第2章軟飲料用水及水處理

1、2.軟飲料用水及其處理我國水資源的狀況天然水的種類及特點天然水中的雜質(zhì)及特征軟飲料用水標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的檢測和測定水處理-水的混凝、過濾、軟化和消毒2.1 水資源的狀況 水是生命之源，地球雖然有70.8的面積為水所覆蓋，但其中97.5的水是咸水，無法飲用。在余下的2.5的淡水中，有87是人類難以利用的兩極冰蓋、高山冰川和永凍地帶的冰雪。人類真正能夠利用的水僅占地球總水量的0.26。 目前（2002）世界上有80個國家約15億人口面臨淡水不足，其中29個國家的4.5億多人口完全生活在缺水狀態(tài)中。此外，全世界每年排放的污水達4000多億噸，從而造成萬多億噸水體被污染，致使地球上每年有700多萬人因飲水不凈

2、引起的疾病而死亡。世界各國地區(qū)按水資源量大小排隊，前幾名依次是：巴西、俄羅斯、加拿大、中國、美國、印度尼西亞、孟加拉國、印度。若按人口平均，中國人均水資源量只相當(dāng)于世界人均量的14。巴西并不缺水，擁有的淡水資源約占世界淡水總量的138。但巴西仍呼吁人們舉手之勞去節(jié)水，如縮短沖澡時間，隨手擰緊水龍頭等。德國也不缺水，但許多德國家庭往往將煮面水省下刷油碗，洗衣服的水拿來再拖地。2001年3月22日，錢正英、張光斗等近300位專家在舉行的中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究報告集首發(fā)式上警告說，如果未來不解決洪水、缺水和水污染三大問題，水資源將成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展的最大“瓶頸”之一。 專家們預(yù)測到2030年

3、人口增至16億時，人均水資源量將降到1760立方米。按照國際上一般承認的標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源量少于1700立方米為用水緊張的國家。我國未來水資源的形勢是嚴(yán)峻的。防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)用水、城市和工業(yè)用水、防污減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、水資源的供需平衡、北方的水資源問題、西部地區(qū)的水資源問題等八個方面實行戰(zhàn)略性的轉(zhuǎn)變。解決辦法節(jié)水：主要是農(nóng)業(yè)節(jié)水： 這樣一組數(shù)據(jù)，可以證明農(nóng)業(yè)節(jié)水才是節(jié)水的關(guān)鍵：美國年取水量不足5000億立方米，國民生產(chǎn)總值超過8萬億美元，而我國年取水量在6000億立方米以上，國民生產(chǎn)總值卻不到2萬億美元。我國用水總量中，70屬農(nóng)業(yè)用水，北方還高達80，農(nóng)業(yè)用水的90是灌溉用水，這90的灌溉用水，

4、利用率僅45左右，利用系數(shù)不到0.45，不足世界上最缺水國家以色列的50。防止水污染提高水的利用率節(jié)水1t花費6元，開源1t花費8元，制污1t花費10元防洪：洪水災(zāi)害損失日趨嚴(yán)重。1993年1998年全國洪災(zāi)的直接經(jīng)濟損失為9000億元，相當(dāng)于同期財政收入的1/5；1998年洪災(zāi)直接經(jīng)濟損失2551億元。圖1 閘口阻斷洪湖和長江的聯(lián)系，也切斷了湖泊的生命線圖2 圍欄養(yǎng)殖削弱了水體自凈能力，藻化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重圖3 從空中俯瞰，示范區(qū)植被恢復(fù)良好，其他區(qū)域是過度養(yǎng)殖后留下的一片白水茫茫，對比鮮明 水是軟飲料生產(chǎn)中重要的原料之一，直接影響到成品的質(zhì)量。因 此全面了解水的性質(zhì)具有重要意義。 2.2 水源

5、分類及其特點地表水： 來源：包括江水、河水、降水、湖水、水庫水等， 特點：常含有粘土、砂、腐殖質(zhì)、鈣鎂鹽類、其他鹽類及細菌，另外易受工業(yè)廢水污染。地下水：井水、泉水和自流井等。 特點：硬度較大、鹽含量較大。一般鹽含量100-5000mg/l,硬度2-10mg當(dāng)量/升。城市自來水：是指地表水經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃幚砉に?，水質(zhì)達到一定要求并儲存在水塔中的水。特點：水質(zhì)好、穩(wěn)定，符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)；水處理設(shè)備簡單，容易處理，一次性投資??；但水價高，使用時要注意控制氯、鐵離子含量及堿度、微生物量。2.3 天然水中的雜質(zhì) （1）懸浮物質(zhì) d0.2 微 米， 主 要 有 細 菌- 有 致 病 的 和 對 人 體

6、健 康 無 妨 的； 藻 類 及 原 生 動 物- 嗅 、 為 、 色、 混 濁； 泥 沙 粘 土- 混 濁。 對飲料的影響：出現(xiàn)沉淀、影響二氧化碳的溶解、微生物的存在影響產(chǎn)品的風(fēng)味甚至敗壞。 （2） 膠 體 物 質(zhì) 在0.0010.20 微 米， 包 括 溶 膠- 如 硅 酸 膠 體（無機）；引起水渾濁， 高 分 子 化 合 物- 腐 殖 質(zhì)、腐殖酸膠 體（有機），造成水質(zhì)帶色。 co 2.3 天然水中的雜質(zhì)（3） 溶 解 物 質(zhì) 鹽 類- 鈣 鎂 鹽 、 鈉 鹽 、 鐵 鹽 及 錳 鹽硬度h（總硬度、暫時硬度、永久硬度）、堿度a及其關(guān)系； a總 h總， 水中存在oh-、碳酸根，屬于堿水；a

7、總 h總，水中存在鈣鎂離子的氯化物，基本沒有oh-、碳酸根，屬非堿性水；a總= h總，水中只含有鈣鎂的碳酸氫鹽。h總過大，飲料出現(xiàn)沉淀、鹽味、增加洗滌劑的用量成本增加；a總過大，出現(xiàn)水垢、改變果汁糖酸比、影響二 氧 化 碳的溶解、有利于微生物的繁殖、沉淀、氣 體- 氧、二 氧 化 碳 、 硫 化 氫 、 氮 氣 。它們影響碳酸飲料中二 氧 化 碳的溶解度、其它飲料的風(fēng)味和色澤。2.4 飲 料 用 水 的 標(biāo) 準(zhǔn) 生 產(chǎn) 高 質(zhì) 量 的 飲 料 就 必 須 有 高 質(zhì) 量 的 飲 料 用 水。 而 飲 料 用 水 必 須 符 合 我 國 生 活 飲 用 水 標(biāo) 準(zhǔn)gb5749 -85。 除 此

8、以 外 還 得 滿 足 軟 飲 料 用 水 的 標(biāo) 準(zhǔn) ，二者的差別見 表1。指標(biāo)飲用水飲料用水濁度/度32色度/度155溶解性總固體/mg/l1000500總硬度/以caco3計mg/l450100鐵/mg/l0.30.1高錳酸鉀消耗量/mg/l-10總堿度/mg/l-50游離氯/mg/l0.30.1致病菌-不得檢出項目名稱 指標(biāo) 項目名稱 指標(biāo) 濁度 色度 總固形物 總硬度 鐵 錳 kmno4 2 5 500 100 0.1 0.1 10 味及臭氣 總堿度 游離氯 細菌總數(shù) 大腸桿菌 致病菌 無味無臭 50 0. 1 100 3 不得檢出 2.5 飲料用水的水質(zhì)要求色度、濁度嗅和味堿度：硬

9、度：水中離子沉淀肥皂的能力。美國1度1mg/l碳酸鈣，德國1度10mg/l氧化鈣，法國1度10mg/l碳酸鈣，英國1度14.28mg/l碳酸鈣，毒理學(xué)指標(biāo)：鉛、汞等細菌學(xué)指標(biāo)放射性指標(biāo)2.6 水的處理2.6.1混凝沉淀1.混凝是指在水中加入某些溶解鹽類，使水中的細小懸浮物或膠體微?；ハ辔浇Y(jié)合而成較大的顆粒，從水中沉淀下來的過程。2.混凝劑：明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵和堿式氯化鋁。（1）明礬：一般用量0.0010.02%注意使用的條件-ph值，一般要求被處理的水ph值6.5-7.5，太高或太低都會使氫氧化鋁溶解，另外，換會影響它的帶電性， ph值5帶正電荷。-溫度，水溫要求2535度， 50度失去

10、混凝作用。-攪拌，有利于混凝。2.6 水的處理2.6.1混凝沉淀2.混凝劑：明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵和堿式氯化鋁。（2）硫酸鋁：水溶液偏酸，使用時應(yīng)調(diào)ph值6.5-7.5，是生成的氫氧化鋁最多。根據(jù)實驗確定使用量。（3）硫酸亞鐵：對于富含有機質(zhì)的水不合適，因為當(dāng)水的ph值8，所以，用綠礬處理水時，須用調(diào)ph。（4）堿式氯化鋁：一般用量0.0050.01%， ph值6-8，溫度2030度。2.6 水的處理2.6.1混凝沉淀3.助濾劑：能提高混凝效果，加速沉淀的輔助藥劑。主要有活性的硅酸、海藻酸鈉、cmc、聚丙烯胺、pma、聚丙烯等 混凝劑一般采用精制或粗制硫酸鋁、明礬或三氯化鐵等。用量為5-10毫

11、克升。如水中出現(xiàn)藻類藻類，則可投加硫酸銅硫酸銅，用量為1-5毫克升。為提高水中污物凝聚效果，應(yīng)適當(dāng)?shù)叵虺刂型都右欢康募儔A(naoh)或堿性鹽(na2co3，)以維持水的ph值在7.2-7.6左右。用量為510毫克升 （泳池的水處理）2.6 水的處理2.6.2 過濾：1.原理：阻力截流、重力沉降、接觸凝聚。2.池式過濾：濾料選擇原則，化學(xué)穩(wěn)定、不溶于水、無有害物、足夠的機械強度、適宜的級配和足夠的空隙率。級配濾料的粒徑范圍及在此范圍內(nèi)各種粒徑的數(shù)量比例，空隙率濾料的空隙體積和整個濾層體積的比例。3.砂濾棒過濾：用細微顆粒的硅藻土和骨灰等可燃性物質(zhì)，成型后在高溫下焙燒而成-砂芯（孔徑0.002-

12、0.004微米）。4.活性碳過濾等：主要去處水中的余氯（吸附、催化）?；钚蕴加懈g性，存放時注意。2.6 水的處理2.6.2 過濾鋼制重力式無閥過濾器鋼制重力式無閥過濾器（池式過濾）（池式過濾） 廣泛應(yīng)用于地表水凈化、地下水除鐵除錳、循環(huán)水旁流過濾、生產(chǎn)廢水除懸浮雜質(zhì)、有機污水經(jīng)生化處理和二次沉淀池處理之后的后續(xù)過濾以及室內(nèi)游泳池水的過濾，是一種理想的水處理設(shè)備。 原水由進水管送入濾池，經(jīng)過濾層自上而下地過濾，清水即從連通管注入存水箱內(nèi)貯存，水箱充滿后，水通過出水管入清水池，濾層不斷截留懸浮物，造成濾層阻力的逐漸增加，因而促使虹吸管內(nèi)的水位不斷升高。當(dāng)水位達到虹吸輔助管管口時，水自該管中落下，

13、通過抽氣管借以帶走虹吸下降管中的空氣，當(dāng)真空度達到一定值時，便發(fā)生虹吸作用。這時水管中的水自下而上地通過濾層，對濾料進行反沖洗。當(dāng)沖洗水箱水面下降至虹吸破壞管時，空氣進入虹吸管，破壞虹吸作用。濾池反沖洗結(jié)束，進入下一周期工作，應(yīng)而無需象其它過濾器那樣，必須設(shè)置反沖洗水泵和反沖洗水塔。2.6 水的處理2.6.3 軟化（intenerate）：為什么？產(chǎn)品出現(xiàn)沉淀、洗滌液增多，噴嘴堵塞、玻璃瓶發(fā)暗、鍋爐爆炸。 1.石灰軟化法（石灰軟化法、石灰-純堿軟化法、石灰-純堿-磷酸三鈉軟化法三種）軟化方法：間歇法、渦流反應(yīng)器、連續(xù)法 2.離子交換(ion excgange)：選擇原則，外觀、膨脹度、交聯(lián)度、

14、顆粒度、交換容量；常見的裝置，固體床（單床、多床、復(fù)床、混合床、雙層床）和連續(xù)床（移動床、流動床） 3.反滲透（reverse osmosis）：反滲透脫鹽的機理（氫鍵理論、優(yōu)先吸附理論）分離溶劑（水）。 4.電滲析法(electro dialysis)：依靠電勢，把離子交換樹脂制成薄膜，阻斷溶質(zhì)，分離溶質(zhì)，缺點：水利用率低50%，出現(xiàn)極水和濃鹽水。有機玻璃離子交換裝置時間型自動軟化器小型全自動復(fù)床純水系統(tǒng)水力驅(qū)動全自動軟化器離子交換裝置及全自動軟化器大型自動軟化器 圖1 海水淡化圖2 硬水軟化反滲透膜超濾上海正光和40t/h二級反滲透鈉濾2.6 水的處理2.6.3 軟化5.膜分離技術(shù)及其特征

15、 膜分離法：用天然或人工合成的高分子膜，以外界壓力或化學(xué)位差為推動力，對雙組分或多組分的溶液進行分離、分級、提純和富集的方法。常用來進行水處理和純凈水的生產(chǎn)。常用的膜有4種：（1）微濾膜（microfilteration,mf）：孔徑0.1-10m ，主要去除微粒、細微物質(zhì)，能有效的去除細菌，對稱膜(孔徑大小相等)，操作壓力0.01-0.2mpa，靜態(tài)過濾.與一般深層過濾介質(zhì)相比具有的特征：-孔徑均勻，過濾精度高，一般作為反滲透的保安過濾。-空隙率高，流速快，微孔濾膜上有千百萬個微孔，微孔體積占膜總體積的7080%。-膜?。ê穸?.10.15mm），吸附少-無介質(zhì)脫落，但易堵塞。2.6 水的處

16、理2.6.3 軟化5.膜分離技術(shù)及其特征（2）超濾膜(ultrafilteration,uf) :孔徑0.001-0.1m ，主要去除分子量大于500 的大分子和膠體，能去除全部的病毒和高分子物質(zhì)，非對稱膜（孔徑大小不等），操作壓力0.1-0.5mpa，動態(tài)過濾。 理想的超濾篩分，應(yīng)盡量避免溶質(zhì)在膜的表面和膜孔壁上的吸附與阻塞，應(yīng)選擇與被分離溶質(zhì)之間相互作用弱的超濾膜。（3）反滲透膜(reverser osmosis,ro) ：孔徑0.0001-0.001m ，主要去除鹽分，對氯化鈉去除95%以上，操作壓力1-10mpa脫鹽的機理：氫鍵理論(1953,usa,ried) 、優(yōu)先吸附理論(20世

17、紀(jì)60年代，canada,sourirajan)2.6 水的處理2.6.3 軟化5.膜分離技術(shù)及其特征（4）鈉濾膜(nanofilteration,nf)：是由反滲透膜發(fā)展起而來的一種超低壓膜，分離范圍介于反滲透膜和超濾膜之間，操作壓力0.5-2.0mpa，對氯化鈉去除率5070%，對鈣的去除率4060%，對有機物的去除率在90%以上，高度脫除水中總有機碳（toc）類有毒有害雜質(zhì)。主要是去除低分子有機物和鹽類。 是脫除地表水和地下水中的有機物并進行部分軟化的理想膜元件，滿足維持口感和輸送管網(wǎng)所需的最低硬度。納濾膜（nf）可在很低的操作壓力下有效地脫除有毒有害物質(zhì)，又能有效地保留部分營養(yǎng)離子。nf/ro就是將納濾與反滲透的性能優(yōu)勢結(jié)合