乳制品行业用水特性与节水措施分析

曹中华

（河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063000）

乳制品行业用水特性与节水措施分析

曹中华

（河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063000）

近年来我国乳制品行业迅速发展，乳品企业在为提高人民生活水平做出积极贡献的同时，也带来了高耗水量、高排水等用水问题。基于蒙牛等乳制品企业水平衡测试成果，通过深入调查乳制品企业用水工艺流程，研究了乳制品企业CIP冲洗、蒸汽杀菌、冷却等用水环节的用水规律和特点，剖析了企业用水量和排水量双高与生产工艺内在要求之间的必然联系。最后，根据研究结果给出了乳制品行业充分合理利用水资源的措施建议。

乳制品；用水特性；排水率；节水措施；水资源综合利用

1 研究背景

乳品含有多种维生素和免疫活性因子，具有营养丰富、物美价廉、食用方便的特点，随着中国人口、收入的增长，城镇化的加快及乳品安全水平的提高，中国乳制品消费增长显著，2011年城镇居民奶类消费量为21.08kg/人［1］。过去5年中，乳品行业的销售增长较为稳定，绝对量逐年递增，截止2012年12月，全国乳制品产量达2548.19万t，同比增长8.07%［2］。

乳制品行业是高耗水的行业，其用水量与产量密切相关，随着产量的增长，取水量随之增大，同时乳制品行业对取水水质的要求较高，通常取用地下水，存在与其他用水户争水的问题；乳制品行业用水的另一个显著特征就是高排水性，大量的排水造成企业水资源利用程度低下，而且对水环境造成污染。为准确把握乳制品行业用水水平、工艺特点，分析行业耗、排水与用水工艺之间的内在联系，为构建节水型社会建设和加强水资源管理，以唐山市丰润区、滦南县的蒙牛、滦县伊利等乳制品企业为测试对象开展了水平衡测试。并以蒙牛乳业（唐山）有限责任公司为行业典型代表，探讨研究提高乳制品行业用水效率及合理利用企业非常规水资源的方法和措施，为明确节水潜力，制定节水措施，实现科学管水、水资源综合利用奠定基础。

2 水平衡测试概况及成果

2.1 概况

蒙牛乳业（唐山）有限责任公司是内蒙古蒙牛乳业（集团）有限责任公司分公司的子公司，坐落于河北省唐山市丰润区外环路南侧奶业科技园区内。主要生产液体奶系列，年处理鲜奶能力达20万t，年产量达43.8万t。企业生产规模适中，生产设备自动化程度较高，在乳制品行业具有较好的代表性。

2.2 用水工艺

企业用水包括主要生产用水、辅助生产用水和生活用水。

主要生产用水包括送奶车奶罐、生产车间的加工设备、罐体和管道的清洗用水；收奶台、摔奶台等场地冲洗用水；奶制品生产过程中产品带走的配料水；设备及奶制品降温所需的循环冷却水；用于杀菌及加热的蒸汽用水。

辅助生产用水包括：污水处理厂自用水、锅炉房自用水、检化验用水等。

生活用水主要包括食堂、浴池、卫生间、洗衣房、绿化及道路洒水等部分。

2.3 测试方法及结果

根据企业用水系统和管网布置，确定本次测试分收奶车间、洗车场、制冷车间、生产车间等主要生产用水部门；锅炉房、污水处理厂等辅助生产用水部门及食堂、浴室、洗衣房等生活用水部门进行。

测量方法以水表计量法和超声波流量计计量法为主，以容积法、定额法等其他方法为辅。其中超声波流量计主要负责施测管道类型的供排水断面和部分水表控制断面的校核工作。测试过程依据《企业水平衡与测试通则》执行。

测试结果表明，企业日取新水总量2479.0m3，日外排水量1711.3m3，测试期间日均产量860.5t，各主要用水方式取新水量如表1。需要注意的是计算测试结果时，有累计量的按时段平均值法内插计算24h量，瞬时值的按时间加权法计算日量，平衡时采用的日水量为测试期间的算术平均值。对于间歇性供水的用水单元和用水点，根据测试期测试数据和近年以往供水数据综合分析求得。

表1 主要用水方式取排水量测试结果

3 用水特征综合分析

3.1 用水水平与高耗水性

企业测试期间日均取新水量2479.0m3，日均产量860.5t/d，按近3年平均年产量为29.6万t计算年取新水量85.3万m3。企业生产单位产品取水量2.9m3/t，低于辽宁、广东、云南、河南、宁夏、新疆、河北等各省市《地方用水定额标准》中液体乳及乳制品制造4.0~13.0m3/t的用水标准［3］，可见企业用水水平先进，其高耗水性是主要由行业本身的性质决定。由表1看出乳制品行业用水的主要方式为加工设备、管线、罐体清洗和纯水制备，这两项用水占到了总用水量的81%。加工设备、管线、罐体清洗主要为CIP系统清洗用水，CIP清洗俗称就地清洗，是饮料、乳品、果汁、酒类等机械化程度较高的食品行业广泛应用的设备清洗方法，具有安全性和节水型的特点。纯水制备主要是为产品供应配料水，最终由产品带走。以上两种用水是乳制品行业的主要用水方式，但其节水潜力又十分有限，由此可见即使是用水水平先进的乳制品企业仍然逃脱不了高耗水的行业特性。

3.2 用水重复利用率与高排水性

企业用水重复利用率83.3%，冷却水循环率98.7%，重复利用水量主要为冷却循环水。企业用水重复利用率水平高于全国50%~60%的标准［4］，达到了企业所在地工业用水重复利用率达到82%的更高标准要求。由表1计算出企业的排水率为0.71，扣除企业用于绿化和道路洒水等消耗的中水后，企业的排水率仍接近于0.70。企业的排水主要来源于加工设备、管线、罐体的清洗，这些清洗水在生产过程中消耗损失小，同时由于乳制品行业对水质的要求的特殊性，由于排水不能再次回用于生产线，是导致乳制品行业具有高排水性的主要原因。企业的用水受冷却水循环用水量的影响其重复利用率并不低，而排水率却很高，说明用水重复利用率与排水率之间并无必然联系。

3.3 用水安全性与一次性

影响乳制品安全性的主要因素包括原料、配料及加工过程。在乳制品的生产过程中对配料水的水质和与产品直接接触的管道、设备、罐体的清洗过程都有严格的要求。产品的配料水是由原水经过软化和纯水制备等工艺过程产生，最终进入产品，其过程具有不可逆行性。而与产品直接接触的管道、设备、罐体的清洗过程对水质、水压、水温、酸碱度、冲洗工艺都有严格的要求，通常采用自动化程序在密闭的环境中完成。因此，在乳制品行业主要用水方式中占比例最高的这两项都具有密闭安全性和一次利用性。乳制品行业高耗水、高排水性与其用水过程的安全性和一次利用性是密不可分的。

4 企业节水及小区域水资源综合利用

4.1 企业自身节水潜力

4.1.1 生产节水

乳制品企业可以从设备选取、工艺设计和优化生产等方面挖掘生产节水潜力。

设备选取方面优先选用先进的CIP系统。乳制品企业的最主要用水就是CIP清洗用水，先进的CIP系统可以提供精准的用水监测和控制技术，有效控制洗涤剂和清洗水的用量。在清洗系统的整体设计上，为减少企业用水的总量和排水量，大型企业宜采用分散式清洗，中小型企业宜采用集中式清洗；在CIP清洗系统的工艺设计上可考虑先用少量的水进行预冲洗并排出高浓度废水，CIP系统中间和最终清洗水回用于预冲洗的方式来减少用水量；优化产品生产计划，减少产品更换频率，有利于整体节水和减少排水量。

4.1.2 生活节水

由于生活用水量相对较小，企业往往忽视职工的生活节水。以测试代表唐山蒙牛企业为例，企业生活取水量115L/（人·d），在我国中北部地区城镇居民生活用水85~140L/（人·d）的标准要求中处于相对较高的水平。企业生活用水仍有较大的节水潜力可挖，企业可以换代升级生活用水设施，采用先进的节水器具，完善用水管理制度，加大企业职工用水节水意识。

4.1.3 雨水利用

雨水利用首先应该建立雨污分流系统和集水池。一般乳制品企业具有较大面积厂房和硬化路面，有利于雨水的收集与利用。降水量如按北方地区年降水量400~800mm，综合径流系数按0.6~0.85［5］，可利用量按75%计算，则每年每万m3厂区硬化面积可产生雨水资源1800~5100m3，完全可以满足企业绿化和消防用水需求。雨水收集与利用在减少企业取新水量的同时降低了企业污水处理厂的负担和运行成本。

4.1.4 污水处理与中水利用

乳制品行业在生产管线、容器、设备和器具清洗、生产车间、场地的冲洗过程中产生大量的废水。这些废水的主要特点是可生化性能好，生产过程中污染物产生浓度波动较大，这些特点决定了乳制品废水末端治理主要采用以生物处理为主，辅以物化处理的方式。工业废水处理后排入工业园区污水站或城镇污水管网的企业末端治理工艺多采用二级生化处理工艺，直排企业多数采用含厌氧的二级生化处理工艺［6］，经过二级处理后的中水可用于企业绿化、燃煤锅炉除尘等。为进一步提高中水利用率，减少外排水量，可采用三级深度废水处理工艺。企业排水经三级深度污水处理工艺后可以达到很好的出水水质，可广泛应用于企业车间、场地冲洗和制冷车间冷却用水及生活中的洗衣、冲厕、洗澡等用水环节。

4.2 小区域水资源综合利用

企业加工设备、管线、罐体的清洗用水占到了企业总用水量的64%，也是企业排水的主要来源，而这些加工设备、管线、罐体大部分都与乳制品直接接触，其清洗过程无法利用中水。因此，企业中水经过企业自身充分利用后仍会产生大量利用不了的剩余排水。另一方面，乳制品企业一般位于产业园区或城市郊区，存在与周围用水户争水和恶化水资源环境的问题。如果将乳制品企业所在园区或周边工农业生产用水户作为一个整体，进行地下水、雨水、中水等小区域水资源综合利用将会有效解决上述问题。乳制品企业的中水可以以较低的价格供给周边企业或农业生产，在供水企业和受水企业得到双赢的同时，减少了地下水开采和污水排放，就整个小区域而讲，可以实现用水量与排水量的大幅降低，优化小区域水环境。

4.3 加强水资源管理

企业取用水及中水利用主要从自身的经济效益角度出发，而不是从行业节水水平的提高和整个区域水资源可持续发展的层次考虑问题。这就要求水行政管理部门严格执行水资源管理制度，采取重点区域控制地下水开采、高耗水行业用水定额管理、阶梯水价、取排水计量等水资源管理方式，推广污水处理、中水回用、雨水利用等非常规水资源开发利用模式，从而促进乳制品行业用水水平的提高和小区域水资源综合利用的开展。

5 结论与建议

（1）在乳制品行业快速稳定发展和最严格水资源管理制度全面开展的形势下，在伊利、蒙牛等乳制品企业水平衡测试的基础上，分析了高耗水、高排水的乳制品行业生产工艺与用水特征之间的内在联系，研究了行业节水潜力和排水综合利用措施，对节水型社会建设和最严格水资源管理制度的顺利开展提供了技术依据和保障措施。

（2）水平衡测试结果表明，乳制品行业用水的主要方式为加工设备、管线、罐体清洗和纯水制备，这两项用水占总用水量的80%。

（3）通过对乳制品行业用水特性综合分析研究发现，即使是用水水平先进的乳制品企业仍然逃脱不了高耗水的行业特性；用水重复利用率高不代表其行业的排水率就低。乳制品行业高耗水、高排水性与其用水过程的安全性和一次利用性是密不可分的。

（4）针对乳制品行业取排水特性，可以从企业自身节水潜力挖掘、小区域水资源综合利用和水资源管理三个方面采取方法措施进行趋利避害，从而提高行业用水水平和促进节水型社会建设。

（5）仅以河北省的几家乳制品企业作为行业代表进行研究分析，难免具有片面性，建议进行全国范围内的乳制品企业用水特性分析。

［1］刘锐，王莉.中国乳品消费及影响因素研究［J］.农业展望，2013（3）：71.

［2］郑川.我国乳制品行业发展现状存在的问题及对策［J］.中国乳业，2013（11）：26.

［3］全国各省市用水定额汇编［EB/OL］.道客巴巴网，http//www.doc88.com.2009-2-27.

［4］王建波.浅谈工业用水重复利用率［J］.中国市场，2010（26）.

［5］李佳.雨水控制利用系数径流系数影响因素及其选用方法研究［J］.河北工业科技，2014，31（3）.

The comprehensive analysis of water consumption and water saving measures for dairy trade

CAO Zhong-hua
（Tangshan Bureau of Hydrological&Water Resource Survey,Tangshan 063000,China）

In recent years， with the China's rapid development of dairy industry， the dairy enterprises makes a positive contribution to the improvement of people's living standard and has brought the problem of high water consumption and drainage.Based on the test results of water balance and the investigation of water process in the Mengniu dairy enterprises，this paper analyses the law and characteristics of water consumption in the dairy enterprises include CIP flushing water，steam sterilization and cooling water.It studies the internal relationship between high water consumption and discharge and the requirements of the production process.In the end，according to the research，the author gives some suggestions to water saving measures and rational utilization of water resources for dairy trade.

dairy products；characteristics of water consumption；drainage rate；water saving measures；comprehensive utilization of water resources

P33

B

1672-9900（2015）02-0013-04

2015-01-16

曹中华（1979-），男（汉族），河北卢龙人，工程师，主要从事水文分析计算、水资源调查评价和水平衡测试等方面的技术研究工作，（Tel）13483511372。