甘薯富含淀粉,是重要的淀粉生产原料。甘薯淀粉加工需要大量的水,传统方法加工1t鲜甘薯需要5t左右清水,其中清洗甘薯的废水可通过简单的沉淀过滤得以重复使用,洗脱淀粉的废水中含有可溶糖、蛋白质、氨基酸、矿物质等,这些物质在微生物的作用下容易腐败,产生有机酸和异臭味,乱排乱放严重污染环境。很多地区为保护环境,采取限制甘薯淀粉加工的政策,这势必影响甘薯的推广及农民的种植效益。

目前废水处理主要方法有反渗透技术、糖和蛋白质提取回收技术、密闭发酵技术、添加高分子絮凝剂、活性炭吸附等化学处理办法等。这些方法由于处理成本高,很难在实际生产中推广应用,而对于分散加工的小作坊废水治理更加困难,废水肆意排放,严重污染环境。妥善处理这些废水成为淀粉生产企业的当务之急。

宁夏固原地区采用浇地方法处理马铃薯淀粉加工废水取得成效。甘薯淀粉加工和马铃薯类似。据分析,鲜甘薯含有3%~5%可溶糖,1%~3%氨基酸和蛋白质,1%左右酯溶性物质以及少量矿物质。真正造成污染的为可溶糖发酵形成有机酸及蛋白质分解产生含氮化合物,这些物质在一定条件下可完全分解,最终变成无害物质。将甘薯淀粉有机废水直接灌溉到农田里,让土壤颗粒吸附,充分扩大与氧气的接触面,并在土壤微生物菌群的作用下加速分解,同时分解的最终产物也更有利于植物吸收,变废为宝。

本研究就废水在土壤中降解的一系列变化进行分析,以期找到妥善处理废水及降低处理成本的有效途径,并在土地充裕地区推广应用。

1、材料与方法

1.1材料处理

将淀粉型甘薯徐薯18号用磨浆机按14加水打浆,收集在容器内,放置3~5d,然后过滤,得到棕色酸化上清液,用于浇地。这时测得上清液pH值为6.5,总干固物为2.6%。

1.2、废水浇灌

选择平坦沙壤土地,划出6个边长为2m的方块,在边界筑小垄以防液体流出。其中3块为不浇废水的对照,另外3个小区分3次均匀浇废水,浇水时取废液测定固形物含量及含氮量。

1.3、取样方法

在最后一次浇废水后的第2天开始用土钻取样,取样深度为15cm,每次每小区取5个点,合并,每10d取样1次,对照只在第1次取样时采集。土样摊开经45!鼓风干燥,然后研磨过40目筛。

1.4、成分测定

取样结束后,用半微量凯氏法测定土壤有机质含量,用pH值计法测定酸碱度等指标。

2、结果与分析

2.1、废水养分含量

从表1可以看出,在12m2面积上3次浇灌废水量达到682kg,相当于568.5t/hm2。3次入土干物质总量为19.75kg,相当于增加/hm2,这其中大部分为有机质,相当于增施近15t/hm2有机质。3次共入土纯氮0.252kg,相当于增加210kg/hm2氮素(由于试验废液浓度一般要高于实际生产浓度,相应固形物的入土量也高于实际生产水平),这些有机质和氮素对培肥土壤起到了积极作用。

2.2、浇废水后土壤pH值的变化

从图1可以看出浇灌废水的土壤pH值变化情况。由于初始废水的酸度为pH值6.5,与弱碱性的土壤中和,使土壤pH值下降。在土壤中,可溶糖和蛋白质分解产酸,使pH值降低。10d左右,糖和蛋白质几乎完全转化,pH值达到最低。

随后有机酸被分解,pH值上升。30d左右,有机质完全降解,形成无机盐,土壤恢复弱碱性状态(pH值7.7左右)。本试验是在冬季进行的,土壤封冻,可能减缓了分解速度,可以推测,土壤气温回升,分解速度将更快。说明废水浇灌土壤后,经过一段时间的降解,几乎不影响土壤pH值及作物对土壤酸碱性的选择。

2.3、废水浇地对土壤有机质的影响

试验地的土壤有机质处于中等偏低水平,对照平均有机质含量约为1.50%。从图2可以看出,浇污水后,土壤有机质含量比对照提高约0.5百分点,主要增加的是糖分和有机酸等,随后有机质含量快速下降,在前20d下降约0.2百分点。随后下降缓慢,可能由于土壤在冬季封冻,土壤解冻后又表现快速下降(50d后)。这种变化与土壤温度直接影响土壤微生物活性有关,说明废水中的有机质在土壤中分解较快,并最终接近对照水平。

2.4、麦田浇灌初步观察

为进一步验证试验结果,将按上述同样的处理方法获得的废水进行浇灌冬麦试验。将试验地分成5组,3个重复,小区面积为2m2,并将大田作为对照,进行废水浇灌量的单因素对比试验。从表2看出,废水浓度越高,麦苗长势越旺。具体参见更多相关技术文档。

3、结论

甘薯加工淀粉废水的低成本处理长期以来困扰着甘薯加工业和环保部门,而采用工业途径治理废水,由于成本高在广大甘薯产区很难实现。为维持甘薯淀粉产业可持续发展,需要切实可行的处理办法,即成本低而不会造成再污染。本试验结果表明,在被土壤吸收后,废水中的有机质能够最终完全被分解。在冬季,30d左右绝大部分糖和蛋白质被分解,80d左右绝大部分有机酸被降解。这些有机质分解最终不仅不会改变土壤的pH值,而且能够扩大微生物群体数量,有利于土壤积累更多养分,提高了土壤肥力。废水浇灌土壤后,土壤pH值变化在6.8~7.8之间,大部分作物都能够适应。麦田浇灌废水试验证明废水对小麦有益无害,因此,在适量情况下,淀粉废水不仅可用于麦田冬灌,也可用于设施蔬菜和其他作物的浇灌。

土壤吸纳分解方法可为有充足冬闲地的甘薯淀粉加工企业提供低成本污水排放途径。但在甘薯重病感染区进行甘薯淀粉加工,采用土壤吸纳法容易使病原物返田,造成病原物积累,形成恶性循环,要谨慎使用,并采取防治措施。