米淀粉及其副产品清洁生产绩效评价研究

李 丽，沈德富

(南通市环境监测中心站，江苏 南通 226006)

1 引言

传统的米淀粉加工业呈粗放型发展，高浓度米浆水与米淀粉粉尘及其米糠不考虑重复利用直接排入水体和空气中，造成资源浪费和环境污染，且带来末端污染防治设施投资多、难度大、运行成本高等问题。清洁生产绩效评价是环境污染源评价的组成部分，笔者根据过程控制与管理的原理，采用工艺现场调查，建立物料平衡与实测工艺物料投入与产出的分析方法，开展生产工艺资源能源利用率及其污染物产生分析与评价，揭示了传统米淀粉工艺中资源、能源消耗量大、二次资源化程度低、污染物产生量多的问题，评价结果为研究制定产品工艺技术改造方案提供了详实依据，推动了米淀粉生产的节能减排。

2 研究内容

高浓度米浆水、米淀粉粉尘与米糠再利用，即:从稻谷→大米→浸泡→洗米→粉碎→脱水→干燥→过筛→米淀粉及其副产品 (米粉汤团、变性淀粉、糖果等)，将原工艺中流失的米浸泡、洗米、粉碎和脱水产生的高浓度米浆水与干燥、过筛及其包装过程中产生的米淀粉粉尘等米糠作为二次资源，建立米淀粉及其副产品加工链，提高大米及其相关资源的利用率，降低末端污染防治设施的投资和运行费用，减少污染物排放。

鉴于国内尚无米淀粉行业“清洁生产审核标准”，因此，建立米淀粉清洁生产绩效评价指标［1］系本文的研究内容之一，根据米淀粉及其副产品绩效评价特点，考虑绩效评价指标:(1)经济指标包括:生产产值、纳税额、利润 (万元/年);(2)资源能源利用指标 (单位产品):大米利用率、电、自来水、标煤的消耗;(3)污染物产生指标(末端处理前):废水产生与排放量、CODCr产生总量、烟尘、SO2、氮氧化物;废物回收利用指标:米浆水回收利用率、米糠回收利用率、米淀粉粉尘回收利用率，产品合格率等。

3 研究方法

3.1 调查法［2］

运用工艺过程控制与管理的原理和方法，调查技改项目承担单位预算指标账、会计账册、凭证，研究专项资金的入账和使用情况;调查项目资料，研究立项和审批的合规性、项目验收的及时性;实地调查项目承担单位的生产记录、操作记录和项目实施现场等，研究项目是否存在重视执行期管理、轻视项目后期管理的现象。

3.2 统计分析法

采用物料平衡和实测法对技改项目生产单元的单位产品资源能源、原辅材料等消耗、产品得率及其污染物产生与排放量进行统计分析，了解项目的资金投入、项目实施以及绩效情况，为绩效评价建立基础。

3.3 类比法

在项目绩效评价研究中，对照可行性研究报告，对项目实施前后的单位产品资源、能源消耗(节水、节电、节煤等原辅材料消耗)和污染物产排 (废水、废气、固体废物等指标)的数据进行统计分析，就项目实施后产生的经济绩效和环境绩效做出评价。

4 研究结果

4.1 经济绩效显著

公司从资金积累中划拨300万元，向银行贷款350万元，申请退税、环保等部门基金50万元，合计700万元，作为共享资源和互换副产品的产业共生组合项目资金，运用生产全过程控制与管理的原理和方法，改进工艺、引进设备;新建葡萄糖车间1500m2、米糠仓库1000m2、米浆水沉淀池两座;制定作业规程，实施米淀粉及其副产品生产全过程控制与管理，获得良好的经济效益 (表1)。

表1表明:(1)技改后的产值提高了1356万元，按利润18.74%计，年获经济效益254.11万元;(2)锅炉以米糠连同秸杆为燃料，年节标煤约4000吨，按标煤500元/吨计，价值200万元，年生产碳黑387.5吨，价值8.91万元;(3)回收米浆水提取850吨葡萄糖，年获13.6万元;提取米蛋白800吨，年获12万元;(4)回收蛋白质颗粒为养殖场节约了5万元/年饲料费，年综合经济效益为545.38万元，增加纳税92.71万元/年，约两年收回成本，实现了技改目标。

表1 技改前与技改后经济绩效统计分析Tab.1 Economic performance analysis before and after technological upgrading (万元)

4.2 环境绩效明显

废弃物二次资源化获取了良好的环境效益(表2)。

表2 技改前与技改后环境绩效统计分析Tab.2 Environmental performance analysis before and after technological upgrading (吨/年)

表2表明，(1)技改前年产生高浓度有机废水113484吨，技改后为3000吨/年，削减率为97.36%，CODcr较技改前削减了99.96%。废水排放浓度:pH 值 8.2、CODcr84mg/l、BOD547mg/l，达到了《污水综合排放标准 (GB8978－1996)》中一级标准的要求，有效地消除了水环境的污染;(2)1766吨米淀粉粉尘经加酶催化和工艺提取生产成糖果，无法利用的淀粉渣，经压滤、烘干后成为动物饲料;(3)年产7750吨的米糠成为燃料生成碳黑，解决了米糠粉尘污染居民生活环境的问题，年削减烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放量分别为215.69吨、64.43吨和23.49吨，其废气排放满足《锅炉大气污染物排放标准 (GB13271－2001)》二级标准 (烟尘＜250mg/m3、林格曼黑度＜1级、SO2排放浓度＜1200mg/m3)。

4.3 产品指标改善

技改后，产品合格率由原来的92%提高到98%，其余指标统计 (表3)。

表3 技改前与技改后产品单耗指标统计Tab.3 Product unit consumption before and after technological upgrading

表3表明，米淀粉单位产品资源、能源消耗、污染物产生与排放指标有了明显改善。(1)单位产品电耗、标煤消耗分别为17.28kwh和0.1864吨;(2)高浓度米浆水产生与排放均削减到0.167吨，CODCr产生量由原来的170kg下降到0.07kg，综合利用率＞95%;(3)米糠与米淀粉粉尘综合利用率＞90%。

5 结果与讨论

5.1 原有生产工艺及其存在问题［3］

米淀粉生产主要流程为:稻谷精制米→浸泡→洗米→粉碎→脱水→干燥→过筛→成品包装。原有生产过程中物质流失量大，原辅材料利用率低，其有机废水、淀粉粉尘等有机污染物产生浓度高，易发酵，环境问题突出。为体现评价结果的真实性，采用物料平衡与实测工艺相结合的方法进行投入与产出物料平衡分析 (表4)。

表4 技改前工艺输入与输出物料平衡分析Tab.4 Mass balance analysis before and after technological upgrading (吨)

表4表明，米淀粉生产过程中，按年生产能力18000吨计，投入稻谷31000吨、年生产米淀粉18000吨、耗水总量110000吨、耗标煤约4000吨、耗电1520833.33kwh;单位产品 (T/T)消耗分别为1.292吨、6.11吨、0.1864吨和84.49kwh;年产生米糠7750吨、洗米水45484吨、米浆水68000吨、淀粉粉尘1766吨，单位产品污染物排放量(T/T)分别为 0.43吨、2.53吨、3.78吨和0.0981吨，资源综合流失率达87.23%，生产单元物质流失较为严重 (图1)。

5.2 产生问题的原因分析

米淀粉生产单元污染物产生工艺流程 (图1)。

图1 米淀粉生产单元污染物产生工艺流程图(吨/年)Fig.1 Pollutants production process flow chart of rice starch production unit

由图1提示，技改前，主要污染物为米糠、淀粉粉尘以及高浓度米浆废水。米糠主要来源于精制米生产线，米淀粉粉尘主要来源于半成品露天堆放和干燥与过筛工段的粉尘飘落，此外，浸泡米、洗米、粉碎和脱水过程中排出的高浓度废水 (CODcr18000～35000mg/l)影响水体自净，发生富营养化，使之失去了养殖、生产和生活使用功能，附近居民连年上访。

专家论证认为，精制米加工和米淀粉生产过程中产生的米糠、米浆水、洗米水和米淀粉粉尘等废弃物的流失浪费了资源，因此，提出了废弃物二次资源化的方案。通过科学设计物流、水流和能流的传递方式，利用产品共享资源和互换副产品的产业共生组合，形成高效益的物质转换系统。在经济、技术合理和环境可行的条件下，对米糠、淀粉渣和高浓度淀粉液进行二次资源优化，建立废弃物资源化梯级利用链，使其达到运行高效、投入和污染物排放减量化的目的。

5.3 清洁生产方案及其实施

5.3.1 米糠资源化

年产7750吨的米糠按图2所示进行二次资源化，米糠由引风机经风管输送至米糠库，经风管输送时可去除米糠中的水份，保持干燥，确保燃点;米糠库将锅炉难以消化的成分储存起来，以便米淀粉加工停产时保证锅炉的燃料供应，该工艺简单易行，只需接入输送管道将米糠送入锅炉，即可由锅炉进料自动监控器调节，使进糠量与风量维持在一定的数值范围内，米糠连同秸秆替代燃煤，节约标煤4000吨，年降低生产成本约200万元，锅炉产生的蒸汽作为米淀粉及其副产品生产的蒸汽来源;考虑米糠与秸秆 (二次资源化)控制炉温和引风量，实施不完全燃烧，形成“碳黑”387.5吨/年，按每吨碳黑230元计，年获得8.91万元经济效益，植物性“碳黑”中含碳元素60%以上，还含有氮、磷等元素，含硫量和灰分较低，这些碳元素随施肥缓慢进入土壤有机碳库中，促进土壤中有机碳的循环，修复土壤受农药、化肥侵蚀之影响，促其恢复生态功能。

图2 米糠二次资源利用工艺流程图Fig.2 Utilization of secondary resource process flow chart of rice bran

方案设计运行，处理后锅炉废气达到《锅炉大气污染物排放标准 (GB13271－1996)》二级标准 (烟尘＜250mg/m3、林格曼黑度＜1级、SO2的排放浓度＜1200mg/m3)。

5.3.2 米淀粉乳与淀粉渣资源化

根据工艺单元实测，米淀粉生产年耗用大米23250吨，耗水11万吨，其废水总量113484吨(含米淀粉浆比重较大)，其中:洗米水45484吨(沉淀分离后部分利用)，占废水总量的40.08%;高浓度米浆水68000吨，占污水总量的59.92%;其次烘干、过筛过程中产生米淀粉粉尘1766吨/年，回收后成为次级淀粉经济价值低，弃置则资源浪费，将其加酶催化和工艺提取生产糖果，无法利用的淀粉渣含有大量的蛋白质，经压滤、烘干后成为动物饲料。米淀粉乳与淀粉渣资源化工艺流程(图3)。

图3 米淀粉乳、淀粉渣资源化工艺流程图Fig.3 Resource utilization process flow chart of starch milk and starch pulp

由图3提示，米淀粉乳经过脱水→干燥→过筛成为米淀粉。淀粉浆水和淀粉渣搅拌加蛋白酶催化(利用酶的专一性)，米淀粉与蛋白分离后采用旋液分离器，分离出蛋白质和淀粉渣;蛋白质经压滤→烘干→蛋白质颗粒作为饲料，淀粉渣→加酶反应→脱色→过滤后送糖厂制成葡萄糖，国内外已有成熟的生产工艺，购置设备就可实施。

实施与运行，淀粉生产过程中年产生的高浓度淀粉浆水和淀粉渣约6.8万吨，总量的30%直接送饲料场;其余经工艺提取年生产葡萄糖850吨，每吨价值1600元，获13.6万元;提取米蛋白800吨，每吨价值1500元，年获12万元;回收的蛋白质颗粒每年为养殖场节约5万元的饲料费 (28.31万元/吨)。

经提取后的废渣经管道输送到公司的养殖场作生猪饲料，正常存栏6000头，年出栏生猪13000多头，形成产值500多万元。养殖场的猪粪通过发酵处理，进入沼气池产生沼气和有机肥，有机肥作为公司产业化基地的基肥:(1)改良了土壤;(2)减少了化肥的使用量，既节约成本，又减少了化学物品的残留。

6 实施效果及其评价［4］

6.1 经济效益显著，年获综合经济效益545.38万元，增加纳税92.71万元/年。其中:技改后产值提高了1356万元，年获经济效益254.11万元;锅炉以米糠连同秸杆为燃料，年年节标煤约4000吨，价值200万元;年生产碳黑387.5吨，价值8.91万元;回收米浆水提取850吨葡萄糖，年获13.6万元;提取米蛋白800吨，年获12万元;回收蛋白质颗粒为养殖场节约了5万元/年饲料费。

6.2 环境绩效明显，年削减废水110484吨，较技改前削减97.36%，CODCr削减了3062.81吨，较技改前减少了99.96%;米糠连同秸秆作为燃料后，年削减烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放量分别为215.69吨、64.43吨和23.49吨。

6.3 产品指标改善，米淀粉及其副产品单位产品资源、能源消耗，污染物产排指标较技改前有了明显改善。①单位产品电耗、煤耗分别为17.28kw·h和0.1864吨;②高浓度米浆水产生与排放均削减到 0.167吨，CODCr由原来的 170kg下降到0.07kg，综合利用率＞95%;③米糠与米淀粉粉尘综合利用率＞90%。

6.4 清洁生产绩效评价是清洁生产审核的基础工作，也是污染源评价的组成部分，其评价结果是界定产品工艺水平和研定工艺技术改造方案的依据，只有持续对产品工艺进行绩效评价，优化产品结构调整，才能提高资源能源和原辅材料的利用率，有效地推进节能减排，实现经济发展与环境保护的双赢。

［1］程 亮，吴瞬泽，孙 宁，等.论中央环境保护专项资金项目绩效评价指标体系构建［J］.环境科学与管理，2010，(11):189-194.

［2］沈德富，吴玉军.清洁生产项目投资绩效评价及其对策研究［J］.环境与可持续发展，2008，(6):33-35.

［3］王明霞，冷 玥，李晓红，等.投资项目后评价的方法及应用探讨［J］. 炼油与化工，2012，(1):48-50.

［4］刘丽娜，李梦隐.石油钻井行业清洁生产评价体系研究［J］.再生资源与循环经济，2012，5(6):35-39.