CIP廢液處理的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

師紀(jì)偉

（上海森松制藥設(shè)備工程有限公司，上海 201323）

在線清洗系統(tǒng)（下稱CIP系統(tǒng)）就是用來清洗工藝生產(chǎn)設(shè)備及其相連的管路系統(tǒng)中所有工藝殘留物的系統(tǒng)。一般情況下CIP系統(tǒng)在初淋、堿洗、酸洗和終淋等主要工藝步驟下，在設(shè)定的溫度下，將工藝殘留物溶解在清洗液中并被排出工藝系統(tǒng)中。對(duì)于CIP系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，CIP處理后的廢液如何處理，也是非常值得注意考慮的，并且CIP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將影響到下游的廢水處理。

1 CIP廢液處理的必要性

對(duì)于典型的食品日化的主要處理策略將需要針對(duì)高pH，低pH和廢液溫度，高流速。所有這些屬性都有適當(dāng)?shù)脑S可機(jī)構(gòu)設(shè)置的排放限制，管道規(guī)范還將限制通過該工廠地面上的非工藝管道系統(tǒng)輸送的物料，以及任何在地下運(yùn)行的管道系統(tǒng)。接收廢水的污水處理廠來設(shè)定這些限制，以保護(hù)其操作人員的安全和健康和維持其處理廠的流程，并確保符相應(yīng)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

一般情況下，典型的工業(yè)排放要求會(huì)對(duì)下列CIP污水做出規(guī)定：

1）腐蝕性污染物的含量，主要為酸或堿。

2）溫度。

3）養(yǎng)分，如氮和磷等。

4）有機(jī)物負(fù)荷或生化需氧量（BOD）。

酸和堿會(huì)對(duì)輸送污水管道以及設(shè)備造成腐蝕性損害。溫度和pH的峰值都能抑制對(duì)有機(jī)物處理至關(guān)重要的微生物生存及反應(yīng)過程。如果排放管道系統(tǒng)中存在低燃點(diǎn)的材料，高溫也會(huì)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，從CIP系統(tǒng)輸送到排水系統(tǒng)的營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)可能會(huì)超過城市污水處理廠的設(shè)計(jì)，可能會(huì)引起重大環(huán)境問題。

2 CIP廢液處理的策略

通常情況下，在工廠中會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)集中的廢液處理系統(tǒng)來處理CIP廢液，在經(jīng)過預(yù)處理后達(dá)到允許排放指標(biāo)要求后排入工廠的排水系統(tǒng)進(jìn)而最終排入市政污水系統(tǒng)做進(jìn)一步的處理。

現(xiàn)場廢液處理系統(tǒng)將需要處理不在pH和溫度允許范圍內(nèi)的廢液。CIP系統(tǒng)產(chǎn)生的廢液也會(huì)影響工廠滿足總磷和BOD濃度許可要求的能力。

CIP廢液處理系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為批處理模式或連續(xù)處理模式。就批處理模式而言，廢液被收集在一個(gè)容器中存儲(chǔ)并處理之后進(jìn)行排放。在連續(xù)處理系統(tǒng)中，廢液持續(xù)地流經(jīng)一系列的不同設(shè)計(jì)功能的容器進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。對(duì)于大多數(shù)的工廠而言，連續(xù)處理模式是比較優(yōu)選的方案，批處理模式系統(tǒng)更適合于小型的研究性或?qū)嶒?yàn)性設(shè)施。

2.1 pH處理

現(xiàn)場廢液處理系統(tǒng)通常使用強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，如硫酸和氫氧化鈉，進(jìn)行酸堿中和。通過向清洗廢液中注入少量的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿，通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以精確控制注入的酸或堿，使得溶液達(dá)到可排放許可的范圍之內(nèi)。

流程通常是通過圖1示意的那樣通過一系列容器完成。通常為3個(gè)大的容器，分別是穩(wěn)定罐（緩存罐），pH中和罐#1（粗pH調(diào)節(jié)罐）和pH中和罐#2（精pH 調(diào)節(jié)罐）。酸堿調(diào)節(jié)用的酸和堿需要經(jīng)過職業(yè)培訓(xùn)并合格的操作人員操作，并采用相應(yīng)的安全措施。

圖1 三罐中和系統(tǒng)示意圖

這些設(shè)施的設(shè)計(jì)和安裝需要特別注意以下因素：

（1）防濺漏圍擋。

（2）酸和堿的分隔。

（3）涉及部分具有操作風(fēng)險(xiǎn)性的管道易辨識(shí)標(biāo)識(shí)，如對(duì)酸堿管道采用色標(biāo)標(biāo)識(shí)等。

（4）具有足夠計(jì)量精度的計(jì)量泵。

此處想特別強(qiáng)調(diào)對(duì)酸堿儲(chǔ)罐進(jìn)行防濺漏圍擋，通常會(huì)提供最大酸堿存儲(chǔ)量的110%容積來設(shè)計(jì)防濺漏圍擋，以及在泄漏情況下酸和堿的完全隔離。這些酸和堿的溢出引起的反應(yīng)導(dǎo)致放熱反應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)熱量以及有毒煙霧。

鑒于pH的對(duì)數(shù)值特性，在溶液的不同pH范圍內(nèi)調(diào)節(jié)使用不同的堿用量，比如pH從2至3和把pH從5調(diào)節(jié)到6將使用不同量的堿。中和所用的化學(xué)品的用量還受以下原因影響：

（1）來液pH。

（2）CIP清洗使用化學(xué)品的類型和濃度。

（3）中和用化學(xué)品的類型和濃度。

（4）廢液的整體堿性。

（5）廢液的緩沖能力。

（6）廢液被其他化學(xué)反應(yīng)的稀釋程度。

2.2 高溫

CIP回路產(chǎn)生的廢水通常很熱（一般情況下為65～85℃），會(huì)導(dǎo)致工廠的廢液超過允許的溫度排放極限。另外CIP系統(tǒng)排放物的熱量與其他蒸餾系統(tǒng)和其他蒸汽冷凝源的排料流結(jié)合在一起，可能會(huì)明顯提高整個(gè)裝置廢液的溫度。應(yīng)采取措施將這種廢水冷卻至許可要求以下。可以使用板換式熱交換器和適當(dāng)溫度的設(shè)備冷卻水將廢液冷卻至35～40℃。如果CIP系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計(jì)和驗(yàn)證可在較低溫度下工作，則存在較大的節(jié)省能源的可能。

2.3 總磷酸鹽

許多CIP清洗化學(xué)品都包含磷酸鹽或磷酸，兩者均導(dǎo)致廢水流中的總磷增加。該化學(xué)元素通常受到嚴(yán)格控制，以防止湖泊和河流中的藻類過多和植物生長進(jìn)而導(dǎo)致水體惡化。并非所有的市政污水處理廠都設(shè)計(jì)用于去除營養(yǎng)物（例如磷或氮），這可能導(dǎo)致工廠排放需要滿足市政污水處理廠接收的最終營養(yǎng)物排放要求。但由于磷的處理通常涉及化學(xué)沉淀反應(yīng)或復(fù)雜的生物過程，一般在工廠現(xiàn)場不會(huì)進(jìn)行直接處理。比較好的方法是盡可能避免含有磷酸鹽或磷酸的CIP化學(xué)藥品。用于CIP清潔的磷酸的一種替代方法乙醇酸或檸檬酸。在工藝開發(fā)和清潔驗(yàn)證的早期，就需要考慮使用這些替代的清潔劑。

2.4 生化需氧量（BOD）

CIP廢液中可能包含較高水平的生化需氧量（BOD）的有機(jī)物，其具體種類和數(shù)量取決于生產(chǎn)工藝流程。BOD通常使用5d分析測試進(jìn)行測量，該測試確定微生物在有機(jī)物的生物化學(xué)氧化中使用的溶解氧量。由于大多數(shù)污水處理廠都使用微生物工藝來處理其進(jìn)入的廢物流，排入系統(tǒng)中廢液BOD的高低或可變水平將直接影響污水處理廠的處理能力和效果。

與磷相似，由于操作這些系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此不宜對(duì)BOD進(jìn)行工廠處理。在這種情況下，高BOD廢物流在工廠內(nèi)隔離并收集在大容器中，之后將它們與其他污水一起計(jì)量加入這個(gè)容器中進(jìn)行混合稀釋至規(guī)定水平，這樣就不會(huì)將大量的高濃度BOD廢物流一次排入到市政污水處理廠從而對(duì)市政污水處理廠的瞬時(shí)處理能力造成沖擊。

2.5 有生物活性的有機(jī)體

當(dāng)使用CIP系統(tǒng)清潔暴露于活性微生物的設(shè)備和管道時(shí)，可能需要使用專門的廢物處理系統(tǒng)來使廢水滅活，然后將其送至廢物中和進(jìn)行pH處理。這些生物廢物系統(tǒng)有時(shí)被稱為“滅活系統(tǒng)”。它們使用熱量或化學(xué)物質(zhì)以分批模式或連續(xù)模式殺死活躍的細(xì)胞培養(yǎng)物。

蒸汽加熱是使廢物流中任何活生物體失活的首選方法。使用直接注入廢物流中的蒸汽或使用熱交換器可輕松實(shí)現(xiàn)微生物數(shù)量減少6個(gè)對(duì)數(shù)的目標(biāo)。大多數(shù)情況下會(huì)使用直接蒸汽，因?yàn)槠浼訜嵝矢?，而且不太可能因被處理的廢物流污染。蒸汽噴射器非常適合分批系統(tǒng)和連續(xù)流系統(tǒng)。

如圖2所示，典型的連續(xù)的生物廢物滅活系統(tǒng)將包括但不限于以下主要組件：

（1）廢液接收罐，用于收集生物廢物和高BOD廢物流。

（2）滅活罐，在滅活過程中用于存儲(chǔ)待滅活處理廢液。

（3）蒸汽噴射器，用于蒸汽和廢液混合加熱。

（4）熱回收換熱器，用于回收利用蒸汽噴射后高溫來預(yù)熱新進(jìn)待處理物料。

（5）降溫?fù)Q熱器，用于降低最終排放溫度。

圖2 典型滅活系統(tǒng)示意圖

3 CIP廢液處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)這些工藝系統(tǒng)/CIP排水系統(tǒng)時(shí)須考慮的關(guān)鍵事項(xiàng)如下：

1）設(shè)計(jì)者需要了解CIP廢液的可能成分，特別是酸堿類型和可能的活性生物體。

2）CIP清洗系統(tǒng)的排液管道需按不同的工藝用途進(jìn)行分組，以便按不同處理需求排放至相應(yīng)的處理系統(tǒng)。

3）推薦在CIP系統(tǒng)的總排水管道上安裝分流閥，然后將含有生物活性體的漂洗液和苛性鈉清洗液排向滅活系統(tǒng)，然后將其余不含生物活體的廢液排放至 pH中和系統(tǒng)。

4）必須使用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料來存放高純度水和酸洗液。推薦的材料包括不銹鋼或玻璃纖維增強(qiáng)塑料，這些材料的防腐性能較好。

5）CIP系統(tǒng)的排水口應(yīng)適當(dāng)加大，以防止在排水過程中排水量過大造成周圍的地面溢水，建議將CIP系統(tǒng)放在堤防圍擋區(qū)域內(nèi)。

6）在確定排水管總管和支管的大小時(shí)，必須使用瞬時(shí)流量，而不是管道設(shè)計(jì)人員通常使用的平均流量。應(yīng)特別考慮盡可能短地將排放管道接連接到后續(xù)處理系統(tǒng)中，避免管道系統(tǒng)多次管道轉(zhuǎn)向而增加管道系統(tǒng)阻力。

7）在設(shè)計(jì)清洗管道的總管和支管這些高流量的排水系統(tǒng)的排空呼吸口的尺寸和位置時(shí)，也應(yīng)注意和CIP的流量相匹配，以避免通氣不暢發(fā)生虹吸現(xiàn)象。

8）在CIP模塊排放管道和地面排水口之間提供空氣隔斷，以防止廢物回流入工藝系統(tǒng)中。

9）在排放管道末端設(shè)置過濾器以避免異物進(jìn)入后續(xù)管道系統(tǒng)堵塞管路。

4 結(jié)語

CIP系統(tǒng)是現(xiàn)代食品日化等輕工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)中普遍應(yīng)用的系統(tǒng)，其在提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和設(shè)備使用效率的同時(shí)，其產(chǎn)生的廢液處理系統(tǒng)也是整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施中需要逐步改進(jìn)的領(lǐng)域之一。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝將直接影響到企業(yè)操作人員的職業(yè)健康安全和下游的市政設(shè)施的正常運(yùn)行并最終影響到社會(huì)及自然環(huán)境的保護(hù)。