李愛紅，劉長占，吳效楠，程忠玲，潘滋涵，強琳輝

(河北石油職業(yè)技術大學 化學工程系，河北 承德 067000)

綠色食品產業(yè)是承德市“十四五”期間要做大做強的“3+3”主導產業(yè)之一，發(fā)展目標是建設千億級京津綠色農產品供應基地，實現(xiàn)全產業(yè)鏈打造。與此同時，高標準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景目標之一。

食品加工過程包括原料浸泡、洗滌、加工、消毒、冷卻等，這些單元耗水量大，同時將產生大量污水。與其他行業(yè)產生的廢水相比，食品加工廢水毒性較小，但其中所含的高濃度有機營養(yǎng)物質會消耗水中大量的溶解氧，導致水生動植物死亡、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)水污染物排放標準》(征求意見稿)[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《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)[3]中的相關規(guī)定。前者對于多種污染物和單位產品基準排水量均提出了更嚴格的排放要求。

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

1 承德市綠色食品產業(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)是人類的生命產業(yè)，有些工業(yè)發(fā)達國家中食品工業(yè)的產值僅次于機械制造業(yè)居第二位。然而與其他行業(yè)相比，食品加工制造過程產生的廢水量相對較大。以一個年產10萬噸水果罐頭的食品企業(yè)為例，取《征求意見稿》[2]中規(guī)定的基準排水量(30t/t產品)，則該企業(yè)每年排放廢水300萬噸。實際上，目前承德不少食品廠的單位排水量遠大于將要實施的新標準[2]中的規(guī)定值。據(jù)《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》報告，2016年我國農副食品加工業(yè)廢水排放量為138 910萬噸，居工業(yè)細分行業(yè)的第五位。

1.2 再利用率低

將廢水適當處理后再利用是工業(yè)生產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)生標準》(GB 5749—2006)[4]，這導致了廢水在企業(yè)內部難于實現(xiàn)較高的再利用率。問卷調查顯示，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。國務院于2021年9月15日通過的《地下水管理條例》規(guī)定：取用地下水的單位和個人應當遵守取水總量控制和定額管理要求。這意味著當企業(yè)有更多的用水需求時，必須采用先進節(jié)水技術、加強廢水深度處理回用等措施來降低新水消耗。

1.3 處理費用高

由于思維的定勢和技術的限制，許多食品企業(yè)內部缺乏適宜的廢水利用途徑，而不得不花費高額費用將其處理至達標排放。目前，大多數(shù)企業(yè)將廢水處理至符合《污水綜合排放標準》(GB 8979—1996)[3]三級標準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準(GB 18918—2002)》[4]一級A標準后排入地表水體。目前，根據(jù)產品種類、處理工藝和處理程度的不同，承德市食品企業(yè)每處理1噸廢水的費用多在3～7.5元之間。

2 承德市綠色食品產業(yè)廢水處理與再利用面臨的問題

2.1 廢水排放量及處理難度將進一步增加

2021年，承德市擁有省級農業(yè)產業(yè)化重點龍頭企業(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，同時產業(yè)鏈將進一步向精深加工方向延伸。越精深加工，產生的廢水量越大，廢水成分也越復雜。所以，綠色食品產業(yè)的發(fā)展與升級將對業(yè)內企業(yè)的廢水處理能力與處理技術水平提出更高的要求，同時也將給當?shù)氐奈鬯幚砥髽I(yè)帶來新的考驗。

2.2 小企業(yè)數(shù)量多，環(huán)保理念差

除了重點龍頭企業(yè)外，承德市還存在著數(shù)目眾多的小型食品加工企業(yè)，甚至是小生產作坊。一方面，小企業(yè)技術落后、資金短缺，這就導致他們?yōu)榱斯?jié)省成本，擅自簡化廢水處理工藝、甚至不加處理直接排放；另一方面，食品加工廢水對人體基本無毒無害的事實導致了他們輕視廢水處理環(huán)節(jié)，對食品廢水會嚴重破壞環(huán)境水體的認知不足。國內小型食品企業(yè)偷排廢水污染地下水、導致當?shù)厮w發(fā)黑發(fā)臭的實例已經(jīng)很多。所以，小食品企業(yè)對水生態(tài)環(huán)境的影響更是不容忽視。

2.3 先進回用理念缺乏，政策響應不夠積極

多個文件規(guī)定了未來一段時間制造業(yè)應達到的綠色發(fā)展指標，例如《中國制造2025》提出到2025 年單位工業(yè)增加值用水量應比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。然而，所調研的食品加工企業(yè)大多沒有意識到緊迫的節(jié)水減排壓力。水系統(tǒng)集成技術可以通過科學分配水質和水量而實現(xiàn)新鮮水消耗和廢水排放量同時最小化的目的，目前已成為工業(yè)節(jié)水最行之有效的途徑之一，但沒有企業(yè)了解該項技術。

3 承德市綠色食品產業(yè)廢水處理與再利用對策建議

食品加工制造業(yè)廢水的處理達標率和再利用率遠低于其他行業(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?？刹捎玫挠行侄伟訌娦姓O(jiān)管、加快技術創(chuàng)新、系統(tǒng)內外回用等。承德為多山地貌、礦產資源豐富、農業(yè)產業(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、儲存與再利用提供了有利條件。

3.1 加強行政監(jiān)管

首先，相關部門應加強宣傳，提升食品加工企業(yè)的環(huán)保意識，使他們認識到廢水中所含的大量有機營養(yǎng)物質對水生態(tài)環(huán)境造成的巨大破壞作用；此外，要向企業(yè)宣講國家、省、市發(fā)布的關于用水與廢水方面的政策、標準和法律法規(guī)，推行綠色發(fā)展理念。其次，要健全監(jiān)管機制、堵塞監(jiān)管漏洞，杜絕偷排漏排現(xiàn)象，嚴格依法懲治超標排放行為。最后，相關部門要從科技創(chuàng)新、金融投入、發(fā)展環(huán)境等方面加以扶持、幫助企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展。

3.2 降低源頭排放

當今科技快速迭代更新。淘汰落后技術、采用先進技術，不僅可以從源頭上降低廢水排放量和廢水中污染物濃度，而且可以提高生產效率、改善產品品質，從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)效益共贏。近些年，超臨界CO2萃取、超微粉碎、脈沖磁場殺菌等高新技術改變了傳統(tǒng)的高耗水加工方式，且生產過程安全、無毒、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)和冷凍機械法(C)產生的廢水污染物指標依次降低,而B法所得白胡椒品質最優(yōu)、C法脫皮時間最短。因此，淘汰A工藝、采用B與C結合工藝應為該類企業(yè)的升級改造之選[5]。再如，大蒜加工廢水中含有具強殺菌作用的大蒜素，采用常規(guī)處理方法難以做到達標排放，廢水污染問題已經(jīng)成為大蒜產業(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)方法生產中廢水問題的制約[6]。

3.3 回收有用組分

食品加工過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，則轉化成了有經(jīng)濟價值的產品。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荷、又能提高企業(yè)自身的經(jīng)濟效益，一舉兩得。在設計回收工序時，應注意選取簡單有效且不能引入新污染物的工藝方法。

例如，水產品加工中的多次漂洗會產生大量的廢水，但同時也會造成約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，不僅可以大大降低廢水的處理費用，而且減少了營養(yǎng)成分的浪費?；厥盏牡鞍踪|制作成飼料、魚糜制品等，增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益[7]。再如，豆制品生產中的浸泡、設備清洗和壓榨過程會產生大量廢水，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幾乎可完全回收廢水中的有價值成分，沒有二次污染，且節(jié)約了大筆的廢水處理費用[8]。

3.4 強化企業(yè)內部回用

盡管食品工業(yè)用水要求嚴格，但合理的回用不會對人們的健康造成影響。水系統(tǒng)集成技術將整個用水系統(tǒng)作為一個有機整體，通過科學分配水質和水量實現(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]。國內外水處理專家倡導“就地處理、就近回用”的理念，所以應優(yōu)先考慮將適當處理后的廢水在企業(yè)內部回用。

罐頭是承德綠色食品中極具競爭優(yōu)勢的產品，但罐頭產品耗水量巨大，且廢水中含有大量的有機物而使得處理成本很高。柑橘罐頭不同生產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，將其單獨收集并經(jīng)較簡單處理即可滿足生活飲用水衛(wèi)生標準，從而可循環(huán)回用于原用水單元，將耗水量/噸產品降低40%以上[10]。櫻桃番茄果脯生產中，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，且獲得了更好的營養(yǎng)成分和感官風味[11]。榨菜生產過程廢水產生量大、高鹽度、高COD值，經(jīng)昂貴復雜的處理后排放仍可對環(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 擴大再利用系統(tǒng)

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

3.5.1 處理后作為農業(yè)灌溉用水

農業(yè)灌溉用水占我國用水總量的55%以上。如表1所示，農田灌溉的水質要求[13]遠低于即將施行的食品加工制造業(yè)污染物排放標準[2]，同時食品深加工企業(yè)又常建于農田附近，不需建設長距離的輸送設施。所以，將食品企業(yè)廢水處理后用于農田灌溉符合“就地處理就地回用”理念，是一個既經(jīng)濟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，農田灌溉水質標準中[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灌時要密切關注該兩項指標。

表1 食品加工制造業(yè)污染物排放標準與農田灌溉水質標準的對比

早些年污水農灌曾因處理技術限制與管理不規(guī)范等原因引發(fā)一系列生態(tài)與衛(wèi)生問題。研究表明，只要嚴格依標準控制灌溉水質，就不會對農田造成污染。例如，哈爾濱市某綠色食品產業(yè)園將馬鈴薯淀粉廢水經(jīng)一定處理后用于農田灌溉，達到了節(jié)約水資源、節(jié)省肥料、促進作物增產及減緩環(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施情況也表明了再生水灌溉具有明顯的經(jīng)濟、社會和生態(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、選礦廠等對水質要求不高的工業(yè)企業(yè)。將食品加工企業(yè)產生的廢水經(jīng)適當處理，回用于上述企業(yè)，可以大大降低新水消耗。工業(yè)企業(yè)回用水質可參考《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質》(GB/T 19923—2005)[16]。如表2所示，即將施行的食品加工制造業(yè)污染物排放標準[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要求相當，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)污染物排放標準與工業(yè)用水(直流冷卻水、洗滌用水)水質標準的對比

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，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，計算表明三家企業(yè)內部回用的節(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。承德市綠色食品產業(yè)園區(qū)化發(fā)展時應綜合考慮“種植或養(yǎng)殖-預加工-精深加工”產業(yè)鏈中廢水的處理與回用問題。

4 結論與展望

1)綠色食品產業(yè)的廢水處理與再利用對承德市的水生態(tài)環(huán)境保護意義重大，但目前承德市綠色食品產業(yè)存在著小企業(yè)數(shù)量多、環(huán)保理念差、技術水平參差不齊、政策響應不夠積極等問題。除了要加強政府監(jiān)管外，本文主要從以下兩大方面提出了對策措施：通過引入新技術、新工藝、新設備來降低源頭排放和回收有用組分，以達到既降低廢水排放量又增加企業(yè)經(jīng)濟效益的目的；通過采用水系統(tǒng)集成技術來實現(xiàn)企業(yè)內部最大回用以及擴大再利用系統(tǒng)，以達到既降低新鮮水消耗量又降低廢水處理費用的目的。

2)隨著加工產業(yè)鏈的延伸，承德市綠色食品產業(yè)廢水處理與回用的壓力將進一步增大。只有聯(lián)合采取上述措施，相關部門對新政策、新標準、新法規(guī)加大宣傳、加速推行、加強監(jiān)管，企業(yè)不斷提升社會責任意識、科技創(chuàng)新能力、綠色發(fā)展理念，才能實現(xiàn)承德市綠色食品產業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，從而更好地服務于京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)的高質量建設。