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酿酒工业节能减排潜力大
上传时间:2015/7/3 浏览次数:
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酿酒工业由酒精、白酒、啤酒、黄酒、葡萄酒、果露酒行业组成。全国规模以上酿酒生产企业2600家(总数15000家),采用15种主要粮食与农副产品原料,年耗用水9.7亿立方米、耗电88.3亿度、耗蒸汽2.8亿吨(能耗折合标煤3880万吨),使用20多个生产工艺,生产25种产品,2013年酿酒工业总产量达到7300万吨,总产值8500亿元,实现利润1050亿元。该工业年排放废水总量7.1亿立方米、排放有机物400万吨,产生酿酒加工废弃物1000万吨。
酿酒工业发展迅速,但发展中存在的问题不容忽视,主要是该工业各行业平均规模小,“小、散、低”的格局较普遍;生产原料与固体废弃物综合利用程度低;生产工艺较落后,产品收得率不高,能耗高(中小型的白酒原酒生产企业尤为突出);废水排放量大,污染负荷高,特别是中小型的糖蜜、木薯酒精、白酒原酒生产企业环境污染较为严重。这些问题充分说明酿酒工业的节能减排任务艰巨、困难多,但是潜力也大。
一、酿酒工业生产节能与减排概况
酿酒工业主要是以淀粉质与农产品为主要原料生产产品,其生产、能耗、污染物主要涉及到粉碎、配料、加热、液化、糖化、冷却(冷凝)、接种、发酵、蒸馏、洗涤、搅拌、灭菌、包装等13个单元操作,综合利用生产涉及分离、浓缩、干燥等单元操作。
⒈酿酒生产能耗
酿酒生产的取水主要是用于配料(括糖蜜的稀释),液化、糖化、接种、发酵、蒸馏工艺的冷却,设备、反应器、包装容器、管道的洗涤,车间的冲洗,锅炉房用水生产蒸汽,及制备纯水。酒精、白酒等行业生产每吨产品的取水量(30立方米)较大,主要原因是两产品有发酵(加热、液化、糖化)工艺,需用水冷却,以及有蒸馏工艺,需耗用大量水将酒蒸汽冷凝成酒(精)。该工业年耗用9.7亿立方米水,其中3亿立方米是可以回收的冷却水(冷凝水)、低污染水,目前,其回用率仅为40%。
酿酒生产单元操作基本上都涉及到电气装置与设备,如:搅拌器、电机、泵、空压机组、制冷机组、照明设备等,同装置与设备在同一工艺下电耗会有差别,主要是电气装置与设备的先进与落后,以及是否采用变频调速技术。同时,耗电量还与生产工艺有关。
酿酒生产涉及到料液与中间产品的加热、液化、糖化、蒸馏、干燥、灭菌等工艺,均需消耗大量蒸汽。生产每吨酒精、白酒耗汽量均超过5吨,特别是生产每吨清香型、浓香型、酱香型白酒(包括原酒)耗汽分别为7吨、14吨、21吨,主要原因是白酒的生产工艺有液化、加热、蒸馏单元操作。酿酒生产汽耗占其综合能耗的80%以上,因此除关注蒸汽消耗外,还应关注二次蒸汽(各种料液加热与蒸发时产生的蒸汽,也称低低压蒸汽)汽化热回收利用工艺、回收率、经济效益是至关重要的,它反映了节约能耗、水耗的潜力。目前,酿酒工业二次蒸汽回收率仅为30%左右。
酿酒大型企业在取水、节水、节电、节汽方面大都有一定的措施,并取得了较好的成绩,单位产品取水量、水重复利用率、电耗、汽耗能达到行业先进水平;中小型企业,特别是小型、微型企业,节水、节汽措施普遍不力。同一行业不同企业生产单位产品能耗可相差一倍,甚至更多,深究其原因主要是选择的生产工艺与设备不尽合理,没有采用行业推荐的节能工艺与设备,特别是尚未在洗涤、加热、蒸发、蒸馏、干燥、灭菌等单元操作后,配套合适的冷却(冷凝)、多效蒸发、压缩、回收等工艺,以大力回收水、汽资源。
⒉酿酒生产的固体废弃物
该工业是以谷物、薯类、农副产品为主要原料,只是利用其中的淀粉或其它需要的部分,其余部分(蛋白、脂肪、纤维渣)也是可以利用的,如玉米、小麦等淀粉质原料,除淀粉以外的其它成分是不被微生物发酵所利用,为提高原料的经济效益,可将玉米和小麦先分离出胚芽(可提取食用油)、蛋白、纤维和麸皮、谷朊蛋白副产品后,再用淀粉乳发酵生产酒精产品。酒精工业年耗用玉米1600万吨,除生产淀粉乳1150万吨外,可联产玉米油50万吨、蛋白粉50万吨、蛋白饲料350万吨,副产品价值达230亿元。
酿酒生产废渣水,主要来自处理原料后剩下的废渣,如:大米渣、玉米浆渣、纤维渣、葡萄皮渣、水果渣、薯干渣等废弃物;分离与提取主要产品后的酒糟,这些废渣水含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素、糖类及多种微量元素,可生产饲料、饲料酵母、饲料添加剂、生化产品,还可提取与生产其它食品和食品添加剂。
目前酿酒生产企业的废弃物限于投资、技术、设备、管理、销售等原因,粮薯渣与农副产品渣只是简单的用于生产饲料、燃料、肥料,小型企业将酿酒废渣任意堆积,较多中型企业将废渣(含有大量水)廉价出售给周围农村,直接作饲料或肥料,其贮存与运输带来了环境问题。利用好的是大型企业,也只是将废渣水分离与干燥生产各种饲料、肥料产品,较少地生产经济价值高的生化产品与食品添加剂。
⒊酿酒生产的废水污染
酿酒生产主要是废水污染,高浓度废水主要是发酵液提取产品后的废醪液(酒精)、锅底水(白酒),中低浓度废水是原料冲洗水,中间产品洗涤水,各种罐、池、反应器、管道、容器、瓶的洗涤水,车间冲洗水。
一段时间来,普遍认为酒精生产废水处理难度大,但随着高浓度废水(玉米酒精糟、糖蜜酒精糟、玉米浸泡水)采用浓缩与干燥工艺生产有机肥料与饲料,达到了减排,也有经济效益,特别是解决了后继废水治理难题。但是,随着提倡非粮原料,出现了木薯与非粮原料酒精糟,其综合利用价值低,一般只能采用多级生化与物化处理工艺,但投资大、能耗高、运行费用高,成为污染治理的难点。
酿酒生产综合利用后的废水与中低浓度废水(冷凝水与洗涤水等)混合,采用生化和物化处理的不同单元组合处理后,可以达标排放,也可以处理到一定程度,排入地方污水处理厂继续处理。目前,有部分酿酒企业,特别是中小型企业的废水超标排放,主要是认识、投资、运行费用,废水处理技术并不存在多大难度。
二、酿酒工业节能减排应采用的措施与技术
综观酿酒生产的节能减排,应采取的措施和方案可为以下13个方面。
⒈国家应制订产业政策继继规范各行业企业合适的规模经济
“产业结构调整指导目录(2011年本)”(国家发展改革委令第21号,2013年2月27日)提出了淘汰年生产3万吨以下粮薯酒精,除此之外,酿酒各行业尚末制定企业应达到的生产规模。但小型的酿酒生产企业是难以筹建节能减排的一系列工艺与设备,因此达到行业的节能减排平均水平有困难。
⒉大力发展玉米农业生产以利食品工业的节能减排
酒精可采用玉米原料全闭环工艺,将淀粉乳生产发酵产品,“发酵行业清洁生产评价指标体系”(国家发展改革委2007年41号公告)的“酒精生产原辅料”部分,是按脱胚玉米粉、玉米、小麦淀粉、薯干、木薯顺序排列评价得分,采用脱胚玉米粉得分最高。玉米同比薯类与秸秆原料,产品得率高,生产能耗低、综合利用产品多、经济价值高、处理一吨综合废水成本在2元以下,而非粮原料(木薯、马铃薯、玉米秸秆)的综合利用产品经济价值低、处理一吨综合废水成本高达10元以上,部分企业是超标排放。从节能减排来看,农业要大力发展玉米生产,酒精生产用玉米原料更合适些。
⒊应用先进的生产工艺提高产品收得率,同比低收得率,降低了单位产品生产能耗和减少了污染物排放
酿酒生产采用新型高效菌种,如:啤酒、酒精生产分别选用“高效抗逆酵母菌种”、“高效高温酵母”,提高发酵产品得率,同比传统生产的低得率,降低了生产能耗与污染物排放。同时,酒类生产还应回收各种残酒。
⒋优化酿酒生产工艺与设备以达到节能减排
酿酒生产均需符合“合理地简化工艺流程,科学地进行动力匹配”原则。以先进的生产设备替代落后的设备,如:以燃气蒸汽锅炉替代燃煤锅炉,玉米酒精糟采用耗水量小的固液分离设备和多效蒸发器浓缩;啤酒生产煮沸工艺用低压与动态煮沸方法、澄清工艺用错流膜过滤;酒类生产采用集成控制系统、烟道气余热利用技术、CPI清洗系统。
⒌回收反渗透制纯水和再生水工艺的浓水能量
酿酒生产的反渗透制备纯水和再生水处理工艺,可利用液体-液体喷射压缩工艺,回收反渗透制水工艺浓水的压力能,继续用于生产纯水和再生水,该技术能在原耗电基础上节电30%。
⒍料液与气体混合采用节能的气液喷射混合器
酒精生产液化工艺的高压蒸汽加热液化液采用气液喷射混合器。
⒎大力回收酿酒生产排出的二次蒸汽(低压蒸汽)汽化热
酿酒生产应大力回收料液的加热及冷却工艺、液化与糖化及冷却工艺、灭菌工艺、蒸馏与冷却工艺、浓缩与冷却工艺、固体废弃物干燥工艺的二次蒸汽汽化热。
將各种二次蒸汽集中与收集,采用气体喷射再压缩工艺(TVR、气体喷射压缩器),将加压后二次蒸汽继续用于加热工艺。浓缩、干燥工艺的大量二次蒸汽也可采用机械再压缩工艺(MVR、热泵),即将单效蒸发器与热泵组成节能的浓缩系统,回收热能。二次蒸汽还可采用低温多效蒸发工艺回收热能。各种二次蒸汽采用气体喷射和机械再压缩工艺后,无需再使用大量冷却水,从而达到节水。锅炉的烟道气热量可用来干燥肥料、燃料等物料。
目前,高效利用中低压(0.3Mpa-1.3MPa)、低低压(0.035Mpa-0.3MPa)二次蒸汽已成为国内外节能的重点研究和攻关方向。酿酒工业二次蒸汽汽化热如都给以回收利用,则生产汽耗、耗标煤量均能在原基础上会有大幅度的降低。
⒏酿酒生产废弃物应按生产生化药剂、食品与饲料添加剂、饲料、燃料、肥料序列进行综合利用
在生产玉米淀粉乳基础上,玉米原料可综合利用生产多种副产品。酒类生产的粮薯渣可生产饲料、蛋白饲料、燃料;白酒发酵的黄水生产调味液与复合酸,甑锅底水生产乳酸,白酒糟燃料炉灰生产白炭黑; 啤酒麦糟生产膳食纤维;废酵母生产核苷酸等生化药物、葡萄皮渣生产葡萄籽油、果胶、白黎芦醇。生产综合利用产品序列应按经济效益排列,先考虑生产生化、添加剂产品,最后才是饲料、燃料、肥料。
将废弃物生产各种综合利用产品,大大减少了因废弃物堆放、贮存、运输引起的环境污染,增加了产品品种,提高了经济效益。
⒐采用五效蒸发器浓缩工艺
玉米、糖蜜酒精糟生产饲料、肥料需采用多效蒸发器浓缩滤液,双效蒸发器比单效蒸发器节能很多,五效蒸发器比四效、四效比三效节能,但蒸发器效数不宜超过五效,过多效数蒸发器投资大,且每效推动力不大。
⒑食品生产综合废水处理技术改造
玉米与糖蜜酒精糟COD分别为70000[mg/L]与100000[mg/L]、玉米浸泡水COD为20000[mg/L]必须采用浓缩-干燥工艺生产饲料或肥料,由此产生的浓缩工艺冷凝液及各种洗涤水的污染负荷可降到7000[mg/L],即给后继废水处理带来方便。
高浓度废水采用浓缩与干燥工艺后,酿酒生产综合废水主要是耒自处理原料废水,洗涤罐、瓶、设备、容器水,车间冲洗水,以及浓缩设备洗涤水与二次蒸汽冷却水。
为达到“污水综合排放标准”(GB8978-1996),以及各酿酒行业“水污染物排放标准”,可视大部分行业综合废水污染物浓度在COD1000[m1g/L]-8000[mg/L],采用一级到二级生化(一级好氧、一级厌氧与一级好氧、二级好氧)为主的多级处理工艺,各种废水清污分流后可以以COD1000[mg/L]为界,以下采用一级或二级好氧为主的生化处理工艺,以上采用一级厌氧与一级好氧为主的多级生化处理工艺,进入厌氧工艺的废水COD最好能在3000[mg/L],以保证厌氧发酵有较高效率,进水COD浓度低则造成厌氧工艺投资大。原酒(白酒)生产综合废水的污染负荷达到10000[mg/L]左右,则可在上述处理基础上再增加1-2级生化处理工艺。木薯、红薯、秸秆纤维素酒精糟滤液污染荷高(30000[mg/L]-35000[mg/L]),甚至更高,这需有大量投资和运行费用,拟采用二级厌氧与二级好氧生化处理为主的多级(10级)治理工艺。
酿酒企业排放废水将陆续执行本行业“水污染物排放标准”,标准提出了氨氮、总氮、总磷排放指标。为严格达标排放,拟改造原处理工艺,增加深度处理工艺。有企业先将综合废水处理到环保部规定的间接排放标准后,再排入地方污水处理厂进一步处理也是可行的。
⒒应用节能电气设备与变频技术,控制系统采用自动控制
采用绿色照明,各类水泵、电机、空压机、冷冻机、风机等用电设备应用变频恒压技术,控制系统采用自动控制。
⒓原煤贮存系统,改造为封闭储存
原煤贮存改造为封闭系统并添置喷洒抑尘剂设备,减少原煤储存过程的损失,以及粉尘污染环境。
⒔合理利用水、冷却水、低污染水
生产工艺采用梯度用水,如:稍经处理的低污染水与冷却水可用于拌料与各种洗涤,也可继续回用于冷却系统;加热蒸汽冷凝水可继续返回锅炉使用。
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