第二章 軟飲料用水及水處理

第二章

軟飲料用水及水處理人的衰老是水分丟失的過程80%70%50~60%90%

世界衛(wèi)生組織WHO調(diào)查發(fā)現(xiàn)：人類疾病80％與水有關(guān)，現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)家認為：飲水質(zhì)量是我們生活質(zhì)量的重要組成部分。（1）飲料生產(chǎn)用水為什么要處理？

（2）飲料生產(chǎn)用水怎樣處理？

一、水源的分類及其特點

（一）地表水

包括河水、江水、湖水和水庫等。常含有粘土、砂、水草、腐植質(zhì)、鈣鎂鹽類、其它鹽類及細菌等。

近年來，由于工業(yè)的發(fā)展，大量含有有害成分的廢水排入江河，引起地表水污染，也增加了工業(yè)用水的困難。（二）地下水

地下水主要是指井水、泉水和自流井等。由于經(jīng)過地層的滲透和過濾而溶入了各種可溶性礦物質(zhì)，如鈣、鎂、鐵的碳酸氫鹽等，其含量多少取決于其流經(jīng)的地質(zhì)層中的礦物質(zhì)含量。

(二)天然水源中雜質(zhì)的特征

１.懸浮物質(zhì)

天然水中凡是料度大于0.1um的雜質(zhì)統(tǒng)稱為懸浮物。這類雜物使水質(zhì)呈混濁狀態(tài)，在靜置時會自行沉降。懸浮雜質(zhì)主要是泥土、砂粒之類的無機物質(zhì)，也有浮游生物（如藍藻類、綠藻類、硅藻類）及微生物。

懸浮物質(zhì)在成品飲料中能沉出來，生成瓶底積垢或絮狀沉的蓬松性微粒。有害的微生物不僅影響產(chǎn)品風(fēng)味，而且還會導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)。２.膠體物質(zhì)

膠體物質(zhì)的大小大致為0.001-0.10μm。具有兩個很重要的特性：

（１）光線照射上去，被散射而呈混濁的丁達爾現(xiàn)象。

（２）因吸附水中大量離子而不能自行下沉，即具有穩(wěn)定性。

膠體物質(zhì)多數(shù)是粘土性無機膠體，它造成水質(zhì)混濁。高分子有機膠體是分子量很大的物質(zhì)，一般是動植物殘骸經(jīng)過腐蝕分解的腐植酸、腐植質(zhì)等，是造成水質(zhì)

帶色的原因。３.溶解物質(zhì)

這類雜質(zhì)的微粒在0.001um以下，以分子或離子狀態(tài)存在于水中。溶解物主要是溶解氣體、溶解鹽類和其它有機物。

（１）溶解氣體：天然水源中的溶解氣體主要是氧氣和二氧化碳，此外是硫化氫和氯氣等。這些氣體的存在會影響碳酸氣飲料中CO2的溶解量及產(chǎn)生異味。

（２）溶解鹽類：天然水中常含的無機鹽離子,所含溶解鹽的種類和數(shù)量，因地區(qū)不同差異很大。這些無機鹽構(gòu)成了水的硬度和堿度。

１.水的硬度:硬度是指水中離子沉淀肥皂的能力。

硬脂酸鈉+鈣或鎂離子→硬脂酸鈣或鎂

(肥皂)(沉淀物)

水的硬度決定于水中鈣、鎂鹽類的總含量。即水的硬度大小，通常指的是水中鈣離子和鎂離子鹽類的含量。

硬度分為總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。

碳酸鹽硬度（又稱暫時硬度），主要化學(xué)成分是鈣、鎂重碳酸鹽，其次是鈣、鎂的碳酸鹽。由于這些鹽類一經(jīng)加熱煮沸就分解成為溶解度很小的碳酸鹽，硬度大部份可除去，故又稱暫時硬度。

Ca(HCO3)→CaCO3+CO2+H2O

Mg(HCO3)→Mg(OH)2+CO２

非碳酸鹽硬度（又稱永久硬度）表示水中鈣、鎂的氯化物（CaCl2、MgCl2）、硫酸鹽(CaSO4、MgSO4)、硝酸鹽[Ca(NO3)2,Mg(NO3)2]等鹽類的含量。這些鹽類經(jīng)加熱煮沸不會發(fā)生沉淀，硬度不變化，故又稱永久硬度。２.堿度：水中堿度取決于天然水中能與Ｈ＋結(jié)合的OH-、CO32-和HCO3-的總含量,合稱為水的總堿度。

其中OH-的含量稱氫氧化物堿度，CO3-的含量稱碳酸鹽堿度，HCO3-的含量為重碳酸鹽。水中OH-、CO32-、HCO3-的總含量為水的總堿度。

天然水中通常不含OH-，又由于鈣、鎂碳酸鹽的溶解度很小，所以當(dāng)水中無鈉、鉀存在時，CO3-的含量也很小。因此，天然水中僅有HCO3-存在。只有在含Na2CO3或K2CO3的堿性水中，才存在有CO3-離子。

飲料加工用水的處理水處理的目的消除懸浮物、顏色、過高的堿度和硬度，脫鹽，殺菌。澄清過濾混凝、絮凝和過濾石灰純堿、離子交換、ED或RO懸浮雜質(zhì)膠體溶解性雜質(zhì)一、混凝沉淀自然沉淀水的沉淀加藥物（混凝）沉淀除去水中較大的不溶性懸浮性雜質(zhì)溶解性或懸浮于水中的細小粒子(膠體)混凝機理通過添加混凝劑后，膠體顆粒表面電荷被中和，破壞了膠體穩(wěn)定性，促使小顆粒變成大顆粒而下降，從而得到澄清。膠體穩(wěn)定的原因同一種膠體的顆粒帶有相同電性的電荷1常用的混凝劑自身先溶解形成膠體，在與水中雜質(zhì)作用，以中和或吸附的形式使雜質(zhì)凝聚成大顆粒而沉淀。鋁鹽：明礬、硫酸鋁、堿式氯化鋁。鐵鹽：硫酸亞鐵、硫酸鐵、三氯化鐵。(1)常用的有鋁鹽和鐵鹽(2)作用機理（1）明礬［KAl2(SO4)2]·12H2O或K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O；一種復(fù)鹽，在水中Al2(SO4)3發(fā)生水解作用生成氫氧化鋁

Al2(SO4)3→2Al3++3SO42-Al3++H2O→Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O→Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O→Al(OH)3↓

+H+

Al（OH）3凝聚機理1在近中性的水中，氫氧化鋁帶正電荷，而天然水中的自然膠體，大多帶負電荷，起電性中和的作用2氫氧化鋁可吸附水中的自然膠體和懸浮物使用時的注意事項水的pH值水溫攪拌一般要求待處理水的pH為6.5-7.5；一般要求水溫25-35℃；當(dāng)溫度高于40℃生成的絮凝物細小，不利于沉淀剛加入混凝劑時應(yīng)快速攪拌明礬的加入量一般為0.001％-0.02％，為了加速混凝，加入前需把明礬塊弄碎，并在加入后用木棒攪1-2min。2

助凝劑

為了提高混凝的效果，經(jīng)常需要加入一些輔助藥劑，稱助凝劑。常用的助凝劑有很多，如用來調(diào)節(jié)pH值的堿、酸、石灰等。有時水中的混濁度不穩(wěn)定，為加快混凝，加入粘土以加快粒子間的碰撞機會。有機合成的絮凝劑可與其它混凝劑協(xié)同使用，也可單獨使用，如藻酸鈉、聚丙烯酸鈉、CMC-Na等。二、水的過濾過濾是使水中的膠粒、懸浮物被截留在濾層的孔隙中或表面。

過濾的方法適合于混濁度低、污染比較輕的水的處理。阻力截留（濾料表層）重力沉降（濾料深層）接觸凝聚（濾料深層）過濾的原理（二）過濾的工藝過程過濾過程過濾沖洗生產(chǎn)清水濾料再生方法反沖1.砂濾池過濾法

無煙煤

細砂中砂

粗砂小卵石大卵石濾料層墊層（三）過濾的形式①過濾池中濾層厚度為60-70cm,其中濾料層厚度45-50cm，墊層厚度20-30cm。②常用的濾料有：天然砂、人工破碎的石英砂、活性炭、磁鐵礦石、大理石等；③濾料的作用：具有吸附懸浮顆粒的表面，是完成過濾作用的基本介質(zhì)。④墊層的作用是防止過濾時濾料進入配水系統(tǒng)，沖洗時能平均布水。2砂濾棒過濾器砂濾棒又名砂芯；采用硅藻土和骨灰等可燃性物質(zhì)，在高溫下焙燒，溶化，可燃性物質(zhì)變?yōu)闅怏w逸散，形成直徑2-4μm的小孔；適用于用水量較少，原水中只含少量有機物、細菌及其它雜質(zhì)。（1）基本原理待處理水在外壓作用下，通過砂芯，水中存在的少量有機物及微生物被微孔吸附截留在砂濾棒表面。濾出的水，可達到基本無菌。（三）凈水器

1：特點①能除去水中的異色、異味；②能除去水中的汞、鉛、鎘、鋅、鐵、錳、鉻等重金屬物質(zhì)，除去氫化物、硫化物、余氯等高分子有機化合物，除去鍶、鐳等放射性物質(zhì)和其它一些致癌物質(zhì)；③設(shè)備體積小，不耗能，效率高。

主要用于除去水中的有機物、余氯、不良氣味，降低色度等。2結(jié)構(gòu)及工作原理63-86%的膠體物質(zhì)50%左右的鐵；47-60%的有機物；95%左右的細菌；97%左右的大腸菌群?；钚蕴靠沙ト⑺能浕幚砣芙庑噪s質(zhì)包括：六種含量大的離子：Ca++、Mg++、Na+、HCO3-、SO4=、Cl-兩種含量小的離子：Fe++SiO3=

兩種氣體：O2CO2

Ca++、Mg++含量的總和叫水的硬度；Ca++、Mg++、Na+、HCO3-、SO4=、Cl-等陰陽離子的總含量叫含鹽量。飲料工業(yè)用水處理包含兩個內(nèi)容：只降低水中Ca++和Mg++含量的處理，叫水的軟化；降低全部陰、陽離子含量的處理，叫水的除鹽。（一）水的軟化

1熱水軟化法根據(jù)化合物在不同溫度條件下，在水中溶解度不同而進行的軟化方法。一般用加熱法除去碳酸鹽硬度。Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑Mg(HCO3)2→MgCO3↓+H2O+CO2↑MgCO3+H2O→Mg(OH)2↓+CO2↑1、石灰軟化法此法適合于碳酸鹽硬度較高、非碳酸鹽硬度較低，而且對水質(zhì)不要求高度軟化的水的處理。將生石灰CaO配制成石灰乳：

CaO+H2O→Ca(OH)2

用石灰乳除去水中重碳酸鈣Ca(HCO3)2、重碳酸鎂Mg(HCO3)2和CO2。CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O除去CO2(a)

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→CaCO3↓+2H2O(b)

Mg(HCO3)2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓(c)MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓(d)2NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O(e)與以上反應(yīng)同時還進行下述反應(yīng)：4Fe(HCO3)2+8Ca(OH)2+O2

→4Fe(OH)3↓+8CaCO3↓

+6H2OFe2(SO4)3+3Ca(OH)2→2Fe(OH)3↓

+3CaSO4

H2SiO3+Ca(OH)2→CaSiO3+2H2O

mH2SiO3+nMg(OH)2→nMg(OH)2.mH2SiO32.離子交換法離子交換軟化法，是用離子交換劑，即使用離子交換樹脂將水中所含的鈣、鎂離子吸附起來，使水質(zhì)軟化。離子交換，就是水中的離子和離子交換樹脂上的離子，當(dāng)量等電荷進行的反應(yīng)。3.反滲透(RO)裝置

反滲透是60年代發(fā)展起來的新的薄膜分離技術(shù)。是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進行分離的過程。

原理：對于濃溶液施加比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透向相反方向進行，把原水中的水分子壓到半透膜的另一邊，變成潔凈的水，從而達到除鹽的目的。

4.電滲析法

(1)工作原理利用離子在電場下定向遷移現(xiàn)象和離子交換膜的選擇透過性達到除鹽的效果。在外加直流電場的作用下，水中離子作定向遷移，使一部分水中的大部分離子遷移到另一部分中，從而達到除鹽的目的。

原水

陰極

---------------

極室

+Na+++陽膜

淡水淡水排放陰膜

濃水

-+-+-陽膜淡水淡水排放陰膜濃水濃水排放陽膜極室

+++++++++++++

原水陽極（2）電滲析法的特點處理過程連續(xù)化；無外加任何化學(xué)試劑；不需再生劑和任何再生過程；只需倒換電極；不能除去膠體物質(zhì)；不能徹底除鹽；水的利用率低，僅40%左右，有大量濃鹽水排放。第三節(jié)水的消毒水的消毒指殺滅水中的病原菌及水中的其它有害微生物，防止因水中的致病菌導(dǎo)致消費者產(chǎn)生疾病，并非將所有微生物全部殺滅。常用的消毒方法有：氯化法臭氧消毒紫外線消毒一、氯消毒

氯消毒指在水中通氯氣或其它含有有效氯的化合物?；驹?/p>

氯在水中反應(yīng)如下：

Cl2+H2OHOCl+H++Cl-

HOClOcl-

+H+氯的消毒作用是通過它產(chǎn)生的次氯酸HOCl的作用，而不是氯氣本身，也不是氫離子或次氯酸根（OCl－）的作用。HOCl是一個中性的分子，可以擴散到帶負電的細菌內(nèi)部后，由于氯原子的氧化作用，破壞了細菌某些酶的系統(tǒng)，最后導(dǎo)致細菌的死亡。次氯酸根OCl－雖然也包括一個氯原子，但它帶負電，不能靠近帶負電的細菌。所以也不能穿過細胞膜進入細菌內(nèi)部，因