一、主糧化之路上不可忽略的問題
馬鈴薯是我國重要的糧食兼經濟作物，其種植面積和產量均居世界首位。2013年我國馬鈴薯總產量超8000萬噸，是位于稻谷、玉米、小麥之后的第四大糧食作物。2015年初，農業(yè)部確定馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，在保障國家糧食安全與促進國民經濟社會發(fā)展中將具有更加重要的意義。
“由于馬鈴薯很難貯藏，加工業(yè)就成為馬鈴薯產業(yè)鏈中的關鍵環(huán)節(jié)。”馬鈴薯淀粉加工業(yè)是最重要的一項內容，也是西北、東北和西南山區(qū)廣大薯農脫貧致富的重要途徑。
據統計，我國馬鈴薯淀粉加工能力已超過120萬噸，馬鈴薯淀粉加工企業(yè)（大中型）已超過500家，西北地區(qū)約占全國總量的2/3。
然而馬鈴薯淀粉加工過程中，會產生大量的含有豐富蛋白質、淀粉、纖維、多糖等有機營養(yǎng)物的工藝水（分離汁水），其COD值高達30000~40000 mg/L。直接排放就變成廢水，導致嚴重的環(huán)境污染。
多年來這些工藝水沒有得到有效利用和處理，全國每年有超過5100萬噸高濃度淀粉工藝水當作廢水直接排放到江河湖泊中，造成相關地區(qū)水域富營養(yǎng)化、魚蝦死亡、土地酸化等惡性污染事故頻頻發(fā)生。
近年來，盡管環(huán)保部門已經相繼關停了一萬多家小型加工企業(yè)。其他的大中型馬鈴薯淀粉企業(yè)仍然面臨關停和偷排的生死選擇。“由于馬鈴薯淀粉加工業(yè)一端聯系著千百萬農民的經濟利益和脫貧致富，另一端聯系著馬鈴薯淀粉行業(yè)的健康發(fā)展，各級政府已經把解決馬鈴薯產業(yè)發(fā)展和淀粉廢水排污問題，當作任期內重要的目標任務。”。
2010年環(huán)保部和國家質量監(jiān)督檢驗局發(fā)布實施了《淀粉工業(yè)水污染物排放標準》(GB25461-2010)，2015年1月1日環(huán)保部又發(fā)布實施《淀粉廢水工程治理技術規(guī)范》（HJ2043-2014）。其中“淀粉廢水工程治理技術規(guī)范”（以下簡稱“技術規(guī)范”）推薦了目前最先進、最復雜的淀粉廢水治理工藝：預處理+厭氧生物處理+好氧生物處理+深度處理。“但這與生產實際相差太大，對排量大、蛋白泡沫多，且懸浮物和COD值超過這套工藝中厭氧和好氧生物處理能力10~30倍的高濃度廢水進行前處理的工藝就很難做到。”。
此外，“技術規(guī)范”中建議厭氧生物處理工藝最適溫度為32℃~35℃，而大部分馬鈴薯淀粉加工業(yè)主要在“三北”（西北、東北、華北）地區(qū)的9~11月和次年的3~5月，環(huán)境溫度一般都在-5℃~15℃之間。顯然這套生化處理技術不額外采用加溫保溫措施，微生物活力無法保證。而且在三北地區(qū)冬季極端低溫條件和次年5~9月份停產期，如何保持各工藝階段微生物保存和快速啟動，是相當大的技術難題。因此，目前幾百座馬鈴薯淀粉廢水生化處理系統基本成為擺設，無法正常運行，難以達標排放。
二、新技術研發(fā)勢在必行
據調查，內蒙古業(yè)科技公司和寧夏固原市農業(yè)技術推廣中心先后在2002年、2008年以來連續(xù)多年在不同地區(qū)將馬鈴薯淀粉加工工藝水變“肥水”（只做簡單沉淀和自然曝氣處理，未回收蛋白）進行農田灌溉試驗，摸索并制定出合適的“肥水灌溉農田技術與標準”，采用噴灌方式在農田秋翻前和春播前兩個最佳時段灌溉。
“這不僅提高了土壤肥力、節(jié)約了水源，而且為馬鈴薯淀粉企業(yè)解決了高昂的廢水處理費用，實現了無廢水排放的目的。”。
2009~2011年，固原市環(huán)境保護科學研究所和固原市環(huán)境監(jiān)測站對固原市三個縣淀粉廢水灌溉休閑地進行了連續(xù)三年的實驗和跟蹤監(jiān)測。結果表明：淀粉廢水（只做簡單沉淀處理）灌溉的休閑地周邊地下水在淀粉廢水灌溉前、中、后各主要監(jiān)測項目：高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、硫化物和亞硝酸鹽均無變化。
2011年在農業(yè)部國家馬鈴薯產業(yè)技術體系和中科院西部行動計劃的支持下，中國科學院蘭州化學物理研究所分別在甘肅、寧夏兩個馬鈴薯淀粉企業(yè)采用自主研發(fā)的馬鈴薯淀粉工藝水（分離汁水）回收蛋白技術，從工藝水中分步提取回收小顆粒淀粉、細纖維和食品級蛋白后，其脫蛋白水的COD和固形物相應降低到50%以下，脫蛋白水中殘留少量多糖、多肽和有機酸等小分子有機物，以及豐富的鉀、磷等礦物質成分。將廢水變“肥水”直接用于冬春季農田灌溉，沒有出現燒苗和農田污染情況，實現了馬鈴薯淀粉加工工藝水“零排放”的目標。
該“肥水”經過甘肅省定西市農業(yè)科學院連續(xù)3年的大水漫灌試驗，實現了節(jié)水、節(jié)肥、改良土壤和農作物增產30%以上的目標。
其實，將馬鈴薯淀粉加工工藝水變“肥水”用于農田灌溉的資源化利用、循環(huán)經濟發(fā)展模式在北歐發(fā)達國家已經實施了多年。丹麥、德國、英國等國家淀粉生產企業(yè)將回收馬鈴薯蛋白后的脫蛋白水直接與農戶進行工業(yè)廢水交易，廢水由農戶用罐車直接運往農田進行均勻澆灌。馬鈴薯淀粉加工工藝水再利用，不僅實現了節(jié)水、節(jié)能和保護環(huán)境，而且極大地減輕了淀粉企業(yè)廢水處理的經濟負擔。淀粉企業(yè)回收食品級馬鈴薯蛋白產生的經濟效益也超過淀粉主產品利潤。
三、創(chuàng)新成果重在落地
2008年至今，中國科學院蘭州化學物理研究所從“反向絮凝-超濾法處理馬鈴薯淀粉加工廢水裝置及組合專用藥劑配方的研究”的小試技術成果，到“封閉式馬鈴薯淀粉工藝水蛋白在線提取生產線”中試和工業(yè)化試驗研究、“太陽能集熱保溫固定化微生物高效網箱生化系統”，至今形成“薯類淀粉工藝水蛋白高值化利用和脫蛋白水‘肥水’化農田灌溉技術”完整的技術系統，已經獲得了五項國家發(fā)明專利，一項實用新型專利，還有三項發(fā)明專利正在審查中。
“經過連續(xù)多年的研究測試分析，該技術的蛋白回收提取率、廢水達標、中水回用已經達到荷蘭、丹麥和美國等國家的先進技術水平，運行費用和設備成本大幅度降低。”，他們已經初步搭建了薯類淀粉加工廢棄物資源化利用與污染控制技術研究平臺。
2013年11月，在寧夏西吉馬鈴薯淀粉企業(yè)建成一條封閉式馬鈴薯淀粉工藝水提取蛋白生產線，工藝水處理能力達到25噸/小時，實現了與國內淀粉設備的配套運行。2014年10月，在甘肅臨洮薯界淀粉公司建成了一套完整的“馬鈴薯淀粉工藝水提取蛋白高值化利用與廢水處理達標排放系統”，工藝水處理能力達到30~35噸/小時，實現了與全進口淀粉設備的配套運行。
據了解，本項目技術與裝備是國內目前薯類淀粉加工最急需的技術，全套技術填補了國內空白。從此，薯類淀粉工藝水蛋白可以高值化回收利用，脫蛋白水可以達標排放或者直接用于農田灌溉，實現淀粉加工副產物資源化利用。
目前，該技術在馬鈴薯淀粉廢水資源化利用獲得成功，進一步研究改進和參數調整后還可以推廣應用到甘薯、木薯、豆類、小麥、糯米、蕨根等淀粉加工以及一些中藥材浸提加工過程中，排出大量含有蛋白質的有機廢水處理。“對于薯類淀粉企業(yè)來說，實現工藝水的高值化利用的同時，又能夠解決讓他們頭痛多年的排污問題。”。
現在，如何將技術成果落地是關鍵。對此，甘肅省政協張世珍副主席準備將相關提案帶到今年全國兩會，呼吁國家在“三北”地區(qū)有條件的馬鈴薯淀粉企業(yè)率先推行馬鈴薯淀粉工藝水回收蛋白高值化利用和脫蛋白水農田灌溉計劃，實行工藝水“零排放”技術。呼吁環(huán)保部門對達到工藝水“零排放”標準（包括配套農業(yè)灌溉措施和灌溉標準）的馬鈴薯淀粉企業(yè)進行考核備案，對備案企業(yè)不再另外進行排污達標考核。