石憲奎，高慶杰

(黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150027)

玉米淀粉生產(chǎn)節(jié)水技術(shù)研究

石憲奎，高慶杰*

(黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150027)

針對(duì)玉米濕磨生產(chǎn)工藝用水量大的問題，從整體工藝和部分工藝改造兩方面入手，介紹了一些實(shí)際有效的節(jié)水技術(shù)。如老漿投料、干法投料、泵群冷卻水自循環(huán)、蛋白虹吸水回用、冷凝水回用技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以降低水的消耗，還可以降低生產(chǎn)過程中干物質(zhì)的損失，減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益，為國內(nèi)淀粉生產(chǎn)的節(jié)水技術(shù)發(fā)展提供了理論依據(jù)。

玉米，濕磨工藝，節(jié)水

圖1 水循環(huán)工藝流程圖

為了保證連續(xù)、穩(wěn)定、平衡、高效的生產(chǎn)，閉環(huán)流程工藝對(duì)設(shè)備、電器、自控設(shè)施及其維修也提出了更高的要求。此工藝引進(jìn)了離心機(jī)、多效蒸發(fā)器、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、淀粉洗滌旋流器等大型先進(jìn)設(shè)備，并定期對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)和檢修，最大限度地減少跑科、泄漏、冒罐等損失浪費(fèi)情況的發(fā)生。在設(shè)計(jì)及安裝過程中，整個(gè)系統(tǒng)需要封閉式生產(chǎn)，以防止工藝水染菌;淀粉洗滌用的新鮮水罐和工藝水罐均應(yīng)安裝攪拌器，以防止物料沉積罐底。

若在采取閉環(huán)流工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)部分環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，就能達(dá)到玉米淀粉生產(chǎn)污水的零排放［7－9］。這樣不僅節(jié)約了水資源，提高了干物質(zhì)的回收率，還消除了污水外排給環(huán)保工作帶來的麻煩。與傳統(tǒng)工藝相比其突出效果見表1。

表1 玉米污水零排放工藝與傳統(tǒng)工藝比較表

由表1可見，利用玉米淀粉污水零排放工藝不僅解決了傳統(tǒng)玉米淀粉生產(chǎn)工藝中存在的污水處理問題，而且能得到高質(zhì)量的產(chǎn)品并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得大力推廣和發(fā)展。

2 部分工藝改造

2.1 玉米投料工藝改造

當(dāng)前國內(nèi)多數(shù)玉米淀粉生產(chǎn)企業(yè)采取水力輸送加料法，玉米與水的比例為1∶3。假設(shè)日投1000t玉米，若不回收利用，則每天需耗玉米輸送水3000t，即使循環(huán)利用輸送水可達(dá)2/3，每日也要排放污水1000t，而且還要帶走大量干物質(zhì)。因此，現(xiàn)存的水力輸送加料法存在的最為突出的缺點(diǎn)為耗水量大，若將加料工序加以改進(jìn)，就可實(shí)現(xiàn)水耗的降低。

a.老漿投料法:玉米向浸漬罐中輸送時(shí)，將浸漬液作為輸送水循環(huán)使用，這樣既能增加玉米漿濃度，能多回收干物0.1%～0.6%，又可以節(jié)約新水3～5m3/t玉米［9－10］。其詳細(xì)流程見圖2。將玉米與浸漬液一同投入除石槽，除石后的玉米隨浸漬液用泵打到玉米浸泡罐，浸漬后的玉米到下一道工序，而玉米浸漬液則進(jìn)入稀漿罐，然后再用泵打回到玉米輸送口進(jìn)行玉米的循環(huán)輸送。其中稀漿罐中浸漬液的液位要保持穩(wěn)定，當(dāng)其液位高于指定液位時(shí)就要打開去濃縮管路上的閥門，將多余的浸漬液送去蒸發(fā)濃縮。

圖2 稀玉米漿輸送玉米工藝流程簡圖

b.干法投料:近年來，有的現(xiàn)代化工廠采用干法加料，利用斗式提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備，或者采用氣力輸送將干玉米輸送至浸漬罐中。此法要求玉米淀粉生產(chǎn)線要有完善的清理工藝，采取篩選、風(fēng)選、磁選等方法清除原料中的雜質(zhì)，清理設(shè)備有初清篩、振動(dòng)篩、比重去石機(jī)、永磁滾筒等。與水力輸送相比較，減少了生產(chǎn)線中的一個(gè)用水環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)降低水耗和減少干物質(zhì)損失。干法加料的設(shè)備、溜管等制作材料無特殊要求，因此設(shè)備購置費(fèi)用低。但是，干法加料一般要經(jīng)過幾臺(tái)輸送設(shè)備完成，要求選用的設(shè)備不刮碎或者盡可能少刮碎玉米，并且對(duì)輸送線要進(jìn)行吸風(fēng)除塵［11－12］。基于以上的工藝要求，僅有部分小廠采取了這種投料方法，一般大規(guī)模的淀粉廠對(duì)此法不予采用。

2.2 物料輸送泵冷卻水自循環(huán)改造

為更好的節(jié)約用水，減輕污水處理的負(fù)擔(dān)，把物料輸送泵群的冷卻密封水進(jìn)行自循環(huán)處理［13］，從而降低生產(chǎn)成本。

a.個(gè)體循環(huán):每個(gè)泵自身都有密封循環(huán)的冷卻系統(tǒng)，由水箱、進(jìn)水管、出水管與泵連接而成。循環(huán)過程如圖3(A)所示，水從容積約5～10L的水箱流出，通過直徑為10～15mm的進(jìn)水管進(jìn)入物料輸送泵的冷卻系統(tǒng)，完成冷卻過程后的水再由與進(jìn)水管同樣粗細(xì)的出水管排出，流回到水箱，再進(jìn)行下次的循環(huán)。循環(huán)管路中的水在流動(dòng)中熱量不斷散失，從而達(dá)到對(duì)泵的冷卻作用。此循環(huán)系統(tǒng)還可以檢查泵的密封性，便于維修。

圖3 泵群冷卻水循環(huán)利用簡圖

b.整體循環(huán):所有物料輸送泵的冷卻水都集中在一個(gè)1～2m3的集水箱里，通過外加水來保持集水箱中水量不變，再通過管路將冷卻水送至各泵的冷卻系統(tǒng)，循環(huán)過程如圖3(B)所示。

2.3 蛋白虹吸水回用工藝

玉米淀粉廠是耗用水大戶，其中蛋白水約占總用水量的90%，若作為過程水直接回收利用，對(duì)生產(chǎn)會(huì)造成很大的影響;若直接排放既造成資源的巨大浪費(fèi)，又增加了廢水的處理難度［14］。因此就有必要對(duì)蛋白水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)蛋白水的循環(huán)利用。

a.增加豎流沉降罐:此技術(shù)就是在預(yù)濃縮工序后增加豎流沉降罐［16］，對(duì)生產(chǎn)過程水進(jìn)行沉降處理。豎流沉降罐工作原理是:過程水自中央導(dǎo)流筒垂直向下流動(dòng)，由于水中的固體懸浮顆粒密度大于水的密度，固體懸浮顆粒就沉降到罐底，從底部排出口排出，而澄清水則經(jīng)頂部輻射出水槽排出。澄清水大部分回收利用，少部分外排，過程水中的淀粉和蛋白等懸浮顆粒沉淀后回收利用。

該法大大提高了回收水質(zhì)量，使其更加符合工藝要求，使產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高;提高了蛋白粉和淀粉收率，蛋白收率由4.6%提高到4.8%，在增加產(chǎn)量的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本;過程水中蛋白和懸浮物的含量降低，從而使外排水中的COD濃度降低，減輕了污水處理的難度。但此法也存在一定的弊端，若過程水在沉降罐中的停留時(shí)間控制不當(dāng)，就容易產(chǎn)生厭氧發(fā)酵或產(chǎn)生水解酸化，進(jìn)而影響其分離效果。

b.利用蛋白分離裝置:滄州市化新水處理設(shè)備有限公司利用了目前世界上先進(jìn)的膜分離技術(shù)研究開發(fā)了蛋白分離技術(shù)［15］，它可使淀粉企業(yè)在回收蛋白的過程中同時(shí)達(dá)到廢水回收利用并無污水排放的功效。蛋白水由沉淀池進(jìn)入膜分離裝置，分離出沉淀不完全的濃蛋白水和不含蛋白的清水，濃蛋白水經(jīng)沉淀后上清液可再進(jìn)入膜分離設(shè)備進(jìn)行分離，不含蛋白的清水經(jīng)殺菌后進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)使用。而此過程中沉淀下來的濃縮蛋白經(jīng)脫水干燥后得到蛋白粉。

表2 節(jié)水技術(shù)應(yīng)用實(shí)例表

該工藝基本上不需要土建投資并節(jié)省水資源費(fèi);分離后的不含蛋白的清水可直接送往生產(chǎn)系統(tǒng)使用;提高了淀粉的質(zhì)量及蛋白的回收率和蛋白的品質(zhì)，增加了經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了環(huán)境。但該工藝的膜分離裝置造價(jià)比較高，還要視企業(yè)的生產(chǎn)情況和經(jīng)濟(jì)情況而定，目前只適用于小型淀粉廠。

2.4 冷凝水回收利用工藝

在企業(yè)的各蒸汽使用點(diǎn)，根據(jù)用汽負(fù)荷安裝配套的閉路回收器，并將各點(diǎn)聯(lián)合成一個(gè)整體系統(tǒng)收集冷凝水［16］?；厥盏睦淠椭翙C(jī)房的高溫冷凝壓力儲(chǔ)罐，經(jīng)壓力儲(chǔ)罐緩沖調(diào)節(jié)后的高溫冷凝水，可作為熱水型溴化鋰制冷機(jī)組的熱源。利用后的冷凝水溫度可以降低到70℃左右，可以直接送至各生產(chǎn)工藝作為工藝補(bǔ)充水使用。其流程見圖4。

圖4 冷凝水回收利用工藝流程

此技術(shù)把以往的開放式回收改為閉路回收，提高了冷凝水的回收量，抑制了冷凝水外排，從而降低了污水的排放量;回收的冷凝水可直接作為工藝補(bǔ)充水送入各廠，相對(duì)減少了生產(chǎn)用水量;而且冷凝水不含雜質(zhì)離子，降低了一定的處理費(fèi)用;由于冷凝水的溫度比較高，余熱可以回收利用，從而節(jié)約蒸汽的使用量，去除了冷凝水外排裝置和設(shè)施，降低了生產(chǎn)成本。

3 應(yīng)用實(shí)例

以上介紹的每種節(jié)水技術(shù)都有相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，具體內(nèi)容見表2。

4 結(jié)論及展望

在滿足工藝要求的前題下，降低用水量已是企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，節(jié)水的關(guān)鍵是減少生產(chǎn)水用量和加大循環(huán)用水量，使生產(chǎn)用水做到不排放或盡可能少排放。本文中介紹的幾種方法都能有效的達(dá)到節(jié)水的目的，同時(shí)還能為企業(yè)帶來可觀的效益。雖然每種技術(shù)都有相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例，但在應(yīng)用這些技術(shù)時(shí)還要視企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況而定，尋求符合生產(chǎn)的最佳工藝，才能達(dá)到理想的生產(chǎn)效果。

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Water－saving technology research of corn starch production

SHI Xian－kui，GAO Qing－jie*
(College of Resource＆Environment Engineering，Heilongjiang Institute of Science and Technology，Harbin 150027，China)

In view of the large water consumption problem of the corn wet－milling manufacturing technique，some actual and effectively water－saving technologies were presented in the article from renovating the overall and some parts of the technology.For example，putting the corn with steep water，the drying way of putting into the corn，some pumps cooling water circulate system，protein siphon water recycle technology，the condensation water recycle technology.These technologies not only reduced the water consumption，but also reduced the loss of dry matter in the processing，reduced the environmental pollution and increased the economic efficiency.It provided that the academic foundation for the development of water－saving technology in our country.

corn;wet－milling technology;water－saving

TS235.2

A

1002－0306(2011)12－0558－04

目前，國內(nèi)外玉米淀粉生產(chǎn)普遍采用濕磨法，而我國大部分淀粉生產(chǎn)廠采用開環(huán)流程工藝或半開環(huán)流程工藝，因此水的消耗量很大，要高出玉米用量的幾倍，甚至十幾倍。工藝水(即廢水)排放量大，系統(tǒng)中水的排放都會(huì)帶走部分干物，影響總干物收率，從而造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。因此搞好水的生產(chǎn)平衡，尋求實(shí)際有效的節(jié)水技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 整體工藝調(diào)整

采用閉環(huán)流程工藝。封閉式水環(huán)流流程［1－6］，即清水利用一次后，不直接排出系統(tǒng)，而是在工藝系統(tǒng)中被多次利用。浸后玉米洗滌及輸送水均采用工藝水，并將洗滌和輸送后的剩余水加入到稀玉米漿中，可多回收干物;亞硫酸制備采用工藝水;胚芽擠壓機(jī)脫出來的水回到磨碎工序使用;胚芽、纖維洗滌使用過程水;麩質(zhì)水經(jīng)處理后作為工藝水回用;淀粉洗滌使用新水和脫水離心機(jī)回來的濾液混合水。其詳細(xì)流程見圖1。

2010－11－01 *通訊聯(lián)系人

石憲奎(1967－)，男，博士，副教授，主要從事水污染生物處理技術(shù)及設(shè)備研發(fā)。

黑龍江省教育廳青年骨干教師支持計(jì)劃項(xiàng)目(1152G035)。