馬鈴薯加工廢棄物薯渣和廢液處理工藝及設(shè)備技術(shù)研究

郭 曦 蔣立茂 曾祥平 王志民 鄧 佳

（1.四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 610066；2.西昌學(xué)院，四川 西昌 615000）

1 馬鈴薯加工廢棄物的特點(diǎn)

在馬鈴薯淀粉的加工過程中，會(huì)產(chǎn)生廢液和薯渣等副產(chǎn)物，生產(chǎn)1噸淀粉將產(chǎn)生4噸-6噸工藝廢水、2噸-3噸洗薯廢水和0.8噸薯渣，薯渣含水率為88%-95%，成分主要為膳食纖維及少量的淀粉、蛋白質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，腐爛后的薯渣有惡臭味，廢液中含大量的蛋白質(zhì)、淀粉、纖維懸浮物和泥沙等，不經(jīng)處理的廢液直接排入江河或湖泊，會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。

2 馬鈴薯薯渣及廢液處理工藝方案

馬鈴薯生產(chǎn)淀粉產(chǎn)生的薯渣和廢液需要分開處理，如混合在一起，會(huì)加大廢液中的固形物含量和有機(jī)質(zhì)含量，加大處理難度和成本。

2.1 薯渣處理工藝流程

薯渣含水率高，不易保存和運(yùn)輸，用機(jī)械脫水方法將薯渣的水分降低到60%以下，再進(jìn)行發(fā)酵和烘干處理，進(jìn)一步降低薯渣的水分到14%以下，添加氮、磷、鉀，混合造粒，用于生產(chǎn)有機(jī)肥或飼料。薯渣生產(chǎn)有機(jī)肥和飼料工藝流程圖如下：18 000mg/l。采用化學(xué)絮凝處理，有機(jī)質(zhì)變?yōu)榈鞍仔跄铮糜谂渲骑暳稀Ｏ词韽U水和工藝廢水處理工藝流程圖如下：

2.2 廢液處理工藝流程

馬鈴薯生產(chǎn)淀粉產(chǎn)生的廢液分為兩種，一種是洗薯產(chǎn)生的廢水，含有大量的泥沙、腐爛的薯塊、薯皮和碎薯塊，其中碎薯塊可以用作飼料，泥沙、薯皮和腐爛的薯塊作還田處理，水經(jīng)過二級(jí)澄清后回用于洗薯；另一種是工藝廢水，主要是馬鈴薯的細(xì)胞液和篩洗水，含有大量的蛋白質(zhì)、淀粉、糖類、纖維懸浮物等有機(jī)質(zhì)，CODcr（化學(xué)需氧量）：20 000mg/l-25 000mg/l，BOD5（生化需氧量）：9 000mg/l-12 000mg/l，SS（懸浮物）：

3 馬鈴薯薯渣和廢液處理關(guān)鍵設(shè)備及設(shè)施

3.1 薯渣處理關(guān)鍵設(shè)備

薯渣處理的成套設(shè)備主要有帶式壓濾機(jī)、攪拌式干燥器、氣流干燥設(shè)備，組成封閉式的全自動(dòng)生產(chǎn)線；采用發(fā)酵工藝時(shí)增加大棚發(fā)酵槽及移動(dòng)式翻拋機(jī)。

3.1.1 帶式壓濾機(jī)

機(jī)械脫水方法可以脫去薯渣中的大量水分，降低后續(xù)處理成本，選用的主要設(shè)備為帶式壓濾機(jī)。聚脂網(wǎng)做成的網(wǎng)帶在壓輥之間傳動(dòng)，網(wǎng)帶傳動(dòng)設(shè)有自動(dòng)的糾偏裝置，網(wǎng)帶速度為2.5m/min-12.5m/min，常用8m/min-10m/min，可無級(jí)調(diào)速，用氣動(dòng)方式張緊濾網(wǎng)和壓榨壓輥，網(wǎng)帶張緊力可在50N/cm-78N/cm范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，利用自有國家發(fā)明專利技術(shù)（200810044902.X）開發(fā)的帶式專用薯渣脫水機(jī)，脫水后薯渣含水率達(dá)到60%-70%，為后續(xù)發(fā)酵干燥提供了有利條件，帶式壓濾機(jī)規(guī)格型號(hào)及性能見表1。

表1 帶式壓濾機(jī)規(guī)格型號(hào)及性能

3.1.2 雙級(jí)攪拌氣流干燥成套設(shè)備

由于脫水后的濕薯渣含水量達(dá)60%-70%，一次烘干不經(jīng)濟(jì)，采用分段干燥工藝，并將二級(jí)干燥后的尾氣通入直火爐進(jìn)行余熱利用，這種節(jié)能降耗措施，使得噸成品煤耗從400千克標(biāo)煤降低到350千克標(biāo)煤，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。干燥成套設(shè)備由一級(jí)攪拌干燥和二級(jí)氣流干燥組成，主要設(shè)備包括螺旋輸送機(jī)、直火爐、攪拌干燥主機(jī)、干燥塔、旋風(fēng)分離器、風(fēng)機(jī)、自動(dòng)包裝機(jī)、尾氣回收系統(tǒng)，水浴除塵器等。直火爐加熱空氣作為熱源，螺旋輸送機(jī)將濕物料送入攪拌干燥主機(jī)進(jìn)行預(yù)干燥、然后進(jìn)入干燥塔繼續(xù)干燥，經(jīng)分離器將薯渣和空氣分離，半干薯渣由輸送機(jī)送入二級(jí)氣流干燥主機(jī)進(jìn)行最后干燥，出料后自動(dòng)包裝入庫。攪拌氣流干燥成套設(shè)備規(guī)格型號(hào)及性能見表2。

表2 攪拌氣流干燥成套設(shè)備規(guī)格型號(hào)及性能

3.1.3 大棚發(fā)酵槽及移動(dòng)式翻拋機(jī)

發(fā)酵槽采用磚混結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形池子。為了充分利用日光，節(jié)約能源，提高發(fā)酵速度，發(fā)酵大棚采用塑料溫室大棚結(jié)構(gòu)，全密封，兩端設(shè)進(jìn)出口，發(fā)酵槽寬度1.5米-3米，長(zhǎng)度50米-100米，底部敷設(shè)高壓風(fēng)管，用于定時(shí)向槽內(nèi)輸送新鮮空氣。移動(dòng)式翻拋機(jī)安裝在發(fā)酵槽的導(dǎo)軌上，由行走機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)和翻拋轉(zhuǎn)子組成，翻拋轉(zhuǎn)子上安裝可拆卸的旋耕刀。主要技術(shù)參數(shù)如下：

a.處理能力：10t/d-30t/d。

b.進(jìn)料水分≤60%，出料水分≤45%。

c.運(yùn)行速度：2m/min-5m/min（無級(jí)調(diào)速）。

3.2 廢液處理關(guān)鍵設(shè)施及設(shè)備

3.2.1 洗薯廢水的處理設(shè)施

用柵欄加過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾，攔下粗大的碎薯塊，后續(xù)用兩級(jí)澄清池，容積為2小時(shí)產(chǎn)生的最大洗薯水的容積，以每小時(shí)生產(chǎn)1.5噸淀粉生產(chǎn)線為例，每噸鮮薯需要3噸清洗水，澄清池容積V=2×1.5×3＝9m3，兩級(jí)之間有20cm-30cm的高差，沉淀下來的泥沙，定期清理，清潔水送到洗薯機(jī)繼續(xù)洗薯。

3.2.2 化學(xué)絮凝沉淀處理關(guān)鍵設(shè)施[1][2]

化學(xué)絮凝沉淀處理在工藝廢水處理中是最有效和經(jīng)濟(jì)的方法，主要有絮凝沉淀池、溶液池（絮凝劑配制池）、溶解池和攪拌機(jī)。

3.2.2.1 絮凝劑投量

絮凝劑投放量與污水水質(zhì)、固形物含量、絮凝劑種類、處理水量有關(guān)。經(jīng)試驗(yàn)，Al2(SO4)3和堿式聚合氯化鋁作絮凝劑對(duì)馬鈴薯加工的工藝廢水處理效果較好，選擇Al2(SO4)3的最佳投藥量為500mg/l，對(duì)廢水的CODcr去除率可達(dá)到47%。

絮凝劑投量：T＝aQ/1000

式中T-日絮凝劑投量（kg/d）

a-單位絮凝劑最大投量（mg/l），取500mg/l

Q-日處理水量（m3/d）。

舉例如下：按生產(chǎn)1.5t/h淀粉，1t淀粉產(chǎn)生5t黃漿廢液計(jì)算（以下均以此產(chǎn)量為例），處理水量為Q＝1.5×5×24＝180m3/d。

T＝500×180/1000＝90kg/d。

3.2.2.2 絮凝劑的配制和加投

絮凝劑在溶解池中配制，采用機(jī)械攪拌方法，完成后暫存在溶液池中備用。

a.溶液池容積

W1＝aQ/（417bn）

b-絮凝劑的濃度，一般5～20%，取15%。

n-每日調(diào)制次數(shù)，不超過3次，取2次。

W1＝500×180/（417×2×15）＝7.2m3

溶液池設(shè)計(jì)為：長(zhǎng)2.5m，寬2m，高1.8m（高度包括超高0.3m，底部沉渣0.3m）。

b.溶解池容積

W2＝（0.2～0.3）W1

在 本 例 子 中 取 W2＝0.28W1，W2＝0.28×7.2＝2 m3。

溶解池做成長(zhǎng)方形，長(zhǎng)L＝2m，寬B＝1m，高H＝1.5m（高度包括超高0.3m，底部沉渣0.2m），溶解池采用鋼混結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁用環(huán)氧樹脂進(jìn)行防腐處理，池底坡度為0.02。

3.2.3 溶解池?cái)嚢铏C(jī)[1][2]

溶解池采用機(jī)械攪拌，攪拌機(jī)的攪拌槳為平槳葉，中心固定，攪拌機(jī)與液體接觸部分采用不銹鋼材料。槳葉直徑d＝0.3～0.5B，取d＝0.5B＝0.5×1＝0.5m，安裝2臺(tái)在溶解池中間。

3.2.4 絮凝沉淀池[1][2]

在絮凝沉淀池中，通過投加絮凝劑，使微小的懸浮固體、膠體顆粒脫穩(wěn)，聚集形成較大的顆粒，從而提高沉淀效率。對(duì)懸浮纖維、糖類物質(zhì)和蛋白質(zhì)的去除具有明顯效果，懸浮固體去除率可達(dá)90%，BOD5去除率為50%-70%，CODcr去除率為40%～60%，絮凝沉淀池的工藝尺寸設(shè)計(jì)如下。

a.沉淀池表面積A＝Q/24q＝180/24×1.5＝5m2

表面負(fù)荷q＝1.5～3，取q＝1.5m3/m2·h。

b.沉淀區(qū)有效水深h＝q×t＝1.5×2＝3m

沉淀時(shí)間t＝1h～2h，取t＝2h。

c.沉淀區(qū)有效容積V＝Q×t/24＝180×2/24＝15m3。

d.沉淀池長(zhǎng)度L

L＝V×t1×3.6＝4×1.5×3.6＝21.6m

V-水平流速：不大于5mm/s，取4mm/s，t1-最大流量時(shí)的停留時(shí)間，一般1.5h-2h，取1.5h。

e.沉淀池的總寬度B

B＝A/L＝5/21.6＝0.23m

根據(jù)馬鈴薯廢液的實(shí)際情況調(diào)整，取B＝0.625m，L＝5/0.625＝8m，取μ＝3的富余量，L＝8×3＝24m。

f.沉淀池的座數(shù)n，n＝1。

g.進(jìn)水部設(shè)計(jì)

寬度與沉淀池相同，取0.625m；長(zhǎng)度為0.3m-0.5m，取0.4m；深度為0.9m；在0.6m深的位置安裝進(jìn)水管。

h.出渣口設(shè)計(jì)

出渣口設(shè)在進(jìn)水端，底部尺寸為0.4m×0.4m，斜角不大于60°，取60°，排出的絮凝蛋白采用螺桿泵抽取。

i.出水部設(shè)計(jì)

寬度與沉淀池相同，取0.625m；出水擋板為鋸齒三角堰，角度為90°；長(zhǎng)度為0.3m-0.5m，取0.4m；深度為0.9m；在底部設(shè)置出水口，用泵抽水到洗薯機(jī)循環(huán)使用。

4 處理效果

薯渣經(jīng)過脫水干燥處理后，可以用于生產(chǎn)有機(jī)肥和飼料，廢液經(jīng)過沉淀處理、化學(xué)絮凝處理和厭氧發(fā)酵處理后，不但回收了蛋白質(zhì)，用于生產(chǎn)飼料，同時(shí)使得排放的廢水達(dá)到灌溉要求，用于果園或農(nóng)田灌溉。馬鈴薯加工薯渣和廢液處理工藝及設(shè)備解決了淀粉加工廢棄物薯渣和廢液污染環(huán)境問題，使廢棄物得到循環(huán)利用，生產(chǎn)出有機(jī)肥和飼料，也為馬鈴薯淀粉加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)保障。

[1]韓洪軍，杜茂安.《水處理工程設(shè)計(jì)計(jì)算》，中國建筑工業(yè)出版社。

[2]黃維菊，魏星.《污水處理工程設(shè)計(jì)》，國防工業(yè)出版社。