承德綠色食品產(chǎn)業(yè)廢水處理與再利用對(duì)策

李愛(ài)紅，劉長(zhǎng)占，吳效楠，程忠玲，潘滋涵，強(qiáng)琳輝

(河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué) 化學(xué)工程系，河北 承德 067000)

綠色食品產(chǎn)業(yè)是承德市“十四五”期間要做大做強(qiáng)的“3+3”主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)千億級(jí)京津綠色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)基地，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈打造。與此同時(shí)，高標(biāo)準(zhǔn)建成京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)是承德市確定的二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)之一。

食品加工過(guò)程包括原料浸泡、洗滌、加工、消毒、冷卻等，這些單元耗水量大，同時(shí)將產(chǎn)生大量污水。與其他行業(yè)產(chǎn)生的廢水相比，食品加工廢水毒性較小，但其中所含的高濃度有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)消耗水中大量的溶解氧，導(dǎo)致水生動(dòng)植物死亡、水體黑臭、自凈化功能喪失，水生態(tài)環(huán)境被破壞[1]。2020年3月，生態(tài)環(huán)境部首次發(fā)布了《食品加工制造業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見(jiàn)稿)[2]，要求現(xiàn)有食品加工企業(yè)自2022年7 月 1 日起不再執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)[3]中的相關(guān)規(guī)定。前者對(duì)于多種污染物和單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量均提出了更嚴(yán)格的排放要求。

綜上可見(jiàn)，在國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格的背景下，基于承德市區(qū)域與產(chǎn)業(yè)特征，研究食品加工行業(yè)的廢水處理及再利用對(duì)策，對(duì)于承德綠色食品產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和水源涵養(yǎng)功能區(qū)的高質(zhì)量建設(shè)具有重要而緊迫的意義。本文將針對(duì)承德市綠色食品行業(yè)廢水處理與再利用的現(xiàn)狀與存在問(wèn)題，采用系統(tǒng)工程方法，從源頭減排、資源回收、企業(yè)內(nèi)部集成回用、更大系統(tǒng)內(nèi)再利用等角度，為該問(wèn)題提供科學(xué)有效的對(duì)策建議。

1 承德市綠色食品產(chǎn)業(yè)廢水處理與再利用現(xiàn)狀

1.1 總排放量大

食品加工制造業(yè)是人類的生命產(chǎn)業(yè)，有些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中食品工業(yè)的產(chǎn)值僅次于機(jī)械制造業(yè)居第二位。然而與其他行業(yè)相比，食品加工制造過(guò)程產(chǎn)生的廢水量相對(duì)較大。以一個(gè)年產(chǎn)10萬(wàn)噸水果罐頭的食品企業(yè)為例，取《征求意見(jiàn)稿》[2]中規(guī)定的基準(zhǔn)排水量(30t/t產(chǎn)品)，則該企業(yè)每年排放廢水300萬(wàn)噸。實(shí)際上，目前承德不少食品廠的單位排水量遠(yuǎn)大于將要實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)[2]中的規(guī)定值。據(jù)《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》報(bào)告，2016年我國(guó)農(nóng)副食品加工業(yè)廢水排放量為138 910萬(wàn)噸，居工業(yè)細(xì)分行業(yè)的第五位。

1.2 再利用率低

將廢水適當(dāng)處理后再利用是工業(yè)生產(chǎn)中降低新水消耗最有效的途經(jīng)之一。食品加工行業(yè)用水要求較高，必須符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)[4]，這導(dǎo)致了廢水在企業(yè)內(nèi)部難于實(shí)現(xiàn)較高的再利用率。問(wèn)卷調(diào)查顯示，承德市大多數(shù)食品加工企業(yè)的用水全部為新水，且新水來(lái)源全部為地下水，只有少數(shù)幾家使用了不到20%的再生水。國(guó)務(wù)院于2021年9月15日通過(guò)的《地下水管理?xiàng)l例》規(guī)定：取用地下水的單位和個(gè)人應(yīng)當(dāng)遵守取水總量控制和定額管理要求。這意味著當(dāng)企業(yè)有更多的用水需求時(shí)，必須采用先進(jìn)節(jié)水技術(shù)、加強(qiáng)廢水深度處理回用等措施來(lái)降低新水消耗。

1.3 處理費(fèi)用高

由于思維的定勢(shì)和技術(shù)的限制，許多食品企業(yè)內(nèi)部缺乏適宜的廢水利用途徑，而不得不花費(fèi)高額費(fèi)用將其處理至達(dá)標(biāo)排放。目前，大多數(shù)企業(yè)將廢水處理至符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8979—1996)[3]三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排入地方污水管網(wǎng)，再由污水處理廠深度處理。少數(shù)企業(yè)選擇將廢水處理至符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918—2002)》[4]一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)后排入地表水體。目前，根據(jù)產(chǎn)品種類、處理工藝和處理程度的不同，承德市食品企業(yè)每處理1噸廢水的費(fèi)用多在3～7.5元之間。

2 承德市綠色食品產(chǎn)業(yè)廢水處理與再利用面臨的問(wèn)題

2.1 廢水排放量及處理難度將進(jìn)一步增加

2021年，承德市擁有省級(jí)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)龍頭企業(yè)105家(僅次于邯鄲市的110家，排在全省第2位)，這些龍頭企業(yè)中半數(shù)以上涉及食品加工制造過(guò)程。隨著政府扶持力度的加大，食品加工制造企業(yè)數(shù)量將快速增加，同時(shí)產(chǎn)業(yè)鏈將進(jìn)一步向精深加工方向延伸。越精深加工，產(chǎn)生的廢水量越大，廢水成分也越復(fù)雜。所以，綠色食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與升級(jí)將對(duì)業(yè)內(nèi)企業(yè)的廢水處理能力與處理技術(shù)水平提出更高的要求，同時(shí)也將給當(dāng)?shù)氐奈鬯幚砥髽I(yè)帶來(lái)新的考驗(yàn)。

2.2 小企業(yè)數(shù)量多，環(huán)保理念差

除了重點(diǎn)龍頭企業(yè)外，承德市還存在著數(shù)目眾多的小型食品加工企業(yè)，甚至是小生產(chǎn)作坊。一方面，小企業(yè)技術(shù)落后、資金短缺，這就導(dǎo)致他們?yōu)榱斯?jié)省成本，擅自簡(jiǎn)化廢水處理工藝、甚至不加處理直接排放；另一方面，食品加工廢水對(duì)人體基本無(wú)毒無(wú)害的事實(shí)導(dǎo)致了他們輕視廢水處理環(huán)節(jié)，對(duì)食品廢水會(huì)嚴(yán)重破壞環(huán)境水體的認(rèn)知不足。國(guó)內(nèi)小型食品企業(yè)偷排廢水污染地下水、導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮w發(fā)黑發(fā)臭的實(shí)例已經(jīng)很多。所以，小食品企業(yè)對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響更是不容忽視。

2.3 先進(jìn)回用理念缺乏，政策響應(yīng)不夠積極

多個(gè)文件規(guī)定了未來(lái)一段時(shí)間制造業(yè)應(yīng)達(dá)到的綠色發(fā)展指標(biāo)，例如《中國(guó)制造2025》提出到2025 年單位工業(yè)增加值用水量應(yīng)比2015年下降41%、《承德市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃(2018—2030年)》提出地下水開(kāi)采量由2020年的4.11億m3降到2025年的4.03億m3的約束性指標(biāo)。然而，所調(diào)研的食品加工企業(yè)大多沒(méi)有意識(shí)到緊迫的節(jié)水減排壓力。水系統(tǒng)集成技術(shù)可以通過(guò)科學(xué)分配水質(zhì)和水量而實(shí)現(xiàn)新鮮水消耗和廢水排放量同時(shí)最小化的目的，目前已成為工業(yè)節(jié)水最行之有效的途徑之一，但沒(méi)有企業(yè)了解該項(xiàng)技術(shù)。

3 承德市綠色食品產(chǎn)業(yè)廢水處理與再利用對(duì)策建議

食品加工制造業(yè)廢水的處理達(dá)標(biāo)率和再利用率遠(yuǎn)低于其他行業(yè)，需要多措并舉降低該行業(yè)的廢水排放量和污染物排放濃度。可采用的有效手段包括加強(qiáng)行政監(jiān)管、加快技術(shù)創(chuàng)新、系統(tǒng)內(nèi)外回用等。承德為多山地貌、礦產(chǎn)資源豐富、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)正在穩(wěn)步發(fā)展，這些因素為食品行業(yè)廢水的低成本處理、儲(chǔ)存與再利用提供了有利條件。

3.1 加強(qiáng)行政監(jiān)管

首先，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)宣傳，提升食品加工企業(yè)的環(huán)保意識(shí)，使他們認(rèn)識(shí)到廢水中所含的大量有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成的巨大破壞作用；此外，要向企業(yè)宣講國(guó)家、省、市發(fā)布的關(guān)于用水與廢水方面的政策、標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)，推行綠色發(fā)展理念。其次，要健全監(jiān)管機(jī)制、堵塞監(jiān)管漏洞，杜絕偷排漏排現(xiàn)象，嚴(yán)格依法懲治超標(biāo)排放行為。最后，相關(guān)部門要從科技創(chuàng)新、金融投入、發(fā)展環(huán)境等方面加以扶持、幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展。

3.2 降低源頭排放

當(dāng)今科技快速迭代更新。淘汰落后技術(shù)、采用先進(jìn)技術(shù)，不僅可以從源頭上降低廢水排放量和廢水中污染物濃度，而且可以提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品品質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益共贏。近些年，超臨界CO2萃取、超微粉碎、脈沖磁場(chǎng)殺菌等高新技術(shù)改變了傳統(tǒng)的高耗水加工方式，且生產(chǎn)過(guò)程安全、無(wú)毒、高效。

例如，在胡椒的三種不同脫皮工藝中，傳統(tǒng)水嘔法(A)、微生物酶法(B)和冷凍機(jī)械法(C)產(chǎn)生的廢水污染物指標(biāo)依次降低,而B(niǎo)法所得白胡椒品質(zhì)最優(yōu)、C法脫皮時(shí)間最短。因此，淘汰A工藝、采用B與C結(jié)合工藝應(yīng)為該類企業(yè)的升級(jí)改造之選[5]。再如，大蒜加工廢水中含有具強(qiáng)殺菌作用的大蒜素，采用常規(guī)處理方法難以做到達(dá)標(biāo)排放，廢水污染問(wèn)題已經(jīng)成為大蒜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。將大蒜依次經(jīng)去皮、破碎、冷凍干燥、超臨界CO2萃取，則可突破傳統(tǒng)方法生產(chǎn)中廢水問(wèn)題的制約[6]。

3.3 回收有用組分

食品加工過(guò)程中的某些廢棄物在廢水中為污染物，但如果將其回收利用，則轉(zhuǎn)化成了有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)品。所以，在食品加工流程中增加有用組分的回收工序，既能降低末端的處理負(fù)荷、又能提高企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益，一舉兩得。在設(shè)計(jì)回收工序時(shí)，應(yīng)注意選取簡(jiǎn)單有效且不能引入新污染物的工藝方法。

例如，水產(chǎn)品加工中的多次漂洗會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，但同時(shí)也會(huì)造成約30%的可溶性蛋白流失到廢水中。采用沉淀、膜分離等方法回收廢水中的蛋白質(zhì)，不僅可以大大降低廢水的處理費(fèi)用，而且減少了營(yíng)養(yǎng)成分的浪費(fèi)?；厥盏牡鞍踪|(zhì)制作成飼料、魚(yú)糜制品等，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[7]。再如，豆制品生產(chǎn)中的浸泡、設(shè)備清洗和壓榨過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量廢水，其中含有大豆乳清蛋白、低聚糖和異黃酮等成分。采用膜分離和絮凝等技術(shù)幾乎可完全回收廢水中的有價(jià)值成分，沒(méi)有二次污染，且節(jié)約了大筆的廢水處理費(fèi)用[8]。

3.4 強(qiáng)化企業(yè)內(nèi)部回用

盡管食品工業(yè)用水要求嚴(yán)格，但合理的回用不會(huì)對(duì)人們的健康造成影響。水系統(tǒng)集成技術(shù)將整個(gè)用水系統(tǒng)作為一個(gè)有機(jī)整體，通過(guò)科學(xué)分配水質(zhì)和水量實(shí)現(xiàn)最大程度的回用，是工業(yè)節(jié)水最行之有效的途徑之一[9]。國(guó)內(nèi)外水處理專家倡導(dǎo)“就地處理、就近回用”的理念，所以應(yīng)優(yōu)先考慮將適當(dāng)處理后的廢水在企業(yè)內(nèi)部回用。

罐頭是承德綠色食品中極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品，但罐頭產(chǎn)品耗水量巨大，且廢水中含有大量的有機(jī)物而使得處理成本很高。柑橘罐頭不同生產(chǎn)單元的排水按污染程度可分為輕度、中度和重度，其中輕度污水占總排放量的50%以上，將其單獨(dú)收集并經(jīng)較簡(jiǎn)單處理即可滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，從而可循環(huán)回用于原用水單元，將耗水量/噸產(chǎn)品降低40%以上[10]。櫻桃番茄果脯生產(chǎn)中，將糖煮廢水添加0.12%的皂土降黏后，可代替新鮮糖水回用于腌漬果脯，且獲得了更好的營(yíng)養(yǎng)成分和感官風(fēng)味[11]。榨菜生產(chǎn)過(guò)程廢水產(chǎn)生量大、高鹽度、高COD值，經(jīng)昂貴復(fù)雜的處理后排放仍可對(duì)環(huán)境造成一定影響。將工藝水分成低鹽漂洗水和高鹽腌制水分別進(jìn)行收集，前者可經(jīng)電滲析脫鹽再殺菌后循環(huán)回用于漂洗工序，后者可經(jīng)稀釋后回用于腌制泡菜或直接蒸發(fā)回收鹽分[12]。

3.5 擴(kuò)大再利用系統(tǒng)

廢水在企業(yè)間(或工業(yè)園區(qū)內(nèi))回用可獲得比在企業(yè)內(nèi)部回用更好的節(jié)水減排效果，因而近些年來(lái)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。如前所述，許多情況下食品加工廢水在企業(yè)內(nèi)部的回用難度高于其他行業(yè)，所以更應(yīng)考慮擴(kuò)大再利用的范圍。

3.5.1 處理后作為農(nóng)業(yè)灌溉用水

農(nóng)業(yè)灌溉用水占我國(guó)用水總量的55%以上。如表1所示，農(nóng)田灌溉的水質(zhì)要求[13]遠(yuǎn)低于即將施行的食品加工制造業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[2]，同時(shí)食品深加工企業(yè)又常建于農(nóng)田附近，不需建設(shè)長(zhǎng)距離的輸送設(shè)施。所以，將食品企業(yè)廢水處理后用于農(nóng)田灌溉符合“就地處理就地回用”理念，是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)可行又能避免污染物流入水體的廢水再利用方案。需要注意的是，農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中[13]規(guī)定了重金屬和陰離子表面活性劑的限制值，食品加工廢水回用于農(nóng)灌時(shí)要密切關(guān)注該兩項(xiàng)指標(biāo)。

表1 食品加工制造業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)與農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

早些年污水農(nóng)灌曾因處理技術(shù)限制與管理不規(guī)范等原因引發(fā)一系列生態(tài)與衛(wèi)生問(wèn)題。研究表明，只要嚴(yán)格依標(biāo)準(zhǔn)控制灌溉水質(zhì)，就不會(huì)對(duì)農(nóng)田造成污染。例如，哈爾濱市某綠色食品產(chǎn)業(yè)園將馬鈴薯淀粉廢水經(jīng)一定處理后用于農(nóng)田灌溉，達(dá)到了節(jié)約水資源、節(jié)省肥料、促進(jìn)作物增產(chǎn)及減緩環(huán)境污染的多重目的[14]。河北省典型地區(qū)再生水灌溉與利用實(shí)施情況也表明了再生水灌溉具有明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益[15]。

3.5.2 處理后作為工業(yè)用水

承德地區(qū)建有大量的石材廠、采礦廠、選礦廠等對(duì)水質(zhì)要求不高的工業(yè)企業(yè)。將食品加工企業(yè)產(chǎn)生的廢水經(jīng)適當(dāng)處理，回用于上述企業(yè)，可以大大降低新水消耗。工業(yè)企業(yè)回用水質(zhì)可參考《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)[16]。如表2所示，即將施行的食品加工制造業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[2]與工業(yè)用水中要求較低的直流冷卻水和洗滌用水水質(zhì)要求相當(dāng)，在保證食品廢水中氯離子、總硬度、總堿度和硫酸鹽的濃度滿足要求后，可直接回用作工業(yè)直流冷卻水和洗滌用水。

表2 食品加工制造業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)用水(直流冷卻水、洗滌用水)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

耿婧婷[17]在研究低碳工業(yè)園區(qū)水資源循序利用策略時(shí)，依排水規(guī)律、排水污染程度和特征污染物等因素篩選出電子信息、生物制藥和新能源汽車企業(yè)中回用潛力較大的水流，計(jì)算表明三家企業(yè)內(nèi)部回用的節(jié)水潛力分別為 28.8%、31.9%、6.3%，而廠際間回用的節(jié)水潛力可提高至80%、75%、49%，可見(jiàn)廠際間利用可顯著提高工業(yè)園區(qū)的整體節(jié)水潛力。承德市綠色食品產(chǎn)業(yè)園區(qū)化發(fā)展時(shí)應(yīng)綜合考慮“種植或養(yǎng)殖-預(yù)加工-精深加工”產(chǎn)業(yè)鏈中廢水的處理與回用問(wèn)題。

4 結(jié)論與展望

1)綠色食品產(chǎn)業(yè)的廢水處理與再利用對(duì)承德市的水生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義重大，但目前承德市綠色食品產(chǎn)業(yè)存在著小企業(yè)數(shù)量多、環(huán)保理念差、技術(shù)水平參差不齊、政策響應(yīng)不夠積極等問(wèn)題。除了要加強(qiáng)政府監(jiān)管外，本文主要從以下兩大方面提出了對(duì)策措施：通過(guò)引入新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備來(lái)降低源頭排放和回收有用組分，以達(dá)到既降低廢水排放量又增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的；通過(guò)采用水系統(tǒng)集成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部最大回用以及擴(kuò)大再利用系統(tǒng)，以達(dá)到既降低新鮮水消耗量又降低廢水處理費(fèi)用的目的。

2)隨著加工產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，承德市綠色食品產(chǎn)業(yè)廢水處理與回用的壓力將進(jìn)一步增大。只有聯(lián)合采取上述措施，相關(guān)部門對(duì)新政策、新標(biāo)準(zhǔn)、新法規(guī)加大宣傳、加速推行、加強(qiáng)監(jiān)管，企業(yè)不斷提升社會(huì)責(zé)任意識(shí)、科技創(chuàng)新能力、綠色發(fā)展理念，才能實(shí)現(xiàn)承德市綠色食品產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，從而更好地服務(wù)于京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)的高質(zhì)量建設(shè)。