甘蔗制糖節(jié)水減排措施的探索研究

摘 要：甘蔗糖業(yè)是一項(xiàng)高耗水、高產(chǎn)水、高排水的行業(yè)，糖業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)是對蔗糖生產(chǎn)過程的減量化、資源化活動，增效減排降耗已成為制糖企業(yè)內(nèi)需及外部環(huán)境的關(guān)注點(diǎn)。甘蔗糖廠循環(huán)水源的COD增加絕大部分來自于生產(chǎn)過程煮糖、蒸發(fā)真空冷凝水不可避免的微糖分跑糖，另煮糖、蒸發(fā)操作失誤真空跑糖造成的水源糖分污染事故在生產(chǎn)中也時有發(fā)生，導(dǎo)致循環(huán)水的COD大幅度增加，增加污水生化處理難度。節(jié)約水資源、減少環(huán)境污染，對真空冷凝過程不可避免微糖分跑糖及操作失誤跑糖再利用、資源化的工藝性改進(jìn)研究勢在必行。

關(guān)鍵詞：減排；減量化；資源化；真空；冷凝水

中圖分類號：TS248 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0325-02

1 現(xiàn)有煮糖、蒸發(fā)真空冷凝過程水源生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有真空冷凝水工藝流程

現(xiàn)有真空冷凝水會不斷帶走煮糖、蒸發(fā)過程的大量水分、熱量、微糖份并與冷凝水混合后回流到循環(huán)水池中，循環(huán)池中水溫度、微糖份含量不斷升高，微糖份含量升高會導(dǎo)致水質(zhì)COD含量升高，須經(jīng)過生化系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后才能排放，升溫的水經(jīng)過冷卻塔冷卻降溫后又重復(fù)用于真空冷凝系統(tǒng)。

1.2 生產(chǎn)用水及水處理量現(xiàn)狀（按日處理甘蔗15000t計(jì)）

（1）甘蔗水分75%，日甘蔗含水量15000×75%=11250t。

（2）補(bǔ)充新鮮水按0.1t水/t蔗計(jì)，日補(bǔ)充新鮮水量15000×0.1=1500t。

（3）蔗渣帶走水：按蔗渣產(chǎn)量22%，含水率47%計(jì)，日蔗渣帶走水量15000×22%×47%=1551t。

（4）濾泥帶走水：按濾泥產(chǎn)量2.5%，含水率72%計(jì)，日濾泥帶走水量15000×2.5%×72%=270t。

（5）桔水帶走水：按桔水產(chǎn)量3%，含水率15%計(jì)，日桔水帶走水量15000×3%×15%=68t。

（6）鍋爐蒸發(fā)水量：耗汽量0.4t/t蔗計(jì)，鍋爐日蒸發(fā)水量15000×0.4=6000t。

（7）生化系統(tǒng)每日需要處理的水量為：

11250+1500-1551-270-68-6000=4861t。

（8）循環(huán)池水因微糖分含量平均按1/100000計(jì)，每日損失的蔗糖量為：4861×1÷100000×1000=48.61kg。

（9）循環(huán)池水因微糖分影響COD含量平均按250mg/L計(jì)，處理到達(dá)標(biāo)排放60mg/L以下，生化系統(tǒng)每日需要處理COD量為：

4861×（250-60）÷1000=923.59kg

2 煮糖、蒸發(fā)真空冷凝過程水源改進(jìn)方案及措施

2.1 改進(jìn)后的真空冷凝水工藝流程

改進(jìn)后真空冷凝水帶走煮糖及蒸發(fā)過程的水分、熱量、微糖份與冷凝水混合后，一部分水源經(jīng)過專門冷卻換熱器系統(tǒng)冷卻后繼續(xù)用于真空冷凝水，多余的冷凝水從尾管中溢流到平衡箱中，經(jīng)過加熱換熱器，加熱到規(guī)定溫度后直接用于壓榨滲透工藝用水，整個煮糖及蒸發(fā)過程的真空冷凝水在封閉系統(tǒng)中循環(huán)，真空系統(tǒng)冷凝水不進(jìn)入循環(huán)池中，循環(huán)池中水源微糖份含量及COD含量永遠(yuǎn)不會因煮糖及蒸發(fā)過程的微糖份及操作失誤跑糖而持續(xù)升高，極大限度減少污水處理量，達(dá)到減排增效需要。

真空冷凝水在封閉管道系統(tǒng)中經(jīng)過泵直接強(qiáng)制循環(huán)，增強(qiáng)了冷凝器尾管中冷凝水的抽吸力，有利于系統(tǒng)真空度的提高。

2.2 擬改進(jìn)的真空冷凝水工藝流程可行性分析（按日處理甘蔗15000t）

（1）計(jì)算煮糖、蒸發(fā)真空冷凝水每天帶走的水量如表1。

（2）按日處理甘蔗15000t，壓榨滲透水按比例為25%計(jì)，則計(jì)算壓榨每小時需要的滲透水量為15000×25%÷24=156.250m3。

結(jié)果表明：系統(tǒng)中每小時蒸發(fā)的真空冷凝水，可全部用于壓榨滲透水。

（3）改進(jìn)后水處理量（按日處理甘蔗15000t計(jì)）

汽凝水部分經(jīng)過降溫冷卻后替代新鮮水源，根據(jù)1.2.2和1.2.7衡算，每天可減少1500t污水處理量。

（4）改進(jìn)后循環(huán)池水幾乎沒有因煮糖、蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)微糖分及跑糖影響循環(huán)池水COD含量，按100～150mg/L，達(dá)標(biāo)排放60mg/L以下，每日需處理COD量：

（4861-1500）×（150-60）÷1000=302.49kg

根據(jù)1.2.9衡算結(jié)果，每日減少COD處理量923.59-302.49=621.1kg，工廠將最終得以實(shí)現(xiàn)增效減排減量化需要。

（5）真空冷凝水的部分水源熱量衡算

①真空冷凝水維持正常真空度要求的溫度不宜超過40℃，否則會影響真空度進(jìn)而影響到正常的制糖生產(chǎn)，而煮糖及蒸發(fā)在正常真空生產(chǎn)時的糖漿及糖膏溫度為66～68℃，按68℃降到40℃以下水源計(jì)，水的比熱C=4.187kJ/kg·℃，則根據(jù)2.2.1衡算結(jié)果，每小時蒸發(fā)進(jìn)入真空冷凝水的水量為132.860t，需要交換的熱量：

132.860×1000×4.187×（68-40）=1.56×107kJ。

②壓榨滲透水源溫度要求85～90℃，而真空冷凝水的混合水源溫度約39～45℃，處理132.860t水從39℃加熱到90℃，每小時交換的熱量：

132.860×1000×4.187×（90-39）=2.84×107kJ。

2.3 擬改進(jìn)的配套設(shè)施

2.3.1 循環(huán)冷凝水管改進(jìn)

現(xiàn)有的真空冷凝水管道均為碳鋼設(shè)備，易產(chǎn)生銹蝕，長時間運(yùn)行會導(dǎo)致真空冷凝水源污染，可對管道內(nèi)部通過噴涂環(huán)氧樹脂防腐，或換成不銹鋼管道。

2.3.2 循環(huán)冷凝水管路系統(tǒng)改進(jìn)

現(xiàn)有的真空冷凝水管路系統(tǒng)與循環(huán)池水源分離且獨(dú)立封閉運(yùn)行，在管路系統(tǒng)中增加一套冷卻設(shè)施，冷卻水源來源于原有循環(huán)池卻水，冷卻器數(shù)量、換熱面積必須滿足每小時交換的熱量1.56×107kJ的要求。

2.3.3 真空冷凝水用于壓榨滲透水源加熱系統(tǒng)改進(jìn)

增加換熱器設(shè)備，充分利用蒸發(fā)系統(tǒng)熱源，使用蒸發(fā)系統(tǒng)汽凝水熱量及汁汽熱量在換熱器中進(jìn)行熱交換，把增量的真空冷凝水加熱到85～90℃后供壓榨滲透使用，增加的換熱器數(shù)量、換熱面積必須滿足每小時交換的熱量2.84×107kJ的要求。

3 存在問題分析

費(fèi)用及工藝技術(shù)方面：

（1）真空冷凝水源管道內(nèi)部噴涂環(huán)氧樹脂防腐或換成不銹鋼管道只是增加相應(yīng)投資費(fèi)用，不會存在任何工藝技術(shù)方面問題。

（2）壓榨滲透水源流程增加獨(dú)立換熱器設(shè)備，也只是增加相應(yīng)投資費(fèi)用，不會存在任何工藝技術(shù)方面問題。

（3）真空冷凝水管路系統(tǒng)與循環(huán)池水源分離且獨(dú)立封閉運(yùn)行，也只是增加相應(yīng)改造投資費(fèi)用，不會存在任何工藝技術(shù)方面問題。

（4）增加一套冷卻換熱設(shè)施，實(shí)現(xiàn)清濁分離，只是增加相應(yīng)投資費(fèi)用，也同樣不會存在任何工藝技術(shù)方面問題。

4 總 結(jié)

（1）本課題主要對制糖企業(yè)部分水源——煮糖、蒸發(fā)系統(tǒng)真空冷凝水內(nèi)部消化的探討研究，目的是盡可能地實(shí)現(xiàn)工藝用水的清濁分流及資源的再利用，多回收糖分，杜絕糖分流往污水處理系統(tǒng)，減少污水處理運(yùn)行成本，降低環(huán)保事故風(fēng)險，促進(jìn)制糖企業(yè)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）如果對煮糖、蒸發(fā)真空冷凝水系統(tǒng)中水源直接泵送進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷凝水過程，有利于煮糖、蒸發(fā)真空系統(tǒng)真空度的提高，對制糖行業(yè)將是一個重大的改進(jìn)。

（3）本課題涉及的增加加熱器及冷卻換熱設(shè)備，都是一次性投資，換熱設(shè)備在運(yùn)行中無論是管程還是殼程都是運(yùn)行較干凈的水源，幾乎不需要任何清洗及維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用會較低。

（4）本人在進(jìn)行《甘蔗糖業(yè)節(jié)水減排的措施探索研究》寫作過程中得到了部門領(lǐng)導(dǎo)呂德馨經(jīng)理和隆宏鋒經(jīng)理的指導(dǎo)和幫助，同時得到了農(nóng)地、莫有虎、韋石明等各位同事支持，在此衷心感謝各位領(lǐng)導(dǎo)及同事給出的寶貴意見及建議，使我能順利完成本課題研究。

參考文獻(xiàn)

[1]霍漢鎮(zhèn).現(xiàn)代制糖化學(xué)與工藝學(xué).化學(xué)工業(yè)出版社，2018年1月北京第一版第一次印刷.

[2]霍漢鎮(zhèn).制糖工藝與裝備的新概念與新實(shí)踐.（第一分冊）廣西大學(xué)生物技術(shù)與糖業(yè)工程學(xué)院/廣西大學(xué)糖業(yè)工程研究中心，1999.

[3]甘蔗制糖工藝學(xué).廣東輕工業(yè)學(xué)校/四川輕工業(yè)學(xué)校合編，輕工業(yè)出版社出版，1982年5月第一版第一次印刷.

收稿日期：2018-7-23

作者簡介：黃 儉（1969-），男，壯族，廣西橫縣人，助理工程師，本科，主要從事制糖工程工作。