我國是馬鈴薯第一大生產(chǎn)國和第一大消費(fèi)國。馬鈴薯營養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值均高，廣泛應(yīng)用于食品、淀粉，飼料和醫(yī)藥等工業(yè)，尤其淀粉工業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，馬鈴薯淀粉企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力都不斷提升。甘肅省是馬鈴薯生產(chǎn)大省，馬鈴薯加工，尤其馬鈴薯淀粉生產(chǎn)，是甘肅省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。定西市是國內(nèi)最大的馬鈴薯產(chǎn)區(qū)，有“中國薯都”之美稱。馬鈴薯為本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高作出了重要貢獻(xiàn)。但馬鈴薯淀粉在生產(chǎn)過程中，平均約6.5t馬鈴薯，能夠產(chǎn)出1t淀粉，5t薯渣和20t廢水。該廢水成分復(fù)雜，直接排放，既浪費(fèi)物質(zhì)資源和水資源，又嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。如何將其綠色化處理，綜合開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與社會(huì)效益雙贏。尤其對于自然資源匱乏，干旱落后，水資源極度短缺的甘肅定西而言，更是意義非凡。

　　1馬鈴薯淀粉廢水的主要來源、組成、性質(zhì)和特點(diǎn)及其對環(huán)境的危害

　　1.1馬鈴薯淀粉廢水的主要來源、組成、性質(zhì)和特點(diǎn)

　　馬鈴薯淀粉廢水為馬鈴薯淀粉生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，可分為3類：第1類是馬鈴薯清洗水，主要含有小馬鈴薯、根、芽、葉、草和泥沙等;第2類是馬鈴薯淀粉提取廢水，也稱蛋白廢水，主要由馬鈴薯銼磨階段產(chǎn)生，占總廢水量的10%～20%，含有大量可溶性蛋白，少量淀粉微粒和纖維等不溶物，渾濁度高，為主要污染源;第3類是淀粉清洗水。其中第1、3類廢水可循環(huán)利用，僅蛋白廢水需要處理。蛋白廢水中主要含有淀粉、纖維、蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)酸、脂肪、糖類、維生素等高濃度有機(jī)物。其中，蛋白質(zhì)含量約2000～8000mg/L，化學(xué)耗氧量(COD)約6000～30000mg/L，固體懸浮物(SS)約8500～10000mg/L，回收利用潛力大。但直接生物降解難度高，且造成其中蛋白質(zhì)等有用物質(zhì)流失浪費(fèi)。故處理淀粉提取廢水宜以資源化利用為主，生物處理為輔。

　　馬鈴薯淀粉廢水的特點(diǎn)在于廢水量隨馬鈴薯淀粉生產(chǎn)季節(jié)性波動(dòng)變化大。每年生產(chǎn)期主要集中于當(dāng)年10月至翌年1月寒冷的秋冬之季，屬短周期間歇性生產(chǎn)，同時(shí)數(shù)目眾多的小型企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小;廢水蛋白質(zhì)含量高，曝氣處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。因此，廢水處理難度大，且先前多數(shù)企業(yè)污水處理工藝簡單，處理后廢水仍難達(dá)標(biāo)排放，直接污染地表水體。

　　1.2馬鈴薯淀粉廢水對環(huán)境的危害

　　馬鈴薯淀粉廢水屬高濃度、高污染酸性有機(jī)廢水，進(jìn)入環(huán)境后，一則其所含有機(jī)質(zhì)會(huì)自然發(fā)酵產(chǎn)生吲哚、H2S、NH3等氣體污染環(huán)境;二則其高濃度的有機(jī)質(zhì)引起水體富營養(yǎng)化，致使各種微生物迅速生長繁殖，更有甚者使致病菌或有害微生物極速繁衍，嚴(yán)重侵害水生動(dòng)物，同時(shí)因有機(jī)質(zhì)的氧化反應(yīng)和微生物大量繁衍，耗盡水中溶解氧，導(dǎo)致水生生物缺氧窒息致死，嚴(yán)重污染相關(guān)水體及生態(tài)環(huán)境。甚至可能引起局部地區(qū)農(nóng)田減產(chǎn)或絕收，廢水存留過長會(huì)發(fā)酵產(chǎn)生惡臭氣體，嚴(yán)重影響周邊居民正常生活生產(chǎn)。

　　GB8978-1996《綜合污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)對排放水質(zhì)的要求為：SS≤70mg/L，pH6.0～9.0，BOD≤30mg/L，COD≤150mg/L。故此類廢水必經(jīng)適當(dāng)處理，才能達(dá)標(biāo)排放。

　　2馬鈴薯淀粉廢水傳統(tǒng)處理方法

　　目前，國內(nèi)外馬鈴薯淀粉廢水常規(guī)處理方法，主要有物理化學(xué)法和生物法，實(shí)際應(yīng)用中此二者各有利弊。

　　2.1物理化學(xué)法

　　馬鈴薯淀粉廢水常規(guī)處理的物理化學(xué)法包括自然處理法、單純曝氣法和絮凝沉淀法。

　　2.1.1自然處理法

　　自然處理法是利用自然界生物自身在生長代謝過程，不斷凈化淀粉廢水中的有機(jī)污染物。該方法操作簡便，投資少。但受諸多自然因素的影響，大面積推廣難度較大。楊鳳江等首先將玉米淀粉廢水經(jīng)由格柵沉淀之后，再用之于飼養(yǎng)家禽，然后將廢水排入氧化塘自然發(fā)酵12d，再依次排入水葫蘆池和細(xì)綠萍池各凈化7d，最終達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，用于灌溉稻田、果樹和蔬菜等。

　　2.1.2單純曝氣法

　　所謂單純曝氣法指將廢水以普通空氣或含O3的空氣進(jìn)行短時(shí)間曝氣，利用空氣中O2或O3的氧化及對揮發(fā)性物質(zhì)的吹脫使廢水得以凈化，一般不單獨(dú)使用。處理成本高、停留時(shí)間長、處理效果一般，推廣受限。我國北方一些小型馬鈴薯淀粉廠，在生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)季節(jié)等條件不適宜釆取生物處理法的情況下，采用沉淀分離與單純曝氣法組合工藝，先經(jīng)沉淀分離減輕單純曝氣法的處理負(fù)荷，兼調(diào)節(jié)、穩(wěn)定水質(zhì)水量;再經(jīng)后續(xù)單純曝氣以保證出水達(dá)標(biāo)，同時(shí)將沉淀分離過程中生成的有機(jī)酸吹脫出去，使廢水pH值接近7。任燕等在溫度20℃、溶液pH10、以5.00g/h通入O32h，可使廢水總磷、氨氮、COD及懸浮物去除率分別達(dá)62.07%、62.71%、65.89%和84.12%，出水無惡臭味，pH7.05。O3降污中，采用泡沫富集可回收干物質(zhì)的40.65%，其中蛋白質(zhì)占66.21%，說明臭氧化處理既能有效去除污染物，又能回收廢水中有機(jī)質(zhì)。

　　2.1.3絮凝沉淀法

　　所謂絮凝沉淀法指向廢水中加入絮凝劑，使其中的分散態(tài)有機(jī)質(zhì)脫穩(wěn)、凝聚，形成聚集態(tài)粗顆粒物從中分離。該法操作簡便，沉淀時(shí)間短、運(yùn)行成本低、應(yīng)用廣泛。總體上絮凝劑按照其化學(xué)組成分為無機(jī)和有機(jī)絮凝劑。無機(jī)絮凝劑包括無機(jī)凝聚劑和無機(jī)高分子絮凝劑;有機(jī)絮凝劑包括天然有機(jī)高分子絮凝劑、合成有機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。無機(jī)絮凝劑為低分子鋁鹽和鐵鹽。鋁鹽主要有Al2(SO4)3、KAl(SO4)2·12H2O和Na3AlO3。鐵鹽主要有FeCl3、FeSO4和Fe2(SO4)3。無機(jī)絮凝劑的主流產(chǎn)品是無機(jī)高分子絮凝劑，主要包括聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合硫酸鐵(PFS)等。天然有機(jī)高分子改性絮凝劑有：殼聚糖、淀粉、多糖、纖維素和蛋白質(zhì)等的衍生物。影響絮凝效果的關(guān)鍵因素為絮凝劑種類、性質(zhì)和品種。實(shí)現(xiàn)絮凝過程優(yōu)化的核心技術(shù)是積極探索和研發(fā)新型、高效的絮凝劑。絮凝劑種類很多，但適于淀粉廢水處理的高效、環(huán)保、廉價(jià)絮凝劑仍需不斷研究探索。

　　白波以PAC、PFS、PAM(聚丙烯酰胺)等絮凝劑處理高濃度馬鈴薯淀粉廢水。以去除COD為目標(biāo)，得出PAC為最適合混凝劑，其最佳投藥量500mg/L，COD去除率達(dá)44%，進(jìn)一步超濾分離，COD去除率可升至77%。李芳蓉等以天然無機(jī)高分子膨潤土為原料，以化學(xué)改性法制備了膨潤土復(fù)合無機(jī)高分子絮凝劑和自配膨潤土復(fù)合無機(jī)高分子絮凝劑，并應(yīng)用于淀粉廢水處理，效果較為理想，處理后淀粉廢水清澈透明。試驗(yàn)表明，廢水中SS和COD的去除受溶液pH值影響較大，pH值越低效果越好。張亞群等研究了pH值、混凝劑PAC和助凝劑PAM用量三個(gè)因素對復(fù)合處理馬鈴薯淀粉廢水混凝效果的影響。結(jié)果表明，在pH值約為5，PAC和PAM用量分別是6.0和0.4g/L的條件下效果較理想，COD和蛋白質(zhì)去除率分別達(dá)41.7%和82.8%，減輕了后續(xù)處理系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。謝安等[9]將PFS與自制的(預(yù)干燥法)陽離子變性淀粉絮凝劑復(fù)配處理馬鈴薯淀粉廢水，試驗(yàn)表明，相同條件下，高取代度陽離子變性淀粉絮凝劑對廢水的絮凝效果更好。取代度0.3903，加入量0.1%，廢水初始pH6.0，與PFS復(fù)配使用時(shí)，COD去除率達(dá)61.32%，其絮凝效果比相同投加量的傳統(tǒng)PAM絮凝劑平均高約10%。王有樂等[10]使用常規(guī)化學(xué)絮凝劑AlCl3、Fe2(SO4)3、PAM以及有機(jī)和無機(jī)之間的相互復(fù)配對馬鈴薯淀粉廢水絮凝預(yù)處理，確定了較佳絮凝劑AlCl3+PAM組合，其較佳pH值為4，較佳投藥量AlCl3+PAM(200+3)mg/L，10%CaCl2助凝劑投加量10ml/L。結(jié)果是，濁度、COD和色度去除率分別為95.06%、41.08%和90.63%，其優(yōu)點(diǎn)為，處理效果好、投藥量少、助凝劑投加量少、較佳pH值在原廢水pH值范圍內(nèi)、處理成本低(11.05元/t廢水)、產(chǎn)生污泥量少(649g/t廢水)等。劉玉峰等以PAM作為絮凝劑，在PAM投加量70mg/L，pH5，溫度20℃，反應(yīng)時(shí)間40min的最佳工藝條件下，處理馬鈴薯淀粉加工廢水，結(jié)果表明，COD、蛋白質(zhì)、BOD和SS去除率分別為30%～40%、45%～55%、10%～15%和50%～60%，后續(xù)處理負(fù)擔(dān)減輕了很多。朱泉雯等采用絮凝法對馬鈴薯淀粉廢水進(jìn)行預(yù)處理后回灌農(nóng)田，將廢水中大量有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行回收利用。試驗(yàn)表明，在原水pH值為5，絮凝劑Fe2(SO4)3+PAM的投加量分別為200mg/L和3.5mg/L，靜置5min條件下，濁度和COD去除率分別為90.57%和42.35%。預(yù)處理后廢水直接回灌農(nóng)田，土壤化學(xué)性狀和農(nóng)作物(揚(yáng)麥12)生長情況都較對照田明顯提高。

　　2.2生物處理法

　　馬鈴薯淀粉廢水含有大量懸浮態(tài)、溶解性或呈膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，不含有毒物質(zhì)，可生化性良好，采用生物法處理能夠取得理想的去除效果。

　　2.2.1厭氧處理

　　厭氧法處理淀粉廢水的最終產(chǎn)物是可作為能源回收利用的可燃?xì)怏w(以CH4為主);在低費(fèi)用運(yùn)轉(zhuǎn)的處理工藝下，剩余污泥既易于脫水濃縮又?jǐn)?shù)量少，可用作肥料;面臨能源日益短缺的形勢下，該法屬資源回收型的低能耗處理工藝，日益受到全世界重視。厭氧發(fā)酵法處理淀粉廢水主要有厭氧流化床(AFB)、升流式厭氧污泥床(UASB)和厭氧接觸法(ACP)，以及厭氧濾池(AF)和兩相厭氧消化法(TPAD)等。其中UASB處理法最優(yōu)，能耗低、剩余污泥少、處理效率高。UASB內(nèi)水流方向與產(chǎn)氣上升方向一致，既減少了堵塞幾率，更加強(qiáng)了對污泥床的攪拌混合作用，有利于微生物與進(jìn)水基質(zhì)間接觸混合及顆粒污泥之形成。該工藝投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡便，且產(chǎn)生可供利用的沼氣，獲得較好經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。黃健平等利用改良USAB作為產(chǎn)CH4反應(yīng)器處理淀粉廢水，試驗(yàn)以低負(fù)荷啟動(dòng)方式，利用提高進(jìn)水COD濃度逐級(jí)提高容積負(fù)荷和增大處理量，反應(yīng)器中水力條件采用強(qiáng)制內(nèi)回流控制，使改良UASB在最佳條件下運(yùn)行產(chǎn)CH4。產(chǎn)CH4速率高達(dá)0.539m3/d，出水CODCr<600mg/L。陳曉燕等通過自行制作的UASB裝置，探討馬鈴薯淀粉廢水厭氧處理過程中溫度、pH值優(yōu)化控制，試驗(yàn)表明，UASB裝置去除馬鈴薯淀粉廢水COD的環(huán)境優(yōu)化組合條件是溫度約35℃，pH值略大于7.5，COD去除率接近90%，并隨處理時(shí)間不斷提升，出水COD<300mg/L。鄭國臣等添加微量元素(Fe、Mn、Zn等)于厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)處理廢水過程中，進(jìn)水COD6000mg/L，堿度1900mg/L的條件下，ABR系統(tǒng)后端格室產(chǎn)CH4由0.68m3/d升高至1.66m3/d。系統(tǒng)對COD的去除率由51%提高到62%。結(jié)果表明，微量元素投加可有效刺激ABR發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)、氫產(chǎn)CH4系統(tǒng)中厭氧污泥的活性，產(chǎn)甲烷活性增強(qiáng)，產(chǎn)氫作用受到抑制，系統(tǒng)處理效能明顯提高。

　　2.2.2好氧處理

　　相較于厭氧法，處理淀粉加工廢水時(shí)好氧生物法不足之處較多，如需要充氧、無能量回收、微生物所需營養(yǎng)多、動(dòng)力消耗大和污泥量大等，僅適合低濃度有機(jī)廢水處理。通常淀粉廢水COD較高，故其處理中較少單獨(dú)應(yīng)用好氧處理法。好氧處理法主要有生物氧化塘法、接觸氧化法和SBR法。好氧生物法多用作淀粉廢水處理的后續(xù)處理。蘇宏等用加壓SBR法處理淀粉廢水，在進(jìn)水COD3500～4000mg/L，停留時(shí)間8～12h時(shí)，COD去除率94%～96.7%，出水COD<150mg/L，可達(dá)標(biāo)排放。加壓SBR法較普通SBR法，生化反應(yīng)速度快、耐負(fù)荷沖擊能力更強(qiáng)，且有機(jī)物去除率高。

　　2.2.3厭氧、好氧聯(lián)合處理

　　因淀粉廢水有機(jī)負(fù)荷高，處理難度大，僅單一生物處理較難達(dá)到理想效果，故多采用厭、好氧聯(lián)合處理。毛海亮等以UASB-SBR工藝處理淀粉廢水。針對其有機(jī)負(fù)荷高、可生化性好之特性，先以UASB工藝處理，降解淀粉廢水中大部分有機(jī)物，之后再于SBR段好氧生物處理，使廢水中有機(jī)物進(jìn)一步降解。結(jié)果表明，經(jīng)顆粒化UASB穩(wěn)定處理后，出水COD<500mg/L，又經(jīng)SBR處理后，出水清澈且COD<100mg/L。該處理系統(tǒng)具有處理效果穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行費(fèi)用低且管理簡單等優(yōu)點(diǎn)。廖立欽等使用霉菌(黑根霉、黑曲霉、青霉、白地霉)和酵母菌(擬內(nèi)孢霉酵母、產(chǎn)朊假絲酵母)兩類菌種對馬鈴薯廢水進(jìn)行處理，確定效果最佳菌株為青霉菌和擬內(nèi)孢霉酵母菌，發(fā)酵時(shí)間5d。由正交試驗(yàn)得，在馬鈴薯廢水中分別接入2%青霉菌和3%擬內(nèi)孢霉酵母菌后處理6d，最終廢水COD由16286mg/L降至6216mg/L，去除率62.38%。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3馬鈴薯淀粉廢水資源化利用處理

　　針對淀粉工業(yè)廢水的特點(diǎn)，研究者一直在尋找一種快捷、高效、低能耗的淀粉廢水處理方法。但迄今為止仍未找到一種特別經(jīng)濟(jì)有效的處理和回收利用的技術(shù)方法，因此，廢水的資源化處理成為目前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。馬鈴薯淀粉廢水主要含有淀粉、蛋白質(zhì)和有機(jī)酸等，資源回收利用，既有經(jīng)濟(jì)效益，也能有效降低其中有機(jī)污物濃度，使后續(xù)處理負(fù)擔(dān)減輕。以下介紹幾種主要的馬鈴薯淀粉廢水資源化處理的方法。

　　3.1蛋白質(zhì)的回收

　　回收淀粉廢水中的蛋白質(zhì)主要是將其中溶解性蛋白質(zhì)提取出來作為飼料蛋白或者它用，為其后續(xù)生物處理減輕負(fù)荷。當(dāng)前主要有以下4種方法。

　　3.1.1絮凝沉淀法

　　此法通過添加綠色無毒絮凝劑，使蛋白質(zhì)膠體脫穩(wěn)沉淀析出，處理成本低，回收效果明顯。此類絮凝劑有蒙脫土、海藻酸鈉、羧甲基纖維素、生物絮凝劑、殼聚糖等天然絮凝劑，其中中小型企業(yè)回收馬鈴薯蛋白最適合使用羧甲基纖維素。周添紅等采用改性方法制備了蒙脫土基絮凝吸附材料，并應(yīng)用于馬鈴薯淀粉廢水的處理。結(jié)果表明，其對COD吸附量最高達(dá)245mg/g，濁度去除率最高達(dá)93%，處理后廢水pH4.7～7.0，因蒙脫土和淀粉廢水本身都無毒害作用，故經(jīng)絮凝后吸附材料和大量蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)沉淀下來，可用作家禽飼料或有機(jī)化肥。裴兆意以殼聚糖為絮凝劑處理馬鈴薯淀粉廢水，回收蛋白質(zhì)，結(jié)果表明，pH4.5，殼聚糖投加量0.05g/L時(shí)，蛋白質(zhì)回收率達(dá)62.7%。殼聚糖無毒、無二次污染，故絮凝得到的蛋白質(zhì)可作為動(dòng)物飼料。也可按蛋白質(zhì)遇熱變性沉淀的原理，鋪設(shè)加熱裝置于沉淀池中，通過加熱升溫，使廢水中蛋白質(zhì)沉淀。盡管此法可使蛋白質(zhì)去除率大大提高，但加熱能耗遠(yuǎn)高于產(chǎn)生的效益，也不可取。陶德錄通過加熱將廢水中的蛋白質(zhì)絮凝、沉淀，再濃縮，每1t廢水可回收蛋白飼料35kg，其粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24%～40%。客觀地講，加熱絮凝法既能耗高又導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性;絮凝過程易發(fā)生共沉淀而使雜質(zhì)包裹于蛋白質(zhì)絮狀物中，直接降低產(chǎn)品純度。

　　3.1.2堿提酸沉法

　　此法利用等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)的溶解度最小而易沉淀析出的性質(zhì)回收蛋白質(zhì)。但在投加大量酸和堿調(diào)節(jié)pH值時(shí)既增加了費(fèi)用，又引入了常用工業(yè)酸堿含有的重金屬，故回收的蛋白質(zhì)不宜作飼料。此法漸已淘汰，不宜推廣。任瓊瓊等以堿提酸沉加超濾法提取蛋白質(zhì)于馬鈴薯淀粉廢水。經(jīng)響應(yīng)曲面法和單因素試驗(yàn)優(yōu)化堿提酸沉工藝，得到最佳工藝參數(shù)為：堿提pH9.35，堿提時(shí)間59min;酸沉pH3.41，酸沉?xí)r間10min。蛋白質(zhì)提取率達(dá)54.24%。酸沉液采用10ku超濾膜進(jìn)一步提取，最終蛋白質(zhì)總提取率達(dá)93.42%。

　　3.1.3超濾法

　　目前超濾技術(shù)是回收蛋白質(zhì)常用的方法。超濾法是依靠半透膜選擇透過性，以壓力或濃度為驅(qū)動(dòng)力，截留廢水中蛋白質(zhì)。膜分離技術(shù)過濾過程簡單、易于控制，已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。而且兼有分離、濃縮、純化和精制功能，以及高效、節(jié)能、環(huán)保和分子級(jí)過濾等特征。常用超濾膜有醋酸纖維素膜、聚砜膜、聚酰胺膜等。采用此法處理馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水，既屬處理效果好的純物理過程，不引入化學(xué)試劑，無二次污染，又屬環(huán)保性水處理方法。高效節(jié)能的超濾法，在回收過程中保持常溫又不添加藥劑，保證了回收蛋白質(zhì)的質(zhì)量和安全性。Harmen等利用超濾法回收馬鈴薯淀粉廢水蛋白質(zhì)，先以滲濾法預(yù)濃縮，再以截留相對分子質(zhì)量為5～150ku的親水聚醚砜、親水聚偏氟乙烯和新型再生纖維素3種膜材料，回收廢水中的蛋白質(zhì)，回收率均達(dá)82%。陳鈺等[26]采用聚砜中空纖維內(nèi)壓式超濾膜組件回收馬鈴薯廢水蛋白質(zhì)，在室溫22℃，pH5.8，操作壓力為0.10MPa的條件下，回收率達(dá)80.46%。張澤俊等以超濾技術(shù)結(jié)合泡沫分離技術(shù)回收馬鈴薯蛋白質(zhì)。在壓力0.15MPa，流量30L/h時(shí)，證明了截留相對分子質(zhì)量15ku的醋酸纖維素膜適合蛋白質(zhì)回收，回收率達(dá)85%。呂建國等進(jìn)行了超濾膜回收馬鈴薯淀粉廢水蛋白質(zhì)的中試實(shí)驗(yàn)，采用截留相對分子質(zhì)量20ku的聚乙烯膜在25℃、壓力0.2MPa、進(jìn)口流量160L/min時(shí)，蛋白質(zhì)回收率和COD截留率分別高于90%和50%。王應(yīng)平等采用膜集成技術(shù)深度處理馬鈴薯淀粉廢水，以截留分子量10ku的超濾膜+反滲透處理工藝，2次去除已經(jīng)絮凝沉淀處理后的有機(jī)物。結(jié)果表明，在25℃，壓力0.15MPa條件下，超濾膜對SS的去除率>99%，COD的去除率15%～25%;超濾出水經(jīng)反滲透膜處理后，COD去除率≥98.8%。系統(tǒng)長期運(yùn)行穩(wěn)定，出水BOD5<10mg/L，COD<100mg/L，去除效果好，產(chǎn)水可達(dá)標(biāo)排放。

　　超濾法設(shè)備投資較高，適宜大型企業(yè)，且超濾膜易吸附蛋白質(zhì)、糖類等，造成膜堵塞和膜污染影響持續(xù)工作，可通過改變膜特性、滲透條件和料液湍流程度等方式來減輕膜堵塞。

　　3.1.4單細(xì)胞蛋白的回收

　　某些菌種本身含有豐富蛋白質(zhì)，又能利用廢水中營養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)蛋白質(zhì)，可用來提取單細(xì)胞蛋白。張玉斌等[30]利用熱帶假絲酵母菌發(fā)酵處理馬鈴薯淀粉廢水。控制溫度28℃，pH5.0，接種量15%(體積比)，發(fā)酵時(shí)間28h，CODCr去除率達(dá)75.4%，可回收單細(xì)胞蛋白7.43g/L。

　　3.2利用馬鈴薯淀粉廢水生產(chǎn)能源氣體

　　將高濃度淀粉廢水利用產(chǎn)CH4細(xì)菌在高效厭氧條件下處理，能生產(chǎn)可作為燃料使用的CH4氣體。資源化利用淀粉廢水生產(chǎn)CH4氣是最好選擇之一，可通過在中、大型淀粉加工企業(yè)配套CH4氣的精制、罐裝和運(yùn)輸設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。該內(nèi)容在2.2節(jié)生物處理法，2.2.1節(jié)厭氧處理中已有詳述，在此不再累述。

　　3.3利用馬鈴薯淀粉廢水生產(chǎn)微生物絮凝劑

　　微生物絮凝劑是由微生物產(chǎn)生的具有絮凝活性的有機(jī)高分子，可生物降解，降解產(chǎn)物對生態(tài)環(huán)境無害，以淀粉廢水為培養(yǎng)基進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)可有效降低生產(chǎn)成本。已廣泛用于淀粉廢水處理，其活性高，絮凝范圍廣、通常不受pH值、溫度及離子強(qiáng)度等影響。顏東方等以馬鈴薯淀粉廢水為培養(yǎng)液，復(fù)篩得1株高產(chǎn)絮凝物質(zhì)的酵母菌F5，試驗(yàn)所得最佳營養(yǎng)條件：以0.05g/100ml(NH4)2SO4為氮源，1ml/100ml甘油為外加碳源，添加0.1g/100mlMgCl2和0.1g/100mlKH2PO4。此條件下發(fā)酵，絮凝活性提取物得率1.36g/L，發(fā)酵液對高嶺土懸濁液絮凝率達(dá)94.6%，原廢水COD去除率達(dá)93.7%。王有樂等研究了根霉M9和M17復(fù)配產(chǎn)生復(fù)合型微生物絮凝劑的絮凝特性，并優(yōu)化得到了馬鈴薯淀粉廢水對該復(fù)合菌的培養(yǎng)條件：廢水COD1600mg/L，0.04g/LKH2PO4，添加0.3g/LCO(NH2)2、無需添加碳源和調(diào)節(jié)pH值，M9和M17分別接種60ml/L和40ml/L后培養(yǎng)35h。此條件下投加5ml/L發(fā)酵液，經(jīng)培養(yǎng)微生物后的廢水COD和濁度去除率分別達(dá)93.60%和82.87%。可直接經(jīng)好氧處理達(dá)標(biāo)排放，也可與凈水混合后灌溉種植基地。趙起政等從馬鈴薯淀粉廢水和黃河污水排放口附近污泥中經(jīng)分離純化初篩和復(fù)篩，得到6株絮凝活性大于60%的細(xì)菌，并按照等體積比例復(fù)配，絮凝率最高達(dá)96.41%。此法生產(chǎn)高活性微生物絮凝劑，成本低，絮凝效果較好，廢水COD降幅大。

　　3.4利用馬鈴薯淀粉廢水生產(chǎn)微生物油脂

　　淀粉廢水中的有機(jī)物能夠被某些菌株利用于生長繁殖而生產(chǎn)微生物油脂，是以低成本獲得生物柴油的重要途徑。以馬鈴薯淀粉廢水為培養(yǎng)基，可篩選獲取產(chǎn)油真菌，為生物柴油提供廉價(jià)油脂來源。鐘娜等利用淀粉廢水耐高COD梯度馴化粘紅酵母菌，并篩選出1株油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)25.7%，受淀粉廢水COD高達(dá)75000mg/L的粘紅酵母，培養(yǎng)33h后，菌體油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)29.5%，粘紅酵母生物量達(dá)25.3g/L，廢水COD降至5600mg/L，降解率92.5%。王宏勛等初步研究了馬鈴薯淀粉廢水資源化利用，結(jié)果表明，馬鈴薯淀粉廢水能夠被刺孢小克銀漢霉有效利用生產(chǎn)多不飽和脂肪酸(GLA)，GLA含量達(dá)到229.72mg/L、生物量達(dá)16.31g/L，COD去除率達(dá)76.31%。此方法利用微生物既產(chǎn)生了微生物油脂，還有效去除了COD，開辟了一條經(jīng)濟(jì)可行的馬鈴薯淀粉廢水資源化利用的新途徑。

　　3.5利用馬鈴薯淀粉廢水生產(chǎn)多糖

　　普魯蘭多糖是一種由出芽短梗霉發(fā)酵所產(chǎn)生的類似葡聚糖、黃原膠的胞外水溶性黏質(zhì)多糖。因其具有良好成膜、成纖維、阻氣、粘接、易加工、無毒性等特性，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工和石油等領(lǐng)域。Barnetta等研究了利用不同酶水解馬鈴薯淀粉廢水生成普魯蘭多糖的方法。用普魯蘭多糖酶和β-淀粉酶水解廢水的普魯蘭產(chǎn)量是用普魯蘭多糖酶和淀粉普糖苷酶水解的2倍，前后二者水解產(chǎn)物主要分別為麥芽糖和葡萄糖，可見酶水解產(chǎn)物可影響普魯蘭的產(chǎn)量。陳潔等不用酶水解而以馬鈴薯淀粉廢水為碳源，發(fā)酵培養(yǎng)出芽短梗霉W2003，制得普魯蘭多糖，既簡化了發(fā)酵工藝，降低了生產(chǎn)成本，又減輕了環(huán)境污染。陳潔等還研究了用出芽短梗霉在不用酶水解淀粉廢水的條件下的優(yōu)化處理工藝，考察不同COD淀粉廢水對出芽短梗霉的生長影響，廢水中有機(jī)物總量及COD去除情況的影響。結(jié)果表明，淀粉廢水COD濃度大小對出芽短梗霉生長無影響，有機(jī)物濃度隨處理時(shí)間增長而降低，但最終代謝物———普魯蘭多糖的量隨廢水濃度升高而增加，COD去除率隨廢水濃度升高而增大。用出芽短梗霉對馬鈴薯淀粉廢水進(jìn)行生物處理，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。

　　3.6利用馬鈴薯淀粉廢水生產(chǎn)乳酸

　　Jin等[39]利用少根根霉(DAR36017)，采用糖化發(fā)酵馬鈴薯淀粉廢水和玉米淀粉廢水生產(chǎn)L-乳酸，在淀粉廢水質(zhì)量濃度20～60g/L時(shí)，發(fā)酵40h，乳酸產(chǎn)量達(dá)19.5～44.3g/L，此過程無需補(bǔ)充氮源。Huang等利用少根根霉(DAR36017)和米根霉(DAR2062)，采用同步糖化發(fā)酵方法，以馬鈴薯淀粉廢水為培養(yǎng)基生產(chǎn)乳酸，并研究了其生化動(dòng)力學(xué)和生長pH值、溫度和底物。試驗(yàn)結(jié)果表明，在pH6.0，溫度30℃，馬鈴薯淀粉質(zhì)量濃度20g/L時(shí)，有利于淀粉糖化和乳酸發(fā)酵，發(fā)酵36～48h，乳酸產(chǎn)量1.5～3.5g/L。為資源化利用馬鈴薯淀粉廢水和低成本生產(chǎn)乳酸開辟了新途徑。

　　4馬鈴薯淀粉廢水處理主要存在的問題

　　馬鈴薯淀粉廢水處理存在的難點(diǎn)問題主要有：①廢水量大，有機(jī)物含量高，COD值高。一般中小型淀粉廠，生產(chǎn)1t淀粉的同時(shí)平均排放廢水20m3。②生物處理法要求工藝能快速啟動(dòng)且耐低溫。但厭氧工藝啟動(dòng)非常慢，一般需要3～6個(gè)月。厭氧反應(yīng)器一般還要保證溫度在(35±3)℃。但受馬鈴薯收獲時(shí)間限制，淀粉生產(chǎn)和廢水的產(chǎn)生具有季節(jié)性，該類企業(yè)最長的連續(xù)生產(chǎn)周期在秋冬季節(jié)，且僅約4個(gè)月。③處理成本較高。淀粉生產(chǎn)企業(yè)利潤低，多無力承受高成本處理工藝。現(xiàn)階段，生化處理對水溫要求嚴(yán)格，尤其是厭氧生物處理，冬季低溫的不利影響更加明顯，必須消耗大量蒸汽來維持溫度，處理成本太高，難以承擔(dān)。化學(xué)法回收所得的馬鈴薯蛋白質(zhì)已變性，純度低，且回收的蛋白質(zhì)在干燥過程中易發(fā)生褐變，產(chǎn)品色澤深。要提高品質(zhì)還需進(jìn)一步純化，回收成本增加。盡管目前超濾法處理回收效果最好，無化學(xué)物質(zhì)的添加，與化學(xué)處理相比，所得馬鈴薯蛋白質(zhì)品質(zhì)及純度均較高，但是其設(shè)備昂貴，且超濾膜易被堵塞，設(shè)備需定期清洗維護(hù)方能連續(xù)使用。④淀粉提取和濃縮工藝水(第2、3類廢水)泡沫嚴(yán)重。此類淀粉廢水屬于細(xì)胞液工藝水，產(chǎn)生于馬鈴薯淀粉車間淀粉濃縮工序，經(jīng)由管道流至污水處理車間時(shí)，泡沫層體積較大，且泡沫比較穩(wěn)定，靜置5～90min，泡沫體積僅由占總體積的50%降至35%，因此，細(xì)胞液廢水中泡沫問題常規(guī)方法無法解決，妨礙了后續(xù)處理單元的正常運(yùn)行，如初沉池、氣浮機(jī)、厭氧及好氧反應(yīng)器等。⑤廢水營養(yǎng)源不足。對淀粉廢水進(jìn)行生化處理時(shí)，除碳源、氮源外的其它營養(yǎng)物質(zhì)少，生化反應(yīng)不易進(jìn)行。

　　5馬鈴薯淀粉廢水處理技術(shù)研究發(fā)展方向和應(yīng)用前景展望

　　近年來，國家對馬鈴薯淀粉廢水的處理日趨重視，但對其資源化利用的技術(shù)水平仍較低，有待于進(jìn)一步探索、研發(fā)和提高，并加以大規(guī)模推廣應(yīng)用，開發(fā)應(yīng)用前景廣闊。從資源節(jié)約和經(jīng)濟(jì)效益的兩方面考慮，資源化回收利用，節(jié)能減排是馬鈴薯淀粉廢水處理的必然選擇。馬鈴薯淀粉廢水資源化回收利用，既節(jié)約了資源，減少了廢水對環(huán)境污染，又減輕了后續(xù)處理負(fù)擔(dān)。今后一段時(shí)間馬鈴薯淀粉廢水處理研究發(fā)展方向主要是：①積極探索和研發(fā)能夠根本解決馬鈴薯淀粉廢水污染問題的生化處理兼有效成分提取為主的綜合利用項(xiàng)目。雖然研究者通過參考和借鑒其他淀粉廢水的處理方法，時(shí)有新工藝和新方法產(chǎn)生，且室內(nèi)模擬試驗(yàn)效果很好，但主要為生化及物化處理。對于高濃度有機(jī)廢水馬鈴薯淀粉廢水的處理而言，傳統(tǒng)絮凝法對溫度變化適應(yīng)性強(qiáng)且能耗低，但單一方法去除效率較低，處理效果不理想，故必須選擇優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)的多種方法結(jié)合，并積極探究回收淀粉、蛋白質(zhì)等有效成分與生化處理綜合利用的項(xiàng)目，切實(shí)解決馬鈴薯淀粉廢水污染問題。②力求經(jīng)濟(jì)效益與資源節(jié)約雙贏。傳統(tǒng)處理工藝僅限于降解馬鈴薯淀粉廢水中的污染物，忽視其有用成分的回收綜合利用，造成資源浪費(fèi)。故今后的研發(fā)重點(diǎn)應(yīng)為高效節(jié)能、回收利用、變廢為寶的新工藝，并力求降低成本，低碳環(huán)保、節(jié)能減排。③優(yōu)選核心為蛋白質(zhì)提取的物化-生化處理工藝。盡可能有效提取并回收蛋白液中蛋白質(zhì)，減少后續(xù)處理中泡沫的影響。可有效利用生產(chǎn)過程中的余熱提高水溫，便于廢水中蛋白質(zhì)的提取和回收。④加強(qiáng)功能性微生物的選育和配套的高效率生物反應(yīng)器的研究力度。近年來，趨向于研發(fā)絮凝效率高、適用范圍廣的復(fù)合絮凝劑和易降解、無二次污染的微生物絮凝劑。生物法處理薯類淀粉廢水的主要途徑是利用廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)和回收油脂、多糖、蛋白質(zhì)等產(chǎn)品，效果雖好，但啟動(dòng)慢、受水溫等影響大，且獨(dú)立厭氧或好氧生物處理效果差，故應(yīng)著力開發(fā)高效的能抗沖擊負(fù)荷、能快速啟動(dòng)的廢水處理方法與回收利用有效成分相結(jié)合的綜合工藝。目前最好的資源化途徑是厭氧處理淀粉廢水生產(chǎn)CH4氣體。

　　綜上所述，馬鈴薯淀粉廢水來源廣泛，利用其回收蛋白質(zhì)，生產(chǎn)微生物絮凝劑、微生物油脂，多糖以及乳酸皆為高效利用馬鈴薯淀粉廢水，節(jié)約資源、變廢為寶、環(huán)境友好的方法。努力開發(fā)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、高效、綠色環(huán)保、綜合利用率高的淀粉廢水處理方法，徹底解決馬鈴薯淀粉生產(chǎn)中的廢液污染問題，是馬鈴薯淀粉廢水綜合利用的重中之重。(來源:糧食與飼料工業(yè)  作者:李芳蓉 等)