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食品工业环境管理学•8.1食品工厂环境管理系统及其应用前景•8.2食品废弃物处理方法•8.3谷物加工的废弃物处理•8.4果蔬加工的废弃物处理•8.5肉类加工的废弃物处理•8.6乳品加工的废弃物处理8.1食品工厂环境管理系统及其应用前景8.1.1环境管理系统的推行现状•现今，环境管理问题已成为热点问题之一。人们必须了解环境对于社会的重要意义，并考虑不同的环境管理水平将造成的完全不同的后果。•联合国欧洲经济委员会（UnitedNationalEconomicCommissionforEurope,UN/ECE）环境部长在先前的三次部长会议中多次强调在ECE的范围内树立共同保护环境的理念。环境问题•随着环境问题愈演愈烈，人们对于废气、废水排放过程中的在线检测设备的需求越来越大。人们迫切希望达到诸如核电站的零排放标准，类似于危害分析和关键控制点（HACCP）中的零破坏性。•《清洁空气法修正案》要求工业企业向社会报告危险品的意外泄漏事件，并制定规则要求企业最大限度地控制源于废水的有害污染物的排放。8.1.2食品工业废弃物8.1.2.1乳品工业•在乳品工业中，大量的化学物质通过乳品工厂的废水排放。对乳品中化学物质的生态学评估表明，化学物质的成分和用量、废水处理方式对环境污染程度有极大的影响。一个冰淇淋工厂的生物需氧量值经过有效的废水处理后可以降低63%。•人们通过气液色谱检测，发现在许多乳制品中都存在DDT残留，并发现DDT残留与乳腺癌发病之间存在潜在的关联性。乳品厂的生产用水应该达到饮用水标准。对水质的控制应该包括在乳品厂质量管理体系中，并指出控制的周期和指标。8.1.2.2发酵工业发酵工业的废水具有以下特点：•排放有季节性•有机污染物含量高•生物需氧量（biologicaloxygendemand,BOD）和化学需氧量（chemicaloxygendemand,COD）高•PH低•碳氮比高•人们不仅研究实验室规模的葡萄酒酿造厂废弃物的处理方式，而且扩展到工业化的生产规模。通过采用多级活化污泥处理葡萄糖酿造废水，当COD的初始量为2000~9000mg/L时，其COD平均下降98%。•这套系统能够灵活适应温度、压力和COD初始量的巨大变化，且运转费用很低。•通过添加含氮磷的营养物能够提高其生物量的堆积速率，并稳定反应设备以达到高废水排除效率。•人们在悬浮液中加入Fe2+、Cu2+、Zn2+、Co2+以及金属氧化催化剂，研究了在葡萄酒蒸馏中催化氧化生成的典型多酚化合物——香豆醛酸，结果表明催化剂提高了香豆醛酸的分解率，其溶液pH会影响反应中间化合物产物的扩散。•酒糟是废水处理中的难点。根据测定至少需要4~8天，才能使酒糟中嗜温需氧/厌氧或嗜热厌氧处理后的COD下降90%。•白藜芦醇存在于葡萄和其他食品中，可从废弃的葡萄皮中提取获得。它在三个主要的致癌阶段都表现出癌症的化学预防活性，这一发现表明它作为一种人类膳食中的成分，未来能够成为化学抗癌剂造福人类。8.1.2.3饮料工业•在一些软饮料灌装设备中利用厌氧性过滤器会遇到一些问题，如气味、反应器的生物特性以及设备运行故障。•一种软饮料废水处理法已经被广泛推行，它包括凝结/絮凝以及充分曝气。虽然这两个过程能够有效降低COD，但是液压和有机物负载的多变性限制了这种系统的应用，而且液压油和澄清器所携带的固体颗粒还会污染整个物料体系。8.1.2.4果蔬加工业•农业生产废弃物是各种天然原料的巨大来源。充分利用这些废弃物，可以获得许多廉价的物质，如抗氧化剂。•典型类黄酮化合物橘皮苷和柚皮苷被证实具有药理学特性，它们可从柑橘、柚子和柠檬皮中用热水和氢氧化钙提取获得。•蘑菇类废弃物的堆肥可以作为吸收介质或微生物生长介质，以弥补氨基甲酸盐类杀虫剂所造成的伤害。8.1.2.5畜禽加工业•许多研究报道都认为，处理在畜禽加工过程中所产生的生物废弃物是一个重大的难题。•人们对活性污泥处理过程中的气泡问题进行了深入研究，并对处理方式、废弃物与微生物的比例、操作温度、溶解氧含量和需氧池进出口设计等指标进行了研究。8.1.3农业废弃物•自1970年以来，杀虫剂和除草剂造成的水污染成为非常严峻的问题。在大部分实验人群中检测到工业来源化合物和产品污染物的残留，如多氯化联二苯（polychlorinatedbiphenyl,PCB）、多氯二联苯戴奥辛（polychlorinateddibenzo-p-dioxins,PCDD）多氯二苯并呋喃（polychlorinateddibenzofurans,PCDF）。•这些亲脂化合物，通常被认为是致癌因子，大量存在于高脂类食品中，当它们在农业耕作环境中含量丰富时，很容易在人体内富集。8.1.3农业废弃物•因为杀虫剂对水生生物和人类饮用水的影响，其污染河流和湖泊的程度受到了极大关注。饮用水标准规定在可饮用水中各种杀虫剂最大含量为1μg/L，然而各种杀虫剂对人类健康的毒性各异，由于研究趋势多变和不可预测性，仍然普遍缺乏杀虫剂对人体健康的病理学数据。•对农业氮肥的应用研究发现其对环境可能产生三方面的潜在影响：水污染、大气污染和对人类的影响。•研究者比较了两种氯酚降解菌在氯酚污染土壤的作用，采用了稻草堆积土和生物降解土（含固有土壤微生物），结果显示生物降解土效率高，且不依赖于接种菌种类。8.1.4污染物对生物体的影响•许多真菌被用来检测对金属Cd2+、Pb2+、Zn2+和Sb3+的敏感度。•有机污染物对陆生生物中的鸟类产生最为严重的致命作用。人们已经发现氯化烃类化合物会对蛋壳的厚度产生影响，继而影响鸟类的繁殖。•对污染性油脂处理不当，会导致牛、马对PCB和多氯二苯并对二噁英产生急性中毒。8.1.5玻璃、化学品及其他产品•在玻璃生产中使用的新型技术能够降低对氮氧化合物气体和微粒的排放，并降低BOD，但仍然存在提升空间。•必须严格限制有害金属的使用量，以减少其对环境的影响，保证车间的健康与安全，将工人日均摄入量降到最低。•采用生物处理法可以去除回收废水中的可溶性有机物。8.1.6环境意识和相关政策•80%现代工业社会的经济增长是基于石油燃料的能源利用。虽然人们不断学习更高效地利用石油燃料，但是这些燃料在消耗过程中，因为排放、泄露、开采所形成的二氧化碳积累，会导致使全球变暖的温室效应、海平面下降和地震灾害等环境压力。•人们可采用四种方法捕获二氧化碳：吸收、吸附、低温冷冻和膜系统。•人们针对气候的变化，必须深思并做出科学的回应，认真考虑减少温室效应的方法，以提高人类的生活质量。8.1.7替代能源的进展太阳能•太阳能是世界万物必不可少的能源，绿色植物利用其将水和二氧化碳转变为复杂的高能量分子。•虽然太阳能发电仍是一种相对昂贵的技术，但是其生产成本在不断降低，市场在不断扩大。•随着气候劣变和环境恶化问题的日益突出，开发这项能源具有广阔的前景。太阳能电池风能•全世界有超过700MW的风能得以利用，从而使它成为增长最快的能源技术。•风能被认为是获得电能的有效途径，这是因为其技术可靠、获得公众支持、来源丰富、与其他发电方式相比具有成本优势。风力发电水力发电•水能是一种清洁、无污染、可靠、长效可持续应用的能量来源，它提供了全世界电能的1/5，使其成为最丰富的再生能源。•基于水力发电的潜力和减少排放的优势，水力发电将成为构建未来经济持续增长的主要因素之一。水力发电地热发电•地热能源来自于地壳，在世界很多地方都可获得，只被部分利用以替代传统能源。•虽然它不是解决世界清洁能源需求的最终方案，但是它对环境保护具有重大贡献，且在未来具有极大的潜力。地热发电能源电池系统•能源电池是一种电化学设备，可以持续地将电极和电解质之间化学反应产生的能量转变为电能。•能源电池的最突出特色包括：①高能量转换，高负荷特性，节约原油；②低污染，低噪音，低维护费用；③能够在高温系统中使用低成本能源，并提高效率。•缺点：催化剂、膜和附件的初装成本很高，质量较大，电极的分解等。其他方式•回收废弃物•利用植物吸收土壤中的有害重金属8.2食品废弃物处理方法8.2.1食品废弃物处理的目标•由于食品工业产生大量污染物，使得污染物处理问题变得很紧迫。•自1991年，欧盟成员国都制定了各自国家废弃物处理和回收的相关政策。制定这些政府策略是为了达到以下目标：8.2.1食品废弃物处理的目标①确保废弃物被回收或被处理，不会危害人类健康，不使用可能污染环境的处理操作和方法；②建立一个完整而全面的废弃物处理网络平台，选用最恰当的技术，但不会造成过于高昂的使用成本；③确保足够的废弃物处理能力；④鼓励采用洁净生产技术，尽可能阻止或减少废弃物的产生和危害；⑤鼓励使用再循环、再利用、或改造等方法回收废弃物，鼓励将废弃物作为能源来利用。•本节将介绍如下一些生化处理方法：焚化或燃烧、高温裂解、堆肥处理、厌氧消化、需氧消化、嗜热厌氧消化、批处理反应器、电渗析、湿法氧化、固态发酵、臭氧处理和有氧生物降解。这些方法能够很好的降解高浓度和难以处理的一些物质，如植物残留物、动物废弃物、食品工业废水，等等。•表8-1总结了这些方法的优点、缺点、速度、经济成本、处理周期和效率。废弃物处理方法的比较8.2.2焚化或燃烧•对于可燃性的废弃物可以采用焚化或燃烧的处理方法。焚化是指废弃物中可燃物质的氧化，产生热量、水蒸气、氮、二氧化碳和氧气。•根据废弃物成分的不同，还可能有其他排放物，包括NO、NO2、HCl、HF、SO2、易挥发有机碳、二氧化物和灰分、多氯联苯、重金属等。8.2.2焚化或燃烧•焚化是一种可以用于多种废弃物的处理方式。比之垃圾填埋，废弃物焚化有如下一些优势：焚化可以在废弃物集中地就近进行；焚化后，废弃物被分解为无菌的灰，与原先燃烧前的固体废弃物相比，体积将为10%，质量降为33%；不像垃圾填埋法那样，焚化后不会产生甲烷；废弃物焚化后可以作为低成本的能源资源；燃烧后的灰烬可用作建筑原料进行回收再利用；焚化是处理有害废弃物最合适可行的方案。•缺点：成本较高和资金回收期较长；缺少灵活性；焚化时散发出的物质可能仍然对健康有副作用。8.2.3高温裂解•高温裂解是有机废弃物的无氧热降解，产生焦炭、焦油和可燃性气体。•裂解产物的产生量取决于操作条件，尤其是温度和加热速率。•与焚化相比，最主要的区别在于反应器中供氧量的显著差异。8.2.4污泥消化•污泥消化的目的是去除污泥中的难闻气味。•图8-1给出了传统活性污泥工厂的典型操作流程。废水去除细石和沙粒细石沙粒生物曝气预处理下层清夜污泥后处理混合再循环活性污泥厌氧污泥消化沉降稠化消毒机械性污泥脱水过滤化学调节剂废水氯图8-1传统活性污泥工厂的典型操作流程8.2.5堆肥处理•堆肥处理是一种需氧而非厌氧的过程，可对果园或食品工厂的可降解有机废弃物进行生物降解。•城市固体废弃物的堆肥处理包括许多阶段，如图8-2所示。收到可生物降解废弃物保存击碎均质高速堆制肥料稳定成熟筛分分类保存终产物市场图8-2堆肥处理流程示意图8.3谷物加工的废弃物处理8.3.1简介•谷类农作物主要是指禾本科植物可食用的种子，它包括稻米、小麦、玉米及其他杂粮，如小米、黑米、荞麦、燕麦、薏仁米、高粱等。•谷类植物与其他种类农作物相比，食用时能提供更多能量，因此在世界范围内种植面积非常大。•稻米和小麦是世界上最重要的农作物，占世界谷物产量的50%。谷物所提供的淀粉类碳水化合物为人体必需的营养物质。尽管谷物缺乏某些必需营养素，如赖氨酸、甲硫氨酸和苏氨酸等，但谷物是人类和动物食品中重要的组成部分。•全世界最主要的七种谷物包括：小麦、玉米、稻米、大麦、燕麦、黑麦和高粱。8.3.2常用处理方法•废弃物处理技术主要指改进废弃物的物理、化学或生物性质，减少它的体积和降低毒性，使废弃物的排放或丢弃变得更安全。•需要处理的废弃物包含具有放射性、危害性的废弃物以及能源使用过程中产生的其他废弃物。•处理方法主要根据废弃物材料的成分、质量和形式来选择。目前使用的废弃物处理方法如下。•1）固化处理•2）焚化•3）生物处理法•4）物化方法•5）蒸汽提取法