清潔生產技術在低聚糖生產中實施案例分析

何社強

(量子高科(中國)生物股份有限公司，廣東 江門 529000)

1 引言

依據《中華人民共和國清潔生產促進法》［1］和《國家環保模范城市考核指標及其實施細則(第六階段)》第十五項考核指標要求，遵循環境保護部《關于深入推進重點企業清潔生產的通知》(環發［2010］54號)的指示精神，量子高科(中國)生物股份有限公司在清潔生產技術服務單位指導下，迅速地開展了清潔生產過程的實施工作。經過籌劃與組織、預評估、評估、方案的產生和篩選、可行性分析、方案實施及持續清潔生產七個階段的工作，實現了預定的清潔生產目標，達到了經濟效益、環境效益及社會效益相統一的目的［2］。

圖1 清潔生產方案產生流程

2 清潔生產實施過程

2.1 清潔生產方案流程

籌劃與組織是實施清潔生產實施的第一階段。此階段的任務是提高廣大員工的思想認識，使之對清潔生產實施程序有初步的了解，實施小組采取的形式有:清潔生產知識培訓，利用企業信息報、板報等進行宣傳。通過宣傳形成廣大員工從關心清潔生產、參與清潔生產到為清潔生產獻計獻策的良好氛圍，使員工從原材料和能源、工藝技術、過程控制、設備、產品、管理、廢棄物、員工素質等八方面提出清潔生產合理化建議。同時組建清潔生產實施領導小組和工作小組，并制定清潔生產工作計劃。

在方案實施過程中，為鼓勵全體員工積極參與清潔生產活動，公司制定了開展清潔生產方案建議活動，對積極提出清潔生產建議和改善方案的個人實行獎勵制度，由實施小組對所有方案進行綜合評選。期間，員工提出的方案涉及到生產過程的各個要素。實施小組經過整理，從中篩選出部分清潔生產方案作為本輪清潔生產實施的備選方案。清潔生產方案產生如圖1所示［3］。

按照清潔生產實施的要求以及公司的實際情況，實施小組根據方案所需的投入，對方案進行分類。

無費方案:實施過程中基本上不需要投入資金;

低費方案:實施過程中投入資金在1萬元以下;

中費方案:實施過程中投入資金在1－10萬元;

高費方案:實施過程中投入資金在11萬元以上。

2.2 清潔生產方案預評估

工作小組對公司現狀進行詳細的分析研究，在此基礎上建立物料平衡和水平衡，查找能耗高、廢水排放量大及超標排放的主要原因，根據清潔生產的定義，公司的清潔生產水平主要從生產工藝改進、設備改造、能耗降低、廢液回收利用等幾個方面的情況進行分析。

2.2.1 生產工藝改進

低聚糖生產工藝選用節能高效工藝，分別為:(1)低聚果糖轉化工藝采用生產產率較高的酶柱生化反應器系統，并通過利用壓縮空氣對酶柱內進行加壓使載體形成翻騰，從而較徹底地清洗吸附在載體表面上的雜質，加強的清洗效果，該工藝的應用延長了酶柱設備運行批次，從原來的轉化5批次清洗一次到轉化15批次以上才清洗一次，節約了生產用水，每天減少的廢水排放約10噸。(2)低聚果糖提純采用進口的低能耗色譜分離設備，并在脫鹽工序回收約40%以上電導率較低清洗用水，提高了水重復利用率。同時回收再生時排放的部分稀堿液作為脫硫堿液使用，既減少廢水排放又減少了脫硫設備運行費用。

2.2.2 設備改造

企業采用生產效率高的生化反應柱設備，從運行效果來看，果糖基轉移酶用量單耗比原設計下降了20%以上;蒸發濃縮工藝采用進口板式蒸發器代替傳統的降膜蒸發器，蒸汽消耗有所下降，如同是三效蒸發器，前者蒸發1噸水用汽量約為0.25噸，后者約為0.35噸，相差0.1噸，從而可降低煤耗。

2.2.3 能耗降低

清潔生產的目標即為節省能源，降低原材料消耗。公司目前采用先進的色譜工藝和連續帶式低溫真空干燥設備系統基礎上，選用進口板式蒸發器代替傳統的降膜式蒸發器，使生產高純度的低聚糖耗汽量下蒸汽消耗量下降到3.8噸/噸糖粉，工藝的總體能耗情況滿足節省能源、減低原材料消耗的要求，具有先進性。

2.2.4 廢液回收利用

生產過濾后的殘堿，對其進行及時回收利用，既減少堿液的消耗，又減少廢水排放量及污染物排放濃度。

2.3 清潔生產方案的產生和篩選

針對上一階段分析出的各方面的原因，結合公司目前的實際情況對本輪清潔生產實施收集的方案進行了評估，從技術可行性、環境可行性、經濟可行性、實施難易程度等方面進行了討論和分析，對備選方案進行了初步的篩選。

經過上述篩選，實施小組認為篩選出可行的無/低費方案、初步可行的中/高費方案合共21個，其中16項屬于可行的無/低費方案，可全部實施;5個屬于初步可行的中/高費方案。方案的篩選結果見表1。

2.4 中/高費方案內容

在結合市場調查和收集一定資料的基礎上，對篩選出來的中/高費清潔生產方案做進一步的分析和評估，對方案的技術、環境、經濟的可行性進行分析和比較，從中選擇和推薦最佳的可行方案內容見表2。

2.5 中/高費方案可行性分析與實施

下面以回收一次色譜提取液(G2)、真空泵工作水和物料泵機封水再利用(G4)為例進行詳細的方案分析。

2.5.1 方案G2:回收一次色譜提取液可行性分析

2.5.1.1 技術評估

目前公司生產P95S低聚果糖過程調和糖提取工藝如下(圖2)。

圖2 目前P95S低聚果糖提取工藝圖

由于只進行一次色譜分離，分離后廢液還存在進一步提取產品的潛力，因此采用二次色譜分離工藝，其工藝流程見圖3。

圖3 二次色譜分離工藝

建設方案:增加兩個50立方的貯罐，用于調和糖的回收貯存，加上現有的3個25立方的貯罐總共可貯存150立方以上的調和糖。共計投資353萬元。

色譜的經驗數據:按目前的處理量，每天可生產8.3噸P95S，按3噸蔗糖生產1噸P95S產品計算，每天需要用蔗糖25噸，另產副產品調和糖量為25－8.3=16.7噸，折DS65%為:25噸(約19立方)，按900元/噸計，售價為:900×25=22500元。

表1 清潔生產方案的篩選結果表

表2 選中/高費清潔生產方案實施內容

典型一次色譜后提取液成分:G+F:40～60%;GF:25～30%，FOS:20～30%。設計中取:G+F:50%，GF:25%，FOS:25%。通過調節二次色譜的運行參數可以將其分離成二部分(如果按30%固形物回收，同時生產按收率95%計):一是G+F:16.7×70%×0.95=11.1噸，折DS65%是:11.1/0.65=17噸;二是GF+FOS:16.7×30% ×0.95=4.7噸。(注:G代表葡萄糖、F代表果糖、FOS代表低聚果糖)

A、調和糖:17×900=15300元;

B、一次殘液:價格當原料蔗糖計:4.7×7000=32900元;

C、費用(按1至6月一次色譜生產噸消耗估計)元/噸(見表3)。

二次殘液共費用:4.7×1047.54=4923元

估計產品提高價值:(32900+15300－4923－22500)元*84日=175萬元

表3 一次色譜生產噸消耗表

2.5.1.2 環境評估

提高調和糖檔次及質量，減少蔗糖與低聚糖的帶進調和糖的流失，提高低聚果糖的回收率，降低產品單耗，減輕末端治理負擔。

2.5.1.3 經濟評估

年運行費用總節省金額P=175萬元;總投入費用I=353萬元;設備折舊費(按5年計)D=I/5=353萬元÷5年=70.6萬元;應稅利潤T=P－D=175萬元－70.6萬元=104.4萬元;凈利潤(按25%的稅率計)=104.4萬元×(1－25%)=78.3萬元;投資償還期N=I÷(凈利潤+D)=353萬元÷(78.3萬元+70.6萬元)=2.4年;本項目改造投資回報期為2.4年，具有實施可行性。

2.5.2 方案G4:真空泵工作水和物料泵機封水再利用可行性分析

2.5.2.1 技術評估

生產車間真空泵工作水和物料泵機封水用水情況:(1)二效蒸發器、單效蒸發器、舊三效蒸發器各一臺真空泵工作水排至室內地下池，新二效蒸發器3臺物料泵機封水同樣排到該池，共計約為3m3/h。經一臺3m3/h自吸泵(揚程30m、功率1.5kW)接至車間內滅菌器冷卻水回流管，在廠房天面另管分流到各個冷卻塔，但由于生產不同步、無法嚴格按實際生產使用，導致經常在無運行的冷卻塔溢流，造成浪費，水溫約40～50℃。(2)新三效蒸發器一臺真空泵工作水、4臺蒸發器物料泵機封水直接排走，流量約為3m3/h。水溫約40～50℃。(3)以上合計正常生產時，約有6m3/h水經各真空泵、物料泵用后就直接排走了。

針對這種情況，結合實際生產情況以及考慮今后的發展，我們制定出如下一套真空泵工作水和物料泵機封水再利用的節水方案:

將所有真空泵工作水和物料泵機封水均引至室內地下池，合計約有6m3/h水量。還將四效蒸發器真空泵工作水匯合一起，總計約有9m3/h水量。通過提升泵送上廠房天面，利用一臺獨立的冷卻塔冷卻至32～35℃左右，再分別送到新三效蒸發器、帶干機以及四效蒸發器配套的冷卻塔作為補水用途，達到節約用水目的。

設備選型:(1)地下池現有自吸提升泵3m3/h，功率1.5kW，不能滿足9m3/h排水量，需另購一臺9m3/h、揚程15米的潛水泵，替換原自吸泵;(2)冷卻塔利用原帶干機冷水機配套用20T塔，再經一臺9m3/h、揚程15米離心泵送到各目標冷卻塔，可在公司倉庫中挑選適合離心泵使用。(3)改造費用:①購兩臺潛水泵(一用一備)共需15600元;②管道安裝材料費約需3000元;③電控材料約需2200元。合計費用20800元。

2.5.2.2 環境評估

用水量核算:新三效冷卻塔耗水量2.5m3/h，舊三效冷卻塔耗水量1.25m3/h，帶干機冷卻塔耗水量1.75m3/h，四效濃縮器冷卻塔耗水量 3m3/h，合計8.5m3/h耗水量。而方案匯集到地下水池用作冷卻塔補水的水量約9m3/h，基本可達平衡使用而不浪費，換言之可節約生產用水8.5m3/h，大大減輕供水壓力對生產的影響。

2.5.2.3 經濟評估一臺潛水泵功率2.2kW，另一臺離心泵功率3.0kW，冷卻塔風機功率1.1kW，合計6.3Kw。按電價每度0.75元，水費每立方2.65元計算，年收益則有:節約水費:8.5m3/h×8h×330d×2.65=59466元;增耗電費:6.3kW/h×8h×330d×0.75=12474元;收益:59466－12474=4.70萬元。項目的投資回報期計算見下表4，經估算:本項目投資回報期為0.6年，說明本項目具有實施可行性。

表4 項目投資回報期計算表

2.6 持續清潔生產

持續清潔生產是企業清潔生產實施的最后一個階段。目的是使清潔生產工作在企業內長期、持續地推行下去。本階段工作重點是建立推行和管理清潔生產工作組織機構、建立促進實施清潔生產的管理制度、制定持續清潔生產計劃以及編寫清潔生產實施報告。

通過本次清潔生產實施，公司在實踐中深刻地體會到清潔生產實施是一種提高經濟效益和環境效益的新思路，管理意識從開始的末端治理向源頭治理和全過程控制轉變，不斷地挖掘潛力，使清潔生產實施工作持續開展下去。

3 結束語

本次清潔生產提出21個清潔生產方案，其中無/低費方案16個，中/高費方案5個，全部得以實施，取得較好的經濟效益和環境效益(詳見表5)，共計投入814.99萬元，年產生經濟效益628.22萬元，其中節約電5.65萬千瓦時，折合標煤6.94噸;節約液堿132噸，節約水25410噸;間接削減二氧化碳48.599噸，削減廢堿132噸。同時還節約了各種原材料，降低了生產成本，提高了資源的利用率。管理上，成立了清潔生產管理機構，提高了員工參與清潔生產積極性，各項管理制度得到進一步的完善。完成了既定的清潔生產目標，達到“節能、降耗、減污、增效”的最終目的。

表5 清潔生產方案實施效果匯總表

［1］《中華人民共和國清潔生產促進法》［Z］.

［2］郭顯鋒等，清潔生產審核指南［M］.北京:中國環境科學出版社，2007．

［3］環境保護部清潔生產中心，國家清潔生產審核師培訓教材．