輕工生物質(zhì)過程殘渣高值化利用必要性與技術(shù)路線分析

許光文1，紀文峰1，2，劉周恩1，2，萬印華1，張小勇1

(1.中國科學院過程工程研究所多相復雜系統(tǒng)國家重點實驗室，北京100190；2.中國科學院研究生院，北京100049)

　　摘要：以農(nóng)產(chǎn)品為原料的輕工業(yè)在產(chǎn)品轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生大量的生物質(zhì)殘渣，如甘蔗渣、酒/醋糟、茶/咖啡渣、中藥渣、抗生素/有機酸菌渣等，是一種已被集中的生物質(zhì)資源。本工作通過分析種類繁多的輕工生物質(zhì)過程殘渣的物化與生物特性，根據(jù)組成特性將其分為富含纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素3大類，進一步通過提煉共性，從殘渣的收集、預處理和轉(zhuǎn)化利用3個環(huán)節(jié)，提出了基于過程工程思想的輕工生物質(zhì)過程殘渣高值化利用技術(shù)路線，以期為發(fā)展支撐以農(nóng)產(chǎn)品為原料的輕工產(chǎn)業(yè)、實現(xiàn)潔凈生產(chǎn)和原料全量利用，并提高能源效率、控制污染源頭和增加企業(yè)效益的集成化技術(shù)體系提供思路和方法指導。

　　1前言

　　以農(nóng)產(chǎn)品為原料的輕工業(yè)是典型的流程工業(yè)，在將農(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為食品、飲料、醫(yī)藥和紙等民生和工業(yè)產(chǎn)品的同時，還產(chǎn)生大量生物質(zhì)殘渣，如甘蔗渣、各類酒/醋糟、茶/咖啡渣、中藥渣、抗生素/有機酸菌渣等。在我國每年產(chǎn)生油粕5500萬t以上[1]，蔗渣與濾泥近3000萬t[2]，酒精糟近2000萬t[3]，白酒糟2000萬t以上[4]，啤酒糟近1000t[5]，中藥渣1300萬t以上(其中中成藥渣達900萬t)[6]，全國造紙企業(yè)每年產(chǎn)生2億多t含10%∼15%固形物的黑液，換算成50%水分的黑液可溶渣達5000萬t[7]。這些殘渣是已經(jīng)被集中的生物質(zhì)資源，但它們含水50%∼80%(ω)，易腐爛變質(zhì)，并呈弱酸堿性或含油，是潛在的水及空氣的重要污染源。因此，從廢棄物資源再利用和環(huán)境保護兩方面都迫切要求進行輕工生物質(zhì)過程殘渣的有效轉(zhuǎn)化與利用。

　　輕工生物質(zhì)過程殘渣種類多、數(shù)量大、組分差異大，國內(nèi)尚未形成可支撐行業(yè)發(fā)展的高效率、高價值利用技術(shù)體系。本工作通過分析輕工生產(chǎn)過程產(chǎn)生的生物質(zhì)過程殘渣的總量，物理、生物與化學特性，及其對環(huán)境造成的潛在污染，明確了高值化利用輕工生物質(zhì)過程殘渣的意義和可能性。進一步通過分析資源化利用輕工生物質(zhì)過程殘渣的國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，闡明了在該方向上的國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢和國內(nèi)與國外存在的技術(shù)差距，揭示了高值化利用輕工生物質(zhì)過程殘渣的技術(shù)現(xiàn)實性和產(chǎn)業(yè)上的可操作性。

　　基于這些分析，提出高值化利用輕工生物質(zhì)過程殘渣必須基于殘渣物料本身的組成與組分特性，建立相應的技術(shù)與工藝，以最大程度地發(fā)揮不同組分特性的殘渣的資源價值。基于過程工程理論，最后提出了包含共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和成套過程工藝的輕工生物質(zhì)過程殘渣高值化利用技術(shù)路線，以期為發(fā)展具有行業(yè)支撐能力的集成化輕工生物質(zhì)殘渣利用技術(shù)提供思路和方法指導。

　　2輕工行業(yè)特色

　　2.1伴生大量過程殘渣

　　輕工業(yè)包括分別以農(nóng)產(chǎn)品和非農(nóng)產(chǎn)品為原料的兩大類，其中以農(nóng)產(chǎn)品為原料的工業(yè)是輕工業(yè)的主體，主要含農(nóng)副產(chǎn)品加工、食品、飲料、煙草、紡織、皮革、造紙以及中成藥制造等行業(yè)，其產(chǎn)值占輕工業(yè)總產(chǎn)值的70%以上。

　　以農(nóng)產(chǎn)品為原料的輕工業(yè)通過對原料加工獲得食品、飲料、醫(yī)藥、紙等輕工產(chǎn)品的同時，還產(chǎn)生大量有機廢水、廢液與生物質(zhì)廢渣(即生物質(zhì)過程殘渣，Process biomass residues)。典型的此類輕工行業(yè)包括：食品加工的油脂加工與制糖，食品制造的醬醋、調(diào)味品、添加劑釀造發(fā)酵，飲料制造的酒精、白酒、啤酒生產(chǎn)，制藥的中成藥加工、抗生素發(fā)酵，造紙的制漿和皮革的鞣制等。在我國，每一個行業(yè)都有上千家的大型企業(yè)，產(chǎn)生包括油粕、蔗渣、醋糟、醬渣、白酒糟、酒精糟、啤酒糟、發(fā)酵菌渣、中藥渣、造紙邊角料、黑液可溶渣在內(nèi)的種類多樣的生物質(zhì)過程殘渣。表1為根據(jù)近年來的各種報道匯總的我國主要輕工生物質(zhì)過程殘渣的年產(chǎn)出量，可見每年共達2×108t以上[1−5]，相當于我國生活垃圾的總產(chǎn)生量。

　　這些輕工生物質(zhì)過程殘渣已經(jīng)被集中，量大，產(chǎn)生于特定的輕工生產(chǎn)過程，且富含纖維素、蛋白質(zhì)或木質(zhì)素。因此，它們是不同于高度分散秸稈類生物質(zhì)的特定“生物質(zhì)資源”，適合在產(chǎn)生現(xiàn)場作為輕工生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)進行集中和規(guī)?；D(zhuǎn)化利用。

　　2.2重污染、高能耗

　　輕工行業(yè)的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的有機廢水、廢液與生物質(zhì)過程殘渣是我國重要的工業(yè)污染源之一。2004年中國綠色經(jīng)濟核算的結(jié)果表明(圖1[8])，在主要的39個工業(yè)行業(yè)中，造紙的環(huán)境污染指數(shù)最高，而污染最重的10個行業(yè)中輕工業(yè)占了6個，分別是造紙第1位，食品制造第4位，醫(yī)藥第6位，食品加工第7位，飲料制造第8位和皮革第10位。這些行業(yè)由于環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失達700多億元(基于2004年數(shù)據(jù)，表2)。輕工生產(chǎn)的環(huán)境污染主要來自有機廢水與廢液，但未能處理和轉(zhuǎn)化利用的高含水[50%∼80%(ω)]、易腐爛變質(zhì)、呈弱酸堿性甚至含油的輕工生物質(zhì)過程殘渣的堆放、分散與拋棄也不可低估。同時，富集的輕工糟液經(jīng)機械分離后溶于濾液中的可溶性輕工過程殘渣(如糖)的濃縮分離過程本身是廢水治理過程。它通過濃縮、分離出可溶性殘渣，使COD及BOD值高至數(shù)萬乃至10萬以上的濾液轉(zhuǎn)變?yōu)镃OD僅為數(shù)百至千的廢水。因此，濃縮分離的完全程度直接決定了輕工行業(yè)的水污染嚴重度。

　　綜上所述，輕工生物質(zhì)過程殘渣不但是量大、種類多的已被集中的生物質(zhì)資源，還是重要的環(huán)境污染源。從資源利用和環(huán)境污染控制兩方面均要求對輕工生物質(zhì)過程殘渣進行有效的轉(zhuǎn)化與利用，特別是根據(jù)資源特征，充分發(fā)揮資源價值的高值化利用。這不但可有效控制污染，還通過利用殘渣實現(xiàn)輕工原材料的高效率、乃至全量利用，促使輕工行業(yè)降低物耗和能耗，建立潔凈、可持續(xù)型輕工發(fā)展模式。

　　3輕工殘渣處理背景技術(shù)

　　3.1國內(nèi)現(xiàn)狀

　　國內(nèi)已開展許多有關(guān)輕工生物質(zhì)過程殘渣的轉(zhuǎn)化與利用工作。在表1所示主要殘渣中，以大豆粕、菜籽粕、棉籽粕為代表的油粕富含高達40%(ω)的蛋白質(zhì)，且僅含水10%(ω)左右、粗纖維5.0%∼7.0%(ω)，因此很易成為有效的植物蛋白質(zhì)資源，應用于飼料、抗菌素原料、魚粉、寵物飼料等的生產(chǎn)[9]。因此，我國的油粕幾乎已實現(xiàn)完全利用，而且在部分地區(qū)建立了成套生產(chǎn)線，利用大豆粕生產(chǎn)高價值的濃縮蛋白、大豆異黃酮、核酸、低聚糖等產(chǎn)品[10]。

　　甘蔗渣是典型的富含纖維素的輕工生物質(zhì)過程殘渣，利用其中的纖維素用于紙漿生產(chǎn)具有良好的經(jīng)濟效益[11]，已在國內(nèi)較廣范圍內(nèi)推廣，但必然產(chǎn)生黑液二次廢液和殘渣。甘蔗渣在巴西、美國夏威夷被廣泛用作能源，通過燃燒或氣化進行發(fā)電，實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。國內(nèi)也有一些甘蔗渣發(fā)電廠，但與紙漿制造相比效益較低[11]，致使其推廣應用仍十分有限，而且有待提高燃燒與發(fā)電效率，特別是氣化發(fā)電受焦油問題困擾，國內(nèi)技術(shù)仍未真正成熟。

　　利用甘蔗渣生產(chǎn)乙醇在國內(nèi)已有示范，但該技術(shù)路線僅能利用蔗渣20%左右的能量[12]，需要聯(lián)合熱化學方法處理乙醇發(fā)酵殘渣，而且蔗渣乙醇技術(shù)本身成本高，仍處于研發(fā)階段。利用甘蔗渣的纖維素可生產(chǎn)人造板材等，但仍需技術(shù)升級、研究經(jīng)濟可行性和開發(fā)板材應用市場[2，12]。

　　白酒糟是另一大類輕工生物質(zhì)過程殘渣，含30%∼60%(ω)稻殼。雖然有一些小型廠家當作飼料免費或低價出售給農(nóng)民，但很難利用其生產(chǎn)飼料。為了利用白酒糟、克服其污染問題，上海理工大學研發(fā)了燃燒白酒糟的鏈條爐，并在四川宜賓酒廠實際應用[13]。該技術(shù)較有效地利用了白酒糟，但鏈條爐單臺生產(chǎn)能力有限，致使宜賓酒廠并列了18臺鏈條爐處理其酒糟，系統(tǒng)復雜龐大，而且鏈條爐燃燒溫度高，破壞了稻殼燃燒灰富含的無定型硅結(jié)構(gòu)，致使灰的高價值利用困難。

　　其他液態(tài)發(fā)酵的酒精糟，如酒精、啤酒、黃酒等生產(chǎn)過程的酒糟不含稻殼，但含水60%(ω)以上?，F(xiàn)有的處理方法局限于酒精飼料干酒精糟(DDG)和玉米酒糟(Distillers Dried Grain with Solubles，DDGS)的生產(chǎn)，但飼料脫水干燥的高能耗使其利潤低，甚至虧本。因此，很多小型廠仍以拋棄為主要處理方法。利用液態(tài)發(fā)酵酒糟生產(chǎn)沼氣的方法也有報道[12]，但通過沼氣僅能回收20%∼30%的能量，在城市還難以處理沼氣發(fā)酵的殘液。利用液態(tài)發(fā)酵酒糟制備富含蛋白類飼料或其他生物產(chǎn)品也有報道，但幾乎均處于研發(fā)階段，很少見綜合考慮經(jīng)濟性的大規(guī)模應用示范。

　　抗生素發(fā)酵產(chǎn)生的菌渣不能作為飼料，其轉(zhuǎn)化與利用在近些年受到了一些研究機構(gòu)的關(guān)注。在國家“九五”攻關(guān)和863等項目的支持下研發(fā)了利用青霉素菌絲體渣通過發(fā)酵法生產(chǎn)殼聚糖、麥角固醇和利用殼聚糖生產(chǎn)印跡吸附劑的技術(shù)工藝[14]，并實施了技術(shù)中試。利用味精渣作為醬油原料的實驗也見諸報道，但未能得以實際推廣應用。

　　其他有機酸菌渣，如檸檬酸渣、乳酸渣等通常仍視為廢棄物，還沒有有效的轉(zhuǎn)化利用方法。醬渣是一種富含脂肪、蛋白的高價值生物質(zhì)殘渣，但高鹽含量[10%∼20%(ω)]使其難以作為飼料和難以處理。通過膜分離技術(shù)和耐鹽生物菌的研發(fā)，最近在對其資源化利用方面有一些進展，但總體上仍停留于發(fā)酵生產(chǎn)含鹽適量、適口性好的蛋白飼料方面，有待研發(fā)系統(tǒng)的高值化轉(zhuǎn)化新技術(shù)。

　　造紙黑液中的可溶殘渣及廢水的處理一直是輕工行業(yè)的難題。黑液造成嚴重污染的原因在于其含堿和木質(zhì)素。分離提取堿及木質(zhì)素是治理黑液污染的關(guān)鍵。黑液堿回收技術(shù)已在年制漿能力大于5萬t的紙廠得以應用，但回收后的木質(zhì)素漿液卻以焚燒方式處理。由于黑液含水量高，整體系統(tǒng)耗能高，效益低下，致使許多中小型紙廠難以承受堿回收的高成本，不得不直接排放，造成嚴重污染。

　　分離回收黑液中的木質(zhì)素可使黑液的污染強度大大降低，如其COD，BOD和色度的去除率可分別達到80%，75%和96%左右。如何轉(zhuǎn)化利用木質(zhì)素成為實施輕工生物質(zhì)過程殘渣高值化利用的一個重要課題。國內(nèi)研究機構(gòu)實驗了許多利用木質(zhì)素生產(chǎn)高價值產(chǎn)品的技術(shù)方法，但成功的利用仍局限于水泥減水劑的生產(chǎn)，目前國內(nèi)年產(chǎn)量為6萬t。隨著纖維素乙醇技術(shù)的發(fā)展、成熟和推廣應用，富含木質(zhì)素的過程殘渣產(chǎn)出量將大大增加，使對木質(zhì)素殘渣的轉(zhuǎn)化與利用需要技術(shù)多元化，研發(fā)高值化和綜合效益高的新技術(shù)。

　　綜上所述，在各種輕工生物質(zhì)過程殘渣中，除了油粕得以完全轉(zhuǎn)化與利用外(因含水低、含蛋白高)，對其他殘渣的利用則不完全、產(chǎn)生二次殘渣(如蔗渣制漿)，或還未形成可商業(yè)化的技術(shù)(由于技術(shù)或經(jīng)濟原因)，而且由于技術(shù)或成本方面的原因?qū)⑵湟暈閺U棄物而丟棄的現(xiàn)象十分普遍(特別是中小型廠)。許多見諸報道的輕工生物質(zhì)過程殘渣處理技術(shù)仍處于研發(fā)、甚至實驗室小試階段。而技術(shù)研發(fā)又處于嚴重的單一分散狀態(tài)，所研發(fā)技術(shù)的絕大部分僅針對某一種殘渣的單一成分的提取、分離與轉(zhuǎn)化，缺乏集成與聯(lián)合攻關(guān)。

　　總體上，我國利用輕工生物質(zhì)過程殘渣的主體思路仍是飼料化，還未形成具有廣泛適用性的高值化轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)體系。同時，輕工行業(yè)缺乏高效率、低能耗的生物質(zhì)過程殘渣濃縮分離與脫水干燥技術(shù)，以確?？扇苄詺堅姆蛛x和殘渣飼料生產(chǎn)的低能耗、低成本。實際上，輕工行業(yè)20%∼50%的能耗源于殘渣的濃縮分離與脫水干燥兩個工段，而殘渣濃縮分離本身還是廢水污染的治理過程。

　　3.2國際潮流

　　實施輕工生產(chǎn)企業(yè)的物料全量再利用，實現(xiàn)零排放在很多國家已經(jīng)定型，其過程殘渣的利用已變?yōu)檩p工生產(chǎn)不可缺少的一個環(huán)節(jié)。1990年日本的KIRIN，Asahi等大型飲料制造公司就實現(xiàn)了副產(chǎn)物及廢棄物的近100%再利用目標，如利用啤酒糟生產(chǎn)飼料、剩余酵母生產(chǎn)食品及醫(yī)藥用品材料、污泥生產(chǎn)有機肥料。Cocacola公司在全世界推行資源全量利用政策，2000年以來其各地工廠的物料利用率一直在96%以上(如圖2所示[15])。而且，將輕工生物質(zhì)過程殘渣作為資源生產(chǎn)高價值產(chǎn)品也成為國際潮流和最新發(fā)展趨勢。

　　圖3是日本的三和油化工業(yè)(株)等3個醬油公司正在產(chǎn)業(yè)化的醬渣高值化利用技術(shù)路線圖[16]，利用醬渣生產(chǎn)具有美容效果的洗滌用品和具有醬油味的調(diào)味料等。通過高值轉(zhuǎn)化和利用輕工生物質(zhì)過程殘渣，不但可有效控制由于丟棄殘渣引起的空氣和水體污染，還能通過利用殘渣所生產(chǎn)的能源、材料、生物制品等產(chǎn)品部分替代輕工生產(chǎn)過程所消耗的化石能源或原材料，增加企業(yè)收入，提高企業(yè)利潤。

　　我國的輕工行業(yè)在物耗、能耗與資源綜合利用方面同國際先進水平差距較大。如輕工行業(yè)的平均能耗和水耗高出國際先進水平40%∼50%，而造紙則是國際水平的2倍以上。我國食品行業(yè)的原料利用率大都在65%，明顯低于發(fā)達國家的80%。另一方面，我國輕工產(chǎn)品的出口量非常大，但行業(yè)本身利潤率低，與其高物耗和高能耗直接相關(guān)。為在國際市場競爭中占據(jù)更有利地位，輕工企業(yè)不僅需要保證產(chǎn)品本身的一流品質(zhì)，同時還需要通過節(jié)能降耗降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤空間。一個有效的途徑就是高值化轉(zhuǎn)化與利用其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量殘渣。實際上，很多輕工生產(chǎn)，如醬油與酒精生產(chǎn)，僅利用了原料中的極少部分有效成分，大量的其他成分則轉(zhuǎn)移到殘渣中，再利用價值極高，為輕工生物質(zhì)過程殘渣的高值化轉(zhuǎn)化提供了可行條件。

　　4高值化技術(shù)路線

　　4.1技術(shù)思路

　　輕工生物質(zhì)過程殘渣高值化利用包括利用殘渣生產(chǎn)附加價值高的各種產(chǎn)品和在這些產(chǎn)品的生產(chǎn)中追求原料全量利用、低耗能和不產(chǎn)生二次污染。因為輕工生物質(zhì)過程殘渣常與廢液共存，而經(jīng)濃縮分離獲得的殘渣又含水50%∼80%(ω)，實施其高值化轉(zhuǎn)化與利用的前提條件是高效率、低能耗地與廢液分離和對分離出的殘渣進行脫水與干燥。

　　同時，輕工生物質(zhì)過程殘渣種類繁多，研發(fā)具有廣泛適應性的殘渣轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)要求根據(jù)各類殘渣的特性對其進行歸納分類。在眾多輕工行業(yè)中，食品加工、食品制造、飲料制造、制藥、造紙等行業(yè)的生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的生物質(zhì)過程殘渣量大、分布廣、含水高，甚至呈弱酸弱堿性，因此污染最嚴重但又最具轉(zhuǎn)化利用價值。實施輕工生物質(zhì)過程殘渣高值化利用應該采取的技術(shù)思路是：著眼上述“大宗”輕工生物質(zhì)過程殘渣，根據(jù)現(xiàn)有轉(zhuǎn)化利用技術(shù)與應用現(xiàn)狀，明確亟待處理的殘渣，從殘渣收集、預處理和轉(zhuǎn)化利用3個環(huán)節(jié)入手，研發(fā)高效、低能耗的殘渣濃縮分離與脫水干燥共性技術(shù)，針對富含纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素的不同類殘渣采取最適合的高值化轉(zhuǎn)化方法，研究開發(fā)轉(zhuǎn)化和利用的關(guān)鍵技術(shù)和成套工藝。

　　至今，殘渣濃縮分離依賴于多效蒸發(fā)，但多效蒸發(fā)能耗高，在高濃區(qū)時掛壁結(jié)垢現(xiàn)象嚴重，儀器維修更換頻率高。被濃縮的輕工生物質(zhì)過程殘渣的脫水干燥目前主要通過管束干燥器，依靠分散固體物料使其接觸蒸汽管外壁而向物料傳熱和蒸發(fā)水分，因此傳熱速度慢，致使熱利用率低(蒸發(fā)1t水通常需1.5∼2.0t蒸汽)，而且蒸汽管上易燒焦結(jié)垢。

　　因此，輕工生物質(zhì)過程殘渣濃縮分離和脫水干燥亟需更新思路，實現(xiàn)技術(shù)升級，克服現(xiàn)有高能耗和燒焦掛壁等行業(yè)共有難題。圖4表示了根據(jù)組成特性對各種主要輕工生物質(zhì)過程殘渣的分類。其中，白酒糟、醋糟、茶渣、中藥渣類似甘蔗渣，以富含纖維素為特點，而油粕、各種液態(tài)發(fā)酵的酒糟(酒精糟、啤酒糟、黃酒糟)、醬渣及抗生素/有機酸菌渣等則含纖維素少，主要富含蛋白質(zhì)。纖維素被轉(zhuǎn)化利用的纖維素乙醇發(fā)酵渣、造紙黑液可溶渣等則富含木質(zhì)素。因此，針對某一類殘渣而研發(fā)的高值化轉(zhuǎn)化技術(shù)及工藝可適于屬于該類的各種過程殘渣，打破了迄今為止僅著眼某種殘渣、針對單一對象研發(fā)殘渣再利用技術(shù)的思想。

　　

　　4.2工藝路線

　　基于上述技術(shù)思路，高值化利用輕工生物質(zhì)過程殘渣的技術(shù)體系應包括5個方面的具體技術(shù)及工藝：殘渣濃縮分離，殘渣脫水干燥，富含纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素的輕工生物質(zhì)過程殘渣的分別高值化轉(zhuǎn)化及利用技術(shù)。其中，新型殘渣濃縮分離和脫水干燥技術(shù)著眼于解決行業(yè)的共性難題，不但是實現(xiàn)各類殘渣高值化利用的前提和基礎(chǔ)，還可用來替代現(xiàn)行的多效蒸發(fā)和管束干燥技術(shù)[17−19]，促進這2個工段降低能耗，簡化操作(如減少停機維護等)。

　　日本的神戶制鋼公司開發(fā)的煤油中漿料脫水應用于褐煤干燥[20−23]，通過實現(xiàn)蒸汽潛熱的回收利用，綜合熱效率達90%以上，高出管束干燥器10%以上。引入高頻電磁波的真空蒸發(fā)有望成為升級多效蒸發(fā)技術(shù)的有效措施[23−27]。而通過改變管束干燥的固固傳熱方式，憑借液固傳熱明顯提高殘渣被加熱和水分蒸發(fā)的效率，有望實現(xiàn)高效率、低能耗脫水，消除管壁燒焦問題。各種干燥技術(shù)的深入闡述見文獻[12]。

　　我國年產(chǎn)白酒糟、醋糟、中藥渣、茶渣、甘蔗渣等富含纖維素輕工生物質(zhì)過程殘渣近5000萬t。這類殘渣的生物轉(zhuǎn)化速度緩慢，因此特別適合通過熱化學方法利用其生產(chǎn)能源或功能材料。全部轉(zhuǎn)化這些殘渣在規(guī)模上相當于節(jié)約1500萬t/年的原煤，可促使行業(yè)節(jié)約燃費開支7∼10億元，而且還可利用這些殘渣中所含的無定型生物硅，或直接通過殘渣的碳化、活化生產(chǎn)VOC、有機硫等吸附/吸收材料[28，29]，獲得更好效益。

　　油脂行業(yè)的油粕作為植物蛋白源已在我國很好被利用[30，31]，但富含蛋白質(zhì)的其他過程殘渣，如醬渣、菌渣、各種液態(tài)發(fā)酵酒精糟等目前除用作飼料外，還無其他更有效的利用方法。而醬渣含鹽高(6%∼8%)、菌渣含有害菌等特點還使這些殘渣難以作為飼料。通過先進的生物與化學轉(zhuǎn)化及分離技術(shù)可利用它們生產(chǎn)各種高價值的化學和生物制品，如大豆異黃酮、蛋白粉、油脂、膳食纖維等，其中前兩者附加值極高，市場需求旺盛。

　　根據(jù)醬渣等的有效成分含量初步估計，利用這些殘渣每年可生產(chǎn)油脂100萬t、蛋白粉200萬t、膳食纖維150萬t以上，創(chuàng)造數(shù)百億元利潤。同時，利用纖維素乙醇糟、造紙可溶渣中的木質(zhì)素也可生產(chǎn)如土壤改良劑、燃料粘結(jié)劑、油田軀油劑等產(chǎn)品[32−35]，服務(wù)于農(nóng)業(yè)和能源等重要行業(yè)，并有效控制溶于黑液中的木質(zhì)素造成的污染，產(chǎn)生可觀的社會經(jīng)濟效益。

　　綜上所述可形成如圖5所示的輕工生物質(zhì)過程殘渣高值化轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)工藝，即通過新型的殘渣濃縮分離和脫水干燥共性技術(shù)和分別普遍適用于富含纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素的輕工生物質(zhì)過程殘渣的高值化轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)、木質(zhì)素的輕工業(yè)生物質(zhì)過程殘渣的高值化轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)及成套過程工程工藝，形成支撐以農(nóng)產(chǎn)品為原料的輕工行業(yè)的生物質(zhì)過程殘渣高值化、且接近全量利用的技術(shù)體系，以大幅度降低行業(yè)能耗，減輕水污染，并通過高值產(chǎn)品創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

　　5結(jié)束語

　　我國以農(nóng)產(chǎn)品為原料的輕工行業(yè)每年產(chǎn)生超過2億t的各種輕工生物質(zhì)過程殘渣，是已經(jīng)被集中的富含纖維素、蛋白質(zhì)或木質(zhì)素，但同時含水50%(ω)以上、易腐爛變質(zhì)的生物質(zhì)資源。在食品加工、食品制造、飲料制造、制藥和造紙行業(yè)產(chǎn)生的量大、面廣、污染嚴重的各種輕工生物質(zhì)過程殘渣中，除油粕作為植物蛋白源被完全有效利用外，其他均未被完全(如甘蔗渣紙漿產(chǎn)生二次污染)或未被有效利用，作為廢棄物而直接丟棄在眾多中小型輕工企業(yè)依然十分普遍。同時，整個輕工行業(yè)備受可溶性殘渣濃縮分離和脫水干燥兩工段的高能耗困擾，致使行業(yè)能耗高、水耗高，比國際先進水平高出40%∼50%，造紙行業(yè)甚至達到國際水平的2.0倍。因此，從資源利用、環(huán)境污染控制和促成輕工行業(yè)節(jié)能降耗、提高企業(yè)利潤率等諸多方面十分有必要開展輕工生物質(zhì)過程殘渣的高值化綜合利用。

　　高值化利用輕工生物質(zhì)過程殘渣應著眼于典型輕工行業(yè)的大宗殘渣，從殘渣收集、預處理和轉(zhuǎn)化利用3個環(huán)節(jié)，提煉殘渣濃縮分離和脫水干燥2個行業(yè)共性難題，研發(fā)共性技術(shù)，并對殘渣歸納分類，研發(fā)分別適用于富含纖維素、蛋白質(zhì)和木質(zhì)素的生物質(zhì)過程殘渣的高值化轉(zhuǎn)化與利用關(guān)鍵技術(shù)和成套工藝，以建成具有行業(yè)支撐作用的生物質(zhì)過程殘渣高值化利用技術(shù)體系。其中，通過新型殘渣濃縮分離與脫水干燥技術(shù)可促進輕工行業(yè)整體降低能耗和減輕廢水污染，并為殘渣的高值化轉(zhuǎn)化提供前提條件。根據(jù)富含纖維素、蛋白質(zhì)和木質(zhì)素的輕工生物質(zhì)過程殘渣的生物與化學特性，它們的高值化轉(zhuǎn)化利用可通過利用殘渣生產(chǎn)能源、材料、生物、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的公用產(chǎn)品而實現(xiàn)。

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