应对乳品生产的水处理挑战


作者:Leno Cavarra 日期:2017/05/16 来源:PROCESS《流程工业》

采用创新的水和污水处理技术,解决乳制品生产的废液处理和回收难题——水是加工牛奶等乳制品所必需的最主要资源,面对更高的生产成本、竞争压力和日益严重的环境治理等问题。乳制品生产商们一直在寻求更完美的节水和污水处理解决方案,在保证质量和卫生标准的同时进一步降低成本和提高效率。

对于富含骨骼生长所需的钙和重要营养素,牛奶在健康均衡的人类饮食结构中起到了关键作用。大约7 500年前,人类开始饮用牛奶,且这一习惯一直延续至今。2015年,全球共消耗了1 074亿L牛奶,意味着世界各地已经形成了一种饮用牛奶的文化。这种有益健康的全能食品现已得到广泛普及,同时也是奶酪、酸奶及冰淇淋等多种乳制品的主要原料。

随着全球乳制品的需求持续增加,乳制品厂商不得不加紧生产,进一步提高了原配料的消耗——其中一个配料就是水,加工牛奶所必需的最主要资源。除了用作原料外,水也广泛用于消毒加工设备的冲洗、加热和冷却水等应用中。

耗水大户

牛奶生产需要水并不是秘密,但你是否知道生产1 kg的乳制品需要4 L的水?更让人吃惊的是乳品加工会排放大量的污水,仅1 kg的乳制品就会产生14 L的污水。

乳制品污水往往富含有机物、脂肪、油脂(FOG)和悬浮固体,不适宜直接排入下水道系统或海水中。如果未经处理,废液中的过量可溶物就会对环境造成不利影响,耗尽水体中的氧气,导致水生生物死亡,进而造成严重的水体污染。

个别情况下,奶牛场排出的污水为生产商提供了宝贵的机会,企业主不得不应对乳制品更高的生产成本、价格波动、竞争压力和日益严重的环境治理等问题。在非接触应用中,污水回用具备良好的前景,他们寻求在保证质量和卫生标准的同时进一步降低成本和提高效率。

最大化生产和社会效益

考虑到法律、社会和经济等因素,鼓励乳制品厂商处理他们的废液和优化他们的用水。越来越多的公司开始采用创新的水和污水处理技术,并转而寻求威立雅水务技术这样专业公司的支持。

回用废液

为帮助乳制品生产商降低他们外部的耗水量需求,专业的供应商开发出了创新的节水技术,通过更新内部工艺水,优化用水和在源头处理水。例如,回收乳制品蒸发产生的冷凝液是生产商可以考虑的一个轻松起点。利用符合卫生标准的反渗透(RO)系统,冷凝液回收的效益可扩展到节约耗水量和热能回收。

水汽冷凝液可回用于不同的应用,其中包括锅炉和冷却塔给水、定位清洗(CIP)水、奶粉的冲调乃至干酪冲洗水。冷凝液是一个良好的热能来源,还允许预加热产品或锅炉给水,回收热能,从而使生产商显著节省加热成本。

用于锅炉和蒸汽布气系统的蒸汽冷凝液回收液也可降低运营成本、药剂用量和锅炉补水需求量。此外,一个冷凝液回水系统还可降低能源成本,因为,热冷凝液不再需要大量的重新加热。

处理污水

在排放前处理乳制品污水时,可应用广泛的技术,比如移动床生物膜反应器(MBBR)、MBR和序批式活性污泥反应器(SBR)。取决于乳制品污水的复杂性,能去除98%以上的COD和总悬浮固体颗粒,该创新技术占地空间小,在现场集成,提升废液处理性能,可显著节省运营成本。这些解决方案包括威立雅的Biobed® Advanced、Biobed® Modular Plants(模块化小型厌氧反应器)、AnoxKaldnesTM MBBR和BiosepTMMBR。

由于解决方案能够生产再生能源和沼气,这些技术还为奶农提供了附加的绿色效益。沼气由有机物的自然分解产生,是一种碳中和燃料,可以提供与燃气热电联供(CHP)设备相同的优点,减少了大气中的甲烷排放量。

并非每个乳制品加工厂都以类似的方式运营,故专业的废水解决方案提供商针对独特的处理需求设计工艺总包解决方案,为生产商提供附加值。例如,在处理奶酪和乳清生产期间产生的高浓度废液时,威立雅的创新的Memthane®厌氧MBR就是一个很有效的解决方案。此技术用错流超滤膜去除高化学需氧量(COD)悬浮固体(SS)和脂肪、油脂(FOG),成功处理了过去被认为无法通过传统工艺处理的高浓度和高固体成分废液。

个别情况下,对于期望进行污水进行回用的生产商,他们的处理需求也不尽相同。在雀巢公司的一个早期项目中,威立雅安装了Aquantis膜生物反应器,这是一个精处理系统,生产出的滤液几乎不含固体,并进一步集成了一个反渗透处理工艺,以留住溶解固体和盐分。在威立雅的支持下,雀巢公司当时能够将处理过的水回用于冷却、清洗和工业用途,对每天节省160万L地下水做出了有效的贡献,节水量相当于6 400个墨西哥人的平均日用水量。这只是先进污水处理技术如何帮助生产商减轻污水挑战和提高环境绩效的个例。

案例应用

去除95%的废液COD

Woodlands Dairy(Pty) Ltd公司位于南非东开普省Humansdorp,在南非的东海岸,Woodlands乳品加工厂需要一个可行的处理解决方案,以减轻公司不断增加的工艺废液流。除了奶酪厂外,乳制品加工厂还建有一个牛奶杀菌和包装厂。随着生产量的升高,Woodlands Dairy发现,工艺废液也在大量增加,以至于难以在其组合废液池中进行处理。

为有效地缓解生产商的污水处理需求,威立雅提议建一个资源回收厂(RRP),能够每天处理3 600万L(MLD)废液。RRP采用了威立雅的Biothane Memthane®技术,这是一个简单的全自动化系统,与传统的技术相比,可显著降低总运营成本。

组合了厌氧生物处理和膜分离的Memthane®技术是一个环保的污水处理系统,能够最大化去除COD和总悬浮固体(TSS)、最小化处理成本并生成富甲烷沼气。在威立雅的支持下,Woodlands Dairy设法处理其不断升高的废液需求,工厂废液浓度完全降到市政标准以下。

创建第一个零碳排放的鲜奶加工厂

Arla食品(Arla)是一个全球性的乳制品公司和奶农自有合作社,在12个国家建有生产厂。随着其在英国白金汉郡艾尔斯伯里的新乳品加工厂的投产,Arla现可年处理10亿L的牛奶。公司渴望引进先进的污水处理和水回用技术,力求创建全球首个零碳排放的鲜奶加工厂。为支持客户实现其愿景,威立雅提议采用Biothane Memthane®生物反应器,这是一个创新的技术,综合了厌氧处理与外部错流超滤的优点。能够每天处理500 m3的污水,并可去除99%的COD,反应器还最大化了TSS去除率,从而取消了处理成本并生成富甲烷沼气。

在威立雅的支持下,Arla还能在反渗透系统中处理低浓度污水和灰水,用于其乳制品加工厂中回用。此外,生成的沼气还用于给现场的热电联产(CHP)设备提供燃料,进一步使客户接近其设定的碳中和目标。

期冀未来

污水管理对环境有积极的影响,可消除废液流中潜在有害的污染物。雀巢公司和达能公司等领先的乳制品公司已在全球的工厂中实施了严格的排放标准,信守了他们对环境可持续性做出的承诺,给小型乳品厂树立了榜样,使得他们紧随其后并遵守当地的排放标准,携手努力减轻乳品行业面临的污水挑战。

在处理乳品废液中,重要的是让生产商明白,不能简单复制别的生产商的污水处理方法,原因在于,即使他们的工厂生产相同类型的乳制品,其污水处理需求也会有很大的差异。在集成污水处理技术时,应考虑包括污水量、工厂规模和当地排放标准在内的诸多因素。对于那些试图进行废液回用的生产商,一般需要比那些主要将处理乳品废液进行排放的生产商更复杂的解决方案。

除了能使乳制品厂商把精力放在自己的核心业务上外,专业的水处理供应商还确保了乳品加工厂能够符合污水处理先进的卫生标准和法规要求,保障其经营业务的合法性,以免遭受政府的处罚和企业公信力危机。

无疑,乳制品公司在转而求助专业的水解决方案提供商时,会获得很多收益。随着乳制品消费持续增加,生产商期望进一步发展业务,通过污水处理解决方案潜在地将乳品废液转变为可再生资源,造福于作为一个整体的行业和环境。