承德绿色食品产业废水处理与再利用对策

李爱红，刘长占，吴效楠，程忠玲，潘滋涵，强琳辉

(河北石油职业技术大学 化学工程系，河北 承德 067000)

绿色食品产业是承德市“十四五”期间要做大做强的“3+3”主导产业之一，发展目标是建设千亿级京津绿色农产品供应基地，实现全产业链打造。与此同时，高标准建成京津冀水源涵养功能区是承德市确定的二〇三五年远景目标之一。

食品加工过程包括原料浸泡、洗涤、加工、消毒、冷却等，这些单元耗水量大，同时将产生大量污水。与其他行业产生的废水相比，食品加工废水毒性较小，但其中所含的高浓度有机营养物质会消耗水中大量的溶解氧，导致水生动植物死亡、水体黑臭、自净化功能丧失，水生态环境被破坏[1]。2020年3月，生态环境部首次发布了《食品加工制造业水污染物排放标准》(征求意见稿)[2]，要求现有食品加工企业自2022年7 月 1 日起不再执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)[3]中的相关规定。前者对于多种污染物和单位产品基准排水量均提出了更严格的排放要求。

综上可见，在国家环保政策越来越严格的背景下，基于承德市区域与产业特征，研究食品加工行业的废水处理及再利用对策，对于承德绿色食品产业的健康发展和水源涵养功能区的高质量建设具有重要而紧迫的意义。本文将针对承德市绿色食品行业废水处理与再利用的现状与存在问题，采用系统工程方法，从源头减排、资源回收、企业内部集成回用、更大系统内再利用等角度，为该问题提供科学有效的对策建议。

1 承德市绿色食品产业废水处理与再利用现状

1.1 总排放量大

食品加工制造业是人类的生命产业，有些工业发达国家中食品工业的产值仅次于机械制造业居第二位。然而与其他行业相比，食品加工制造过程产生的废水量相对较大。以一个年产10万吨水果罐头的食品企业为例，取《征求意见稿》[2]中规定的基准排水量(30t/t产品)，则该企业每年排放废水300万吨。实际上，目前承德不少食品厂的单位排水量远大于将要实施的新标准[2]中的规定值。据《中国环境统计年鉴》报告，2016年我国农副食品加工业废水排放量为138 910万吨，居工业细分行业的第五位。

1.2 再利用率低

将废水适当处理后再利用是工业生产中降低新水消耗最有效的途经之一。食品加工行业用水要求较高，必须符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)[4]，这导致了废水在企业内部难于实现较高的再利用率。问卷调查显示，承德市大多数食品加工企业的用水全部为新水，且新水来源全部为地下水，只有少数几家使用了不到20%的再生水。国务院于2021年9月15日通过的《地下水管理条例》规定：取用地下水的单位和个人应当遵守取水总量控制和定额管理要求。这意味着当企业有更多的用水需求时，必须采用先进节水技术、加强废水深度处理回用等措施来降低新水消耗。

1.3 处理费用高

由于思维的定势和技术的限制，许多食品企业内部缺乏适宜的废水利用途径，而不得不花费高额费用将其处理至达标排放。目前，大多数企业将废水处理至符合《污水综合排放标准》(GB 8979—1996)[3]三级标准后排入地方污水管网，再由污水处理厂深度处理。少数企业选择将废水处理至符合《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918—2002)》[4]一级A标准后排入地表水体。目前，根据产品种类、处理工艺和处理程度的不同，承德市食品企业每处理1吨废水的费用多在3～7.5元之间。

2 承德市绿色食品产业废水处理与再利用面临的问题

2.1 废水排放量及处理难度将进一步增加

2021年，承德市拥有省级农业产业化重点龙头企业105家(仅次于邯郸市的110家，排在全省第2位)，这些龙头企业中半数以上涉及食品加工制造过程。随着政府扶持力度的加大，食品加工制造企业数量将快速增加，同时产业链将进一步向精深加工方向延伸。越精深加工，产生的废水量越大，废水成分也越复杂。所以，绿色食品产业的发展与升级将对业内企业的废水处理能力与处理技术水平提出更高的要求，同时也将给当地的污水处理企业带来新的考验。

2.2 小企业数量多，环保理念差

除了重点龙头企业外，承德市还存在着数目众多的小型食品加工企业，甚至是小生产作坊。一方面，小企业技术落后、资金短缺，这就导致他们为了节省成本，擅自简化废水处理工艺、甚至不加处理直接排放；另一方面，食品加工废水对人体基本无毒无害的事实导致了他们轻视废水处理环节，对食品废水会严重破坏环境水体的认知不足。国内小型食品企业偷排废水污染地下水、导致当地水体发黑发臭的实例已经很多。所以，小食品企业对水生态环境的影响更是不容忽视。

2.3 先进回用理念缺乏，政策响应不够积极

多个文件规定了未来一段时间制造业应达到的绿色发展指标，例如《中国制造2025》提出到2025 年单位工业增加值用水量应比2015年下降41%、《承德市可持续发展规划(2018—2030年)》提出地下水开采量由2020年的4.11亿m3降到2025年的4.03亿m3的约束性指标。然而，所调研的食品加工企业大多没有意识到紧迫的节水减排压力。水系统集成技术可以通过科学分配水质和水量而实现新鲜水消耗和废水排放量同时最小化的目的，目前已成为工业节水最行之有效的途径之一，但没有企业了解该项技术。

3 承德市绿色食品产业废水处理与再利用对策建议

食品加工制造业废水的处理达标率和再利用率远低于其他行业，需要多措并举降低该行业的废水排放量和污染物排放浓度。可采用的有效手段包括加强行政监管、加快技术创新、系统内外回用等。承德为多山地貌、矿产资源丰富、农业产业正在稳步发展，这些因素为食品行业废水的低成本处理、储存与再利用提供了有利条件。

3.1 加强行政监管

首先，相关部门应加强宣传，提升食品加工企业的环保意识，使他们认识到废水中所含的大量有机营养物质对水生态环境造成的巨大破坏作用；此外，要向企业宣讲国家、省、市发布的关于用水与废水方面的政策、标准和法律法规，推行绿色发展理念。其次，要健全监管机制、堵塞监管漏洞，杜绝偷排漏排现象，严格依法惩治超标排放行为。最后，相关部门要从科技创新、金融投入、发展环境等方面加以扶持、帮助企业实现可持续健康发展。

3.2 降低源头排放

当今科技快速迭代更新。淘汰落后技术、采用先进技术，不仅可以从源头上降低废水排放量和废水中污染物浓度，而且可以提高生产效率、改善产品品质，从而实现经济效益、社会效益与生态效益共赢。近些年，超临界CO2萃取、超微粉碎、脉冲磁场杀菌等高新技术改变了传统的高耗水加工方式，且生产过程安全、无毒、高效。

例如，在胡椒的三种不同脱皮工艺中，传统水呕法(A)、微生物酶法(B)和冷冻机械法(C)产生的废水污染物指标依次降低,而B法所得白胡椒品质最优、C法脱皮时间最短。因此，淘汰A工艺、采用B与C结合工艺应为该类企业的升级改造之选[5]。再如，大蒜加工废水中含有具强杀菌作用的大蒜素，采用常规处理方法难以做到达标排放，废水污染问题已经成为大蒜产业发展的瓶颈。将大蒜依次经去皮、破碎、冷冻干燥、超临界CO2萃取，则可突破传统方法生产中废水问题的制约[6]。

3.3 回收有用组分

食品加工过程中的某些废弃物在废水中为污染物，但如果将其回收利用，则转化成了有经济价值的产品。所以，在食品加工流程中增加有用组分的回收工序，既能降低末端的处理负荷、又能提高企业自身的经济效益，一举两得。在设计回收工序时，应注意选取简单有效且不能引入新污染物的工艺方法。

例如，水产品加工中的多次漂洗会产生大量的废水，但同时也会造成约30%的可溶性蛋白流失到废水中。采用沉淀、膜分离等方法回收废水中的蛋白质，不仅可以大大降低废水的处理费用，而且减少了营养成分的浪费。回收的蛋白质制作成饲料、鱼糜制品等，增加了企业的经济效益[7]。再如，豆制品生产中的浸泡、设备清洗和压榨过程会产生大量废水，其中含有大豆乳清蛋白、低聚糖和异黄酮等成分。采用膜分离和絮凝等技术几乎可完全回收废水中的有价值成分，没有二次污染，且节约了大笔的废水处理费用[8]。

3.4 强化企业内部回用

尽管食品工业用水要求严格，但合理的回用不会对人们的健康造成影响。水系统集成技术将整个用水系统作为一个有机整体，通过科学分配水质和水量实现最大程度的回用，是工业节水最行之有效的途径之一[9]。国内外水处理专家倡导“就地处理、就近回用”的理念，所以应优先考虑将适当处理后的废水在企业内部回用。

罐头是承德绿色食品中极具竞争优势的产品，但罐头产品耗水量巨大，且废水中含有大量的有机物而使得处理成本很高。柑橘罐头不同生产单元的排水按污染程度可分为轻度、中度和重度，其中轻度污水占总排放量的50%以上，将其单独收集并经较简单处理即可满足生活饮用水卫生标准，从而可循环回用于原用水单元，将耗水量/吨产品降低40%以上[10]。樱桃番茄果脯生产中，将糖煮废水添加0.12%的皂土降黏后，可代替新鲜糖水回用于腌渍果脯，且获得了更好的营养成分和感官风味[11]。榨菜生产过程废水产生量大、高盐度、高COD值，经昂贵复杂的处理后排放仍可对环境造成一定影响。将工艺水分成低盐漂洗水和高盐腌制水分别进行收集，前者可经电渗析脱盐再杀菌后循环回用于漂洗工序，后者可经稀释后回用于腌制泡菜或直接蒸发回收盐分[12]。

3.5 扩大再利用系统

废水在企业间(或工业园区内)回用可获得比在企业内部回用更好的节水减排效果，因而近些年来受到了越来越广泛的关注。如前所述，许多情况下食品加工废水在企业内部的回用难度高于其他行业，所以更应考虑扩大再利用的范围。

3.5.1 处理后作为农业灌溉用水

农业灌溉用水占我国用水总量的55%以上。如表1所示，农田灌溉的水质要求[13]远低于即将施行的食品加工制造业污染物排放标准[2]，同时食品深加工企业又常建于农田附近，不需建设长距离的输送设施。所以，将食品企业废水处理后用于农田灌溉符合“就地处理就地回用”理念，是一个既经济可行又能避免污染物流入水体的废水再利用方案。需要注意的是，农田灌溉水质标准中[13]规定了重金属和阴离子表面活性剂的限制值，食品加工废水回用于农灌时要密切关注该两项指标。

表1 食品加工制造业污染物排放标准与农田灌溉水质标准的对比

早些年污水农灌曾因处理技术限制与管理不规范等原因引发一系列生态与卫生问题。研究表明，只要严格依标准控制灌溉水质，就不会对农田造成污染。例如，哈尔滨市某绿色食品产业园将马铃薯淀粉废水经一定处理后用于农田灌溉，达到了节约水资源、节省肥料、促进作物增产及减缓环境污染的多重目的[14]。河北省典型地区再生水灌溉与利用实施情况也表明了再生水灌溉具有明显的经济、社会和生态效益[15]。

3.5.2 处理后作为工业用水

承德地区建有大量的石材厂、采矿厂、选矿厂等对水质要求不高的工业企业。将食品加工企业产生的废水经适当处理，回用于上述企业，可以大大降低新水消耗。工业企业回用水质可参考《城市污水再生利用 工业用水水质》(GB/T 19923—2005)[16]。如表2所示，即将施行的食品加工制造业污染物排放标准[2]与工业用水中要求较低的直流冷却水和洗涤用水水质要求相当，在保证食品废水中氯离子、总硬度、总碱度和硫酸盐的浓度满足要求后，可直接回用作工业直流冷却水和洗涤用水。

表2 食品加工制造业污染物排放标准与工业用水(直流冷却水、洗涤用水)水质标准的对比

耿婧婷[17]在研究低碳工业园区水资源循序利用策略时，依排水规律、排水污染程度和特征污染物等因素筛选出电子信息、生物制药和新能源汽车企业中回用潜力较大的水流，计算表明三家企业内部回用的节水潜力分别为 28.8%、31.9%、6.3%，而厂际间回用的节水潜力可提高至80%、75%、49%，可见厂际间利用可显著提高工业园区的整体节水潜力。承德市绿色食品产业园区化发展时应综合考虑“种植或养殖-预加工-精深加工”产业链中废水的处理与回用问题。

4 结论与展望

1)绿色食品产业的废水处理与再利用对承德市的水生态环境保护意义重大，但目前承德市绿色食品产业存在着小企业数量多、环保理念差、技术水平参差不齐、政策响应不够积极等问题。除了要加强政府监管外，本文主要从以下两大方面提出了对策措施：通过引入新技术、新工艺、新设备来降低源头排放和回收有用组分，以达到既降低废水排放量又增加企业经济效益的目的；通过采用水系统集成技术来实现企业内部最大回用以及扩大再利用系统，以达到既降低新鲜水消耗量又降低废水处理费用的目的。

2)随着加工产业链的延伸，承德市绿色食品产业废水处理与回用的压力将进一步增大。只有联合采取上述措施，相关部门对新政策、新标准、新法规加大宣传、加速推行、加强监管，企业不断提升社会责任意识、科技创新能力、绿色发展理念，才能实现承德市绿色食品产业的可持续健康发展，从而更好地服务于京津冀水源涵养功能区的高质量建设。