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浓缩果汁生产中的节水减污分析 * 刘萍萍赵顺利谭良玺高原向文力 西安交通大学环境科学与工程系， 西安 710049 摘要 浓缩果汁生产过程中消耗大量新鲜水， 排放废水 COD 含量高， 水质、 水量波动大， 传统的好氧处理方法难以取得 理想效果。通过对几个典型浓缩果汁企业用水的调查和在线监测， 从水量控制、 废水减排、 废水处理工艺等方面提出 节水减污建议， 实行清洁生产措施后， 该企业耗水量减少了 31. 68 ， 排入污水站 COD 总量减少约 20 。 关键词 浓缩果汁; 清洁生产; 节水减污 ANALYSIS ON WATER SAVING AND POLLUTANT REDUCING IN PRODUCTION OF CONCENTRATED FRUIT JUICE Liu PingpingZhao ShunliTan LiangxiGao YuanXiang Wenli Department of Environmental Science and Engineering， Xi’ an Jiaotong University， Xi’ an 710049， China AbstractWater，acts as a basic source，was heavily dissipated in the process of concentrated fruit juice production，and then，poured as wastewater with high COD loadings． The wastewater from a fruit juice features large fluctuation in its quality and quantity，using traditional aerobic treatment technology is hardly fit for the great change． The water use of several local typical enterprises was investigated and online monitoring， was carried out， it was proposed some suggestins on water-saving and pollution-reducing from the control of water quantity，wastewater emissions，wastewater treatment technology． If these water saving and abatement proposals were put into practice，the water consumption of this company would be lowered by 31. 68 ， the total COD into the sewage station would be reduced by about 20 ． Keywordsconcentrated fruit juice;cleaner production;water saving and pollutant-reducing * 国家科技重大专项“水体污染控制与治理” 资助 2009ZX07212 － 002 － 002 ; 陕西省教育厅项目 09JK453 。 0引言 我国是浓缩果汁的生产大国， 2010 年 16 月， 我国浓缩苹果汁出口总量 36. 5 万 t［1］。据统计， 浓缩 果汁企业中新鲜水消耗量较少的有 9 ～ 12 m3/t， 最多 的达 30 m3/t［2- 3］。浓缩果汁生产中不仅消耗大量的 新鲜水， 排放废水成分复杂， 有机物、 SS 含量高， 水 质、 水量、 pH 波动大， 若采用传统的好氧处理方法， 不 仅处理效果不佳， 还给企业造成较大的经济压力。 通过对陕西省几个典型的浓缩果汁企业的调查 和在线监测， 重点讨论浓缩果汁生产中的水耗问题， 结合清洁生产的相关理论知识， 从水量控制、 废水减 排、 废水处理工艺等方面提出节水减污建议和措施， 为企业的健康发展和渭河流域点源削减提供技术 支持。 1浓缩果汁的生产工艺 据统计， 陕西关中地区现有 40 多家果汁厂， 主要 生产苹果汁。浓缩果汁企业的生产工艺基本相同， 主 要生产单元包括洗果、 破碎、 压榨、 酶解、 超滤、 树脂吸 附、 蒸发浓缩、 巴氏消毒等。以陕西省某一日产 150t 浓缩果汁的典型企业为例， 其生产工艺如图 1 所示。 2浓缩果汁生产中水耗分析 2. 1企业生产中水耗类型 浓缩果汁企业不同的工艺环节对水质的要求不 同， 不同的企业耗水类型基本相同。根据浓缩果汁的 生产要求， 生产过程中用水主要包括井水、 自来水、 蒸 馏水、 软水和浓盐水 5 种不同类型， 见表 1。 2. 2各工艺水耗分析 该浓缩果汁企业 24 h 连续生产， 1 天 2 班倒， 每班 工作 12 h。根据图 1 的生产工艺， 通过对企业用水的 调查和在线监测， 其具体的耗水情况如表 2 所示。 62 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 图 1浓缩果汁生产工艺流程 表 1浓缩果汁企业耗水类型分析 名称来源主要性质工厂主要用途 井水工厂水井水质不高， 较为干净， 可能有些井中 杂质 洗果 自来水来自工厂自来水管路纯净， 杂质较少， 但离子含量较高果汁生产洗果用水; 制备蒸馏水和软水 蒸馏水蒸馏水来源一是来自锅炉房的锅炉， 二是来自蒸发器的浓缩蒸发 与自来水相比， 更加纯净， 杂质更少果汁生产脱胶工艺之前生产洗涤用水 软水自来水经过反渗透设备制得的水所用水种类中最纯净， 离子含量低， 无腐蚀 果汁生产脱胶工艺之后生产洗涤用水 浓盐水自来水经过反渗透设备制得软水后 的排放水 含离子浓度较高的水直接排放 表 2各工序耗水情况 单元操作 生产耗水 / m3d － 1 日清洗水 / m3d － 1 生产耗水 类型 3 日设备清洗 / m3d － 1 耗水总量 / m3d － 1 占总耗水量 比例 / 果池600井水60021. 00 浮洗42自来水 蒸馏水12461. 61 辊杠喷淋98. 812自来水 蒸馏水12114. 84. 02 破碎蒸馏水 软水1240. 14 果浆罐20蒸馏水 软水30301. 05 一榨240蒸馏水 软水182468. 61 二榨264蒸馏水 软水182709. 45 浊汁罐蒸馏水 软水1860. 21 前巴氏杀菌40012自来水1841814. 63 酶解80蒸馏水 软水48963. 36 超滤100软水121043. 64 树脂吸附150300软水2445816. 03 浓缩蒸发60软水12642. 24 后巴氏杀菌505自来水6572. 00 成品罐子12软水18180. 63 车间用水100自来水1003. 50 生活用水50自来水501. 75 浓盐水1751756. 13 总计2269. 85012582856. 8100 注 3 日设备清洗耗水量取日平均值后加入总耗水量。 72 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 由 表 2 可 知该 浓 缩 果 汁 企 业 耗 水 量 2 856. 8 m3/d， 其中生产耗水2 269. 8 m3/d， 日清洗耗 水587 m3/d。主要耗水单元包括洗果、 榨汁、 前、 后巴 氏杀菌、 树脂吸附和设备 CIP 清洗， 耗水量分别为 760. 8， 504， 450， 450 和287 m3/d。5 个主要耗水单元 的耗水量占整个车间耗水量的 85. 82 ， 是实行清洁 生产措施的重点环节。 2. 3各工艺排水分析 课题组通过对浓缩果汁企业各个工序在线监测 和参阅相关文献 ［3］， 主要单元排水情况如表 3 所示。 表 3主要单元废水排放情况 单元操作 排水量 / m3d － 1 ρ COD / mg L － 1 废水主要特点 洗果900 ～ 1 1001 520 ～ 2 689含有大量的果渣、 果 肉、 果屑等物质， 水量 波动大 树脂漂洗400 ～ 5004 531 ～ 4 763有机物含量高， 水量、 pH 波动大 超滤罐底物20 ～ 3085 694 ～247 691有机物含量极高 榨机清洗1217 862 ～ 46 932 有机物含量高， 碱性 强 超滤机清洗5 ～ 83 859 ～ 4 010SS 含量高 巴 氏 杀 菌 机 清洗 1214 586有机物含量高， 水质 较稳定 酶解罐清洗961 245 ～ 3 585水质相对稳定 其 他 设 备 清 洗 80 ～ 120680 ～ 48 643 水量、 水 质、 pH 波 动 大 车间耗水120 ～ 150泥沙含量大 由表 3 可知 各工艺单元排水量由大到小顺序 是 洗果、 树脂漂洗和设备 CIP 清洗。洗果环节排水 量约占整个工艺排水量的 40 ～ 45 ， 是节水最重 要的环节。3 天设备大清洗时耗水量增加 50 。 总之， 浓缩果汁废水有机物浓度高， 水质、 水量和 pH 波动大， 营养元素单一， 很难处理。传统的好氧生 物处理的高能耗、 高成本、 高污泥产生量的“三高” 缺 陷较明显， 实际的废水处理工程效果不理想， 设备难 以正常运行。 3果汁耗水的清洁生产建议 由 表 2 可 知该 浓 缩 果 汁 企 业 耗 水 量 是 2 856. 8m3/d， 以日产浓缩果汁 150 t 计算， 耗水量为 19. 05 m3/t。结合清洁生产的基本理论， 从水量控 制、 废水减排、 污水处理等方面提出清洁生产建议和 措施， 以求达到节水减排的目的。 3. 1水量控制 分析各个生产工艺的特点以及耗水性质， 具有节 水潜力的生产工艺为洗果， 前、 后巴氏杀菌和反渗透。 洗果用水来源上， 除井水和自来水外， 充分利用清汁 蒸发浓缩过程的冷凝液和反渗透的浓盐水， 减少新鲜 水用量。 冲洗水回用于预洗水， 后冲洗水用于前冲洗水， 如浮洗、 辊杠喷淋后较清洁， 排水可回用到洗果池; 生 产线上增加循环水池和次品水池， 提高水的循环利用 率; 改进反渗透冲洗程序和反冲洗周期 ［4］; 清洗碱水 不排放， 用于锅炉湿法除尘系统; 新加坡的 NEWater 工程， 可将城市生活污水净化为高质量水， 应用于食 品生产行业 ［5］。在脱胶环节以前的工序， 尽量使蒸 发冷凝水回用， 提高冷凝水的回用率。而超滤、 树脂 吸附等环节， 由于受设备性能和果汁质量的影响， 只 能使用软水。 企业应该成立厂长牵头的清洁生产小组; 加强设 备管理， 提高设备运行率， 减少中水浪费; 生活区实施 定期供水， 安装总水表、 分表 ［6］; 科学安排生产进度， 改进操作程序; 加快节水技术， 设备的推广应用 ［7］。 采用以上清洁生产建议后， 该企业的节水清洁生产潜 力如表 4 所示。 表 4节水清洁生产潜力分析 单元操作节水措施 可节约水量 / m3d － 1 洗果增加循环池， 回用蒸 馏水、 浓盐水等 170 前、 后巴氏杀菌蒸汽冷凝后回用390 反渗透浓盐水回用165 树脂吸附清洗水回用于锅炉 除尘、 奖励措施等 70 生产环节增加循环罐、 装计量 装置等 40 车间用水拖把拖地等70 总计905 由表 4 可知 该企业推行清洁生产后， 可节约耗 水量 约905 m3/d， 与 当 前企业消耗2 856. 8 m3/d 相 比， 节水比例达 31. 68 ， 此时耗水量为13. 01 m3/t， 满足陕西省人民政府规定的耗水标准。 3. 2废水减污 洗果单元是减污的关键环节。企业严格把关苹 果源， 鼓励果农种植高出汁率“澳洲青苹” 和榨汁专 用的“植酸苹果” 等， 提高苹果的出汁率， 同时减少果 渣的产生率。李佩艳 ［8］等研究表明可减少 3 的果 82 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 渣 20 ～ 30 t/d ， 同时冲洗滤带后排入污水站的 COD 总量减少 10 ～ 20 kg/d。 由表 3 可知， 超滤罐底物量虽不大， 但其 COD 浓 度高达数十万左右， 排入污水处理站后， 占总 COD 量 的 30 ［3］。采用“卧式螺旋离心脱水机” 进行分离， 分离后液相浓缩果汁直接进入产品。固体可作为果 渣处理， 可卖给果渣厂作饲料原料， 也可生产果醋。 该企业罐底物的产生量为 20 ～ 30 m3/d， 排入污水站 的 COD 总量减少1 600 kg/d。 企业加强清洁生产管理， 指定专门工作人员对超 滤膜、 吸附柱等主要设备进行定期维护， 提高设备的 生产效率， 可减少清洗过程中排入污水站的有机物。 此方法保守估计 COD 总量减少约 1 ～ 3 kg/d。采用 以上建议或措施后， COD 总量的减少潜力值如表 5 所示。 表 5 COD 减少潜力分析 单元操作清洁生产措施 污水站 COD 减少量 / kg d － 1 苹果源“澳洲苹果” 等10 ～ 20 罐底物再利用生产果醋等＞ 1 600 整个工艺加强管理1 ～ 3 总计＞ 1 611 3. 3废水处理工艺 根据浓缩果汁的废水特点， 采用厌氧与好氧结合 的方法处理。如设计规模为4 000 m3/d的废水处理 系统流程为 格栅→提升水池→微滤机→调节池→ UASB→CASS→排放。系统装机容量为80 kW， 投资 指标为 1. 7 元 /m3， 占地指标为0. 003 m2/m3， 运行费 用为0. 39 元 /m3。 与传统的好氧工艺相比， 此工艺方法具有占地面 积小， 投资和运行成本低， 而且无需设置初次沉淀池、 二次沉淀池及污泥回流设备， 工艺流程简洁， 布局 紧凑 ［9］。 4结论 在综合现场调研、 文献标准、 类似工厂先进经验 的基础上， 通过对各工艺的用水水质、 水量系统分析， 从水量控制、 废水减排、 废水处理工艺等方面提出清 洁生产建议和措施。实行这些措施后， 节水比例达 31. 68 ， 耗水量为13. 01 m3/t; 排入污水站 COD 总量 减少约 20 。为企业创造了较佳的经济效益和环境 效益。 参考文献 ［1］HSING． 2010 年 16 月我国浓缩苹果汁出口报告［EB /OL］． http / /www．fjc100. cn/news/statis/2010 /7 /107291421134953． html， 2010- 07- 29． ［2］朱锋， 盛耘． 果汁加工业的可持续发展 以陕西省果汁加工 业为例［J］． 新东方， 2008 2 49- 51． ［3］杨华， 朱锋， 王菊侠， 等． 清洁生产在浓缩苹果汁加工厂节水减 污中的应用［J］． 食品工程， 2007 3 51- 53． ［4］黄西川， 盛耘． 浅谈浓缩果汁企业的清洁生产［J］． 环境保护与 循环经济， 2008 10 19- 20． ［5］张东生． 膜分离技术在食品工业节水和环保领域中的应用 ［J］． 食品工业科技， 2004 11 158- 161． ［6］刘金辉． 纺织企业清洁生产与节能减排的实践［J］． 棉纺织技 术， 2009， 37 4 229- 231． ［7］朱友银， 蔡志高， 严冬妮． 南通工业用水现状分析及节水思路 ［J］． 江苏水利， 2006 11 26- 28． ［8］李佩艳， 仇农学． 浓缩苹果汁酶促褐变及其控制［J］． 中国食 品添加剂， 2004 2 38- 40． ［9］张统， 张志仁． 污水处理工艺及工程方案设计［M］． 北京 中国 建筑工业出版社， 2000. 作者通信处赵顺利710049西安交通大学能源与动力工程学院 环境科学与工程系 E- mailzhaoshunli1100 163. com 2010 － 10 － 18 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 20 页 ［ 11］郝晓地， 仇付国， 张璐平， 等． 应用数学模拟技术升级改造二级 污水处理工艺 ［J］． 中国给水排水， 2007， 23 16 25- 29． ［ 12］Reichert P．AQUASIM2. 0computer program for the identifi- cation andsimulationofaquaticsystems ［M］．Dbendorf EAWAG，1998． ［ 13］Roeleveld P J，van Loosdrecht M C M． Experiences with guidelines for wastewater characterization in the Netherlands ［J］． Water Sci Technol，2002，45 6 77- 87． ［ 14］Meijer S C F．Theoretical and practical aspects of modeling activated sludge processes ［D］．Delft，the NetherlandsDelft University of Technology，2004． ［ 15］Hulsbeek J J W，Kruit J，Roeleveld P J，et al．A practical protocol for dynamic modelling of activated sludge systems ［J］． Water Sci Tech，2002，45 6 127- 136. 作者通信处宋虹苇010051呼和浩特市内蒙古工业大学土木工 程学院 E- mailsonghongwei_8112 163. com 2010 － 11 － 29 收稿 92 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期