飲料用水及水處理

飲料用水及水處理第1頁/共70頁本章主要解決三個問題：（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？

（3）處理后的水應達到什么標準？第2頁/共70頁第一節(jié)：軟飲料用水的水質(zhì)要求第二節(jié)：軟飲料用水的水處理第3頁/共70頁1.1飲料用水的水質(zhì)要求地表水地下水城市自來水地下水地表水自來水1.1.1水源的分類及其特點第4頁/共70頁地表水來源：地球表面所存積的天然水包括江水、河水、湖水、水庫水、池塘水和淺井水等。特點：水量豐富，礦物質(zhì)含量較少，硬度為1-8mmol/L。但是地表水水質(zhì)不穩(wěn)定，受自然因素影響較大。污染物：主要有黏土、砂、水草、腐殖質(zhì)、昆蟲、微生物、無機鹽等，有時還會被有害物質(zhì)(如工業(yè)廢水等)污染。第5頁/共70頁地下水來源：經(jīng)過地層的滲透、過濾，進入地層并存積在地層中的天然水，主要包括深井水、泉水和自流井水等。特點：水質(zhì)較澄清、水溫較穩(wěn)定，但礦物質(zhì)含量較高。地質(zhì)層是一個自然過濾層，可濾去大部分懸浮物、水草、藻類、微生物等，因此使水質(zhì)較澄清。此外，地下深處受氣候影響較小。污染物：可溶性礦物質(zhì)，如含Ca2+、Mg2+、Fe3+的碳酸氫鹽，一般含鹽量為100～5000mg/L。硬度為2～10mmol/L，有的高達10～25mmol/L。

第6頁/共70頁城市自來水來源：地表水經(jīng)過適當?shù)乃幚砉に嚕|(zhì)達到一定要求并貯存在水塔中的水。特點：水質(zhì)好且穩(wěn)定，符合生活飲用水標準；水處理設備簡單，容易處理，一次性投資??；但水價高，經(jīng)常性費用大。污染物：Cl-，F(xiàn)e3+含量及堿度、微生物量。第7頁/共70頁1.1.2水中雜質(zhì)對飲料生產(chǎn)的影響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、沉降混凝、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)第8頁/共70頁水的硬度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)(含量)(沉淀物)

總硬度=碳酸鹽硬度+非碳酸鹽硬度

飲料用水的水質(zhì)，要求硬度小于??德國度找一找吧？永久性硬度暫時硬度第9頁/共70頁水硬度過大對飲料的影響當水的硬度過大時，會產(chǎn)生碳酸鈣沉淀和有機酸鈣鹽沉淀，對飲料生產(chǎn)會產(chǎn)生一些不良影響，例如Ca(HC03)2等會與有機酸反應產(chǎn)生沉淀，影響產(chǎn)品感觀品質(zhì);非碳酸鹽硬度過高時，還會使飲料出現(xiàn)鹽味；另外，在洗瓶時，在浸瓶槽上形成水垢，會增加燒堿的用量。第10頁/共70頁水的堿度是指水中能與H+結合的0H-，C032-和HC03-的含量，以mmol／L表示。水中0H-，C032-和HC03-的總含量為水的總堿度。

天然水中通常不含0H-，又由于鈣、鎂碳酸鹽的溶解度很小，所以當水中無鈉、鉀存在時，C032-的含量也很小。因此，天然水中以HC03-存在為多，只有在含Na2C03或K2C03的堿性水中，才存在有C032-離子。天然水中的總堿度通常與該水中的暫時硬度大小相符合。第11頁/共70頁堿度過大時對飲料生產(chǎn)的影響和金屬離子反應形成水垢，產(chǎn)生不良氣味；和飲料中的有機酸反應，改變飲料的糖酸比與風味；影響CO2的溶入量；造成飲料酸度下降，使微生物容易在飲料中生存；生產(chǎn)果汁型碳酸飲料時，會與果汁中的某些成分發(fā)生反應，產(chǎn)生沉淀等。第12頁/共70頁1.1.3飲料用水的水質(zhì)要求飲料用水，除應符合我國“生話飲用水衛(wèi)生標準(GB5749—2006)”(表1-5)外，還應符合表1-6所列的指標。第13頁/共70頁1.2飲料用水的水處理目的：保持水質(zhì)的穩(wěn)定性和一致性；除去水中的懸浮物和膠體等雜質(zhì)；去除有機物等，以消除異味和異色；降低硬度和含鹽量；殺滅微生物；驅(qū)除異氣。過程：分析水質(zhì)；選擇處理方法和程序；決定工藝設備原則：先易后難；先大后??；先不溶后溶解物；先過濾后軟化消毒。

一般方法：對不符合要求的水質(zhì)進行改良，稱為水處理?；炷恋磉^濾

軟化消毒第14頁/共70頁1.2.1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（渾濁、顏色、臭味）的細小粒子(膠體)水處理第15頁/共70頁混凝機理膠體在水中保持懸浮不易沉降的原因通過添加混凝劑后，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。同一種膠體的顆粒帶有相同電性的電荷，彼此排斥，不能結合成大顆粒第16頁/共70頁常用的混凝劑常用的有鋁鹽和鐵鹽作用機理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。第17頁/共70頁明礬明礬是硫酸鉀鋁，是一種復鹽[KAl(SO4)2]·12H2O或K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O在水中A12(SO4)3發(fā)生水解作用生成氫氧化鋁膠體：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+第18頁/共70頁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氫氧化鋁膠體可吸附水中的自然膠體和懸浮物第19頁/共70頁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（中性）一般要求水溫25-35℃；剛加入混凝劑時應快速攪拌明礬的加入量：一般為0.001％-0.02％第20頁/共70頁

堿式氯化鋁（PAC）或聚合氯化鋁，

[Al2(OH)nCl6-n]m

其中：n=1-5，ｍ＜＝10堿式氯化鋁是一種新型的混凝劑。為我國多數(shù)水處理廠所采用堿式氯化鋁第21頁/共70頁作用機理在水中由于羥基的架橋作用而和鋁離子生成多核絡合物，能使微生物吸附沉淀。帶大量正電荷，能有效地吸附水中帶有負電荷的膠粒，中和，因而與吸附的污物在一起形成大的聚體而沉淀除去。第22頁/共70頁堿式氯化鋁優(yōu)點一般用量0.005-0.01%pH值范圍為6-8；溫度適宜范圍20-30℃從目前發(fā)展情況來看，有代替前述明礬和硫酸鋁而成為主要的無機凝聚劑的趨勢。第23頁/共70頁助凝劑

為了提高混凝的效果，加速沉淀，有時需加入一些輔助藥劑，稱助凝劑。助凝劑本身不起凝聚作用，僅幫助絮凝的形成。常用的助凝劑有：活性硅酸、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉(CMC)及化學合成的高分子助凝劑，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺(PMA)、聚丙烯等。此外，還有用來調(diào)節(jié)pH值的堿、酸、石灰等。有時水中渾濁度不足，為了加速完成混凝過程，還可以投入黏土。新技術、新產(chǎn)品還在不斷的創(chuàng)新發(fā)展中……第24頁/共70頁混凝條件的確定原水的狀況，包括水的溫度，PH值及其物理、化學性質(zhì)混凝劑的性狀及添加量助凝劑的性狀及添加量混凝沉淀的裝置混凝沉淀工藝，包括混凝劑、助凝劑等的添加順序、攪拌強調(diào)及時間等第25頁/共70頁1.2.2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。第26頁/共70頁阻力截留（濾料表層）重力沉降（濾料深層）接觸凝聚（濾料深層）過濾的原理第27頁/共70頁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第28頁/共70頁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過濾的形式含污能力大，產(chǎn)水能力高防止濾料進入配水系統(tǒng)第29頁/共70頁第30頁/共70頁應用第31頁/共70頁2.砂濾棒過濾器適用于用水量較少，原水中只含少量有機物、細菌及其它雜質(zhì)。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；第32頁/共70頁可達到基本無菌第33頁/共70頁砂芯過濾器的結構外殼：金屬鑄成鍋形的密封容器；內(nèi)部：一至數(shù)根砂芯。第34頁/共70頁3.活性炭過濾（PAC）

特點能除去水中的異色、異味；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)；設備體積小，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。實際生產(chǎn)中常把活性炭過濾和砂濾器串聯(lián)使用第35頁/共70頁4.超濾膜過濾（UF）基本原理超濾是通過膜表面的微孔結構對物質(zhì)進行選擇性分離的方法。當液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時，溶劑及其它小分子溶質(zhì)透過膜（超濾液），而大分子物質(zhì)則被截留，使其在原液中的濃度逐漸提高（濃縮液），從而實現(xiàn)大、小分子間的分離、濃縮和凈化。第36頁/共70頁第37頁/共70頁第38頁/共70頁第39頁/共70頁第40頁/共70頁1.2.3硬水軟化溶解性雜質(zhì)包括：六種含量大的離子：Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、SO4=、Cl-兩種含量小的離子：Fe2+SiO3=

兩種氣體：O2CO2

第41頁/共70頁

Ca2+、Mg2+含量的總和叫水的硬度；

Ca2+、Mg2+、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：第一：只降低水中Ca2+和Mg2+含量的處理，叫水的軟化；第二：降低全部陰、陽離子含量的處理，叫水的除鹽。第42頁/共70頁石灰軟化法原理

將生石灰配成石灰乳：

CaO+H20→Ca(0H)2將石灰乳加入待處理水中，水中的C02首先形成CaCO3沉淀

Ca(OH)2+C02→CaC03↓+H20第43頁/共70頁

之后去除水中的重碳酸鈣[Ca(HCO3)2]、重碳酸鎂[Mg(HC03)2]，產(chǎn)生大量的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，其反應：Ca(OH)2+Ca(HC03)2→2CaC03↓+2H20Ca(OH)2+Mg(HC03)2→Mg(0H)2↓+CaC03↓Ca(OH)2+MgCO3→CaC03↓+Mg(OH)2↓Ca(0H)2+2NaHC03→CaC03↓+Na2C03+2H20石灰乳法不僅能除去水中的碳酸鹽硬度，還可以除去水中部分鐵和硅的化合物。第44頁/共70頁離子交換法1.過程：

利用離子交換樹脂交換離子的能力，將不需要的離子通過交換而暫時占有，然后再將它釋放到再生液中，使水得到軟化的處理方法。第45頁/共70頁2.原理：等電荷反應的過程第46頁/共70頁第47頁/共70頁第48頁/共70頁第49頁/共70頁第50頁/共70頁第51頁/共70頁

反滲透法（ReverseOsmosis簡稱RO）1.應用：

海水淡化、硬水軟化、化工制藥領域、食品領域（果汁、牛乳、咖啡的濃縮）造紙工業(yè)（有機及無機物的分離）2.基本原理:以半透膜為介質(zhì)，對被處理水一側施加壓力，使溶劑穿過半透膜，而達到脫鹽的目的.第52頁/共70頁反滲透原理示意圖（a）水分子擴散經(jīng)過半透膜進入濃溶液側，以平衡溶液的離子強度，在

平衡點，濃溶液和稀溶液間的高度差對應兩側建的滲透壓差。（b）施加超過滲透壓的壓力反向水分子的流動方向，因而定義為反滲透。反滲透作用的結果是，使?jié)馊芤鹤兊酶鼭?，稀溶液變得更稀，最終達到脫鹽。第53頁/共70頁第54頁/共70頁第55頁/共70頁第56頁/共70頁

電滲析法(ED)

(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。

第57頁/共70頁第58頁/共70頁第59頁/共70頁1.2.4