對于盛產(chǎn)馬鈴薯的我國西部農(nóng)村地區(qū)，馬鈴薯既是“救命薯”“溫飽薯”，又是“脫貧薯”“致富薯”。僅甘肅一省馬鈴薯種植面積接近1000萬畝，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值120億元以上，通過加工增值后產(chǎn)值可以提高2-7倍。目前具有一定規(guī)模的馬鈴薯加工企業(yè)就有100多家，每年消耗馬鈴薯鮮薯200多萬噸。在實現(xiàn)加工增值的同時，還拉動了整個馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而，馬鈴薯加工造成的廢水污染卻一度成為這些企業(yè)長期難以跨越的發(fā)展痛點。特別是隨著環(huán)評標(biāo)準(zhǔn)越來越高，一些馬鈴薯淀粉加工企業(yè)陷入進(jìn)退維谷甚至被取締關(guān)門的窘境。 

　　為了攻破馬鈴薯加工廢水處理的難題，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所劉剛研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊，用十余年青春歲月，書寫一曲“科技惠民”之歌，不僅解決了馬鈴薯淀粉加工廢水蛋白提取回收的技術(shù)難題，將污染環(huán)境水體的“廢水”，變成了灌溉農(nóng)田的“肥水”，惠及馬鈴薯種植農(nóng)戶，成為綠色循環(huán)工業(yè)的典范；還以科學(xué)的論證推動了國家政策標(biāo)準(zhǔn)的制定，救活了一大批馬鈴薯加工企業(yè)。 

　　結(jié)緣“土豆夢” 

　　“馬鈴薯就是老百姓家里常吃的土豆，甘肅這邊也叫洋芋。”提起馬鈴薯，劉剛就像在介紹自家的孩子，“一斤土豆，在市場上賣不了幾個錢，且儲存、物流成本極高，如果加工成淀粉，不僅價值翻翻，而且用途更廣，更易存儲和運(yùn)輸。年輕人喜歡的薯片、餅干、冰淇淋、方便面和各大超市的半成品冷凍食品等都離不開馬鈴薯淀粉，我們平常能夠見到的高檔紙張、身上穿著鮮亮的衣服等在加工印染過程中都離不開馬鈴薯淀粉。”在他眼里，馬鈴薯簡直就是一個“百寶薯”。 

　　據(jù)了解，我國馬鈴薯種植面積和產(chǎn)量均居世界首位，總面積達(dá)8000余萬畝。然而，我國90％以上的馬鈴薯是直接用于鮮食、留種和作為飼料等，只有約5％用于薯條、薯片、全粉和淀粉加工；而在美國這個數(shù)據(jù)幾乎相反，它們僅有32％的馬鈴薯直接鮮食，其余大部分會被加工增值。僅馬鈴薯淀粉的延伸產(chǎn)品就有2000多種，用于食品、藥品、造紙、紡織印染、化工等不同領(lǐng)域。 

　　另一方面，中國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)大多是貧困地區(qū)，有調(diào)查顯示，馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)與貧困地區(qū)的區(qū)域分布重合度達(dá)80%左右。在有“薯都”之稱的甘肅定西，更是自古以“苦甲天下”聞名。馬鈴薯以耐旱、耐寒和耐瘠薄能力超過其他糧食和經(jīng)濟(jì)作物。所以，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)在像定西這樣生態(tài)條件較差的貧困地區(qū)就成為脫貧致富的支柱產(chǎn)業(yè)。 

　　如何突破馬鈴薯深加工的技術(shù)瓶頸，如何讓廣大農(nóng)民通過馬鈴薯發(fā)家致富，成為劉剛與馬鈴薯“結(jié)緣”的理由。 

　　“所謂靠山吃山，靠水吃水。我們靠著土豆，就必須吃好土豆這碗飯。要真正吃好土豆這碗飯，就必須把土豆產(chǎn)業(yè)做強(qiáng)、做大！”經(jīng)過多年發(fā)展，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國眾多西部省份的支柱產(chǎn)業(yè)之一。僅甘肅一省在馬鈴薯淀粉及其制品加工業(yè)鼎盛期的年產(chǎn)值就超過了30億元。在甘肅定西，更是從1996年起就啟動了“洋芋工程”，希望通過轉(zhuǎn)型升級，把馬鈴薯產(chǎn)業(yè)打造成為當(dāng)?shù)孛撠毠缘闹еa(chǎn)業(yè)。 

　　然而，劉剛在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯淀粉加工耗水極大。對于本就干旱缺水的西部地區(qū)來說，水的重要性不言而喻。同時，馬鈴薯淀粉加工過程中，會產(chǎn)生大量的富含蛋白質(zhì)、淀粉、多糖和膳食纖維素等有機(jī)營養(yǎng)物的工藝水，其COD（化學(xué)需氧量）值高達(dá)40000 mg/L，是國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)的400倍，直接排放容易造成相關(guān)地區(qū)水域富營養(yǎng)化、魚蝦死亡、土地酸化以及臭味滋擾周邊居民等環(huán)境污染。2005年以后，一系列環(huán)保政策出臺，不少馬鈴薯淀粉企業(yè)陷入經(jīng)營困境甚至被迫關(guān)停，這對馬鈴薯生產(chǎn)大省甘肅來說，幾乎是一個致命的打擊——劉剛憂慮道，“這幾乎斷送了農(nóng)民的財富路”。 

　　從那時起，劉剛就致力于馬鈴薯淀粉加工工藝汁水凈化技術(shù)的研發(fā)。他的夢想就是要實現(xiàn)甘肅人常說的那句話——“洋芋開花賽牡丹”。 

　　廢水變“肥水” 

　　理論上，工業(yè)廢水處理并不是沒有辦法。 

　　在其他工業(yè)領(lǐng)域，常用“預(yù)處理+厭氧生物處理+好氧生物處理+深度處理”工藝處理。然而這是一套技術(shù)條件有限制且成本很高的工藝，并不適用于馬鈴薯加工企業(yè)。一方面，馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的甘肅、寧夏等北方地區(qū)秋冬季氣溫較低，無法維持傳統(tǒng)工藝所需要的32℃以上的高溫，使其在馬鈴薯加工企業(yè)那里經(jīng)常“不靈”。 

　　另一方面，馬鈴薯加工是個季節(jié)性很強(qiáng)的工作，一般就在土豆成熟后的那幾個月以內(nèi)才能生產(chǎn)。如何維護(hù)傳統(tǒng)生化處理系統(tǒng)在非生產(chǎn)季節(jié)的運(yùn)行問題，不僅是技術(shù)問題，更重要的是淀粉企業(yè)要承擔(dān)昂貴的成本。因此，很多馬鈴薯淀粉加工企業(yè)只能對這套技術(shù)望而卻步，靠偷排偷放，勉強(qiáng)維持生計。 

　　傳統(tǒng)處理工藝無法解決現(xiàn)實問題，那就從頭做起，在思想上要首先“把自己否定一下”。 

　　劉剛的“自我否定”，就是追求創(chuàng)新。 

　　2008年，劉剛擔(dān)任農(nóng)業(yè)部國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位專家和馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的研究室主任，他從循環(huán)利用的視角提出了一個大膽的設(shè)想：既要廢水達(dá)標(biāo)，又要廢水肥田。在農(nóng)業(yè)部國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目的持續(xù)支持下，他將馬鈴薯加工藝汁水中有用的蛋白質(zhì)、小顆粒淀粉和細(xì)纖維等顆粒物質(zhì)提取出來，變成比淀粉價值還要高的食品級和飼料級蛋白等。同時，還大幅度降低了工藝汁水中的生物質(zhì)濃度，保留可溶性的小分子有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等有益成分，變成了“有機(jī)碳肥水”，使其真正變廢為寶，實現(xiàn)可持續(xù)性利用。 

　　這個想法很有創(chuàng)意，但真正操作起來卻困難重重：一來當(dāng)時國內(nèi)研究尚處空白，二來壓根沒有專門適合馬鈴薯加工汁水蛋白提取分離的專用設(shè)備。于是，劉剛帶領(lǐng)團(tuán)隊在做好基礎(chǔ)研究的同時，設(shè)計研發(fā)馬鈴薯淀粉分離汁水蛋白分離的工業(yè)裝備。“這一下子就把實驗室和加工廠連接了起來”。
 

　　經(jīng)過持續(xù)試驗，2013年，國內(nèi)第一套馬鈴薯淀粉分離汁水提取蛋白現(xiàn)代化生產(chǎn)線投產(chǎn)運(yùn)行。提取蛋白后的馬鈴薯廢水中含有多種小分子有機(jī)物及氮、鉀、磷等營養(yǎng)成分，它們是非常好的有機(jī)碳液體復(fù)合肥料，按照“以氮定量”的還田利用原則，可直接作為肥水返還農(nóng)田進(jìn)行灌溉。于是，“變廢為寶”的愿望終于變成了現(xiàn)實。 

　　這個一舉兩得的創(chuàng)意終于實現(xiàn)了。然而，“這僅僅是一個階段性成果，要做到大面積推廣，還有比科學(xué)研究更難的任務(wù)等著我們?nèi)ネ瓿伞薄?/span>當(dāng)他們準(zhǔn)備把這項新技術(shù)在更大范圍推廣時，遇到了環(huán)評標(biāo)準(zhǔn)的新瓶頸——國家有關(guān)淀粉工業(yè)廢水排放政策中并無明確的廢水資源化處理標(biāo)準(zhǔn)，尤其是廢水直接還田利用的技術(shù)尚未被明確。 

　　由于標(biāo)準(zhǔn)不明確，一些企業(yè)不得不頂著極大的“風(fēng)險”：“光專家說達(dá)標(biāo)不頂用，得政府說達(dá)標(biāo)才能算??！”如果不把標(biāo)準(zhǔn)明確下來，“企業(yè)還是死路一條”。 

　　標(biāo)準(zhǔn)“救”企業(yè) 

　　“必須救活這些企業(yè)！”劉剛篤定地說。 

　　“要讓國家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可，關(guān)鍵還得靠科學(xué)數(shù)據(jù)”。為了證明自己的研究成果符合國家標(biāo)準(zhǔn)，特別是廢水還田不存在任何化學(xué)污染問題，劉剛團(tuán)隊在甘肅臨洮、寧夏固原等地進(jìn)行廢水還田實驗，實驗結(jié)果證明馬鈴薯淀粉廢水對土壤環(huán)境與水體沒有污染，重金屬不超標(biāo)，土壤結(jié)構(gòu)明顯改善，土壤肥力從Ⅴ-Ⅵ級提高到Ⅱ-Ⅲ級，甚至于達(dá)到Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。而且農(nóng)作物每年還能增產(chǎn)10%以上、少施化肥60%以上。 

　　僅有實驗數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，劉剛還親力親為、力所能及地開展各種幕后推動工作：邀請領(lǐng)導(dǎo)專家參觀調(diào)研，撰寫研究咨詢報告，組織企業(yè)座談交流，同時不斷向政府主管部門建言獻(xiàn)策，鼓勵他們向國家申請試驗示范政策。只要有機(jī)會，劉剛就積極宣傳他的研究成果。從此，劉剛多了一個角色——政策建言人。 

　　2016年劉剛遇到了與他有著共同觀點的中國環(huán)境科學(xué)研究院的潘涔軒研究員，兩人一拍結(jié)合，迅速組成了中國科學(xué)院和中國環(huán)境科學(xué)研究院共同推進(jìn)馬鈴薯淀粉加工廢水還田利用技術(shù)的戰(zhàn)略聯(lián)盟。然而，這個工作比他從事科學(xué)研究還要困難。劉剛他們往返于多省區(qū)各部門，大都吃了閉門羹。由于缺乏政策和法律的支持，即使有幾個支持他想法的領(lǐng)導(dǎo)，也不太愿意做“第一個吃螃蟹”的人。 

　　這期間，劉剛心中有過猶豫，有過苦悶，做科學(xué)研究才是科研人員的專長，大量時間投入市場推廣、政策改進(jìn)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一個科研人員的專業(yè)范圍。然而徘徊之際，劉剛的那股子“剛勁”卻執(zhí)拗了起來，“遇到困難就退縮，這不是一個科研人的風(fēng)格！” 

　　轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)了！2016年底，劉剛他們獲得寧夏固原市政府支持，率先在固原建立馬鈴薯廢水還田試點。2017年1月13日，環(huán)保部發(fā)文支持寧夏固原市開展馬鈴薯淀粉廢水還田利用試驗示范，給固原市淀粉加工企業(yè)帶來了信心。“廢水還田利用不僅降低了處理成本，還省了化肥，使我們種植的玉米每年增產(chǎn)20%-30%”，固原市西吉縣萬里淀粉有限公司工程師梁繼烈告訴記者，劉剛團(tuán)隊的研究成果對企業(yè)而言，是一舉兩得的大好事。 

　　固原首個示范點的成功，讓劉剛看到希望。與此同時，他和中國環(huán)境科學(xué)研究院的潘涔軒研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊成員，在黑龍江、河北、內(nèi)蒙、陜西、甘肅六大主產(chǎn)省區(qū)相繼開展馬鈴薯淀粉廢水資源化與肥水還田利用技術(shù)的推廣，通過多種渠道協(xié)調(diào)推進(jìn)各省分片區(qū)開展廢水還田利用試點工作，并針對各個省區(qū)市氣候條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤肥力、企業(yè)水質(zhì)情況和種植作物等因素，為各省各企業(yè)制定地方性還田技術(shù)規(guī)范和技術(shù)指南，規(guī)范企業(yè)生產(chǎn)。 

　　2017年12月，國家生態(tài)環(huán)境部出臺《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范農(nóng)副食品加工工業(yè)-淀粉工業(yè)》新標(biāo)準(zhǔn)，明確指出“薯類淀粉廢水進(jìn)行土地利用時，應(yīng)符合國家和地方有關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范文件要求”。這項新標(biāo)準(zhǔn)于2018年6月30日起正式實施，這意味著薯類淀粉廢水只要達(dá)到國家和地方標(biāo)準(zhǔn)（技術(shù)指南或技術(shù)規(guī)范等）即可進(jìn)行土地還田利用。 

　　至此，劉剛團(tuán)隊研發(fā)的廢水資源化利用終于被國家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可，真正“合法”了。 

　　“這是一個充滿綠色前景的創(chuàng)新之舉！”談起這件事，56歲的劉剛興奮的像個孩子。他說，新標(biāo)準(zhǔn)幫助一大批馬鈴薯淀粉加工企業(yè)度過了危機(jī)，這是解決馬鈴薯企業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)戶增收的重大技術(shù)性突破，“總算是為馬鈴薯淀粉產(chǎn)業(yè)做了一件實實在在的事情，也許還能為將來我國食品（農(nóng)產(chǎn)品）加工企業(yè)的非化學(xué)污染類有機(jī)廢水資源化利用闖出了一條新的途徑”。 

　　截至目前，劉剛團(tuán)隊研究的馬鈴薯淀粉加工廢棄物資源化利用先后于2015年、2016年獲得中國產(chǎn)學(xué)研促進(jìn)會創(chuàng)新成果二等獎、甘肅省技術(shù)發(fā)明一等獎，馬鈴薯淀粉加工廢棄物資源化利用和污染控制技術(shù)與裝備已經(jīng)獲得9項國家發(fā)明專利授權(quán)，并在全國各地推廣應(yīng)用，其科技創(chuàng)新成果直接惠及馬鈴薯加工企業(yè)已經(jīng)超過36家。 

　　另據(jù)估算，劉剛團(tuán)隊關(guān)于馬鈴薯淀粉加工廢水處理還田利用的研究技術(shù)及成果推動，可為一個年加工萬噸級的薯類淀粉企業(yè)創(chuàng)收180余萬元，節(jié)省成本350余萬元；可帶動企業(yè)周邊種植馬鈴薯的農(nóng)戶增收2800元以上。同時，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)水7萬噸，免除10萬噸左右淀粉廢水排放造成的環(huán)境污染，最終實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益多贏。 

　　用十年時間做一件有意義的事。對劉剛研究員來說，他的科研工作最大的成果，就是幫老百姓解決脫貧致富的實際困難。馬鈴薯淀粉加工是目前拉動馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展最明顯的支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，甘肅定西、寧夏固原和內(nèi)蒙烏蘭察布三個國家級貧困地級市的馬鈴薯種植面積波動與馬鈴薯淀粉加工量基本一致。因為馬鈴薯淀粉企業(yè)消耗了當(dāng)?shù)?/4的馬鈴薯和幾乎全部分級篩選下來的小薯和殘次薯。沒有市場，農(nóng)民種的土豆不值錢，依靠土豆脫貧之路也就成為一句空話；馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，必須攻克加工廢水處理的難題。而劉剛的研究，不僅讓馬鈴薯產(chǎn)業(yè)走上一條高值化的發(fā)展道路，也讓他找到了一條科技富民的成功之道。 

　　劉剛  博士，研究員，博士生導(dǎo)師。中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所環(huán)境材料與生態(tài)化學(xué)研究發(fā)展中心副主任，國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系貯藏加工研究室主任，加工副產(chǎn)品綜合利用崗位專家?？萍疾靠萍夹椭行∑髽I(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金評審專家。中國作物學(xué)會馬鈴薯專業(yè)委員會第六屆理事，加工利用學(xué)部副主任。中國能源學(xué)會第二屆理事會理事。中國化學(xué)學(xué)會永久會員。中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會高級會員。民盟甘肅省委副主委，甘肅省政協(xié)常委。甘肅省跨世紀(jì)人才“333工程”一、二層人選。甘肅省重大項目建設(shè)管理咨詢專家，甘肅省工程決策咨詢專家委員會委員。