第一章软饮料用水及水处理

第一章软饮料用水及水处理请在此输入您的文本。第一章软饮料用水及水处理一、自然界中水的分类1.自来水——经适当水处理工艺处理，水质达到国家生活饮用水标准的水。特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理简单，费用低；水费高；Cl-含量高。2.地表水——江河水、湖泊水、海洋水、积雪。特点：矿物质少，硬度低，浮游生物、杂质多，水质不稳定，污染严重。3.地下水——泉水、井水等。特点：矿物质多，硬度较高，杂质少，水质澄清，水质稳定。二、天然水中的杂质1.悬浮物质粒度大于200nm的大分子物质，如泥砂等无机物、浮游生物、微生物。造成饮料的浑浊、沉淀、变色。2.胶体物质胶体物质的大小大致为1nm~200nm、无机物，如黏土和硅酸等无机胶体和腐殖质等有机胶体。造成水及饮料的浑浊和变色。二、天然水中的杂质3.溶解物质粒度小于1nm的溶解物，包括溶解气体、溶解盐类。影响水的硬度、碱度、酸度及水中气体的含量。—溶解气体：O2、CO2、H2S、Cl2、NH3影响饮料风味和色泽。—溶解盐类：Ca、Mg、Na、K盐影响硬度和碱度，OH-、Cl-影响水的酸度。饮料用水要求硬度8.5度。(1德国度/0d：1升水中含10mgCaO)。水的硬度——指水中离子沉淀肥皂的能力。水的硬度取决于水中钙、镁离子的总含量。高硬度水使容器和设备产生水垢，使饮料产生沉淀、出现盐味。硬脂酸钠+Ca2+/Mg2+→硬脂酸钙/镁↓总硬度=（mmol/L）1mmol/L=2.804度(0d)=50.045mg/L（以CaCO3表示）水的碱度——指水中能与H+结合的OH-、CO32-和HCO3-的含量(mmol/L)。高碱度水使饮料产生沉淀、改变糖酸比和风味、影响CO2溶解和保质期。表1－1天然水中碱度与硬度的关系注意：H表示硬度；A表示碱度；H负表示负硬度，主要含有NaHCO3、Na2CO3、K2CO3、KHCO3。天然水的总碱度常与水的暂时硬度大小相一致；当H总A总时，水中有Ca2+、Mg2+的氯化物，OH－、CO32－基本不存在，水为非碱性水；当H总A总时，水中有OH－、CO32－，水为碱性水；当H总=A总时，水中只有Ca2+、Mg2+的碳酸氢盐。请在此输入您的文本。三、水处理水处理——对不符合软饮料用水要求的水进行水质改良的过程。目的——除去悬浮物质和胶体物质；降低硬度；排除水中的气体；杀灭微生物；使水质符合饮料用水标准。处理方法：澄清、过滤、软化、脱气、杀菌1、澄清——通过物理和化学方法将水中的悬浮物、带电粒子、大分子无机物、砂粒等沉降下来，获得澄清透明水质的过程。—混凝澄清混凝——在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小悬浮物质或胶体微粒互相吸附结合成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。混凝剂：常用铝盐和铁盐，如明矾、硫酸铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、氯化铁、硫酸铁等。澄清机理：混凝剂自身溶解形成胶体，再与水中杂质作用，以电中和或吸附的形式使杂质凝聚成大颗粒而沉淀。注意事项：①注意混凝剂的用量；②注意水温；③注意水的pH值；④注意及时清理沉淀；2、过滤——通过机械方法除去水中的悬浮杂质、胶体物质、水中的异味、颜色、铁、锰及微生物，获得品质优良的饮料用水。过滤方法：—砂滤—砂滤棒过滤—活性炭过滤—超滤—反渗透请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。钛棒过滤器化学纤维蜂房式过滤器大空离子吸附树脂过滤器微孔膜过滤器请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。3、软化通过物理或化学方法部分去除引起水硬度的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度，使其达到饮料用水硬度标准。暂时硬度由Ca、Mg的碳酸氢盐和碳酸盐引起，加热可大部分除去。永久硬度由Ca、Mg的氯化物、硫酸盐、硝酸盐等盐类引起，加热不能除去。3、软化石灰软化法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法，又称石灰纯碱软化法，在硬水中加入消石灰，使水中的镁生成氢氧化镁沉淀，这样，加入碳酸钠使水中的钙生成碳酸钙而沉淀，硬水即变为软水。离子交换法用阳离子交换剂将硬水中的Ca2+、Mg2+置换而使水得到软化。常用阳离子为Na+、H+。电渗析法利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子的选择透过性，除去原水中的盐分和提高其纯度，从而降低水质硬度并提高水的质量。反渗透法膜孔径为0.0001～0.001m，能有效脱除无机盐、有机物、胶体、细菌及病毒等。加热软化法、石灰软化法请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。4、杀菌（消毒）杀灭水中有害微生物。紫外线灭菌微生物吸收紫外光导致DNA突变、蛋白质变性，微生物细胞结构发生裂变，最终导致微生物死亡。只有UV(200～280nm)波段为杀菌范围，具有杀菌能力。30w紫外灯处理水流量：地下水15t/h（吨每小时），地表水6t/h。请在此输入您的文本。臭氧灭菌原理：臭氧发生器产生的臭氧分解出氧原子，氧化破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，使膜成份受损伤而导致新陈代谢障碍，继而穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。臭氧灭菌参数选择1、消毒系统设计参数的选择臭氧投加量为1～5mg/L，接触时间为4～10min，保持0.1～1mg/L剩余臭氧浓度。2、主要设备的选择a.臭氧发生器臭氧发生器的产量应根据设计流量及臭氧投加量来确定。W=0.001×Q×PW-臭氧发生器的产量(g/h）Q-设计水量（L/h）P-臭氧投加量，一般为1～5mg/L0.001-单位换算系数b.接触氧化罐接触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确定。S=Q/VS-罐体截面积（m2）V-流速,一般为8～10m/hQ-罐体直径（m）c.罐体高度的确定H=V×t+0.2H-罐体高度（m）t-接触时间，一般为4～10min0.2-布水空间高度（m）图1-21臭氧发生器臭氧混合塔4、杀菌（消毒）反渗透除菌反渗透膜截留范围0.0001m~0.001m，截留高分子、病毒、细菌、胶体、悬浮物、无机盐、糖、蛋白质。超滤除菌0.001~0.1m的超滤膜能有效去除水中细菌等微生物，压力0.3~1.0MPa（千帕）。氯消毒NaClO(次氯酸钠）、Ca(ClO)2（次氯酸钙）在水中生成HClO（次氯酸）而起到杀菌作用。可用于设备和其他用水消毒。四、水质标准主要指标1、色度是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定时的指标。1度—1L水中含有1mg铂bo（Pt）时所产生的颜色。饮料用水色度＜5。2、浊度表示水中悬浮物对光线透过时发生的阻碍程度。1度—指1L蒸馏水中含有1mgSiO2(二氧化硅）时的浊度。饮料用水浊度＜1。3、碱度由CO32-、HCO32-、OH-引起，高的碱度会中和饮料中的酸，改变饮料风味。软饮料用水总碱度CaCO3＜50mg/L。4、硬度由Ca2+、Mg2+引起，硬度过高使饮料产生沉淀，设备产生水垢，饮料用水总硬度＜100mg/L(CaCO3计)。5、臭气与异味无机物的腥臭、腐败臭、碳氢化合物臭、硫磺或氯臭，影响饮料香气和滋味。饮料用水要求无臭无味。6、微生物影响饮料风味并导致其败坏、产生污垢，缩短保质期。大肠杆菌3个/L，细菌总数100个/L，致病菌不得检出。7、Fe、Mn含量含量过高饮料产生沉淀、褪色现象。含量均小于0.1mg/L。8、氧气O2使饮料色泽、风味发生变化。可脱气处理。五、水处理方案的确定首先对饮料生产用水进行采样、检验，取得水质检验报告。根据饮料生产种类，明确不同饮料对水质的特殊要求。根据原水质量和水质要求的不同，选用不同的水处理方案1、不进行软化的水处理方案（1）过滤——紫外线或臭氧杀菌（矿泉水）（2）预氯化——凝聚沉淀——过滤——终氯化（3）预氯化——凝聚沉淀——过滤——活性炭过滤——臭氧或氯化2、进行软化的水处理方案（1）阳离子交换——阴离子交换——脱气（2）预处理——电渗析——离子交换——消毒(纯水制造)（3）砂滤——阳离子交换——微滤——反渗透(超滤)——氯化——活性炭过滤（4）预处理——微滤——反渗透（超滤）——阳离子交换——除CO2______阴离子交换——紫外线杀菌六、常用水处理设备（一）净水器（二）砂滤器（三）活性炭过滤器（四）烧结管微孔过滤器（五）蜂房过滤器（六）离子交换器（七）电渗析器（八）超滤和反渗透装置（九）紫外线消毒器（十）臭氧消毒器请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。本章小结重点掌握：天然水中杂质种类及对饮料品质的影响；水质标准的主要指标；软饮料水处理的基本原理和水处理工艺。请在此输入您的文本。