刀靜梅，張躍彬，高欣欣

甘蔗酒精廢液資源化利用分析

刀靜梅，張躍彬*，高欣欣

（云南省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，云南開遠661699）

對甘蔗酒精廢液資源化利用做了技術分析，目前我國糖廠比較分散，數(shù)量多規(guī)模小，經(jīng)濟實力不雄厚。經(jīng)過企業(yè)多年在酒精廢液利用及生產(chǎn)實踐，直接灌溉農(nóng)田和生產(chǎn)有機液態(tài)復合肥是處理廢液比較經(jīng)濟有效的辦法，不僅給土壤提供大量的水分和養(yǎng)分，而且符合環(huán)保和低投入的循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

甘蔗；酒精廢液；資源化利用

云南甘蔗年種植面積500萬畝（33萬hm2）以上，蔗糖生產(chǎn)已成為我省的優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)，甘蔗糖產(chǎn)量約占全國產(chǎn)量的20%，多數(shù)甘蔗種植在邊疆少數(shù)民族地區(qū)，蔗糖產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為邊疆縣的重要支柱產(chǎn)業(yè)，給云南經(jīng)濟和社會效益帶來較大的提高。在云南邊疆少數(shù)民族地區(qū)，對地方經(jīng)濟的發(fā)展、財政和農(nóng)民收入的增加有重要的作用[1]。與此同時，糖業(yè)生產(chǎn)也導致了不可回避的環(huán)境污染問題，甘蔗酒精廢液就是最大的工業(yè)污染源，糖廠也成為各地市環(huán)保重點關注的排污大戶。目前我國多數(shù)糖廠附設糖蜜酒精車間，甘蔗糖蜜酒精廢液便是以蔗糖蜜為生產(chǎn)原料，在初餾塔經(jīng)發(fā)酵醪液蒸餾出酒精后剩余的高濃度有機酸性廢液，顏色多為棕色或棕黑色，廢液化學需氧量（COD）為80～l20g/L，生化需氧量（BOD）40～60g/L，pH為4.0～6.0，治理難度大[2]。一旦流入自然水體，能在極短的時間內(nèi)致水生動物死亡，破壞水體的生態(tài)平衡，造成土壤[3]和水環(huán)境[4]惡化，甚至危及人類身體健康[5]。甘蔗酒精廢液屬于高濃度有機廢水，糖廠每生產(chǎn)1t酒精，大約排出13～15t廢液[6]。云南酒精每年產(chǎn)量在5萬t以上，排出耗氧有機物65萬t以上；全國糖蜜酒精每年產(chǎn)量50萬t以上，排出耗氧有機物650萬t以上。

糖廠直接處理在周圍蔗區(qū)利用是目前最主要的利用方式；另一利用方式是從甘蔗酒精廢液中提取有價值的成分，讓資源得到最大化利用。在我國，由于甘蔗大都采用汽車運輸，受經(jīng)濟條件制約，糖廠規(guī)模不大且分布在不同的蔗區(qū)，糖廠只能建設小規(guī)模的酒精生產(chǎn)車間配套生產(chǎn)，對酒精廢液的處理技術和設施也不統(tǒng)一。隨著社會不斷發(fā)展，對環(huán)境的管理越來越嚴，高濃度的甘蔗糖蜜酒精廢液必須要達標才能排放。雖然目前治理糖蜜酒精廢液有多種較為成熟的技術，但安裝一套酒精廢液處理設備需要很多資金。大多數(shù)糖廠在經(jīng)濟利益和酒精廢液處理設施投入之間的矛盾中處于兩難的境地。

1 甘蔗酒精廢液主要指標

甘蔗酒精廢液偏酸性，pH值大約在4～6，錘度12～16°Bx，密度大于1.0 g/mL。一般含有機質(zhì)5.5%～12%，總氮（N）含量為0.06%～0.42%，全磷（P2O5）含量0.01%～0.38%，全鉀（K2O）含量在0.23%～1.54%，還含有固形物7%～14%[7]。此外，還有鈣（Ca）2.1%～3.0%，鎂（Mg）2.0%～3.3%，硫（S）4.0%～5.0%，鐵（Fe）65mg/L，鋅（Zn）10.5 mg/L，錳（Mn）5.5 mg/L等營養(yǎng)物質(zhì)和氨基酸、生長素、維生素等作物生長需要的多種元素[8]。

2 甘蔗酒精廢液資源化利用分析

2.1濃縮生產(chǎn)有機復合（混）肥

甘蔗酒精廢液可在最后濃縮、烘干后生產(chǎn)固態(tài)有機肥，廢液濃縮至60°Bx，經(jīng)中和降解，再加上氮磷鉀等，造粒烘干后包裝得有機復合肥[9]。有機復合肥中不僅含有氮磷鉀，還含有有機質(zhì)，再調(diào)節(jié)氮磷鉀的比例可生產(chǎn)適合多種農(nóng)作物的專用肥料。徹底治理酒精廢液污染，又把從土壤中獲取的多種營養(yǎng)元素歸還土壤，是目前提倡循環(huán)農(nóng)業(yè)利用最好的途徑。不足之處是濃縮液的添加量僅占到復合肥的40%[10]，另外60%的氮磷鉀肥需要采購，成本運作大，而且蒸發(fā)系統(tǒng)投資運行成本大，規(guī)模小的糖廠生產(chǎn)就成了負擔。有機復合肥濃縮生產(chǎn)處理基本實現(xiàn)廢液無污染排放，對甘蔗酒精廢液處理得很好，但這種方法能耗高，且設備資金投入多、運行費用也高，而且在蒸發(fā)過程中還有設備腐蝕和積垢嚴重等一系列問題。

2.2甘蔗酒精廢液生產(chǎn)液態(tài)肥

一般是在甘蔗酒精廢液中加入光合菌種進行發(fā)酵，充分曝氣、稀釋后生產(chǎn)成液態(tài)肥料，用灌車運輸施入蔗地，每畝（667m2）施用量5～10t。云南甘蔗酒精廢液循環(huán)利用生產(chǎn)液態(tài)有機肥：云南臨滄南華和云南英茂等糖業(yè)集團都有酒精生產(chǎn)車間，每年可生產(chǎn)有機肥70萬t以上。按每公頃大約施用液態(tài)有機肥15t計算，可為4.6萬公頃的蔗地提供肥源。甘蔗酒精廢液生產(chǎn)的液態(tài)肥含有益菌群和腐殖質(zhì)，這種施用于蔗田的液態(tài)肥給土壤提供了作物生長所需的水分和營養(yǎng)元素，徹底解決了廢液排放對環(huán)境的污染問題，是一項有利于蔗糖企業(yè)治理污染、蔗田增加肥料、節(jié)約生產(chǎn)成本、甘蔗增產(chǎn)增收的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展措施之一。

2.3生產(chǎn)光合菌，制造光合菌肥

利用甘蔗酒精廢液生產(chǎn)光合菌，以制糖酒精等產(chǎn)生的廢醪液、濾泥、灰渣為原料，經(jīng)過布料、混合攪拌、發(fā)酵等過程最后生產(chǎn)有機光合菌肥。充分利用了制糖企業(yè)各類廢棄物，生產(chǎn)有機光合菌肥，不僅實現(xiàn)廢棄資源的高效利用和循環(huán)利用，還促進了糖業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，更有效地利用資源和保護環(huán)境。光合菌肥能促進各種農(nóng)作物生長，是較好的有機肥料，含有作物生長需要的大量元素氮磷鉀。施用光合菌肥后，帶給土壤的腐殖質(zhì)，使施用無機化肥后的板結土壤變得更疏松。但這種方法生產(chǎn)出的液態(tài)肥需要灌車或包裝，增加了運作成本，且運輸量大，糖廠需要投入大量的成本運送菌肥，很難推廣應用[11]。

2.4甘蔗酒精廢液稀釋后農(nóng)田澆灌

甘蔗酒精廢液由于價值低、不方便長途運輸，糖廠直接處理在周圍蔗區(qū)利用是目前最主要的利用方式。甘蔗酒精廢液中有甘蔗生長所需的大量元素氮、磷、鉀和有機質(zhì)，可直接施用在甘蔗地作肥料，甘蔗酒精廢液稀釋農(nóng)灌法國內(nèi)外都有長期實踐的經(jīng)驗，巴西一直把廢液施用于甘蔗地，多年來的研究結果表明，甘蔗酒精廢液在甘蔗地的施用起到節(jié)本[12]增產(chǎn)效果[13]，蔗糖企業(yè)用槽灌車拉酒精廢液到農(nóng)戶蔗地，解決了廢液污染帶來的環(huán)境問題，同時增加了經(jīng)濟效益。稀釋農(nóng)灌法提高了土壤中無機鹽含量，增加土壤保水性、微生物種群，使土壤肥力得到恢復和補充，改善了土壤的物理、化學性質(zhì)。與其它化學工程治理技術相比較，農(nóng)灌法是投資少，運作成本低的簡易方法，實際應用中提高了甘蔗產(chǎn)量，增加了土壤肥力。

春季種植甘蔗雨水少，施用與常規(guī)復合（混）肥或生物菌肥等價值的甘蔗酒精廢液，能提供給甘蔗早期出苗較充足的水分和營養(yǎng)，大大促進了甘蔗出苗、分蘗，分蘗成莖率高、莖徑增粗，生長速度快，最終單產(chǎn)增加。春植甘蔗合理施用廢液，是抗旱、節(jié)本增效有效途徑之一。但要必須嚴格控制施用時期，只能在分蘗前期施用，施用過晚會增加無效分蘗，消耗甘蔗養(yǎng)分。前期施用過多會造成燒苗和不同程度的土壤板結，特別注意不能給肥沃蔗地施用。

2.5甘蔗酒精廢液厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣

其中，UPS可以起到抑制電壓暫降、電壓中斷的作用。當供電系統(tǒng)發(fā)生電壓暫降故障時，轉(zhuǎn)換開關會自行轉(zhuǎn)換至UPS進行供電，從而抑制了電壓暫降的影響。在實際的應用中，UPS的電池容量決定了其保護時間，一般的UPS電池容量為1 kW～1 MW。

甘蔗酒精廢液經(jīng)過厭氧微生物對其含有的有機物進行分解后產(chǎn)生沼氣，減少廢液排放后對水域中溶解氧的消耗而起到保護水體作用[14]，優(yōu)點是不需要消耗很多動力，廢液中的含碳有機物通過微生物的作用降解產(chǎn)生成沼氣能源。但厭氧發(fā)酵仍殘留20%左右的有機物，濃度依然不能達到排放要求[15]。發(fā)酵后的沼氣廢液顏色又黑又臭，不能直接排放，必須降低有機物含量，二次處理，但投資厭氧曝氣裝置設備資金大、需要消耗高動力才能運行。如果在甘蔗榨期短，沒有長期供給沼氣池原料的糖廠，常年運行有一定難度。我國最早應用該技術在四川銀山糖廠，沼氣解決了職工的照明和煮飯問題，該廠在甘蔗停榨之后仍以其它原料生產(chǎn)酒精，可以長年維持沼氣池的補給問題，是國內(nèi)甘蔗酒精廢液綜合利用經(jīng)濟效益和社會效益比較好的典型[16]。

2.6甘蔗酒精廢液發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料

利用甘蔗酒精廢液和蔗渣（或植物秸稈）生產(chǎn)飼料供畜禽食用，在放入甘蔗渣（或作物秸稈粉）的發(fā)酵池中加入酒精廢液，使其充分吸附飽和后再接入菌種，經(jīng)過1～15d發(fā)酵后干燥并可得到畜禽飼料，解決了糖廠酒精廢液的排放問題，變廢為寶。用農(nóng)副產(chǎn)品吸附甘蔗酒精廢液，生產(chǎn)出分散疏松的物料可以培養(yǎng)酵母菌，生產(chǎn)出的飼料含有較高的活酵母菌。這種用甘蔗酒精廢液生產(chǎn)的蛋白飼料，替代魚粉大大降低了飼料成本，為蔗糖企業(yè)甘蔗酒精廢液的綜合利用提供了一條新途徑。既解決了甘蔗酒精廢液排放造成的環(huán)境污染問題，又能為企業(yè)增加不小的收益。濃縮液作飼料發(fā)展畜牧漁業(yè)，節(jié)約了糧食，具有很大的社會效益。

國外的Lopez等曾做了酒精廢液制作飼料喂羊的試驗[17]，將糖蜜酒精廢液直接用作飼料。我國最早在70年代，廣東用酒精廢液生產(chǎn)蛋白質(zhì)含量較高的白地霉蛋白飼料，但有研究報道白地霉可能引起食道癌，該項目沒有得到長足發(fā)展。1989年，云南建水糖廠與云南大學合作，進行甘蔗酒精廢液生產(chǎn)單細胞蛋白飼料的中試，最終也沒有進一步得到應用推廣。

2.7用天然沸石從糖蜜酒精廢液中提鉀鹽

甘蔗汁在蒸發(fā)過程中，鉀鹽很少損失，基本上富集在廢蜜中，廢蜜發(fā)酵制酒精后，幾乎全部鉀鹽又轉(zhuǎn)入酒精廢液中。據(jù)報道，酒精廢液含鉀量在5～8g/L，Ca2+、Mg2+、K+是甘蔗糖蜜酒精廢液中主要存在的陽離子，比較單純，而K+含量又比較高。用天然沸石從糖蜜制酒精廢液直接回收鉀鹽的成功為我國擴大了開發(fā)鉀鹽資源，此法工藝流程短，設備簡單，原材料容易得到，具有投資成本低、容易見成效、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。早在1978年開遠糖廠建成了用離子交換法從糖蜜酒精廢液中回收鉀鹽的生產(chǎn)車間[18]，1979年8月開始投入生產(chǎn)的產(chǎn)品碳酸鉀含量達98.47%、磷酸二氫鉀含量達51.94%。

利用鉀鹽回收裝置可以從甘蔗酒精廢液中提取鉀，把煙氣余熱回收器、蒸發(fā)濃縮器、燃燒爐和鉀鹽結晶器等設備集中，循環(huán)利用熱源：燃燒爐燃燒產(chǎn)生的熱量由煙氣余熱回收器加熱循環(huán)熱風，熱風濃縮甘蔗糖蜜酒精廢液，再噴到燃燒爐燃燒，蒸發(fā)濃縮器產(chǎn)生的汁和氣再送去鉀鹽結晶器做熱源，利用燃燒廢液產(chǎn)生的灰生產(chǎn)鉀鹽，實現(xiàn)80%以上的鉀鹽資源循環(huán)回收再利用。

2.8提取甘油和色素

甘蔗酒精廢液還可生產(chǎn)甘油，付德卿[19]報道用亞硫酸鈉還原酒精廢液中的丙酮酸轉(zhuǎn)化成甘油。生產(chǎn)時需要進行澄清處理和回收酵母，因為甘蔗酒精廢液中的灰分、懸乳物、酵母和膠體等物質(zhì)會對甘油的濃縮和提取帶來一定難度。另外，酒精廢液中甘油含量不高，提取過程有些困難，可以通過改造工藝條件來促進酒精發(fā)酵，不但不改變發(fā)酵液中原有的酒分，甘油含量還可以提高。提取甘油后大量蛋白質(zhì)和氨基酸仍殘留在廢液中，還可用于生產(chǎn)其它飼料，但這項技術和工藝設備復雜，生產(chǎn)能耗和成本較高，不適應生產(chǎn)需要。

糖蜜經(jīng)發(fā)酵制取酒精后的深棕色廢液色素含量很高，主要有三大類：離子型、非離子型（如黃酮類）及非芳香性色素，用生物酶制劑將干凈的甘蔗酒精廢液濃縮（除去雜質(zhì)和酵母菌絲體）[20]，使色素直接轉(zhuǎn)化成焦糖色素。不同的樹脂可富集不同的色素：離子交換型樹脂富集焦糖色素，吸附型樹脂富集黃色素，氫氧化鈉溶液洗脫焦糖色素，乙醇洗脫甘蔗黃色素。廢液提取色素后pH會接近中性，COD值降低，去色后的廢水更易處理、環(huán)保排放，提取的天然色素可用于食品生產(chǎn)，安全無毒，適合綠色大健康食品方向，具有較好的發(fā)展前景。

2.9甘蔗酒精廢液濃縮后可做燃料

含有高濃度有機物的甘蔗酒精廢液可做燃料使用，一般用蒸發(fā)罐濃縮到60～700Bx后再與一定比例的甘蔗渣摻合送進鍋爐做燃料燃燒。但鍋爐和蒸發(fā)罐容易積垢結焦，經(jīng)常清理爐灰，資金投入大。廣州甘蔗所曾采用融合法改良得到優(yōu)良酵母菌種，這種菌種可以耐高滲透壓、耐高酒分和抗雜菌，且使用自循環(huán)式廢液焚燒及煙氣濃縮技術，避免了積垢和結焦的生成，操作成本降低，濃縮和焚燒熱能自給平衡。排出的煙氣經(jīng)水膜洗滌，爐灰中含有的鉀還可用作肥料。

3 甘蔗酒精廢液農(nóng)田施用研究

我國目前糖廠比較分散，經(jīng)濟實力不雄厚，且數(shù)量多、規(guī)模小，經(jīng)企業(yè)多年實踐，直接灌溉農(nóng)田和生產(chǎn)有機液態(tài)復合肥有利于經(jīng)濟、環(huán)保和低投入的循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

印度和澳大利亞科研人員進行了2年的田間試驗，研究酒精廢液灌溉甘蔗對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，稀釋后灌溉甘蔗，甘蔗和糖產(chǎn)量都顯著高于不灌溉的[21]，廢液每公頃甘蔗施用量為16t、稀釋50倍和75倍后灌溉兩年平均產(chǎn)量分別比不施廢液的對照組增產(chǎn)20.6%和17.1%，蔗糖產(chǎn)量分別比對照組增產(chǎn)25%和20.5%。阿根廷圖庫曼的試驗報道，在新植甘蔗上每公頃施用量150 m3可促進蔗芽多萌發(fā)，苗期生長快；宿根甘蔗施用酒精廢液為150 m3時增產(chǎn)36.5%，如果用量超過200 m3，不但不能增產(chǎn)還會造成土壤酸化，甘蔗酒精廢液如果與糖廠濾泥等廢物混合施用效果更佳。

云南蔗區(qū)施用酒精廢液后可增加甘蔗產(chǎn)量2%～10%，但糖分下降5%～10%。滇西部分糖廠反映施用酒精廢液后可延長甘蔗宿根年限2～3年，在水肥條件好的地塊，管理得當?shù)那闆r下宿根6～7年的甘蔗畝產(chǎn)仍在7t左右。在云南省有孟連昌裕糖業(yè)公司、隴川和黎明等蔗糖企業(yè)均采用過廢液稀釋后進行農(nóng)田灌溉，經(jīng)過多年實踐，酒精廢液與糖廠其它廢水混合稀釋后給農(nóng)田灌溉，對農(nóng)作物產(chǎn)量增加顯著，但本方法需要糖廠在高處，廢水能滿足自流灌溉，如果不能自流需要增加加壓泵等相應設備成本。如果管理不當，廢水仍會流入天然水體造成污染。

我國甘蔗酒精廢液直接灌溉農(nóng)田的報道較多，對酒精廢液的農(nóng)田施用作為一種治理方法介紹[22]，并開展了對甘蔗生長效應[23]、農(nóng)藝性狀[24]和甘蔗土壤理化性狀[25]等研究，甘蔗地施用廢液后提高了土壤中氯離子和全氮含量，有機質(zhì)和腐殖質(zhì)也得到提高，檢測到甘蔗苗期土壤過氧化氫酶和多酚氧化酶活性異常升高，隨后迅速下降。甘蔗苗期土壤過氧化氫酶活性與全氮、有機質(zhì)、腐殖質(zhì)呈極顯著正相關，與富里酸、胡敏酸、Cl-呈顯著正相關（r0.05=0.811，r0.01=0.917，n=6）；土壤多酚氧化酶活性與有機質(zhì)、腐殖質(zhì)、Cl-呈顯著正相關。但基礎研究還不夠深，施用甘蔗酒精廢液后對土壤微生物和環(huán)境的影響研究報道還少。甘蔗酒精廢液是一種多用途的便宜廢棄資源，要研究生產(chǎn)一種高技術含量的新產(chǎn)品，需多學科的協(xié)作才能得到更好的綜合利用，才能科學合理解決新產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用中和使用后的較多技術問題。

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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

國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-20-3-4），糖料食用產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測與評估調(diào)研（GJFP201601006）。

刀靜梅（1975-），女，高級實驗師，主要從事甘蔗營養(yǎng)與土壤施肥研究。Email：djmljy2001@126.com

張躍彬（1969-），男，研究員，主要從事甘蔗栽培與綜合技術研究。Email：ynzyb@163.com