承德綠色食品產業廢水處理與再利用對策

李愛紅，劉長占，吳效楠，程忠玲，潘滋涵，強琳輝

(河北石油職業技術大學 化學工程系，河北 承德 067000)

綠色食品產業是承德市“十四五”期間要做大做強的“3+3”主導產業之一，發展目標是建設千億級京津綠色農產品供應基地，實現全產業鏈打造。與此同時，高標準建成京津冀水源涵養功能區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，水生態環境被破壞[1]。2020年3月，生態環境部首次發布了《食品加工制造業水污染物排放標準》(征求意見稿)[2]，要求現有食品加工企業自2022年7 月 1 日起不再執行《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)[3]中的相關規定。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，在國家環保政策越來越嚴格的背景下，基于承德市區域與產業特征，研究食品加工行業的廢水處理及再利用對策，對于承德綠色食品產業的健康發展和水源涵養功能區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廢水處理與再利用的現狀與存在問題，采用系統工程方法，從源頭減排、資源回收、企業內部集成回用、更大系統內再利用等角度，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廢水處理與再利用現狀

1.1 總排放量大

食品加工制造業是人類的生命產業，有些工業發達國家中食品工業的產值僅次于機械制造業居第二位。然而與其他行業相比，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為例，取《征求意見稿》[2]中規定的基準排水量(30t/t產品)，則該企業每年排放廢水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]中的規定值。據《中國環境統計年鑒》報告，2016年我國農副食品加工業廢水排放量為138 910萬噸，居工業細分行業的第五位。

1.2 再利用率低

將廢水適當處理后再利用是工業生產中降低新水消耗最有效的途經之一。食品加工行業用水要求較高，必須符合《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)[4]，這導致了廢水在企業內部難于實現較高的再利用率。問卷調查顯示，承德市大多數食品加工企業的用水全部為新水，且新水來源全部為地下水，只有少數幾家使用了不到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。這意味著當企業有更多的用水需求時，必須采用先進節水技術、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，大多數企業將廢水處理至符合《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，再由污水處理廠深度處理。少數企業選擇將廢水處理至符合《城鎮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，根據產品種類、處理工藝和處理程度的不同，承德市食品企業每處理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產業化重點龍頭企業105家(僅次于邯鄲市的110家，排在全省第2位)，這些龍頭企業中半數以上涉及食品加工制造過程。隨著政府扶持力度的加大，食品加工制造企業數量將快速增加，同時產業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，綠色食品產業的發展與升級將對業內企業的廢水處理能力與處理技術水平提出更高的要求，同時也將給當地的污水處理企業帶來新的考驗。

2.2 小企業數量多，環保理念差

除了重點龍頭企業外，承德市還存在著數目眾多的小型食品加工企業，甚至是小生產作坊。一方面，小企業技術落后、資金短缺，這就導致他們為了節省成本，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節，對食品廢水會嚴重破壞環境水體的認知不足。國內小型食品企業偷排廢水污染地下水、導致當地水體發黑發臭的實例已經很多。所以，小食品企業對水生態環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

多個文件規定了未來一段時間制造業應達到的綠色發展指標，例如《中國制造2025》提出到2025 年單位工業增加值用水量應比2015年下降41%、《承德市可持續發展規劃(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大多沒有意識到緊迫的節水減排壓力。水系統集成技術可以通過科學分配水質和水量而實現新鮮水消耗和廢水排放量同時最小化的目的，目前已成為工業節水最行之有效的途徑之一，但沒有企業了解該項技術。

3 承德市綠色食品產業廢水處理與再利用對策建議

食品加工制造業廢水的處理達標率和再利用率遠低于其他行業，需要多措并舉降低該行業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行政監管、加快技術創新、系統內外回用等。承德為多山地貌、礦產資源豐富、農業產業正在穩步發展，這些因素為食品行業廢水的低成本處理、儲存與再利用提供了有利條件。

3.1 加強行政監管

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

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，從而實現經濟效益、社會效益與生態效益共贏。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、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，采用常規處理方法難以做到達標排放，廢水污染問題已經成為大蒜產業發展的瓶頸。將大蒜依次經去皮、破碎、冷凍干燥、超臨界CO2萃取，則可突破傳統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、又能提高企業自身的經濟效益，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，而且減少了營養成分的浪費。回收的蛋白質制作成飼料、魚糜制品等，增加了企業的經濟效益[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，且節約了大筆的廢水處理費用[8]。

3.4 強化企業內部回用

盡管食品工業用水要求嚴格，但合理的回用不會對人們的健康造成影響。水系統集成技術將整個用水系統作為一個有機整體，通過科學分配水質和水量實現最大程度的回用，是工業節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，所以應優先考慮將適當處理后的廢水在企業內部回用。

罐頭是承德綠色食品中極具競爭優勢的產品，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，將其單獨收集并經較簡單處理即可滿足生活飲用水衛生標準，從而可循環回用于原用水單元，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，經昂貴復雜的處理后排放仍可對環境造成一定影響。將工藝水分成低鹽漂洗水和高鹽腌制水分別進行收集，前者可經電滲析脫鹽再殺菌后循環回用于漂洗工序，后者可經稀釋后回用于腌制泡菜或直接蒸發回收鹽分[12]。

3.5 擴大再利用系統

廢水在企業間(或工業園區內)回用可獲得比在企業內部回用更好的節水減排效果，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內部的回用難度高于其他行業，所以更應考慮擴大再利用的范圍。

3.5.1 處理后作為農業灌溉用水

農業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污染物排放標準[2]，同時食品深加工企業又常建于農田附近，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范等原因引發一系列生態與衛生問題。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園將馬鈴薯淀粉廢水經一定處理后用于農田灌溉，達到了節約水資源、節省肥料、促進作物增產及減緩環境污染的多重目的[14]。河北省典型地區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濟、社會和生態效益[15]。

3.5.2 處理后作為工業用水

承德地區建有大量的石材廠、采礦廠、選礦廠等對水質要求不高的工業企業。將食品加工企業產生的廢水經適當處理，回用于上述企業，可以大大降低新水消耗。工業企業回用水質可參考《城市污水再生利用 工業用水水質》(GB/T 19923—2005)[16]。如表2所示，即將施行的食品加工制造業污染物排放標準[2]與工業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，可直接回用作工業直流冷卻水和洗滌用水。

表2 食品加工制造業污染物排放標準與工業用水(直流冷卻水、洗滌用水)水質標準的對比

耿婧婷[17]在研究低碳工業園區水資源循序利用策略時，依排水規律、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中回用潛力較大的水流，計算表明三家企業內部回用的節水潛力分別為 28.8%、31.9%、6.3%，而廠際間回用的節水潛力可提高至80%、75%、49%，可見廠際間利用可顯著提高工業園區的整體節水潛力。承德市綠色食品產業園區化發展時應綜合考慮“種植或養殖-預加工-精深加工”產業鏈中廢水的處理與回用問題。

4 結論與展望

1)綠色食品產業的廢水處理與再利用對承德市的水生態環境保護意義重大，但目前承德市綠色食品產業存在著小企業數量多、環保理念差、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經濟效益的目的；通過采用水系統集成技術來實現企業內部最大回用以及擴大再利用系統，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)隨著加工產業鏈的延伸，承德市綠色食品產業廢水處理與回用的壓力將進一步增大。只有聯合采取上述措施，相關部門對新政策、新標準、新法規加大宣傳、加速推行、加強監管，企業不斷提升社會責任意識、科技創新能力、綠色發展理念，才能實現承德市綠色食品產業的可持續健康發展，從而更好地服務于京津冀水源涵養功能區的高質量建設。