應對乳品生產的水處理挑戰

文/ Leno Cavarra

特別策劃

應對乳品生產的水處理挑戰

文/ Leno Cavarra

采用創新的水和污水處理技術，解決乳制品生產的廢液處理和回收難題——水是加工牛奶等乳制品所必需的最主要資源，面對更高的生產成本、競爭壓力和日益嚴重的環境治理等問題。乳制品生產商們一直在尋求更完美的節水和污水處理解決方案，在保證質量和衛生標準的同時進一步降低成本和提高效率。

對于富含骨骼生長所需的鈣和重要營養素，牛奶在健康均衡的人類飲食結構中起到了關鍵作用。大約7 500年前，人類開始飲用牛奶，且這一習慣一直延續至今。2015年，全球共消耗了1 074億L牛奶，意味著世界各地已經形成了一種飲用牛奶的文化。這種有益健康的全能食品現已得到廣泛普及，同時也是奶酪、酸奶及冰淇淋等多種乳制品的主要原料。

隨著全球乳制品的需求持續增加，乳制品廠商不得不加緊生產，進一步提高了原配料的消耗——其中一個配料就是水，加工牛奶所必需的最主要資源。除了用作原料外，水也廣泛用于消毒加工設備的沖洗、加熱和冷卻水等應用中。

耗水大戶

牛奶生產需要水并不是秘密，但你是否知道生產1 kg的乳制品需要4 L的水？更讓人吃驚的是乳品加工會排放大量的污水，僅1 kg的乳制品就會產生14 L的污水。

乳制品污水往往富含有機物、脂肪、油脂（FOG）和懸浮固體，不適宜直接排入下水道系統或海水中。如果未經處理，廢液中的過量可溶物就會對環境造成不利影響，耗盡水體中的氧氣，導致水生生物死亡，進而造成嚴重的水體污染。

個別情況下，奶牛場排出的污水為生產商提供了寶貴的機會，企業主不得不應對乳制品更高的生產成本、價格波動、競爭壓力和日益嚴重的環境治理等問題。在非接觸應用中，污水回用具備良好的前景，他們尋求在保證質量和衛生標準的同時進一步降低成本和提高效率。

最大化生產和社會效益

考慮到法律、社會和經濟等因素，鼓勵乳制品廠商處理他們的廢液和優化他們的用水。越來越多的公司開始采用創新的水和污水處理技術，并轉而尋求威立雅水務技術這樣專業公司的支持。

回用廢液

為幫助乳制品生產商降低他們外部的耗水量需求，專業的供應商開發出了創新的節水技術，通過更新內部工藝水，優化用水和在源頭處理水。例如，回收乳制品蒸發產生的冷凝液是生產商可以考慮的一個輕松起點。利用符合衛生標準的反滲透（RO）系統，冷凝液回收的效益可擴展到節約耗水量和熱能回收。

水汽冷凝液可回用于不同的應用，其中包括鍋爐和冷卻塔給水、定位清洗（CIP）水、奶粉的沖調乃至干酪沖洗水。冷凝液是一個良好的熱能來源，還允許預加熱產品或鍋爐給水，回收熱能，從而使生產商顯著節省加熱成本。

用于鍋爐和蒸汽布氣系統的蒸汽冷凝液回收液也可降低運營成本、藥劑用量和鍋爐補水需求量。此外，一個冷凝液回水系統還可降低能源成本，因為，熱冷凝液不再需要大量的重新加熱。

處理污水

在排放前處理乳制品污水時，可應用廣泛的技術，比如移動床生物膜反應器（MBBR）、MBR和序批式活性污泥反應器（SBR）。取決于乳制品污水的復雜性，能去除98%以上的COD和總懸浮固體顆粒，該創新技術占地空間小，在現場集成，提升廢液處理性能，可顯著節省運營成本。這些解決方案包括威立雅的Biobed?Advanced、Biobed?Modular Plants（模塊化小型厭氧反應器）、AnoxKaldnesTMMBBR和BiosepTMMBR。

由于解決方案能夠生產再生能源和沼氣，這些技術還為奶農提供了附加的綠色效益。沼氣由有機物的自然分解產生，是一種碳中和燃料，可以提供與燃氣熱電聯供（CHP）設備相同的優點，減少了大氣中的甲烷排放量。

并非每個乳制品加工廠都以類似的方式運營，故專業的廢水解決方案提供商針對獨特的處理需求設計工藝總包解決方案，為生產商提供附加值。例如，在處理奶酪和乳清生產期間產生的高濃度廢液時，威立雅的創新的Memthane?厭氧MBR就是一個很有效的解決方案。此技術用錯流超濾膜去除高化學需氧量（COD）懸浮固體（SS）和脂肪、油脂（FOG），成功處理了過去被認為無法通過傳統工藝處理的高濃度和高固體成分廢液。

個別情況下，對于期望進行污水進行回用的生產商，他們的處理需求也不盡相同。在雀巢公司的一個早期項目中，威立雅安裝了Aquantis膜生物反應器，這是一個精處理系統，生產出的濾液幾乎不含固體，并進一步集成了一個反滲透處理工藝，以留住溶解固體和鹽分。在威立雅的支持下，雀巢公司當時能夠將處理過的水回用于冷卻、清洗和工業用途，對每天節省160萬L地下水做出了有效的貢獻，節水量相當于6 400個墨西哥人的平均日用水量。這只是先進污水處理技術如何幫助生產商減輕污水挑戰和提高環境績效的個例。

案例應用

去除95%的廢液COD

Woodlands Dairy（Pty） Ltd公司位于南非東開普省Humansdorp，在南非的東海岸，Woodlands乳品加工廠需要一個可行的處理解決方案，以減輕公司不斷增加的工藝廢液流。除了奶酪廠外，乳制品加工廠還建有一個牛奶殺菌和包裝廠。隨著生產量的升高，Woodlands Dairy發現，工藝廢液也在大量增加，以至于難以在其組合廢液池中進行處理。

為有效地緩解生產商的污水處理需求，威立雅提議建一個資源回收廠（RRP），能夠每天處理3 600萬L（MLD）廢液。RRP采用了威立雅的Biothane Memthane?技術，這是一個簡單的全自動化系統，與傳統的技術相比，可顯著降低總運營成本。

組合了厭氧生物處理和膜分離的Memthane?技術是一個環保的污水處理系統，能夠最大化去除COD和總懸浮固體（TSS）、最小化處理成本并生成富甲烷沼氣。在威立雅的支持下，Woodlands Dairy設法處理其不斷升高的廢液需求，工廠廢液濃度完全降到市政標準以下。

創建第一個零碳排放的鮮奶加工廠

Arla食品（Arla）是一個全球性的乳制品公司和奶農自有合作社，在12個國家建有生產廠。隨著其在英國白金漢郡艾爾斯伯里的新乳品加工廠的投產，Arla現可年處理10億L的牛奶。公司渴望引進先進的污水處理和水回用技術，力求創建全球首個零碳排放的鮮奶加工廠。為支持客戶實現其愿景，威立雅提議采用Biothane Memthane?生物反應器，這是一個創新的技術，綜合了厭氧處理與外部錯流超濾的優點。能夠每天處理500 m3的污水，并可去除99%的COD，反應器還最大化了TSS去除率，從而取消了處理成本并生成富甲烷沼氣。

在威立雅的支持下，Arla還能在反滲透系統中處理低濃度污水和灰水，用于其乳制品加工廠中回用。此外，生成的沼氣還用于給現場的熱電聯產（CHP）設備提供燃料，進一步使客戶接近其設定的碳中和目標。

期冀未來

污水管理對環境有積極的影響，可消除廢液流中潛在有害的污染物。雀巢公司和達能公司等領先的乳制品公司已在全球的工廠中實施了嚴格的排放標準，信守了他們對環境可持續性做出的承諾，給小型乳品廠樹立了榜樣，使得他們緊隨其后并遵守當地的排放標準，攜手努力減輕乳品行業面臨的污水挑戰。

在處理乳品廢液中，重要的是讓生產商明白，不能簡單復制別的生產商的污水處理方法，原因在于，即使他們的工廠生產相同類型的乳制品，其污水處理需求也會有很大的差異。在集成污水處理技術時，應考慮包括污水量、工廠規模和當地排放標準在內的諸多因素。對于那些試圖進行廢液回用的生產商，一般需要比那些主要將處理乳品廢液進行排放的生產商更復雜的解決方案。

除了能使乳制品廠商把精力放在自己的核心業務上外，專業的水處理供應商還確保了乳品加工廠能夠符合污水處理先進的衛生標準和法規要求，保障其經營業務的合法性，以免遭受政府的處罰和企業公信力危機。

無疑，乳制品公司在轉而求助專業的水解決方案提供商時，會獲得很多收益。隨著乳制品消費持續增加，生產商期望進一步發展業務，通過污水處理解決方案潛在地將乳品廢液轉變為可再生資源，造福于作為一個整體的行業和環境。

本文作者系威立雅水處理技術客戶執行經理。