清洁生产在啤酒行业中的应用进展

陈春梅

(重庆市环境保护工程设计研究院有限公司 ,重庆 400020)

清洁生产在啤酒行业中的应用进展

陈春梅

(重庆市环境保护工程设计研究院有限公司 ,重庆 400020)

清洁生产是一种新的污染防治战略。实施清洁生产技术是啤酒行业实现可持续发展的有效途径。本文首先介绍了清洁生产的概念及其发展概况,探讨了清洁生产的三个要素和七个环节,并分析了啤酒工业清洁生产的技术需求以及清洁生产在啤酒生产企业中的应用。

啤酒行业 ;清洁生产 ;分析

清洁生产是关于产品过程的一种新的创造性的思维方式,是一种新的污染防治战略。联合国环境规划署(UNEP)于 1989年提出了清洁生产的最初定义为：清洁生产是对工艺和产品不断运用一种一体化的预防性环境战略,以减少其对人体和环境的风险;对于生产工艺,清洁生产包括节约原材料和能源,消除有毒原材料,并在一切排放物和废物离开工艺之前削减其数量和毒性;对于产品,战略重点是沿产品的整个生命周期,即从原材料提取到产品的最终处置,减少各种不利影响。1996年又对清洁生产进一步完善为：“清洁生产指将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产生和服务中,以增加生态效率和减少人类及环境的风险”。对于产品,清洁生产意味着减少和降低产品从原材料使用到最终处置的全生命周期的不利影响;对于生产过程,清洁生产意味着节约原材料和能源,取消使用有毒原材料,在生产过程排放废物之前降减废物的数量和毒性;对服务,要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中[1-2]。为促进啤酒行业实现减排目标,为啤酒工业企业开展清洁生产提供技术支持和导向,我国环境保护部颁布了《清洁生产标准啤酒制造业》(HJ/ T183-2006)。根据标准的相关内容,本文对啤酒行业的一些清洁生产技术进行探讨,以期对啤酒企业的可持续发展有一定的借鉴意义[3]。

1 清洁生产在国外的发展

清洁生产技术及相关法规在国外尤其是欧美和发达国家,已经较为完善和成熟。以污染预防为主,积极开展和推行清洁生产,促进资源的节约和有效利用,这一做法早在 20世纪 70年代就已经被工业发达国家所关注。联合国工业发展组织、联合国环境署、世界银行、亚洲开发银行都拨出了专项资金用以推动发展中国家关于清洁生产的实施。1977年欧共体及其成员国先后制定了多项关于清洁生产、污染预防等法规,建立了清洁生产示范工程和信息情报交流网络,并对该项活动给予财政支持。20世纪 80年代以来,美国环保局着手进行了一次全局范围内的创新工作,把环境保护的重点,从传统的末端治理转移到污染预防、实行废弃物最小化工程;颁布了《废弃物减少评价手册》,建立了从可行性分析到项目实施的规范化操作体系。1990年美国国会通过了《污染预防法》强调要从污染的源头来消除和降低污染的产生。1989年前苏联制定了化工企业采用“稍废、无废技术”的规定,把“化学工业改造成为无排出物,作为环境保护的首要目标”。日本在1991年颁布了《废物处理处理法修改法案》,推动了清洁生产在工业领域的实施。

近年来,发展中国家由于加快了工业发展速度,环境污染日益严重,各国政府采取了一系列的措施,以期通过推行清洁生产防治和环境污染问题。印度政府为了解决工业用水严重污染,采取了低废工艺和清洁生产工艺。马来西亚在该国支柱产业——橡胶行业采取了新的清洁生产工艺,将废水净化回收,降低了工业废水中COD和BOD的排放。泰国在纺织印染厂实施了清洁生产技术,将废水中的化学品回收利用,降低了原材料、水、能源的使用量,改善了环境,为企业带来显著的经济效益。古巴、巴西等国家也在清洁生产推动和实施中获得了良好的效果。

世界环境技术产业发展十分迅猛,成为不断成长的产业。如今,据OECD组织资料介绍,环境技术市场已超过3000亿美元,整个环境产业可望以5.5%的速度增长。其中,对大气和水资源的利用是传统并最为完善的产业;然而,增长最快的行业则是废弃物处理并回收利用、环境咨询服务和清洁生产技术。这些领域正在蒸蒸日上的同时,末端处理的做法则不断减少,污染预防技术已经被纳入到整个生产和消费过程中。为了保证企业的可持续发展,清洁生产技术的推广在各个污染行业中势在必行。

2 清洁生产污染预防实施的要素和环节

清洁生产使企业在采用环境无害化技术的基础上,实现资源和能源的有效利用,降低成本,提高收益,改善环境,因而获得经济环境双收益。清洁生产的三个要素是废弃物最小量化、资源循环利用和废弃物的回收资源化。清洁生产的过程控制包括以下七个环节：①原材料的选择：尽量选用所谓环境友好材料,替代有毒有害物质;②环境无害化工艺：采用能够实现污染及原材料、能源、水消耗最低化的生产工艺;③环境无害化生产设备：采用无害化生产设备及计量系统,来保证无害化工艺的实施;④工艺过程控制：工艺过程控制应能使生产过程保持最佳状态;⑤科学的管理：企业要建立保障清洁生产的规章制度及监督体系。企业管理机构要具有高素质的清洁生产意识和能力,把清洁生产纳入日常管理的每一个环节,并有能力对企业生产过程进行经常性的自我审核;⑥员工素质：员工在生产各环节的操作是企业实施清洁生产的关键因素。特别是那些自动控制水准较低的企业,必须加强对员工清洁生产的培训;⑦环境无害化产品：这种产品在使用过程中对人体和环境不产生污染或危害,或将有害影响减少到最低程度[4]。为了使企业真正获得环境与经济的共赢,企业应该严格按照并有效执行清洁生产污染预防实施的三个要素和七个环节。

3 清洁生产在啤酒工业中的应用

啤酒生产在我国虽有百年历史,但迅猛发展还是近二十年的事,目前啤酒生产厂家已遍及全国各地,产量也逐年增加。自 2002年我国成为世界啤酒产销第一大国以来,我国啤酒总产量呈逐年增长的趋势,2007年完成啤酒产量 3 931.37万 kL,比上年同期增长 13.8%[3]。虽然我国啤酒行业发展形势喜人,但其所引发的环境污染却不容忽视,国内大部分啤酒企业规模小,管理较差,酒损高,排污较重。为了改变现状,不仅需加强对啤酒污水的“末端治理”,更需把清洁生产引入啤酒生产行业,将污染预防战略持续地应用于生产全过程,把“末端治理”变为“源头预防”,提高资源利用率,最大限度地减少污染物的排放量,真正实现经济效益和环境效益的统一。

啤酒生产过程中可分为制麦、糖化 (即制麦汁)、发酵过滤及包装四大工序。生产中所需主要原料有大麦、大米、水和酒花,啤酒酿造过程中向环境排放的主要污染物有：废水、酒精、废酵母、废气和废渣等。啤酒工业废水来源可分为两个阶段：麦芽制造阶段和啤酒生产阶段。一般情况下,1 t麦芽耗水 4.73 t,所产生的 CODCr负荷为 5.49 kg。啤酒生产过程中的麦汁、酵母、啤酒等的产污负荷是相当高的,1 g干酵母的 CODCr负荷约为 0.55 g,啤酒的CODCr值超过 130 g/L。

3.1 大麦代替部分麦芽生产啤酒技术

由于麦芽本身是由大麦制成的,他们有许多成分相同：大麦与麦芽具有相同的谷皮,皆可形成良好的滤层;大麦蛋白质与麦芽蛋白质基本性质相同,蛋白质分解工艺条件相同;大麦淀粉与麦芽淀粉基本性质相同。两者之间也有一定差别：大麦的酶系与麦芽的酶系不同,麦芽中含有多种酶,在糖化中起主要作用的酶有α-淀粉酶、β-淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶等;大麦中不含α-淀粉酶,蛋白酶含量很低,含有较高的葡聚糖酶;大麦中虽含有较高的β-淀粉酶,但一半以上与蛋白质通过 S—S键结合,不能发挥作用;然而在蛋白质分解较彻底的情况下,大麦中的β-淀粉酶可释放出来。根据大麦酶系较之于麦芽酶系的缺陷,在糖化时添加适量α-淀粉酶、蛋白酶进行弥补是可行的[5]。

目前我国的啤酒生产指标中,国家二级企业的吨酒粮耗不超过 1 902 kg,各种啤酒厂的这一指标实际为 171～429 kg。如以吨酒粮耗 190 kg计,则其中麦芽消耗为 123 kg,采用大麦代替部分麦芽生产工艺后,麦芽消耗为 76 kg,与传统工艺相比减少麦芽用量 47 kg,万吨啤酒减少麦芽用量 470 t。麦芽生产经济指标为吨麦芽耗水 4.73 t,吨麦芽产CODCr为 5 049 kg。不难得出以下结论：采用大麦代替部分麦芽生产啤酒工艺较之于传统工艺,万吨啤酒可减少耗水 2 223 t,CODCr负荷 2 580 kg,污水排出量也相应减少,同时减少了部分制麦过程,可以降低能耗,减少人力物力的投入,无论从经济角度还是从环保角度考虑,此工艺都有其可行性[6]。

3.2 啤酒废酵母回收利用技术

啤酒企业在啤酒生产过程中,每生产 1万 t啤酒,约有 15 t剩余酵母产生,其中 2/3是主酵母,这部分酵母质量较好、活性高、杂质少,回收之后约有1/5即 2 t用作接种酵母。其他 1/3是后酵酵母。在贮酒过程中,与其他杂质共同沉淀于贮酒罐底,一般弃置不用,排放于下水道内,由于其 CODCr负荷极高,造成很大的污染。总体来看,万吨啤酒可产生闲置酵母 13 t,总 CODCr负荷7150 kg,单从减少排污方面考虑,也应对这部分啤酒废酵母进行回收利用。啤酒废酵母中含有丰富的氨基酸、核苷酸及其他营养成分,经深度处理加工后的产物可应用于食品、调味品、医疗和啤酒酿造,可制成酵母抽提物、核苷酸、蛋白粉、酱油等[7]。

3.3 增加水重复利用率及废气、废渣的回收治理

在啤酒生产过程中为了节约水资源,减少废水处理量,在啤酒生产过程中应考虑将设备冷却水送至循环水站,经过降温后重复利用,同时也应加强啤酒生产过程中水资源的综合利用[8]。其次,锅炉烟尘控制,通过安装除尘器可以使烟尘去除率达到80%～90%;通过使用低硫煤从源头上预防污染的发生,将煤炭含硫量严格控制在 0.7%以内;并通过安装脱硫设备,从末端控制减少向大气中排放的SO2的量。同时,在啤酒发酵过程中,会产生大量的CO2气体,除部分溶解在啤酒中外,大部分外排,不仅造成资源浪费,而且还污染环境。建 CO2回收装置,把回收的 CO2代替压缩空气返回发酵大罐、酒罐或灌装机作啤酒背压使用,减少啤酒在生产过程中与空气中氧的接触,降低啤酒中的溶解氧,增加泡沫,改善口感,保持其特色风味,从而达到提高产量的目的。常见的 CO2回收工艺流程如图 1所示。另外,啤酒麦芽的生产过程中主要产生三种废料：麦根、炉渣及活性污泥,麦根可用作家畜饲料;炉渣用于制砖;活性污泥经无害化处理后用于堆肥[9]。

图 1 啤酒行业 CO2回收工艺流程图

4 结束语

对于啤酒企业来说清洁生产是一个在连续不断改进企业管理、生产工艺、降低生产成本、提高产品质量和减少环境污染的长期过程,不可能一蹴而就,啤酒企业只要进行生产,清洁生产就长期存在。啤酒企业必须抓好生产工艺和加强设备管理,改进技术降低啤酒生产各环节的损失从而减低排污;此外,啤酒企业在在抓好企业清洁生产的基础上,建立和完善环境管理制度是国际标准化组织 ISO14000标准的核心内容,是实现清洁生产战略目标的重要措施,这也是啤酒企业可持续发展的有效途径。

[1] 罗德裕,潘培丰,林克明.啤酒行业清洁生产评价初探[J].环境保护科学,2001,28(109)：48-50.

[2] 张 弛.关于啤酒生产企业清洁生产主要途径的探讨[J].赤峰学院学报 (自然科学版),2008,24(5)：95-97.

[3] 孙晓峰,李晓鹏.啤酒工业清洁生产技术需求探析[J].中国环保产业,2010,(2)：49-51.

[4] 韩晓泉,薛绍仁.关于推广无害化技术,促进清洁生产的战略思考[J].科学学与科学技术管理,2002,(2)：73-75.

[5] 张树平.采用生物酶技术,以大麦代替麦芽生产啤酒的研究[J].中国啤酒通讯,1996,(3)：51-54.

[6] 张 华,阚久方.啤酒工业清洁生产[J].环境导报, 2001,(3)：17-20.

[7] 张 华,阚久方,张雁秋.略论啤酒清洁生产[J].重庆环境科学,2001,23(3)：66-69.

[8] 李志林.浅谈啤酒企业的清洁生产 [J].啤酒科技, 2000,(12)：44-45.

[9] 邹法俊,王 琴,王世香.信阳啤酒集团清洁生产分析[J].信阳农业高等专科学校学报,2002,(2)：12-14.

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：1003-3467(2010)14-0003-03

2010-05-21

陈春梅(1978-),女,工程师,从事市政污水处理工程,电话：15986145606。