毒，适合绿色大健康食品方向，具有较好的发展前景。

2.9甘蔗酒精废液浓缩后可做燃料

含有高浓度有机物的甘蔗酒精废液可做燃料使用，一般用蒸发罐浓缩到60～700Bx后再与一定比例的甘蔗渣掺合送进锅炉做燃料燃烧。但锅炉和蒸发罐容易积垢结焦，经常清理炉灰，资金投入大。广州甘蔗所曾采用融合法改良得到优良酵母菌种，这种菌种可以耐高渗透压、耐高酒分和抗杂菌，且使用自循环式废液焚烧及烟气浓缩技术，避免了积垢和结焦的生成，操作成本降低，浓缩和焚烧热能自给平衡。排出的烟气经水膜洗涤，炉灰中含有的钾还可用作肥料。

3 甘蔗酒精废液农田施用研究

我国目前糖厂比较分散，经济实力不雄厚，且数量多、规模小，经企业多年实践，直接灌溉农田和生产有机液态复合肥有利于经济、环保和低投入的循环农业发展。

印度和澳大利亚科研人员进行了2年的田间试验，研究酒精废液灌溉甘蔗对产量和品质的影响，稀释后灌溉甘蔗，甘蔗和糖产量都显著高于不灌溉的[21]，废液每公顷甘蔗施用量为16t、稀释50倍和75倍后灌溉两年平均产量分别比不施废液的对照组增产20.6%和17.1%，蔗糖产量分别比对照组增产25%和20.5%。阿根廷图库曼的试验报道，在新植甘蔗上每公顷施用量150 m3可促进蔗芽多萌发，苗期生长快；宿根甘蔗施用酒精废液为150 m3时增产36.5%，如果用量超过200 m3，不但不能增产还会造成土壤酸化，甘蔗酒精废液如果与糖厂滤泥等废物混合施用效果更佳。

云南蔗区施用酒精废液后可增加甘蔗产量2%～10%，但糖分下降5%～10%。滇西部分糖厂反映施用酒精废液后可延长甘蔗宿根年限2～3年，在水肥条件好的地块，管理得当的情况下宿根6～7年的甘蔗亩产仍在7t左右。在云南省有孟连昌裕糖业公司、陇川和黎明等蔗糖企业均采用过废液稀释后进行农田灌溉，经过多年实践，酒精废液与糖厂其它废水混合稀释后给农田灌溉，对农作物产量增加显著，但本方法需要糖厂在高处，废水能满足自流灌溉，如果不能自流需要增加加压泵等相应设备成本。如果管理不当，废水仍会流入天然水体造成污染。

我国甘蔗酒精废液直接灌溉农田的报道较多，对酒精废液的农田施用作为一种治理方法介绍[22]，并开展了对甘蔗生长效应[23]、农艺性状[24]和甘蔗土壤理化性状[25]等研究，甘蔗地施用废液后提高了土壤中氯离子和全氮含量，有机质和腐殖质也得到提高，检测到甘蔗苗期土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性异常升高，随后迅速下降。甘蔗苗期土壤过氧化氢酶活性与全氮、有机质、腐殖质呈极显著正相关，与富里酸、胡敏酸、Cl-呈显著正相关（r0.05=0.811，r0.01=0.917，n=6）；土壤多酚氧化酶活性与有机质、腐殖质、Cl-呈显著正相关。但基础研究还不够深，施用甘蔗酒精废液后对土壤微生物和环境的影响研究报道还少。甘蔗酒精废液是一种多用途的便宜废弃资源，要研究生产一种高技术含量的新产品，需多学科的协作才能得到更好的综合利用，才能科学合理解决新产品的生产、使用中和使用后的较多技术问题。

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Analysis of Sugarcane Vinasse as Resource Utilization

DAO Jing-mei,ZHANG Yue-bin*,GAO Xin-xin
(1.Sugarcane Research Institute,Yunnan Academy of Agricultural Sciences/Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetics Improvement，Kaiyuan,Yunnan 661600，China)

It was found that sugar factories showed features of large number but small scale and its distribution was dispersion without enough funding,according the technology analysis and production practice of sugarcane vinasse as resource utilization,irrigating the farmland or producing compound fertilizer was economical and effective method to treat sugarcane vinasse.Using these method could not only offer moisture and nutrients for soil,but also accord with the requirements of environmental protection and circular agriculture with low cost.

sugarcane;vinasse;resource utilization

S566.1099

：B

：1007－2624（2017）03－0051－04

10.13570/j.cnki.scc.2017.03.020

2016-02-10

国家甘蔗产业技术体系（CARS-20-3-4），糖料食用产品质量安全监测与评估调研（GJFP201601006）。

刀静梅（1975-），女，高级实验师，主要从事甘蔗营养与土壤施肥研究。Email：djmljy2001@126.com

张跃彬（1969-），男，研究员，主要从事甘蔗栽培与综合技术研究。Email：ynzyb@163.com