乳制品行業(yè)用水特性與節(jié)水措施分析

曹中華

（河北省唐山水文水資源勘測局，河北 唐山 063000）

乳制品行業(yè)用水特性與節(jié)水措施分析

曹中華

（河北省唐山水文水資源勘測局，河北 唐山 063000）

近年來我國乳制品行業(yè)迅速發(fā)展，乳品企業(yè)在為提高人民生活水平做出積極貢獻的同時，也帶來了高耗水量、高排水等用水問題?；诿膳５热橹破菲髽I(yè)水平衡測試成果，通過深入調查乳制品企業(yè)用水工藝流程，研究了乳制品企業(yè)CIP沖洗、蒸汽殺菌、冷卻等用水環(huán)節(jié)的用水規(guī)律和特點，剖析了企業(yè)用水量和排水量雙高與生產工藝內在要求之間的必然聯系。最后，根據研究結果給出了乳制品行業(yè)充分合理利用水資源的措施建議。

乳制品；用水特性；排水率；節(jié)水措施；水資源綜合利用

1 研究背景

乳品含有多種維生素和免疫活性因子，具有營養(yǎng)豐富、物美價廉、食用方便的特點，隨著中國人口、收入的增長，城鎮(zhèn)化的加快及乳品安全水平的提高，中國乳制品消費增長顯著，2011年城鎮(zhèn)居民奶類消費量為21.08kg/人［1］。過去5年中，乳品行業(yè)的銷售增長較為穩(wěn)定，絕對量逐年遞增，截止2012年12月，全國乳制品產量達2548.19萬t，同比增長8.07%［2］。

乳制品行業(yè)是高耗水的行業(yè)，其用水量與產量密切相關，隨著產量的增長，取水量隨之增大，同時乳制品行業(yè)對取水水質的要求較高，通常取用地下水，存在與其他用水戶爭水的問題；乳制品行業(yè)用水的另一個顯著特征就是高排水性，大量的排水造成企業(yè)水資源利用程度低下，而且對水環(huán)境造成污染。為準確把握乳制品行業(yè)用水水平、工藝特點，分析行業(yè)耗、排水與用水工藝之間的內在聯系，為構建節(jié)水型社會建設和加強水資源管理，以唐山市豐潤區(qū)、灤南縣的蒙牛、灤縣伊利等乳制品企業(yè)為測試對象開展了水平衡測試。并以蒙牛乳業(yè)（唐山）有限責任公司為行業(yè)典型代表，探討研究提高乳制品行業(yè)用水效率及合理利用企業(yè)非常規(guī)水資源的方法和措施，為明確節(jié)水潛力，制定節(jié)水措施，實現科學管水、水資源綜合利用奠定基礎。

2 水平衡測試概況及成果

2.1 概況

蒙牛乳業(yè)（唐山）有限責任公司是內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）有限責任公司分公司的子公司，坐落于河北省唐山市豐潤區(qū)外環(huán)路南側奶業(yè)科技園區(qū)內。主要生產液體奶系列，年處理鮮奶能力達20萬t，年產量達43.8萬t。企業(yè)生產規(guī)模適中，生產設備自動化程度較高，在乳制品行業(yè)具有較好的代表性。

2.2 用水工藝

企業(yè)用水包括主要生產用水、輔助生產用水和生活用水。

主要生產用水包括送奶車奶罐、生產車間的加工設備、罐體和管道的清洗用水；收奶臺、摔奶臺等場地沖洗用水；奶制品生產過程中產品帶走的配料水；設備及奶制品降溫所需的循環(huán)冷卻水；用于殺菌及加熱的蒸汽用水。

輔助生產用水包括：污水處理廠自用水、鍋爐房自用水、檢化驗用水等。

生活用水主要包括食堂、浴池、衛(wèi)生間、洗衣房、綠化及道路灑水等部分。

2.3 測試方法及結果

根據企業(yè)用水系統和管網布置，確定本次測試分收奶車間、洗車場、制冷車間、生產車間等主要生產用水部門；鍋爐房、污水處理廠等輔助生產用水部門及食堂、浴室、洗衣房等生活用水部門進行。

測量方法以水表計量法和超聲波流量計計量法為主，以容積法、定額法等其他方法為輔。其中超聲波流量計主要負責施測管道類型的供排水斷面和部分水表控制斷面的校核工作。測試過程依據《企業(yè)水平衡與測試通則》執(zhí)行。

測試結果表明，企業(yè)日取新水總量2479.0m3，日外排水量1711.3m3，測試期間日均產量860.5t，各主要用水方式取新水量如表1。需要注意的是計算測試結果時，有累計量的按時段平均值法內插計算24h量，瞬時值的按時間加權法計算日量，平衡時采用的日水量為測試期間的算術平均值。對于間歇性供水的用水單元和用水點，根據測試期測試數據和近年以往供水數據綜合分析求得。

表1 主要用水方式取排水量測試結果

3 用水特征綜合分析

3.1 用水水平與高耗水性

企業(yè)測試期間日均取新水量2479.0m3，日均產量860.5t/d，按近3年平均年產量為29.6萬t計算年取新水量85.3萬m3。企業(yè)生產單位產品取水量2.9m3/t，低于遼寧、廣東、云南、河南、寧夏、新疆、河北等各省市《地方用水定額標準》中液體乳及乳制品制造4.0~13.0m3/t的用水標準［3］，可見企業(yè)用水水平先進，其高耗水性是主要由行業(yè)本身的性質決定。由表1看出乳制品行業(yè)用水的主要方式為加工設備、管線、罐體清洗和純水制備，這兩項用水占到了總用水量的81%。加工設備、管線、罐體清洗主要為CIP系統清洗用水，CIP清洗俗稱就地清洗，是飲料、乳品、果汁、酒類等機械化程度較高的食品行業(yè)廣泛應用的設備清洗方法，具有安全性和節(jié)水型的特點。純水制備主要是為產品供應配料水，最終由產品帶走。以上兩種用水是乳制品行業(yè)的主要用水方式，但其節(jié)水潛力又十分有限，由此可見即使是用水水平先進的乳制品企業(yè)仍然逃脫不了高耗水的行業(yè)特性。

3.2 用水重復利用率與高排水性

企業(yè)用水重復利用率83.3%，冷卻水循環(huán)率98.7%，重復利用水量主要為冷卻循環(huán)水。企業(yè)用水重復利用率水平高于全國50%~60%的標準［4］，達到了企業(yè)所在地工業(yè)用水重復利用率達到82%的更高標準要求。由表1計算出企業(yè)的排水率為0.71，扣除企業(yè)用于綠化和道路灑水等消耗的中水后，企業(yè)的排水率仍接近于0.70。企業(yè)的排水主要來源于加工設備、管線、罐體的清洗，這些清洗水在生產過程中消耗損失小，同時由于乳制品行業(yè)對水質的要求的特殊性，由于排水不能再次回用于生產線，是導致乳制品行業(yè)具有高排水性的主要原因。企業(yè)的用水受冷卻水循環(huán)用水量的影響其重復利用率并不低，而排水率卻很高，說明用水重復利用率與排水率之間并無必然聯系。

3.3 用水安全性與一次性

影響乳制品安全性的主要因素包括原料、配料及加工過程。在乳制品的生產過程中對配料水的水質和與產品直接接觸的管道、設備、罐體的清洗過程都有嚴格的要求。產品的配料水是由原水經過軟化和純水制備等工藝過程產生，最終進入產品，其過程具有不可逆行性。而與產品直接接觸的管道、設備、罐體的清洗過程對水質、水壓、水溫、酸堿度、沖洗工藝都有嚴格的要求，通常采用自動化程序在密閉的環(huán)境中完成。因此，在乳制品行業(yè)主要用水方式中占比例最高的這兩項都具有密閉安全性和一次利用性。乳制品行業(yè)高耗水、高排水性與其用水過程的安全性和一次利用性是密不可分的。

4 企業(yè)節(jié)水及小區(qū)域水資源綜合利用

4.1 企業(yè)自身節(jié)水潛力

4.1.1 生產節(jié)水

乳制品企業(yè)可以從設備選取、工藝設計和優(yōu)化生產等方面挖掘生產節(jié)水潛力。

設備選取方面優(yōu)先選用先進的CIP系統。乳制品企業(yè)的最主要用水就是CIP清洗用水，先進的CIP系統可以提供精準的用水監(jiān)測和控制技術，有效控制洗滌劑和清洗水的用量。在清洗系統的整體設計上，為減少企業(yè)用水的總量和排水量，大型企業(yè)宜采用分散式清洗，中小型企業(yè)宜采用集中式清洗；在CIP清洗系統的工藝設計上可考慮先用少量的水進行預沖洗并排出高濃度廢水，CIP系統中間和最終清洗水回用于預沖洗的方式來減少用水量；優(yōu)化產品生產計劃，減少產品更換頻率，有利于整體節(jié)水和減少排水量。

4.1.2 生活節(jié)水

由于生活用水量相對較小，企業(yè)往往忽視職工的生活節(jié)水。以測試代表唐山蒙牛企業(yè)為例，企業(yè)生活取水量115L/（人·d），在我國中北部地區(qū)城鎮(zhèn)居民生活用水85~140L/（人·d）的標準要求中處于相對較高的水平。企業(yè)生活用水仍有較大的節(jié)水潛力可挖，企業(yè)可以換代升級生活用水設施，采用先進的節(jié)水器具，完善用水管理制度，加大企業(yè)職工用水節(jié)水意識。

4.1.3 雨水利用

雨水利用首先應該建立雨污分流系統和集水池。一般乳制品企業(yè)具有較大面積廠房和硬化路面，有利于雨水的收集與利用。降水量如按北方地區(qū)年降水量400~800mm，綜合徑流系數按0.6~0.85［5］，可利用量按75%計算，則每年每萬m3廠區(qū)硬化面積可產生雨水資源1800~5100m3，完全可以滿足企業(yè)綠化和消防用水需求。雨水收集與利用在減少企業(yè)取新水量的同時降低了企業(yè)污水處理廠的負擔和運行成本。

4.1.4 污水處理與中水利用

乳制品行業(yè)在生產管線、容器、設備和器具清洗、生產車間、場地的沖洗過程中產生大量的廢水。這些廢水的主要特點是可生化性能好，生產過程中污染物產生濃度波動較大，這些特點決定了乳制品廢水末端治理主要采用以生物處理為主，輔以物化處理的方式。工業(yè)廢水處理后排入工業(yè)園區(qū)污水站或城鎮(zhèn)污水管網的企業(yè)末端治理工藝多采用二級生化處理工藝，直排企業(yè)多數采用含厭氧的二級生化處理工藝［6］，經過二級處理后的中水可用于企業(yè)綠化、燃煤鍋爐除塵等。為進一步提高中水利用率，減少外排水量，可采用三級深度廢水處理工藝。企業(yè)排水經三級深度污水處理工藝后可以達到很好的出水水質，可廣泛應用于企業(yè)車間、場地沖洗和制冷車間冷卻用水及生活中的洗衣、沖廁、洗澡等用水環(huán)節(jié)。

4.2 小區(qū)域水資源綜合利用

企業(yè)加工設備、管線、罐體的清洗用水占到了企業(yè)總用水量的64%，也是企業(yè)排水的主要來源，而這些加工設備、管線、罐體大部分都與乳制品直接接觸，其清洗過程無法利用中水。因此，企業(yè)中水經過企業(yè)自身充分利用后仍會產生大量利用不了的剩余排水。另一方面，乳制品企業(yè)一般位于產業(yè)園區(qū)或城市郊區(qū)，存在與周圍用水戶爭水和惡化水資源環(huán)境的問題。如果將乳制品企業(yè)所在園區(qū)或周邊工農業(yè)生產用水戶作為一個整體，進行地下水、雨水、中水等小區(qū)域水資源綜合利用將會有效解決上述問題。乳制品企業(yè)的中水可以以較低的價格供給周邊企業(yè)或農業(yè)生產，在供水企業(yè)和受水企業(yè)得到雙贏的同時，減少了地下水開采和污水排放，就整個小區(qū)域而講，可以實現用水量與排水量的大幅降低，優(yōu)化小區(qū)域水環(huán)境。

4.3 加強水資源管理

企業(yè)取用水及中水利用主要從自身的經濟效益角度出發(fā)，而不是從行業(yè)節(jié)水水平的提高和整個區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展的層次考慮問題。這就要求水行政管理部門嚴格執(zhí)行水資源管理制度，采取重點區(qū)域控制地下水開采、高耗水行業(yè)用水定額管理、階梯水價、取排水計量等水資源管理方式，推廣污水處理、中水回用、雨水利用等非常規(guī)水資源開發(fā)利用模式，從而促進乳制品行業(yè)用水水平的提高和小區(qū)域水資源綜合利用的開展。

5 結論與建議

（1）在乳制品行業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展和最嚴格水資源管理制度全面開展的形勢下，在伊利、蒙牛等乳制品企業(yè)水平衡測試的基礎上，分析了高耗水、高排水的乳制品行業(yè)生產工藝與用水特征之間的內在聯系，研究了行業(yè)節(jié)水潛力和排水綜合利用措施，對節(jié)水型社會建設和最嚴格水資源管理制度的順利開展提供了技術依據和保障措施。

（2）水平衡測試結果表明，乳制品行業(yè)用水的主要方式為加工設備、管線、罐體清洗和純水制備，這兩項用水占總用水量的80%。

（3）通過對乳制品行業(yè)用水特性綜合分析研究發(fā)現，即使是用水水平先進的乳制品企業(yè)仍然逃脫不了高耗水的行業(yè)特性；用水重復利用率高不代表其行業(yè)的排水率就低。乳制品行業(yè)高耗水、高排水性與其用水過程的安全性和一次利用性是密不可分的。

（4）針對乳制品行業(yè)取排水特性，可以從企業(yè)自身節(jié)水潛力挖掘、小區(qū)域水資源綜合利用和水資源管理三個方面采取方法措施進行趨利避害，從而提高行業(yè)用水水平和促進節(jié)水型社會建設。

（5）僅以河北省的幾家乳制品企業(yè)作為行業(yè)代表進行研究分析，難免具有片面性，建議進行全國范圍內的乳制品企業(yè)用水特性分析。

［1］劉銳，王莉.中國乳品消費及影響因素研究［J］.農業(yè)展望，2013（3）：71.

［2］鄭川.我國乳制品行業(yè)發(fā)展現狀存在的問題及對策［J］.中國乳業(yè)，2013（11）：26.

［3］全國各省市用水定額匯編［EB/OL］.道客巴巴網，http//www.doc88.com.2009-2-27.

［4］王建波.淺談工業(yè)用水重復利用率［J］.中國市場，2010（26）.

［5］李佳.雨水控制利用系數徑流系數影響因素及其選用方法研究［J］.河北工業(yè)科技，2014，31（3）.

The comprehensive analysis of water consumption and water saving measures for dairy trade

CAO Zhong-hua
（Tangshan Bureau of Hydrological&Water Resource Survey,Tangshan 063000,China）

In recent years， with the China's rapid development of dairy industry， the dairy enterprises makes a positive contribution to the improvement of people's living standard and has brought the problem of high water consumption and drainage.Based on the test results of water balance and the investigation of water process in the Mengniu dairy enterprises，this paper analyses the law and characteristics of water consumption in the dairy enterprises include CIP flushing water，steam sterilization and cooling water.It studies the internal relationship between high water consumption and discharge and the requirements of the production process.In the end，according to the research，the author gives some suggestions to water saving measures and rational utilization of water resources for dairy trade.

dairy products；characteristics of water consumption；drainage rate；water saving measures；comprehensive utilization of water resources

P33

B

1672-9900（2015）02-0013-04

2015-01-16

曹中華（1979-），男（漢族），河北盧龍人，工程師，主要從事水文分析計算、水資源調查評價和水平衡測試等方面的技術研究工作，（Tel）13483511372。