飲料用水及水處理

1、飲料用水及水處理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(yīng)達到什么標(biāo)準？v第一節(jié)：軟飲料用水的水質(zhì)要求v第二節(jié)：軟飲料用水的水處理1.1 飲料用水的水質(zhì)要求v地表水地表水v地下水地下水v城市自來水城市自來水地 下 水地 表 水自來水1.1.1 水源的分類及其特點地表水地表水來源：地球表面所存積的天然水來源：地球表面所存積的天然水 包括江水、河水、湖水、水庫水、池塘水和淺井包括江水、河水、湖水、水庫水、池塘水和淺井水等。水等。特點：水量豐富，礦物質(zhì)含量較少，硬度為特點：水量豐富，礦物質(zhì)含量較少，硬度為1-1-8mmol/L8mmol/

2、L。但是地表水水質(zhì)不穩(wěn)定，受自然因素影。但是地表水水質(zhì)不穩(wěn)定，受自然因素影響較大。響較大。污染物：主要有黏土、砂、水草、腐殖質(zhì)、昆蟲、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)微生物、無機鹽等，有時還會被有害物質(zhì)( (如工業(yè)如工業(yè)廢水等廢水等) )污染。污染。地下水地下水來源：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。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。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

3、是一個自然過濾層，可濾去大部分懸浮物、水地質(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。下深處受氣候影響較小。污染物：可溶性礦物質(zhì)，如含污染物：可溶性礦物質(zhì)，如含CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe3+3+的碳酸的碳酸氫鹽，一般含鹽量為氫鹽，一般含鹽量為1001005000 mg/L5000 mg/L。硬度為。硬度為2 210 10 mmol/Lmmol/L，有的高達，有的高達101025mmol/L 25mmol/L 。 城市自來水城市自來水來源：地表水經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃幚砉に?/p>

4、，水質(zhì)達來源：地表水經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃幚砉に?，水質(zhì)達到一定要求并貯存在水塔中的水。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(biāo)準；水特點：水質(zhì)好且穩(wěn)定，符合生活飲用水標(biāo)準；水處理設(shè)備簡單，容易處理，一次性投資?。坏幚碓O(shè)備簡單，容易處理，一次性投資小；但水價高，經(jīng)常性費用大。價高，經(jīng)常性費用大。污染物：污染物：ClCl- -，F(xiàn)eFe3+3+含量及堿度、微生物量。含量及堿度、微生物量。1.1.2 1.1.2 水中雜質(zhì)對飲料生產(chǎn)的影響水中雜質(zhì)對飲料生產(chǎn)的影響水處理的目的水處理的目的消除懸浮物、顏色、過高的堿消除懸浮物、顏色、過高的堿度和硬度，脫鹽，殺菌。度和硬度，脫鹽，殺菌。

5、混凝、絮凝和過濾混凝、絮凝和過濾石灰純堿、離子石灰純堿、離子交換、交換、ED或或RO懸浮雜質(zhì)懸浮雜質(zhì)膠體膠體溶解性雜質(zhì)溶解性雜質(zhì)水的硬度水的硬度v水中離子沉淀肥皂的能力。水中離子沉淀肥皂的能力。v硬脂酸鈉硬脂酸鈉+ +鈣或鎂離子鈣或鎂離子硬脂酸鈣或鎂硬脂酸鈣或鎂 ( (肥皂肥皂) () (含量含量) () (沉淀物沉淀物) ) 總硬度總硬度 =碳酸鹽硬度碳酸鹽硬度 + + 非碳酸鹽硬度非碳酸鹽硬度 飲料用水的水質(zhì)，要求硬度小于飲料用水的水質(zhì)，要求硬度小于?德國度德國度找一找吧？找一找吧？永久性硬度永久性硬度暫時硬度暫時硬度水硬度過大對飲料的影響水硬度過大對飲料的影響v 當(dāng)水的硬度過大時，會產(chǎn)生

6、碳酸鈣沉淀和有機酸鈣鹽沉淀，對飲當(dāng)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，例如料生產(chǎn)會產(chǎn)生一些不良影響，例如Ca(HC0Ca(HC03 3) )2 2等會與有機酸反應(yīng)產(chǎn)等會與有機酸反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，影響產(chǎn)品感觀品質(zhì)生沉淀，影響產(chǎn)品感觀品質(zhì); ;v 非碳酸鹽硬度過高時，還會使飲料出現(xiàn)鹽味；非碳酸鹽硬度過高時，還會使飲料出現(xiàn)鹽味；v 另外，在洗瓶時，在浸瓶槽上形成水垢，會增加燒堿的用量。另外，在洗瓶時，在浸瓶槽上形成水垢，會增加燒堿的用量。水的堿度水的堿度v 是指水中能與是指水中能與H H+ +結(jié)合的結(jié)合的0H0H- -，C0C03 32-2-和和HC0HC03

7、-3-的含量，以的含量，以mmolmmolL L表示。表示。v 水中水中0H0H- -，C0C03 32-2-和和HC0HC03 3- -的總含量為水的總堿度。的總含量為水的總堿度。 v 天然水中通常不含天然水中通常不含0H0H- -，又由于鈣、鎂碳酸鹽的溶解度很小，所以當(dāng)水，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，中無鈉、鉀存在時，C0C03 32-2-的含量也很小。因此，天然水中以的含量也很小。因此，天然水中以HC0HC03-3-存存在為多，只有在含在為多，只有在含NaNa2 2C0C03 3或或K K2 2C0C03 3的堿性水中，才存在有的堿性水中，才存在有C0C03

8、 32-2-離子。離子。v 天然水中的總堿度通常與該水中的暫時硬度大小相符合。天然水中的總堿度通常與該水中的暫時硬度大小相符合。堿度過大時對飲料生產(chǎn)的影響堿度過大時對飲料生產(chǎn)的影響 和金屬離子反應(yīng)形成水垢，產(chǎn)生不良氣味；和金屬離子反應(yīng)形成水垢，產(chǎn)生不良氣味； 和飲料中的有機酸反應(yīng)，改變飲料的糖酸比與風(fēng)味；和飲料中的有機酸反應(yīng)，改變飲料的糖酸比與風(fēng)味； 影響影響COCO2 2的溶入量；的溶入量； 造成飲料酸度下降，使微生物容易在飲料中生存；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(yīng)，產(chǎn)生沉淀等。生反

9、應(yīng)，產(chǎn)生沉淀等。1.1.3 1.1.3 飲料用水的水質(zhì)要求飲料用水的水質(zhì)要求v飲料用水，除應(yīng)符合我國飲料用水，除應(yīng)符合我國“生話飲用水衛(wèi)生話飲用水衛(wèi)生標(biāo)準生標(biāo)準(GB57492006)”(GB57492006)”(表表1-5)1-5)外，還應(yīng)外，還應(yīng)符合表符合表1-61-6所列的指標(biāo)。所列的指標(biāo)。1.2 飲料用水的水處理v 目的：保持水質(zhì)的穩(wěn)定性和一致性；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)；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；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。降低硬度和含鹽量；殺滅微生物；驅(qū)除異氣。

10、v 過程：分析水質(zhì)；選擇處理方法和程序；決定工藝設(shè)備過程：分析水質(zhì)；選擇處理方法和程序；決定工藝設(shè)備v 原則：先易后難；先大后??；原則：先易后難；先大后小； 先不溶后溶解物；先不溶后溶解物； 先過濾后軟化消毒。先過濾后軟化消毒。 v 一般方法：一般方法：對不符合要求的水質(zhì)進行改良，稱為水處理。對不符合要求的水質(zhì)進行改良，稱為水處理。混凝混凝 沉淀沉淀 過濾過濾 軟化軟化 消毒消毒1.2.1 1.2.1 混凝沉淀混凝沉淀 自然沉淀自然沉淀水的沉淀水的沉淀加藥物混凝沉淀加藥物混凝沉淀除去水中較大的不溶性除去水中較大的不溶性懸浮性雜質(zhì)懸浮性雜質(zhì)溶解性或懸浮于水中溶解性或懸浮于水中（渾濁、（渾濁、顏色

11、、臭味）顏色、臭味）的細小粒子的細小粒子(膠體膠體)水處理水處理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(jié)合成大顆粒常用的混凝劑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。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。鐵鹽：硫酸亞鐵、硫酸鐵、三氯化鐵。明礬明礬v明礬是硫酸鉀鋁，是一種復(fù)鹽明礬是硫酸鉀鋁，是一種復(fù)鹽 K

12、Al(SO4)212H2O或或K2SO4Al2(SO4)324H2Ov在水中在水中A12(SO4)3發(fā)生水解作用生成氫氧化鋁膠體：發(fā)生水解作用生成氫氧化鋁膠體： A12(SO4)32A13+3SO42- A13+ H2OAl(OH)2+H+ Al(OH)2+ H2OAl(OH) 2+H+ Al(OH)2+ H2OAl(OH)3+H+AlAl（OHOH）3 3凝聚機理凝聚機理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，起電性中和的起電性中和的作用作用2氫氧化鋁膠體可吸附吸附水中的自然膠體和懸浮物使用時的注意事項使用時的注意事項水的水的pH值值水溫水溫攪拌攪拌一般要求待

13、處理水的pH為（中性）一般要求水溫25-35；剛加入混凝劑時應(yīng)快速攪拌明礬的加入量：一般為明礬的加入量：一般為0.001-0.02 堿式氯化鋁（PAC）或聚合氯化鋁， Al2(OH)nCl6-nm 其中：n=1-5，10v堿式氯化鋁是一種新型的混凝劑。v為我國多數(shù)水處理廠所采用堿式氯化鋁堿式氯化鋁作用機理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(luò)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。堿式氯化鋁優(yōu)點堿式氯化鋁優(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

14、看，有代替前述明礬和硫酸從目前發(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。鋁而成為主要的無機凝聚劑的趨勢。助凝劑助凝劑 v 為了提高混凝的效果，加速沉淀加速沉淀，有時需加入一些輔助藥劑，稱助凝劑。v 助凝劑本身不起凝聚作用，僅幫助絮凝的形成。v 常用的助凝劑有：活性硅酸、海藻酸鈉、羧甲基纖維素活性硅酸、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉鈉(CMC)(CMC)及化學(xué)合成的高分子助凝劑，包括聚丙烯胺、聚丙及化學(xué)合成的高分子助凝劑，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺烯酰胺(PMA)(PMA)、聚丙烯等。、聚丙烯等。v 此外，還有用來調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pHpH值的堿、酸、石灰值的堿、酸、石灰等。v 有時水中渾

15、濁度不足，為了加速完成混凝過程，還可以投入黏土。新技術(shù)、新產(chǎn)品還在不斷的創(chuàng)新發(fā)展中新技術(shù)、新產(chǎn)品還在不斷的創(chuàng)新發(fā)展中混凝條件的確定混凝條件的確定v原水的狀況，包括水的溫度，PH值及其物理、化學(xué)性質(zhì)v混凝劑的性狀及添加量v助凝劑的性狀及添加量v混凝沉淀的裝置v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1.2.2 1.2.2 水的過濾水的過濾 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）過濾的工藝過程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.

16、砂濾池過濾法 無煙煤 細砂 中砂 粗砂 小卵石 大卵石濾料層濾料層墊墊 層層過濾的形式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)應(yīng)用應(yīng)用2.2.砂濾棒過濾器砂濾棒過濾器 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2-4m的小孔；可達到基本無菌砂芯過濾器的結(jié)構(gòu)砂芯過濾器的結(jié)構(gòu)v外殼：金屬鑄成鍋形的密封容器；v內(nèi)部：一至數(shù)根砂芯。3.3.活性炭過濾（活性炭過濾（PACPAC） 特點v能除去水中的異色、異味；v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

17、、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)；v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。實際生產(chǎn)中常把活性炭過濾和砂濾器串聯(lián)使用實際生產(chǎn)中常把活性炭過濾和砂濾器串聯(lián)使用4.4.超濾膜過濾（超濾膜過濾（UFUF）基本原理 超濾是通過膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進行選擇性分離的方法。 當(dāng)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。1.2.3 1.2.3 硬水軟化硬水軟化溶解性雜質(zhì)包括溶解性雜質(zhì)包括：六種含量大的

18、離子六種含量大的離子：CaCa2+2+、MgMg2+2+、NaNa+ +、HCOHCO3 3- -、SOSO4 4= =、ClCl- -兩種含量小的離子兩種含量小的離子：FeFe2+ 2+ SiOSiO3 3= = 兩種氣體兩種氣體：O O2 2 CO CO2 2 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。石灰軟化法原理原理 將生石灰配成石灰乳：將生石灰配成石灰乳： CaO+

19、H CaO+H2 20Ca(0H)0Ca(0H)2 2 將石灰乳加入待處理水中，水中的將石灰乳加入待處理水中，水中的C0C02 2首先形成首先形成CaCOCaCO3 3沉淀沉淀 Ca(OH)Ca(OH)2 2+C0+C02 2CaC0CaC03 3 +H +H2 20 0 之后去除水中的重碳酸鈣之后去除水中的重碳酸鈣Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 、重碳酸鎂、重碳酸鎂Mg(HC0Mg(HC03 3) )2 2 ，產(chǎn)生大量的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，產(chǎn)生大量的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，其反應(yīng)其反應(yīng)：vCa(OH)Ca(OH)2 2 +Ca(HC0 +Ca(HC03 3) )2 22CaC02

20、CaC03 3+2H+2H2 20 0vCa(OH)Ca(OH)2 2 +Mg(HC0 +Mg(HC03 3) )2 2Mg(0H)Mg(0H)2 2+CaC0+CaC03 3vCa(OH)Ca(OH)2 2 +MgCO +MgCO3 3CaC0CaC03 3+Mg(OH)+Mg(OH)2 2vCa(0H)Ca(0H)2 2 +2NaHC0 +2NaHC03 3CaC0CaC03 3+Na+Na2 2C0C03 3 +2H +2H2 20 0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。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。離子交換法1.

21、1.過程：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。2.原理：等電荷反應(yīng)的過程原理：等電荷反應(yīng)的過程 反滲透法（反滲透法（Reverse OsmosisReverse Osmosis簡稱簡稱RORO）1.1.應(yīng)用：應(yīng)用： 海水淡化、海水淡化、 硬水軟化、硬水軟化、 化工制藥領(lǐng)域、化工制藥領(lǐng)域、 食品領(lǐng)域（果汁、牛乳、咖啡的濃縮）食品領(lǐng)域（果汁、牛乳、咖啡的濃縮） 造紙工業(yè)（有機及無機物的分離）造紙工業(yè)（有機及無機物的分離）2.2.基本原理基本原理: : 以半透膜為介質(zhì)，對被處理水一側(cè)施加壓力，以半透膜為介質(zhì)，對被

22、處理水一側(cè)施加壓力，使溶劑穿過半透膜，而達到脫鹽的目的使溶劑穿過半透膜，而達到脫鹽的目的. .反滲透原理示意圖反滲透原理示意圖（a）水分子擴散經(jīng)過半透膜進入濃溶液側(cè)，以平衡溶液的離子強度，在）水分子擴散經(jīng)過半透膜進入濃溶液側(cè)，以平衡溶液的離子強度，在 平衡點，濃溶平衡點，濃溶液和稀溶液間的高度差對應(yīng)兩側(cè)建的滲透壓差。液和稀溶液間的高度差對應(yīng)兩側(cè)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。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(jié)果是，使?jié)馊芤鹤兊酶鼭猓∪芤鹤兊酶?，最終達到脫鹽反滲透作用的結(jié)果是，使?jié)馊芤鹤兊酶鼭?，稀溶液變得更稀，最終達到脫鹽。 電滲析法電滲析法(ED)(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