软饮料/饮料行业的水循环再利用: 土耳其可持续工业用水管理案例研究外文翻译资料

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软饮料/饮料行业的水循环再利用: 土耳其可持续工业用水管理案例研究

Emrah Alkaya a, Gouml;ksel Niyazi Demirer b,lowast;

a Technology Development Foundation of Turkey, Cyberpark Cyberplaza B-Blok Kat: 5-6, 06800 Bilkent , Ankara, Turkey
b Department of Environmental Engineering, Middle East Technical University, Dumlupinar Bulvari No: 1, 06800 Ankara, Turkey

文章信息：文章历史:
2015年1月3日收到
2015年8月21日修订
2015年8月25日接收
2015年9月16日可在线预览

关键词：冷却水，生态效率，可持续生产，水资源，节约水

摘要： 本研究的目的是调查软饮料/饮料制造公司的节水和再利用的机会。水分测定和基准测定将确定存在显着节水潜力的区域和过程。基于评估，在冷却系统中实现了水循环利用和再利用。由于采用这些做法，公司的整体冷却水需求量从14.4减少到1.2 m³ / m³或91.8％。此外，公司总体水分强度下降55.0％。实现年节约用水503,893立方米。应用后，公司的特定废水产生量下降了57.4％，开塞利组织工业区污水处理厂的液压超载问题得到解决。在实施节水措施/技术56,960$用于设备。公司年度成本节省97,000$。所以实施的投资回收期约为7个月。这项研究证明，软饮料饮料行业可以成功实施水循环利用和再利用，作为可持续工业用水管理方法。除了软饮料/饮料部门之外，如果其他制造业成功复制，本研究的结果可以成为土耳其以及世界其他类似工艺采用的过度冷却水消耗的解决方案。

介绍：

作为一个新兴经济体，土耳其正在目睹工业发展迅速，资源消耗过剩。作为农业，工业和家庭活动必不可少的自然资源和不可或缺的投入之一，水资源面临越来越大的压力。根据“土耳其水报”，土耳其的耗水量从1990年到2008年的30.6％增至5060亿立方米（MOEF，2009年）。预测表明，2008年至2030年，耗水量将增长近三倍，达到112.0亿立方米。同期（2008-2030年），工业用水量预计将大幅增加，从5亿至220亿立方米。换句话说，工业用水的份额预计将从土耳其农业和家庭用品的10.9％提高到19.6％（MOEF，2009年）。这一趋势表明，尽管农业用水量目前是目前消费水量最高的，占用水总需求量的70％，但工业化发展却有所改变。因此，为了节约水资源，由于集约化的工业活动，应采取严肃措施（Ulutas et al.,2011）。由于密集的纺织制造业活动，埃尔盖内盆地（色雷斯地区）的水质急剧变化和地下水位的日益减少，可作为这一领域管理不善的一个例子（Kaykıoglu˘和Ekmekyapar，2005年）。为了防止类似的情况发生在土耳其其他地区，供水密集型行业应该是节约用水。

在土耳其，依靠连续优质供水的核心工业部门之一是经济增长率高的食品饮料行业。 土耳其食品和饮料工业协会联合会指出，2004年至2009年（TGDF，2011年），食品/饮料公司创造的年增加值从7.7增加到118亿土耳其里拉（TL）的53.3％。 土耳其食品饮料行业在2009年以后继续增长。2009 - 2012年，就业人数从338,852人增加到406,091人，增长19.8％。 同期，食品/饮料出口从5.9亿$增长61.0％。 2010年，食品饮料行业年营业额达888亿吨，相当于土耳其制造业（MOSIT，2013年）产生的年营业额（5528亿TL）的16.1％。

虽然食品/饮料行业对土耳其经济至关重要，但其环境影响需要特别注意。食品饮料行业的主要影响在于天然水资源。据土耳其统计研究所统计，每年1.132亿立方米，占工业用水总量的10.0％（TSI，2008a）。由于用水量高，23个制造行业用水量居第3位（基础金属和纺织品之后），用水量居高不下。此外，对每年排放7630万立方米的污水，对受污染水体影响较大（TSI，2008b）。除水和废水问题外，食品/饮料行业也是土耳其固体和有害废物生产行业中最高的行业之一。生产固体废物120万吨，占工业固体废物总产量的10.0％，是固体废物第二大生产国（TSI，2008c）。基于危险废物产生量，食品饮料行业排名第四，年均51.9万吨（TSI，2008d）。

由于食品/饮料行业在土耳其具有水资源密集型和污染性，因此在各种政策和战略文件中都提到要作为环境保护的优先部门（MOEF，2010; IDA，2012; Ulutas et al。，2012）。科技工业和科技部（MOSIT）强调，短期内要采取措施来节约自然资源，鼓励与饮食业有关的活动废物回收利用（MOSIT，2013）。此外，土耳其科技研究理事会确定了“国家研发与创新战略：食品/饮料行业”范围内的“保护环境，将食品/饮料行业废弃物转化为高附加值产品”的目标之一。（TUBITAK，2010）

为了降低水分密度和相关的环境影响以及食品饮料行业的水和废水管理相关的高成本，实施了各种水循环再利用技术/技术。根据Haroon等人（2013）软饮料/饮料行业的废水可以通过反渗透和离子交换系统的组合在废水处理后重新用于洗瓶和作为锅炉补给水。令人兴奋的另一种水处理技术是臭氧化。由于其强大的氧化和消毒性能，臭氧化在食品/饮料行业中越来越受到废水处理和连续回收的使用（Norton等，2012）。在柑橘橙子罐头公司，安装了由氯化，活性炭过滤和紫外线灭菌组成的开水系统。经处理的水被重新用于水果分割，运输和洗涤，导致公司大量节水（Wu and Chu，2013）。另一方面，在非酒精饮料生产厂，进行了水审计后的水分析，以确定水再利用的机会。由于分析回收选项的实现，这导致节水83.2 m³/日（Agana等，2013）。根据Lozano等（2013年）化学品租赁研究导致饮料公司润滑过程中用水的消除，公司总用水量每年减少1500 m³。 Cook等人（2014年）主张，商业建筑中收获的雨水可以满足37％的非饮用水需求。

为此，为了确定公司的用水量和文献资料，对流程/实践进行了重大的改进潜力分析和基准测试。 诊断后，引进了闭路循环水循环系统和水洗再利用实践，节省了公司的水费和相关费用。 这项研究预计将成为食品饮料行业以及其他可持续工业用水管理制造业的典范。

2.方法

2.1公司的一般信息和生产流程

该公司在土耳其的开塞利于1969年成立，工作面积为15000 m³，根据季节情况雇用100-130名工人。 位于开塞利有机工业区，目前生产软饮料（Nace代码：C.11.0.7 - 软饮料生产，矿泉水和其他瓶装水生产）。 公司主要产品可列为：（i）100％果汁（无添加剂），（ii）水果花蜜（25-50％果汁）和（iii）水果饮料（3-30％果汁）。 公司拥有“ISO 9001：2000 - 质量管理体系认证证书”，“ISO 22000 - 食品安全管理体系认证证书”，“BRC-食品安全证书”等质量管理体系。公司年果汁生产能力为50000 m³/年。

虽然公司的生产程序/做法根据待处理的水果类型和要制造的产品类型而改变，但是可以开发一个一般的工艺流程图，如图1所示。 在公司，水果通过两个连续的加工线加工成软饮料/饮料：水果浓缩液生产和果汁生产。

2008年和2009年，公司分别加工了14,658吨和10888吨水果。 2009年，加工主要水果类型为苹果，年产量为4834吨/年。 葡萄，酸樱桃和李子是13种不同类型水果中的其他主要类型。 2009年和2010年，公司年度软饮料生产总量分别为36,009和38,761 m³（公司2008年没有提供产品信息）。 2010年，水果花果是公司生产总量的主要产品，年产量为30,795 m³/年。 碳酸饮料（含二氧化碳的软饮料）和100％果汁饮料是其他主要产品，分别为4335和2218 m³/年的制造量。 剩余的产品是水果含量不同的果汁，包括50％的果汁。

水果首先从储存到的分拣/分级单元被传送。在进一步处理之前将果实分类，以确保使用的是新鲜，成熟或未经破坏的水果。在这一步中，不符合要求标准的水果将被挑选出。分选后，水果将被清洗，将碎片和污垢去除。 然后，将洗涤后的水果置于专门的研磨机中粉碎，产生一种果浆。然后从果浆中压榨提取果汁。这是公司的固体废物产生的主要过程，因为在这一点上废纸浆将被丢弃。提取的汁液集中在蒸发步骤中，将水抽出。在分选为中间产品之前，将浓缩的果汁灭菌，并通过无菌方法装入桶中。

浓缩果汁首先被送入果汁生产线上的稀释单元（加水）。然后，将稀释的果汁过滤澄清。澄清后，对其进行巴氏灭菌处理，将汁液受热处理。在此过程中，果汁保持在100plusmn;2℃30秒。热果汁在加瓶期间和那之后被冷却。最终，瓶装产品在发货前被标记和保存。

不要的水果

分级/运输

水

清洗

水果浓缩生产

蒸汽

发电

碾碎

水果果肉

挤压

水

蒸发

消毒

储存

无菌灌装

水

加水

反渗透

软水

过滤

果汁生产

巴氏杀菌

装瓶

瓶子冷却

上标/储存

图.1. 公司生产流程图

2.2数据采集和用水评估/基准测试

与公司官员一起进行了一个漫长的审计，以便通过获取关于主要过程的输入和输出的信息来开发过程流程图（图1）。在通过审核之后，收集了关于公司用水量的基于过程的数值数据。由于研究的目的是减少用水量和相关的废水产生量，所以公司只对耗水过程/做法进行了调查。然后，每个月的用水量由公司员工提供的不同来源编制。为此，分析了基于流程的记录表和水费等信息来源。

为了在节水应用前确保一条可靠基准线，我们对2009年每月的用水量数据进行了平均。然后，将2009年的平均每月用水量视为整个研究的基准情况。作为分析的一部分，使用环境绩效指标（EPI）（Alkaya和Demirer，2013a）进行了水资源评估/基准测试，这是从相关文献收集的特定用水量和废水产生量。

如国际标准化组织（ISO）所述，“环境绩效评估是通过选择指标，收集和分析数据并根据环境绩效标准来评估信息从而促进关于组织环境绩效的管理决策的过程”（Dias-Sardinha和Reijnders，2001）。因此，为了确定大规模制造企业需要改进的流程/实践生产活动，环境绩效评估方法正在不断发展和广泛应用（Jiang et al。，2012）。根据托勒森所说（1999），工业企业可以使用EPI来控制工业生产过程中的表现，以及将竞争对手绩效的基准作为目标。在本研究中，通过将耗水量数据除以1吨制成品计算出水性能EPI。然后，使用具体的用水量数据（m³ /m³产品）进行用水评估/基准测试。换句话说，水资源密集型流程/实践与文献中提及的环保替代品相比较，包括最佳可行技术-BATs（欧洲委员会，2001年，2006年）。

基于用水评估/基准测试，确定了在用水和废水产生方面需要改进的工艺/做法。此外，为提高水处理效率和降低与确定的流程/做法相关的生产成本确定了四个目标（表1）。为了实现这些目标， 17种不同的技术/措施被开发出来了。

根据表1中列出的技术/措施，以及与公司官员一起进行的评估，于2010年采用了两种做法，以减少用水量和相关的废水产生：

1. 在水果浓缩液和果汁生产线中使用闭路冷却系统取代一次性冷却。
2. 在水果洗涤过程中将冷却水重复使用。

拟议技术/措施的实施于2010年6月（第6个月）完成，实施期为90天。监测节水技术/措施结果持续9个月。

该研究是在“国家生态效益（清洁生产）计划”的框架内进行的，该计划由联合国工业发展组织（UNIDO）协调，并由土耳其技术开发基金会（TTGV）执行。技术咨询由中东技术大学提供。该方案是作为联合国“MDG-F 1680：提高土耳其的适应气候变化能力”联合方案的次级方案执行的（Alkaya和Demirer，2013a，2013b）。有关“国家生态效益（清洁生产）计划”的更多信息可从其网页中获取(http://www.ecoefficiency-tr.org/)。

3. 结果和讨论

3.1用水评估/基准测试

该公司是开塞利有组织工业区内最耗水的厂房，每月消耗70,959 m³的水。广泛使用水的五个主要领域：（i）冷却，（ii）瓶子准备/灌装，（iii）设施清洁，（iv）实用操作和（v）水果洗涤（图2）。除了这些水密集的地区，在其他活动（包括家庭使用和过程之间的传播）之间，水也会消耗或丢失。地下水是公司的主要水源。除了瓶子制备/填充之外，所有工艺都使用未经处理的水源或通过反渗透（RO）系统软化后的水体。地下水从公司的两口井中用四台配备了30千瓦电力泵抽出。由于公司在夏季运送新鲜水果，夏季和秋季（6月至11月6个月）的业务活动增加。所以在这个时期，耗水量也有所增加。

如图2所示，冷却是是用水最大

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