啤酒工業清潔生產技術需求探析
1 啤酒生產行業概況
自2002年我國成為世界啤酒產銷第一大國以來，我國啤酒總產量呈逐年增長的趨勢，2007年繼續保持大幅增長的勢頭，完成啤酒產量3931.37萬kL，比上年同期增長13.8%。隨著我國環境保護工作的深入開展，很多啤酒企業開展了清潔生產工作，在節能減排方面取得了顯著的成績。一些領先的啤酒企業kL啤酒耗水指標可以下降到5.5以下，已經接近國際先進水平，但與國外先進企業相比仍有一定的差距。
據統計，2008年中國化學需氧量和二氧化硫排放量比上年分別下降4.42%和5.95%，比2005年分別下降6.61%和8.95%，首次實現了減排任務完成進度趕上時間要求，為全面完成“十一五”減排目標打下了堅實基礎。實踐證明，在大量治污工程基本建成的形勢下，開展清潔生產，實施污染預防，是實現工業減排目標的重要手段。清潔生產則是啤酒行業實現減排目標的重要手段。
為促進啤酒行業實現減排目標，為啤酒工業企業開展清潔生產提供技術支持和導向，中華人民共和國環境保護部頒布了《清潔生產標準 啤酒制造業》（HJ/T183-2006）。根據標準的相關內容，本文對啤酒行業的一些清潔生產技術進行探討。
2 啤酒行業清潔生產技術需求分析
2.1 麥芽粉碎
麥芽是啤酒生產原料，麥芽粉碎分三種：干法粉碎、增濕粉碎和濕法粉碎。增濕粉碎是將麥芽在粉碎之前用水或蒸汽進行增濕處理，使麥皮水分提高，增加其柔韌性，粉碎時達到破而不碎的目的。主要分為水噴霧增濕、蒸汽增濕兩種方法。濕法粉碎是將麥芽在粉碎前用30℃～50℃的溫水浸泡15～30min，使麥芽的含水量提高到30%左右，同時其體積由于吸水而膨脹35%～40%。與干法粉碎相比，增濕粉碎和濕法粉碎的優點如下：
（1）增濕粉碎和濕法粉碎可提高過濾效率。與干法粉碎相比，增濕粉碎和濕法粉碎的麥芽殼保持得比較完整，濾層比較疏松，過濾效率提高。增濕粉碎可提高約20%的過濾效率，濕法粉碎的過濾效率可提高50%以上。
（2）對于溶解性較差的麥芽，增濕粉碎和濕法粉碎的浸出率比干法粉碎高。
（3）增濕粉碎和濕法粉碎可以直接使用新鮮麥芽，而干法粉碎必須將麥芽存放一段時間使其回潮。
（4）增濕粉碎減少了粉塵飛揚，濕法粉碎則可徹底解決麥芽粉碎中的粉塵污染問題。
2.2 回收利用煮沸鍋的蒸汽廢熱
啤酒生產過程中熱蒸汽的消耗主要是糖化過程中的麥汁煮沸。麥汁煮沸時須從麥汁中蒸發出6%～12%的水蒸汽。如果將這些蒸汽排入大氣，不但損失了熱量，還會帶來一些不良氣味，污染大氣。一般二次蒸汽的回收設備和低壓煮沸相配套。煮沸鍋密閉，控制蒸汽排出閥門，使煮沸鍋內壓力達0.05MPa，這時排出的二次蒸汽溫度可達180℃。
利用煮沸鍋二次蒸汽的方法很多，最常用的方法是換熱回收就地利用。當麥汁充分煮沸后，達到102℃，產生的二次蒸汽將排氣筒中的空氣頂出，關閉排氣筒擋板，使蒸汽通過風機導入回收系統。在回收系統中，蒸汽先經過列管式一次換熱器，將體積為麥汁量1.5倍的80℃水加熱到95℃，蒸汽在列管間隙冷凝；98℃～100℃的蒸汽冷凝水再進入列管式二次換熱器，將冷水加熱到85℃，可供CIP（Cleaning in Place）洗滌和糖化洗槽，30℃的冷凝水排出；一次換熱器出口的95℃熱水再在一個薄板換熱器中將過濾流出的70℃麥汁和洗槽水預熱到92℃進煮沸鍋，在換熱器中95℃熱水降到80℃，再去和二次蒸汽換熱。
除了換熱回收外，還可利用二次蒸汽制冷，用廢蒸汽預熱蒸發制冷介質，使其吸收或膨脹，轉換成機械能制冷。還可通過壓縮提高二次蒸汽的壓力和溫度，使之直接成為麥汁煮沸的熱源。
2.3 推廣采用麥汁一段冷卻技術
糖化結束，要在很短時間內將100℃的熱麥汁冷卻到7℃～8℃，需要消耗很多冷卻水。過去啤酒廠都采用麥汁兩段冷卻法。第一段用冷水將麥汁從95℃冷卻到35℃～45℃，得到55℃左右的冷卻水；第二段再用其它冷卻介質（鹽水、乙醇水、乙二醇水等）將麥汁冷卻到7℃～8℃。由于第一段排出的冷卻水只有55℃左右，不能直接用于糖化洗罐，加上冷卻水量大，啤酒廠無法全部利用，很大一部分干凈的溫熱水被排掉了。近幾年發展的麥汁一段冷卻新技術，通過氨蒸發制冷，用3℃～4℃的冰水一次將熱麥汁冷卻到7℃～8℃，排出75℃～80℃的熱水，可以直接進入釀造熱水罐，作洗槽水和糖化下料水。實現了麥汁冷卻水的充分利用，大大降低了耗水量。在正常生產時，除了糊化、糖化下料時，少量摻入一些冷卻水外，整個生產過程，包括CIP洗滌，都不再補充新水，直接使用熱交換排出的冷卻水。
麥汁一段冷卻與兩段冷卻工藝的設備投資大致相同，但在節能降耗方面，具有以下四方面的優點（某廠生產實測）：
（1）降低能耗，節電40.5%；
（2）節約熱能，水和熱麥汁全程熱交換后，出口水溫75℃～80℃，可直接供洗槽工藝使用，麥汁熱回收率90%～95%；
（3）降低水耗，節約麥汁冷卻水40%；
（4）降低輔助材料酒精的消耗，一段冷卻以水作載冷劑，酒精用量分別降低29%和30%。
2.4 二氧化碳回收
二氧化碳回收要經過洗滌、凈化、壓縮、干燥、冷卻、液化等過程。發酵初期發酵罐內存有大量的空氣，釋放出的二氧化碳實際上是與空氣的混合氣體，因此應先將發酵罐內的空氣排凈后再回收二氧化碳，約需24h。
2.5 發酵過程微機控制
發酵是啤酒生產中最重要的環節之一，其直接決定著啤酒的口味與質量。早期的大罐發酵通過溫度、壓力等檢測儀表結合手動操作執行機構來實現冷媒調節、罐壓控制等目的，普遍存在著控制精度低、勞動強度高、管理能力差等缺點。近年來，國內主要啤酒生產廠家為了改善產品質量，提高勞動生產率以及生產管理水平，紛紛采用各種新技術來提高自動化程度。啤酒發酵是一種多階段、連續的工藝過程，而每一階段的工藝對罐溫、罐壓的要求都不同。在發酵周期的各個不同階段，酵母的活動能力、生長繁殖的快慢與發酵溫度的變化有著密切的關系。因此，嚴格控制發酵工藝各階段的溫度就成了保證啤酒質量的關鍵。酒液在發酵過程中產生大量的熱，必須用冷媒液來吸收并維持工藝設定的溫度值。啤酒發酵工藝過程除了要控制罐溫在特定階段與設定的工藝曲線相吻合以外，還要控制罐內氣體的有效排放，以使罐內壓力符合工藝要求。
2.6 廢酵母綜合利用
啤酒生產過程中排放的廢酵母泥是高濃度有機污染物，污染負荷約占廢液總污染的1/3。采用廢酵母回收利用技術，可有效地消除這部分污染。綜合利用的主要方向包括：廢酵母泥干燥生產飼料酵母；酵母破壁制營養液和浸膏；核苷酸類藥物生產；制取其他生化藥品。
2.7 主要節水措施
啤酒廠節水措施主要包括以下幾個方面：
（1）啤酒生產過程中，熱麥汁冷卻工藝采用一段冷卻法。回收的熱水可用于糖化投料和其他生產用水。
（2）回收麥汁薄板冷卻水，用作糖化、糊化下料水或洗糟用水。
（3）糊化鍋、糖化鍋、煮沸鍋、回旋沉清槽等可以考慮使用高效的泡沫清洗劑進行清洗，可以節約沖洗用水。
（4）回收發酵罐/清酒罐洗滌水，前罐最后沖洗水作為下一罐洗罐的頭道水或沖地之用。發酵麥汁管路及清酒過濾機的殺菌用水，可收集起來作發酵大罐/清酒罐的清洗用水。
（5）利用新設備、新技術，如用錯流過濾代替硅藻土過濾，可以節約水耗，又降低酒損和化學清洗劑用量，啤酒濁度又低。
（6）洗瓶機后工序漂洗水基本上未受污染，經回收后不用做任何處理就可直接用于洗瓶機前段預洗或沖洗地面。完善洗瓶噴淋控制系統，控制噴淋水量；完善殺菌機PLC溫度控制，根據不同情況設置工藝控制參數，平衡殺菌水的循環使用，最大限度地減少補充水。
3 結論
總體而言，目前國內很多啤酒企業仍存在生產能力小、工藝技術和設備較為落后，管理水平低等情況，導致企業出現能耗高、物耗高、污染重、經濟效益低等一系列問題。在嚴峻的市場競爭環境和日趨嚴格的環境法規標準的雙重壓力下，啤酒企業必須對現有技術裝備進行更新改造，提高資源能源利用效率，提高管理水平和員工素質，以保證其可持續發展，實現經濟、環境效益的雙贏。
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