饮料用水及水处理

章饮料用水及水处理本章主要解决三个问题：（1）饮料生产用水为什么要处理？（2）饮料生产用水怎样处理？（3）处理后的水应达到什么标准？●第一节：软饮料用水的水质要求●第二节：软饮料用水的水处理1.1饮料用水的水质要求●地表水●地下水●城市自来水地下水地表水自来水1.1.1水源的分类及其特点地表水来源：地球表面所存积的天然水包括江水、河水、湖水、水库水、池塘水和浅井水等。特点：水量丰富，矿物质含量较少，硬度为1-8mmol/L。但是地表水水质不稳定，受自然因素影响较大。污染物：主要有黏土、砂、水草、腐殖质、昆虫、微生物、无机盐等，有时还会被有害物质(如工业废水等)污染。地下水来源：经过地层的渗透、过滤，进入地层并存积在地层中的天然水，主要包括深井水、泉水和自流井水等。特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量较高。地质层是一个自然过滤层，可滤去大部分悬浮物、水草、藻类、微生物等，因此使水质较澄清。此外，地下深处受气候影响较小。污染物：可溶性矿物质，如含Ca2+、Mg2+、Fe3+的碳酸氢盐，一般含盐量为100～5000mg/L。硬度为2～10mmol/L，有的高达10～25mmol/L。城市自来水来源：地表水经过适当的水处理工艺，水质达到一定要求并贮存在水塔中的水。特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理设备简单，容易处理，一次性投资小；但水价高，经常性费用大。污染物：Cl-，Fe3+含量及碱度、微生物量。1.1.2水中杂质对饮料生产的影响水处理的目的消除悬浮物、颜色、过高的碱度和硬度，脱盐，杀菌。澄清过滤、沉降混凝、絮凝和过滤石灰纯碱、离子交换、ED或RO悬浮杂质胶体溶解性杂质水的硬度●水中离子沉淀肥皂的能力。●硬脂酸钠+钙或镁离子→硬脂酸钙或镁↓(肥皂)(含量)(沉淀物)总硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度饮料用水的水质，要求硬度小于??德国度找一找吧？永久性硬度暂时硬度水硬度过大对饮料的影响●当水的硬度过大时，会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，对饮料生产会产生一些不良影响，例如Ca(HC03)2等会与有机酸反应产生沉淀，影响产品感观品质;●非碳酸盐硬度过高时，还会使饮料出现盐味；●另外，在洗瓶时，在浸瓶槽上形成水垢，会增加烧碱的用量。1.1.3饮料用水的水质要求●饮料用水，除应符合我国“生话饮用水卫生标准(GB5749—2006)”(表1-5)外，还应符合表1-6所列的指标。1.2饮料用水的水处理●目的：保持水质的稳定性和一致性；除去水中的悬浮物和胶体等杂质；去除有机物等，以消除异味和异色；降低硬度和含盐量；杀灭微生物；驱除异气。●过程：分析水质；选择处理方法和程序；决定工艺设备●原则：先易后难；先大后小；先不溶后溶解物；先过滤后软化消毒。●一般方法：对不符合要求的水质进行改良，称为水处理。混凝沉淀过滤软化消毒1.2.1混凝沉淀自然沉淀水的沉淀加药物混凝沉淀除去水中较大的不溶性悬浮性杂质溶解性或悬浮于水中（浑浊、颜色、臭味）的细小粒子(胶体)水处理混凝机理胶体在水中保持悬浮不易沉降的原因通过添加混凝剂后，胶体颗粒表面电荷被中和，破坏了胶体稳定性，促使小颗粒变成大颗粒而下降，从而得到澄清。同一种胶体的颗粒带有相同电性的电荷，彼此排斥，不能结合成大颗粒常用的混凝剂常用的有铝盐和铁盐作用机理自身先溶解形成胶体，在与水中杂质作用，以中和或吸附的形式使杂质凝聚成大颗粒而沉淀。铝盐：明矾、硫酸铝、碱式氯化铝。铁盐：硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁。明矾●明矾是硫酸钾铝，是一种复盐[KAl(SO4)2]·12H2O或K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O●在水中A12(SO4)3发生水解作用生成氢氧化铝胶体：A12(SO4)3→2A13++3SO42-A13++H2O→Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O→Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O→Al(OH)3↓+H+Al（OH）3凝聚机理1在近中性的水中，氢氧化铝带正电荷，而天然水中的自然胶体，大多带负电荷，起电性中和的作用2氢氧化铝胶体可吸附水中的自然胶体和悬浮物使用时的注意事项水的pH值水温搅拌一般要求待处理水的pH为6.5-7.5（中性）一般要求水温25-35℃；刚加入混凝剂时应快速搅拌明矾的加入量：一般为0.001％-0.02％助凝剂●为了提高混凝的效果，加速沉淀，有时需加入一些辅助药剂，称助凝剂。●助凝剂本身不起凝聚作用，仅帮助絮凝的形成。●常用的助凝剂有：活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠(CMC)及化学合成的高分子助凝剂，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺(PMA)、聚丙烯等。●此外，还有用来调节pH值的碱、酸、石灰等。●有时水中浑浊度不足，为了加速完成混凝过程，还可以投入黏土。新技术、新产品还在不断的创新发展中……混凝条件的确定●原水的状况，包括水的温度，PH值及其物理、化学性质●混凝剂的性状及添加量●助凝剂的性状及添加量●混凝沉淀的装置●混凝沉淀工艺，包括混凝剂、助凝剂等的添加顺序、搅拌强调及时间等1.2.2水的过滤过滤是使水中的胶粒、悬浮物被截留在滤层的孔隙中或表面。过滤的方法适合于混浊度低、污染比较轻的水的处理。阻力截留（滤料表层）重力沉降（滤料深层）接触凝聚（滤料深层）过滤的原理过滤的工艺过程过滤过程过滤冲洗生产清水滤料再生方法反冲1.砂滤池过滤法无烟煤细砂中砂粗砂小卵石大卵石滤料层垫层过滤的形式含污能力大，产水能力高防止滤料进入配水系统应用2.砂滤棒过滤器适用于用水量较少，原水中只含少量有机物、细菌及其它杂质。砂滤棒又名砂芯；采用硅藻土和骨灰等可燃性物质，在高温下焙烧，溶化，可燃性物质变为气体逸散，形成直径2-4μm的小孔；可达到基本无菌砂芯过滤器的结构●外壳：金属铸成锅形的密封容器；●内部：一至数根砂芯。3.活性炭过滤（PAC）特点●能除去水中的异色、异味；●能除去水中的汞、铅、镉、锌、铁、锰、铬等重金属物质，除去氢化物、硫化物、余氯等高分子有机化合物，除去锶、镭等放射性物质和其它一些致癌物质；●设备体积小，不耗能，效率高。主要用于除去水中的有机物、余氯、不良气味，降低色度等。实际生产中常把活性炭过滤和砂滤器串联使用4.超滤膜过滤（UF）基本原理超滤是通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离的方法。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，溶剂及其它小分子溶质透过膜（超滤液），而大分子物质则被截留，使其在原液中的浓度逐渐提高（浓缩液），从而实现大、小分子间的分离、浓缩和净化。1.2.3硬水软化溶解性杂质包括：六种含量大的离子：Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、SO4=、Cl-两种含量小的离子：Fe2+SiO3=两种气体：O2CO2Ca2+、Mg2+含量的总和叫水的硬度；Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、SO4=、Cl-等阴阳离子的总含量叫含盐量。饮料工业用水处理包含两个内容：第一：只降低水中Ca2+和Mg2+含量的处理，叫水的软化；第二：降低全部阴、阳离子含量的处理，叫水的除盐。石灰软化法原理将生石灰配成石灰乳：CaO+H20→Ca(0H)2将石灰乳加入待处理水中，水中的C02首先形成CaCO3沉淀Ca(OH)2+C02→CaC03↓+H20之后去除水中的重碳酸钙[Ca(HCO3)2]、重碳酸镁[Mg(HC03)2]，产生大量的碳酸钙和氢氧化镁沉淀，其反应：●Ca(OH)2+Ca(HC03)2→2CaC03↓+2H20●Ca(OH)2+Mg(HC03)2→Mg(0H)2↓+CaC03↓●Ca(OH)2+MgCO3→CaC03↓+Mg(OH)2↓●Ca(0H)2+2NaHC03→CaC03↓+Na2C03+2H20石灰乳法不仅能除去水中的碳酸盐硬度，还可以除去水中部分铁和硅的化合物。离子交换法1.过程：利用离子交换树脂交换离子的能力，将不需要的离子通过交换而暂时占有，然后再将它释放到再生液中，使水得到软化的处理方法。2.原理：等电荷反应的过程反渗透法（ReverseOsmosis简称RO）1.应用：海水淡化、硬水软化、化工制药领域、食品领域（果汁、牛乳、咖啡的浓缩）造纸工业（有机及无机物的分离）2.基本原理:以半透膜为介质，对被处理水一侧施加压力，使溶剂穿过半透膜，而达到脱盐的目的.反渗透原理示意图（a）水分子扩散经过半透膜进入浓溶液侧，以平衡溶液的离子强度，在平衡点，浓溶液和稀溶液间的高度差对应两侧建的渗透压差。（b）施加超过渗透压的压力反向水分子的流动方向，因而定义为反渗透。反渗透作用的结果是，使浓溶液变得更浓，稀溶液变得更稀，最终达到脱盐。电渗析法(ED)(1)工作原理利用离子在电场下定向迁移现象和离子交换膜的选择透过性达到除盐的效果。在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一部分水中的大部分离子迁移到另一部分中，从而达到除盐的目的。1.2.4水的消毒●氯消毒●紫外线消毒●臭氧消毒目的：杀灭水里治病菌和有害微生物，防止水传染疾病。消毒方法：氯消毒：1.原理次氯酸中性分子，扩散到带负电的细菌表面，进入菌体，破环酶系，使其死亡。2.常用的氯消毒剂氯胺漂白粉次氯酸钠3.适用范围饮用水消毒；没有采用自来水为水源的饮料厂的水处理；氯消毒紫外线消毒1.原理微生物的蛋白质和核酸吸收紫外线光谱能量，导致蛋白质变性，引起微生物的死亡。2.杀菌装置高压汞灯、紫外线杀菌器臭氧消毒1.原理O3有强的氧化能力，能使水中微生物、酶等发生氧化反应，是很强的杀菌剂2.臭氧的设备随时制备并当场应用，利用干空气3.应用在欧洲，广泛应用于饮用水的消毒；我国，广泛应用于饮用纯净水、矿泉水的消毒杀菌。4.缺点经过一段时间后，臭氧全变成氧气，要防止二次污染。水处理工艺流程水处理工艺流程