序
　　食品加工業(yè)在長期保證人類生存所需能量供給的同時(shí)，也需要考慮煤炭、石油、天然氣這類天然礦物資源的可持續(xù)性。在過去的幾十年中，全球人口的穩(wěn)定增長及其營養(yǎng)需求的不斷上升，使食品和飲料行業(yè)每年的水耗能耗增長40%，像中國和印度這樣的許多國家，人口急劇上升，導(dǎo)致水和能源的需求急劇增加，成本持續(xù)增長。水資源不足在世界許多地方已成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量提高的瓶頸。由于CO2、NOx、SOx、塵埃、炭黑和燃燒物排放物劇增，全球人口的增長和能源需求的上升已造成了許多領(lǐng)域不可預(yù)測(cè)的環(huán)境問題。伴隨全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各國都在增加產(chǎn)量，此時(shí)利用新技術(shù)以保證生產(chǎn)/加工行業(yè)提高能效并使廢物排放最小化就顯得越發(fā)重要。能源及其它環(huán)境成本、強(qiáng)制性廢水廢物排放限制、行政收費(fèi)和稅收從根本上影響著產(chǎn)品的成本。對(duì)以上問題的一個(gè)潛在解決方案是通過對(duì)水耗和能耗的優(yōu)化，提高加工效率、減少廢水和廢物的排放。
　　食品加工領(lǐng)域分布非常廣泛，生產(chǎn)旺季僅在特定且有限的時(shí)間段內(nèi)，如制糖工業(yè)。此外，食品工業(yè)行業(yè)很多，且十分依賴小規(guī)模的生產(chǎn)加工商，因此伴隨著能源價(jià)格的上升和節(jié)能減排的呼聲漸緊，運(yùn)用有效工藝提高能效將大有可為。適當(dāng)?shù)乩�用可提高能源利用率的方法和技術(shù)也可達(dá)到綜合利用可再生資源的目的，如在加熱和冷卻循環(huán)中綜合利用生物能源、太陽能光伏和太陽能加熱。業(yè)界要求一方面減少水耗，另一方面減少廢水排放，二者并不矛盾。
　　本書綜述了業(yè)界最新的研究開發(fā)、良好實(shí)際操作，并提供了實(shí)際的案例分析，編輯也鼓勵(lì)作者為每一章節(jié)附上“更多的信息與建議”，以便讀者能進(jìn)一步深入研究并獲得更多信息。
　　本書分為6個(gè)部分：
第一部分 提高食品加工中用水和用能管理水平的關(guān)鍵
　　這一部分就本書內(nèi)容做了總體的介紹，由3章組成，提供了一般問題的相關(guān)綜述：法規(guī)和經(jīng)濟(jì)問題 — 第1章，環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)問題 — 第2章，第3章綜述了廢棄物處理的綜合方法。
　　第1章可使讀者對(duì)現(xiàn)代食品加工操作中成功的用水管理的基本方法有一定的了解，本章以法規(guī)和經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，圍繞工廠現(xiàn)場(chǎng)和公司管理者的可能考量，尤其是與工程相關(guān)的問題進(jìn)行介紹。本章的目的不是給出相關(guān)條例章程的列表，也不只是給出基于極少數(shù)實(shí)際操作中得到的‘平均’基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，如果這樣，那就顯得太過平淡了。本章明確了食品加工操作的多樣性，闡述了現(xiàn)代法規(guī)的基本趨勢(shì)及其含義，最重要的是，闡述了在工程和生產(chǎn)操作的關(guān)鍵過程中，執(zhí)行得越來越多的各種具體操作的要求，這些具體操作的使用頻率呈上升趨勢(shì)。讀完第1章后，讀者應(yīng)對(duì)單個(gè)或多廠址工廠密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和管理流程的確定程序有一個(gè)基本的了解。本章提供的許多有關(guān)建議都是依據(jù)簡(jiǎn)單原理提出的，沒有進(jìn)行深入討論。但人們總認(rèn)為復(fù)雜的問題應(yīng)該有復(fù)雜的解決方案，所以這些簡(jiǎn)單原理往往就被忽視了。
　　第2章闡述了食品行業(yè)的水耗、能耗都很大，因此，有責(zé)任提高二者的使用效率，并減少浪費(fèi)。一般來說，在食品行業(yè)中操作流程的改進(jìn)都有非常大的空間，但不一定能很容易地達(dá)到節(jié)水、節(jié)能的目標(biāo)，并保持已有的節(jié)水、節(jié)能水平。在行業(yè)內(nèi)部，必須對(duì)從車間操作人員到高級(jí)管理者進(jìn)行教育和培訓(xùn)，且這些教育和培訓(xùn)需要與政府和國際導(dǎo)向具有一致性，并保證執(zhí)行。有多少食品公司能夠做到像保證產(chǎn)品質(zhì)量和滿足客戶貨期要求那樣積極地減少水耗和能耗呢？
　　第3章通過食品加工中廢水處理復(fù)雜方法的綜述補(bǔ)充了環(huán)境問題，較好地認(rèn)識(shí)了能耗和水耗、廢棄物最小化是包括食品工業(yè)在內(nèi)的所有工業(yè)的主要環(huán)境問題。食品工業(yè)的廢物流包括廢水和固體廢棄物，也會(huì)產(chǎn)生相對(duì)少量的廢氣。雖然食品工業(yè)并不會(huì)被視為污染和環(huán)境危害的主要來源，但對(duì)環(huán)境的影響常常是十分嚴(yán)重的，廢水中典型的問題包括化學(xué)需氧量（COD）及生化需氧量（BOD）高，常常還帶有很多的懸浮物（SS），在很多情況下，還含有高濃度的脂肪、油和脂質(zhì)（FOG），食品工業(yè)產(chǎn)生的大部分廢棄物都是可生物降解的，但也需要用綜合方法來優(yōu)化選擇廢棄物處理工藝，選擇時(shí)應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的各個(gè)方面綜合考慮，并采用最合適的解決方案。這一章的任務(wù)是概述在優(yōu)化和選擇食品廢棄物處理技術(shù)中的決策支持工具和工藝優(yōu)化工具的可應(yīng)用技術(shù)，本章給出了幾個(gè)具體實(shí)例，描述了具體情況，并給出結(jié)論。這些問題作為后續(xù)章節(jié)的引言綜述了食品加工中用水和用能管理的主要特征。
第二部分 水耗和能耗的評(píng)估及降耗的設(shè)計(jì)策略
　　這一部分共有7章，介紹了應(yīng)用于降低水耗和能耗的主要方法學(xué)，第4章介紹了如何進(jìn)行水耗能耗審計(jì)，以及如何理解水耗能耗審計(jì)的主要問題，闡述了如何利用使這些審計(jì)來降耗�；�于各類食品飲料加工中的水耗和能耗，如果利用合理，可成功地回收15%~30%的投資成本，這是非常吸引人的�？偟膩碇v，食品加工的利潤比較低，在減少對(duì)環(huán)境影響的情況下，水耗和能耗的有效管理將有助于增加凈利潤。
　　接下來的幾章介紹了食品工業(yè)中水耗和能耗最小化的可行方法，供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在過去的20年中有了巨大的發(fā)展，其中包括水耗及廢水排放最小化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念和方法，第5章描述的工藝集成方法是有長期的成功經(jīng)驗(yàn)做基礎(chǔ)的，從工藝集成的角度來看，在供水網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中有三個(gè)主要的設(shè)計(jì)選擇可以考慮：水的再利用、再生水循環(huán)和再生水再利用。在各個(gè)工業(yè)部門都可以看到大量使用這些節(jié)水技術(shù)的成功案例，其中也包括食品飲料工業(yè)。第6章與第5章結(jié)構(gòu)相似，但所論及的是能源使用的最小化問題，主要討論熱集成技術(shù)（眾所周知的夾點(diǎn)技術(shù)），其方法對(duì)所有類型的食品工業(yè)通用，且易于操作，這兩章都提供了實(shí)際案例研究。
　　第7章主要介紹了建模和優(yōu)化工具，本章先討論了用水和再利用水的建模原理和技術(shù)，其中也包含了操作的復(fù)雜度和時(shí)效性，如何來確保模型的適用性和足夠的精確性，展示了優(yōu)化的本質(zhì)和原理，以及其背后的計(jì)算工具，介紹了構(gòu)建這些優(yōu)化的供水系統(tǒng)的主要技術(shù)，構(gòu)建和優(yōu)化模型的方法包括數(shù)學(xué)編程、優(yōu)化與隨機(jī)搜索和供水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)P-圖。
　　第8章論及了能源管理方法，能源管理程序的目標(biāo)之一是對(duì)能源情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄、分析、重點(diǎn)檢查、改變和控制能源流動(dòng)，從而保證了能源的可持續(xù)性，并使得加工過程中的能效最大化。
　　第9章討論了食品飲料行業(yè)間歇式和半連續(xù)化的工藝用水和用能最小化的問題。近年來，人們從多角度研究了連續(xù)加工過程，結(jié)果非常令人滿意。相反，采用間歇式加工工藝的行業(yè)很少進(jìn)行用水量最小化的研究工作，雖然間歇加工過程的能源集成方法已有所發(fā)展，也考慮了將環(huán)境方面的因素整合到非連續(xù)化加工過程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中，但用水最小化策略的文獻(xiàn)報(bào)道還是不多，大多數(shù)的研究工作僅針對(duì)有關(guān)問題的局部和特定的情況，間歇加工過程在特定的操作條件下達(dá)到其基本工藝要求，但其資源的消耗量則隨時(shí)間變化，從而使得對(duì)過程的研究更加復(fù)雜。該資源需求決定于產(chǎn)品生產(chǎn)的順序及生產(chǎn)計(jì)劃表，本章介紹了一個(gè)成功的應(yīng)用方法，該方法可用于研究多重污染的情況，代價(jià)是計(jì)算機(jī)的運(yùn)作費(fèi)用增加了。但是，有關(guān)處理多重污染的簡(jiǎn)單、真實(shí)的方法首先要有一個(gè)參照物或者主要的污染物（限制成分），接著在第二步利用感官分析來考慮其它污染物。
　　第10章介紹了集成設(shè)計(jì)的概念，展示了食品加工工業(yè)中可用于評(píng)估車間用水、能源實(shí)施情況的系統(tǒng)方法。雖然食品行業(yè)的用水用能管理已有現(xiàn)場(chǎng)管理規(guī)則和良好實(shí)踐指南，但應(yīng)采用在最低的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境成本下，對(duì)用水和用能系統(tǒng)可以同步設(shè)計(jì)和/或優(yōu)化的一個(gè)系統(tǒng)化和集成化的方法，以充分考慮主要資源及其能源效率之間的相互作用。為達(dá)到用水用能最小化的目的，討論了可用的概念性設(shè)計(jì)工具及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。本章也描述了部分加工用水需求和與之相關(guān)的能源需求的水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要特別指出的是，運(yùn)用全局性視角，對(duì)全廠用水用能情況進(jìn)行綜合的調(diào)查研究是必要的，而不是針對(duì)區(qū)域性的、局部的、非集成的方法。
第三部分：良好現(xiàn)場(chǎng)管理程序、檢測(cè)措施和生產(chǎn)控制，以最大限度地節(jié)水、節(jié)能
　　這一部分對(duì)許多工業(yè)讀者非常有益，前2章論述了良好現(xiàn)場(chǎng)管理措施。第11章介紹了提高工業(yè)用水效率的方法，良好的現(xiàn)場(chǎng)管理實(shí)踐中的花費(fèi)通常很少，但它對(duì)工廠滿足食品安全要求和整體的運(yùn)行效率將產(chǎn)生巨大的影響。在食品加工過程中，對(duì)食品產(chǎn)品本身來講，水通常是作為原料來使用的，設(shè)備的清洗，鍋爐、冷卻塔和泵這類設(shè)備的運(yùn)行以及像廁所和浴室這類輔助設(shè)施，水也是必不可少的，像冷卻、蒸煮、洗滌、沖洗、漂燙和輸送這類食品加工操作，水的使用量通常也是很大的。你若在食品工廠巡視過程中發(fā)現(xiàn)臟亂的物品、泄漏、溢漏、長流水、原料廢棄物、不必要的返工產(chǎn)品、下水道堵塞、空氣泄漏、操作馬虎以及無激情或懶散的工作狀態(tài)等現(xiàn)象，就會(huì)意識(shí)到到良好現(xiàn)場(chǎng)管理的重要性。本章展示了良好現(xiàn)場(chǎng)管理在維護(hù)和優(yōu)化清洗程序以及提高水利用效率方面所起的關(guān)鍵作用，職業(yè)健康和安全（OHAS）相關(guān)操作，如溢漏和泄漏管理、采用化學(xué)品自動(dòng)定量及和（CIP定位清洗）系統(tǒng)，從而減少員工直接接觸化學(xué)藥品的可能性，都有助于降低水耗。
　　第12章主要專注于能源使用的相關(guān)問題，該章比較清楚地論證了不通過有效的現(xiàn)場(chǎng)管理（如：旨在降低水耗、職業(yè)健康和安全、工廠整潔或清洗的相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)管理），而分門別類地監(jiān)測(cè)降低能耗是很難的，因?yàn)槟芰苛魇腔ミB互通，聯(lián)系復(fù)雜，且相互影響的。該章概述的許多良好現(xiàn)場(chǎng)管理措施將有助于食品工廠降低能耗。由于許多現(xiàn)場(chǎng)管理措施很少涉及到復(fù)雜的管理系統(tǒng)或技術(shù)的實(shí)施，所以往往被忽視。本章總體概述了如何強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理制度和關(guān)注細(xì)節(jié)，從而達(dá)到幫助食品工廠達(dá)到能耗最小化的目標(biāo)。
　　第13章論述了食品工業(yè)中用水和用能的檢測(cè)和過程控制問題，這一點(diǎn)非常重要，可以將食品工業(yè)的用水和用能管理看作一個(gè)集成控制的問題，總體的目標(biāo)可定義為，在保證成本合理并具有競(jìng)爭(zhēng)力，且產(chǎn)品質(zhì)量得到嚴(yán)格保障的前提下，使得水耗能耗最小化。在食品工業(yè)中水的用途十分復(fù)雜（可作為，例如：產(chǎn)品組分、清洗劑、用于鍋爐和冷卻目的的傳熱介質(zhì)、原料的輸送介質(zhì)和調(diào)節(jié)劑等等），使得水的檢測(cè)和過程控制更具挑戰(zhàn)性。一般來講，食品工業(yè)規(guī)范要求水，甚至是清洗用水，也必須要達(dá)到飲用水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。水系統(tǒng)平行操作之間的相互作用和廢水處理工廠使得找出綜合并有效的解決方案更加復(fù)雜。影響食品工業(yè)水耗和能耗的最重要的因素是工藝的總體設(shè)計(jì)，如果食品工藝設(shè)計(jì)較差，在節(jié)水和節(jié)能方面，任何一個(gè)控制系統(tǒng)功效都會(huì)受到嚴(yán)格限制。經(jīng)驗(yàn)顯示，改進(jìn)方案及合理控制是減少食品工業(yè)中水耗的最重要的途徑之一。并且，有經(jīng)驗(yàn)表明，用很少的資本投入，通過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)和操作改進(jìn)，就可以獲得用水量減少30%的成果。工藝設(shè)計(jì)和控制的整合是影響著直接控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策，也影響著公用工程控制系統(tǒng)投資和操作成本。在工藝流程、傳熱和傳質(zhì)的集成以及有效的控制系統(tǒng)中，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)可有效提高能效及水的利用 效率。在新工
藝的設(shè)計(jì)中，此方法很快為設(shè)計(jì)工程師們所接受。在節(jié)水和節(jié)能方面，通過這種具有重要影響力的設(shè)計(jì)和控制決策，食品工業(yè)可成為獲得較大利潤的行業(yè)。靈活多樣的食品加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)可集成高品質(zhì)多品種產(chǎn)品生產(chǎn)，這也是未來的發(fā)展趨勢(shì)。只有通過設(shè)計(jì)和控制的集成才能滿足大量的操作、安全、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境規(guī)范的要求。工業(yè)自動(dòng)化硬件和軟件的發(fā)展使得食品加工行業(yè)在用水用能管理方面使用數(shù)學(xué)工具成為可能，并具有經(jīng)濟(jì)吸引力。
　　最后，第14章中論述了如何完善食品加工中的用水用能管理。任何一個(gè)工業(yè)加工過程的用水用能的優(yōu)化工作都需要生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合知識(shí)和大量的真實(shí)數(shù)據(jù)，作為回報(bào)，該工作將使特定工藝的收益最大化，并成為環(huán)保型工藝操作。這些數(shù)據(jù)包括事故、干擾、故障和失敗、創(chuàng)新、市場(chǎng)變化、法律約束和環(huán)境約束等，這些都必須收集（檢測(cè)或模擬）、儲(chǔ)存和分析，最后還要轉(zhuǎn)換成具體操作，如：控制策略、維修管理計(jì)劃、設(shè)計(jì)和再設(shè)計(jì)程序。
　　“過量”的信息可能會(huì)使操作人員混淆，甚至導(dǎo)致無可挽回的失誤。在時(shí)間緊要的情況下更是如此，如設(shè)備故障，操作人員一般很難迅速地發(fā)現(xiàn)、查明、診斷和糾正錯(cuò)誤。智能化操作支持系統(tǒng)通常由在線操作手冊(cè)、誤差診斷、設(shè)備維護(hù)管理和多媒體人機(jī)界面組成。研究成功的過程操作支持系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、智能檢測(cè)系統(tǒng)和以專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)的維護(hù)系統(tǒng)已有報(bào)道，并應(yīng)用于化工、電力裝置和機(jī)械系統(tǒng)。在過去的10年中，開發(fā)智能檢測(cè)和操作支持系統(tǒng)過程中所開發(fā)的許多不同方法已得到了應(yīng)用。通過組合和集成各種方法來補(bǔ)償采用單一方法的限制，可獲得最佳結(jié)果，本章給出了可行的解決方案。
第四部分：食品加工、零售和廢物處理中的節(jié)能方法
　　這一部分詳細(xì)論述了食品行業(yè)各具體領(lǐng)域中的節(jié)能方案。第15章概述了食品行業(yè)優(yōu)化低溫貯藏、凍藏期間制冷系統(tǒng)操作的現(xiàn)狀和未來選擇。食品加工中用于制冷的能耗占了很大比例，相對(duì)于依賴硬件初始投資的傳統(tǒng)方法，優(yōu)化制冷系統(tǒng)從長遠(yuǎn)來看對(duì)于降低能耗有著巨大的潛力。通過對(duì)制冷裝置的正確使用和維護(hù)，實(shí)質(zhì)性的節(jié)能目標(biāo)是可以達(dá)到的。大多數(shù)報(bào)道表明，通過優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)備，達(dá)到節(jié)能20%的目標(biāo)是可能的。本章論證了通過加熱冷卻系統(tǒng)的組合，以及熱量回收，提供幾乎無任何成本的熱水、蒸汽或食品加熱的可行性。本章的幾個(gè)案例提供了詳細(xì)的信息。
　　第16章論述了干燥、烘焙和蒸發(fā)濃縮相關(guān)的能耗最小化的問題。本章所論及的所有加工過程都屬于高耗能的單元操作，它們中的某些操作，如，干燥和烘焙，由于這些單元操作仍然是能效較低，最小化這些單元操作的機(jī)會(huì)點(diǎn)是比較大的。常規(guī)的方法在本書的某些具體章節(jié)已有論述：能源審計(jì)、監(jiān)測(cè)和控制、熱泵使用、原料預(yù)處理、合理保溫等。有些特別的方法，可以也應(yīng)該得到實(shí)踐，蒸發(fā)過程（濃縮、蒸餾和結(jié)晶）就存在著較大的節(jié)能潛力，尤其是二次蒸汽（多效蒸發(fā)現(xiàn)象）的再利用，潛力更大。
　　第17章論述了罐藏食品的生產(chǎn)領(lǐng)域的相關(guān)問題，食用罐藏滅菌食品歷史悠久，而且很可能繼續(xù)流行，由于其食用方便，且貯藏期很長。罐藏基本原理從開始應(yīng)用于生產(chǎn)以來一直沒有明顯變化。仍然是先將食品裝入密封容器中，再用足以破壞微生物的加熱滅菌。但是，本章介紹了幾個(gè)在節(jié)能和成本節(jié)約方面的最近最新研究進(jìn)展，有的是在同一個(gè)殺菌鍋中、用新型包裝系統(tǒng)進(jìn)行不同批量產(chǎn)品的同步加工，有的用新型柔韌的和半剛性容器包裝產(chǎn)品和加工，有的采用多功能、無管道的間歇式生產(chǎn)工藝，在這些間歇式生產(chǎn)過程中，物料裝填在可移動(dòng)的容器中，且在車間現(xiàn)場(chǎng)管理可自動(dòng)定位。
　　第18章介紹了食品工業(yè)熱能回收的相關(guān)問題，熱回收已成為食品工業(yè)（有時(shí)叫食品和飲料工業(yè)）單元操作的一個(gè)特征，這種情況至少已持續(xù)了1個(gè)世紀(jì)。本章旨在幫助行業(yè)內(nèi)的工程師運(yùn)用換熱器或熱泵識(shí)別廢熱回收（WHR）的機(jī)會(huì)點(diǎn)，若廢熱回收可行，在評(píng)估如何使用這類潛在能源之前，需通過關(guān)注具有廢熱源的單元操作來實(shí)現(xiàn)廢熱回收。如果通過比較簡(jiǎn)易的改進(jìn)，對(duì)提高單元操作的能效無實(shí)質(zhì)效果，那熱回收就是最后的一張王牌。要想說服使用者使用廢熱回收，最佳途徑是憑成功的案例說話，并證明這是實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約的一個(gè)最有效方法。因此，在推介最后的“檢查表”之前，本章列舉了大量研究案例，其中一個(gè)采用換熱器，另一個(gè)采用熱泵，還有許多案例用表格形式表達(dá)。
　　結(jié)垢對(duì)換熱器的運(yùn)行有害，并影響傳熱和壓力降。在食品工業(yè)中，當(dāng)使用工業(yè)用水或河水作冷卻劑時(shí)，就會(huì)在物料側(cè)或冷卻水側(cè)結(jié)垢。緊湊型和強(qiáng)化型的換熱器在行業(yè)中應(yīng)用廣泛，在各種操作條件下，包括運(yùn)行非牛頓流體，其優(yōu)良的清潔維護(hù)能力是眾所周知的。第19章介紹了換熱器的基本結(jié)垢機(jī)理及其對(duì)換熱器設(shè)計(jì)的影響，介紹了管式和板式換熱器結(jié)垢的情況，具體介紹了乳品工業(yè)和制糖工業(yè)中緊湊型和強(qiáng)化型換熱器的應(yīng)用。
　　第20章論述了如何在食品零售過程中減少制冷能耗和對(duì)環(huán)境的影響，零售食品的貯藏要消耗大量的能源，在工業(yè)化國家要消耗總電能的3%~5%。根據(jù)貯藏形式、當(dāng)?shù)貧夂�、銷售形式和所用設(shè)備，在工業(yè)化國家，貯藏零售食品消耗的電能在1000~1400 kWh/m2之間，80%以上的耗能是電能，所消耗電能的40%~50%用于在貯藏過程中驅(qū)動(dòng)制冷設(shè)備，冷凍冷藏是可行的節(jié)能機(jī)會(huì)點(diǎn)。零售食品店對(duì)大量的制冷劑散發(fā)到環(huán)境中是有責(zé)任的，每年散發(fā)到環(huán)境中的制冷劑占制冷劑使用總量的10%~30%。本章論述了如何在零售食品店降低制冷系統(tǒng)能耗和減少環(huán)境影響的最新方法，并辨別出可獲得最大收益的領(lǐng)域。
　　第21章論述的重點(diǎn)是如何使食品廢料脫水，由于減少了體積和重量，廢料的水分含量越低，運(yùn)輸成本就越低。本章討論了如何采用脫水技術(shù)對(duì)食品廢料進(jìn)行脫水的相關(guān)問題，水分含量的減少使得廢料的管理更靈活、保存期更長，并有利于廢料的再利用，一般的脫水工藝采用機(jī)械分離法，如，篩濾、螺桿擠壓、帶式擠壓、真空過濾和離心分離，以上分離方法也可與諸如電場(chǎng)、超聲波、振動(dòng)、化學(xué)處理等結(jié)合，用于去除水分。合理地選擇脫水工藝需要考慮多種因素，如，廢料的種類和數(shù)量、脫水后的/干燥固體的最終用途以及環(huán)境和經(jīng)濟(jì)相關(guān)的問題。
第五部分 食品工業(yè)中水的再利用和廢水處理
　　第五部分共有7章，上文討論了能耗及其最小化的相關(guān)問題，這一部分討論了工業(yè)用水的相關(guān)問題。第22章論述了水源的準(zhǔn)備和給水的供應(yīng)及其預(yù)處理，成功的食品和飲料加工需要穩(wěn)定供應(yīng)高品質(zhì)工業(yè)用水和適當(dāng)?shù)膹U水處理。許多情況下，終產(chǎn)品品質(zhì)出現(xiàn)問題并不都是原料的原因，而是給水水質(zhì)發(fā)生了變化。此外，除了水質(zhì)要求外，如何使給水的成本處于合理范圍也是本行業(yè)需要考慮的問題。水源對(duì)食品質(zhì)量和飲料生產(chǎn)是至關(guān)重要的，能否大量獲得高品質(zhì)的水源對(duì)食品安全及其生產(chǎn)極其重要。水可以污染食品：可能因使用被原生動(dòng)物和病毒污染的水源而影響產(chǎn)品的質(zhì)量，食品工業(yè)用水必須符合安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。在食品生產(chǎn)中，水的微生物指標(biāo)至為重要，不控制其中的微生物生長可能帶來潛在危害，尤其是溫水和冷卻循環(huán)水。因此，為了去除有毒有害物質(zhì)，食品工業(yè)用水必須進(jìn)行預(yù)處理。為保證食品工業(yè)用水的供應(yīng)，有許多需要考慮的地方，包括供水設(shè)施的設(shè)計(jì)、施工和操作。
　　?第23章討論了如何降低食品和飲料工業(yè)耗水量的相關(guān)問題，并論及了近幾年廣受關(guān)注的工業(yè)用水再循環(huán)利用的可行方法，水再循環(huán)涉及了包括經(jīng)過一次使用過的水的處理、貯存和分配的全部生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)。術(shù)語“再循環(huán)水”基本是指處理過的有利用價(jià)值的廢水，如果廢水的污染程度在可接受的范圍內(nèi)，不影響二次使用，“再循環(huán)水”也可指未處理的廢水�？墒褂玫钠渌�術(shù)語有“再生水”或“再生廢水”。本章主要討論了食品和飲料加工行業(yè)水再循環(huán)利用的基本概念和相關(guān)問題，包括水的純凈度標(biāo)準(zhǔn)、食品工廠節(jié)水和再循環(huán)利用機(jī)會(huì)點(diǎn)。本章內(nèi)容包括食品加工廠用水、水的再循環(huán)技術(shù)、水純凈度標(biāo)準(zhǔn)、水的再循環(huán)機(jī)會(huì)點(diǎn)、節(jié)水措施、水循環(huán)方案設(shè)計(jì)、水再循環(huán)優(yōu)缺點(diǎn)，并提供了案例分析。
　　第24章討論了膜技術(shù)，采用膜技術(shù)的目的是生產(chǎn)無病毒及微生物污染的生產(chǎn)用水，該技術(shù)逐漸被廣泛運(yùn)用，能源和膜的成本仍然很大，但通過運(yùn)用新方法可降低成本，在運(yùn)用此新方法時(shí)，膜本身要比較便宜，通過亞臨界通量操作可減少結(jié)垢。使用較好的膜可使廢水量和污染程度大大降低。在穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，若使用很薄的膜，操作成本也會(huì)降低，因?yàn)檫^濾時(shí)的跨膜壓差比較低。新的高效膜過濾工藝將使得分離操作和廢水處理更經(jīng)濟(jì)。
　　下列研究進(jìn)展提供了最大的潛在機(jī)會(huì)點(diǎn)：
膜層很薄及分布均勻的小孔徑膜的制備和篩選；
過濾大分子和/或顆粒時(shí)可大大減少垢層的帶電荷膜或表面帶電膜產(chǎn)品；
pH值可控、離子選擇性高分子復(fù)合膜的制備；
分離效果好的親和膜和手性膜的制備；
新的、高效模塊的開發(fā)；
反應(yīng)中含不溶性物質(zhì)的膜反應(yīng)器的應(yīng)用，以提高膜過濾的性能；
開發(fā)新的膜技術(shù)和混合技術(shù)，以提高過濾效率。
　　第25章主要討論了消毒技術(shù)，主要用于解決前幾章中論及的廢水再利用問題。消毒是殺滅或破壞致病微生物的操作，致病微生物包括：病毒、細(xì)菌和原生動(dòng)物。雖然許多一般的廢水處理技術(shù)都能降低廢水中病原菌的濃度，但還是需要通過消毒操作，以確保廢水中病原菌濃度處于安全水平之內(nèi)。隨著人口及其用水量的增加，人們接觸工業(yè)排放廢水的幾率也大大增加了，為保證人們后續(xù)用水的質(zhì)量必須要對(duì)廢水進(jìn)行消毒，后續(xù)用水可能包括下游的公共供水或莊稼的灌溉用水。讀者也可以選擇將處理過的廢水在特定工業(yè)內(nèi)部循環(huán)再利用，例如，食品工業(yè)，本章也提供并評(píng)估了現(xiàn)行方法和發(fā)展趨勢(shì)。
　　第26章主要討論了食品工業(yè)廢水處理的曝氣系統(tǒng)的最新進(jìn)展，食品工業(yè)廢水處理采用的是化學(xué)、物理和生物三者的綜合技術(shù)，物理處理方法包括篩分、澄清和過濾，化學(xué)處理方法是由中和、強(qiáng)化絮凝和沉淀組成的，生物處理方法包括需氧和厭氧兩種技術(shù)，如，需氧懸浮生長工藝、需氧和厭氧并連生長工藝、需氧和厭氧消化工藝。與厭氧工藝相比，需氧工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是，一般情況下，處理速率較高，能夠比較容易地滿足廢水中溶解氧的調(diào)節(jié)需求，本章評(píng)估了現(xiàn)行的需氧工藝及其成本，最后部分指出了該領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢(shì)。
　　相反，第27章論述的是從食品工藝廢水中去除有機(jī)污染物的厭氧系統(tǒng)，厭氧系統(tǒng)被認(rèn)為是食品工藝廢水的一種新興處理方法。與其它傳統(tǒng)的方法相比，厭氧處理的關(guān)鍵特征是可將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富含沼氣的生物能源，此生物能源可作為燃料使用，或用作環(huán)保汽車的清潔燃料。厭氧處理有許多方法，包括厭氧塘、完全混合消化池、柱塞流消化池、上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧固定膜反應(yīng)器（AFFR），本章也指出了各種設(shè)計(jì)和操作的優(yōu)勢(shì)。由于厭氧消化工藝包含了許多步驟和微生物類型，所以，厭氧工藝的建模也是最近研究取得進(jìn)展的領(lǐng)域之一。已報(bào)道的大多數(shù)模型討論了可溶物的動(dòng)力學(xué)，考慮了發(fā)酵和產(chǎn)甲烷的步驟。食品生物質(zhì)產(chǎn)生的食品工藝廢水經(jīng)厭氧工藝產(chǎn)生了大量的甲烷和氫氣，這一技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢(shì)，本章也進(jìn)行了討論。
　　第28章是本部分的最后一章，本章討論了海產(chǎn)品加工行業(yè)。該行業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有的污染物包括可溶物質(zhì)、膠體和微粒物質(zhì)，海產(chǎn)品加工行業(yè)廢水的BOD、FOG和氮含量非常高，廢水流中BOD主要來自屠宰過程和一般的清洗過程，最主要的是血液中的氮源，很難歸納出這些廢水流所造成的問題的嚴(yán)重性，因?yàn)檫@些影響取決于排放物的濃度、排放速率和廢水受體水源的自凈能力。然而，在確定廢水的特性和評(píng)價(jià)一個(gè)廢水處理系統(tǒng)的效率時(shí)，必須要考慮關(guān)鍵的污染參數(shù)。本章討論了海產(chǎn)品廢水處理過程（如，預(yù)處理和初級(jí)處理、生物處理和物理化學(xué)處理）的一些特征參數(shù)。
第六部分：特殊食品加工行業(yè)中用水和用能的最小化
　　本部分有7章，第29章主要討論有關(guān)屠宰場(chǎng)的問題，大型動(dòng)物的加工操作包括，動(dòng)物的接收和入欄、屠宰、放血、剝皮和去皮（牛和羊）、熱燙和去毛（豬）、外皮處理、去除內(nèi)臟、分塊、切割和去骨、冷卻。禽類的宰殺操作包括，禽類接收、擊暈、放血、熱燙、去毛、去除內(nèi)臟、冷卻和成熟。本章重點(diǎn)討論用水的屠宰操作中的的清潔和沖洗用水，屠宰過程產(chǎn)生的廢水其COD/BOD和SS含量高，從能源的角度看，制冷車間耗電最大（占50%~65%），屠宰場(chǎng)的能耗與熱水使用量密切相關(guān)，各加工步驟需要的水溫可能不同，本章以Flemish屠宰場(chǎng)為例進(jìn)行說明。
　　第30章介紹了家禽加工行業(yè)，主要討論肉雞的加工，即為獲得雞肉而飼養(yǎng)的雞�？傮w上講，其它家禽，例如，火雞、鴨，在處理方式上是類似的。采用熱電聯(lián)產(chǎn)工廠焚燒廢物和環(huán)保配送中心的措施看上去很復(fù)雜，而且又是資金密集型的，可能很難用低利潤的家禽加工行業(yè)證明其收益，一般來說，還有許多回收期短的節(jié)能、節(jié)水簡(jiǎn)易方法可供選擇。遺憾的是，工業(yè)的水耗數(shù)據(jù)，特別是耗能的數(shù)據(jù)十分欠缺，即使是個(gè)別車間的專用設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)也不多，要不然就是從一個(gè)儀表獲取能耗數(shù)據(jù)，充其量由分表獲取能耗數(shù)據(jù)以覆蓋車間更多區(qū)域，這就很難確定需要改進(jìn)的目標(biāo)。作者仍然提供了一個(gè)建議表，這可能對(duì)工業(yè)用戶有用。
　　第31章討論了谷物加工的相關(guān)問題，谷物加工包括谷物組分的分離、增強(qiáng)成分的選擇和配料組合的范圍、提高可加工性和品質(zhì)、使最終產(chǎn)品具有獨(dú)特性，并對(duì)消費(fèi)者有吸引力，這些都是與淀粉的糊化、產(chǎn)生具有吸引力的質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味并提供干燥和穩(wěn)定貨架期產(chǎn)品的熱加工結(jié)合在一起的。在谷物的初級(jí)加工和后續(xù)加工中要提升能源和水的利用率，在實(shí)踐中這些可能會(huì)受到一定的限制。糧食加工通常都是干法，或者說所用的任何水分大多都保留在最終產(chǎn)品中，糧食加工操作需在合適的溫度下進(jìn)行，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，基本是線性的，熱回收有一定限制。糧食加工工業(yè)的原料成本大大超過了能源成本，能源成本主要是電能，電能通常不能像熱能那樣采用同樣的方法來回收和再利用。本章主要分析以食品為目的的糧食加工業(yè)增強(qiáng)能源和水利用率方面一般和特別的機(jī)會(huì)點(diǎn)，主要關(guān)注糧食加工自身或支撐谷物加工各個(gè)行業(yè)的能耗和水耗，而不是農(nóng)業(yè)方面和收獲后的干燥和貯藏能耗和水耗。混合、熱加工和冷卻一直是通用操作，它們提供了節(jié)能的潛在機(jī)會(huì)點(diǎn)。玉米的濕法磨漿被認(rèn)為與傳統(tǒng)的化學(xué)加工最相似，從而，通過工藝的整合達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目的最容易快速實(shí)現(xiàn)。本章最后討論了谷物加工行業(yè)在提高用水和用能效率方面的未來趨勢(shì)。
　　第32章分析了制糖工業(yè)的情況，近幾十年來，用于新建糖廠的投資已非常少了，然而，出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素的考慮，對(duì)糖廠進(jìn)行改造的需求越來越普遍。這將會(huì)提高生產(chǎn)效率并成功在行業(yè)內(nèi)利用先進(jìn)的制糖技術(shù)和環(huán)保技術(shù)。節(jié)能是一個(gè)重要的問題，因?yàn)樵谀承┣闆r下，燃料成本占是生產(chǎn)成本的百分之幾，發(fā)電廠燃燒燃料產(chǎn)生的廢物排放占了總廢物排放的大多數(shù)，典型的糖廠改造主要包括工廠能源系統(tǒng)的改進(jìn)以降低能耗。水和蒸汽通常是能源的載體，改進(jìn)能源系統(tǒng)就可產(chǎn)生改進(jìn)供水管理的機(jī)會(huì)。此外，工廠改造的目標(biāo)是降低能耗和廢水的排放，以更嚴(yán)格地符合環(huán)保法規(guī)的要求，假如操作人員通過改進(jìn)熱回收降低了能耗，通過優(yōu)化現(xiàn)行廢水處理的排放量，那糖廠改造的策略就可取得一定效益，即可能不投資公用系統(tǒng)而創(chuàng)造出提高工廠效益的機(jī)會(huì)，通常有幾種改造方案可供選擇，幾種方案的區(qū)別是資本成本和操作成本不同，目的是為了保持改造投資成本與所降低的操作成本的平衡，后者具有現(xiàn)實(shí)價(jià)值。對(duì)各種各樣的生物制品，特別是對(duì)液體燃料的需求上升，使得人們對(duì)工業(yè)副產(chǎn)品，特別是對(duì)生物燃料的關(guān)注度有所提升，本章分析了以上內(nèi)容及其相關(guān)問題。
　　第33章從不同的角度論述了類似的內(nèi)容，該章討論了制糖工業(yè)的生產(chǎn)操作單元，熱加工工藝的所有單元操作都在制糖工業(yè)中有所應(yīng)用，包括閃蒸工藝在內(nèi)，其思路和案例同樣也適合于其它生產(chǎn)工藝。
　　第34章介紹了軟飲料工業(yè)（SDI）用水量和廢水排放量最小化的當(dāng)前趨勢(shì)和發(fā)展前景，該行業(yè)形成了食品工業(yè)中相當(dāng)大的二級(jí)行業(yè)，其特征是通過連續(xù)化操作來代替間歇式生產(chǎn)，本章在深入探究軟飲料工業(yè)（SDI）之前，先從間歇式工藝節(jié)水的優(yōu)化入手進(jìn)行概述，本章以2個(gè)案例為基礎(chǔ)概述了軟飲料工業(yè)用水的簡(jiǎn)明情況，第1個(gè)案例研究了南非最大的軟飲料經(jīng)銷商的生產(chǎn)設(shè)備，第2個(gè)案例則是針對(duì)日本的一家軟飲料工廠進(jìn)行的研究，兩個(gè)案例研究都是基于用水的改進(jìn)，顯示了較強(qiáng)的實(shí)踐意義，它們都是通過合理的設(shè)備選擇達(dá)到改進(jìn)目標(biāo)的。
　　第35章總結(jié)了本書，啤酒、葡萄酒和白酒生產(chǎn)商主要關(guān)注的是他們所使用的技術(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、成本效益和環(huán)境效益來說應(yīng)該是最佳的，其次對(duì)改進(jìn)現(xiàn)行加工技術(shù)的能耗、水耗和廢水再生要是最經(jīng)濟(jì)的，本章的分析突出了這些行業(yè)水耗和廢水管理方面已有的和新出現(xiàn)的制約因素，同時(shí)對(duì)資源耗用問題作了概述，論述了最普遍的處理方法、相關(guān)的限制和優(yōu)點(diǎn)，討論了用于降低水耗和減少廢物排放的可行生化技術(shù)。環(huán)保技術(shù)方面，高效和嚴(yán)格的環(huán)保限制是新構(gòu)思的基礎(chǔ)，可持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性是關(guān)鍵詞。
致謝
　　編者首先要表達(dá)對(duì)所有參與這一艱巨項(xiàng)目作者們的感激之情，在工作非常繁忙的情況下，該領(lǐng)域的領(lǐng)銜專家們完成了這本書。我們真心地感謝他們的奉獻(xiàn)精神、及時(shí)傳遞和自愿接受編輯評(píng)論和建議，這些編輯評(píng)論和建議旨在保證覆蓋本書的絕大多數(shù)問題，同時(shí)避免重復(fù)和交叉。最后，也是最重要的，我們要感謝Woodhead出版社的員工們，是他們給了我們巨大的幫助，我們還要感謝Sarah Whitworth小姐和Lynsey Gathercole夫人，能和你們?cè)谝黄鸸ぷ魑覀兎浅８吲d。
　　Ji?í Kleme?
　　Robin Smith
　　Jin-Kuk Kim