飲料用水及水處理課件

第一章飲料用水及水處理本章主要內(nèi)容：飲料用水的水質(zhì)要求飲料用水的處理學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、了解天然水源的類型及特點(diǎn)。2、了解水質(zhì)對飲料品質(zhì)的影響，掌握飲料用水的水質(zhì)要求。3、掌握飲料用水處理的基本原理、方法與步驟。一、飲料用水的來源來自于：地下水、地表水、自來水。地下水：經(jīng)過地層的滲透、過濾，進(jìn)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。地表水：地球表面所存積的天然水，包括江水、河水、湖水、水庫水、池塘水等。自來水：地表水經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃幚砉に?，水質(zhì)達(dá)到一定要求并儲存在水塔中的水。二、水中雜質(zhì)對飲料生產(chǎn)的影響1、天然水源中的雜質(zhì)懸浮物，＞200nm，渾濁膠體物質(zhì)，1~200nm，光照下渾濁溶解物，＜1nm，透明（1）懸浮物懸浮物主要為：泥土、沙粒等無機(jī)物質(zhì)，及浮游生物（藻類）和微生物等。對飲料品質(zhì)的影響：沉淀，生成瓶底積垢或絮狀沉淀的蓬松性微粒。碳酸飲料灌裝時(shí)使CO2迅速消耗，造成瓶內(nèi)灌裝高度不一致。有害微生物會(huì)影響風(fēng)味、引起產(chǎn)品變質(zhì)。（3）溶解物主要是：溶解氣體、溶解鹽類、其他有機(jī)物。溶解氣體：主要是O2、CO2，還有H2S、Cl2等。影響CO2的溶解，產(chǎn)生異味，影響產(chǎn)品的風(fēng)味和色澤。溶解鹽類：主要是Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-等。構(gòu)成水的硬度和堿度。2、飲料用水的硬度和堿度（1）水的硬度分類：暫時(shí)硬度：碳酸鹽硬度Ca(HCO3)2→

CaCO3↓+CO2↑+H2OMg(HCO3)2→

Mg(OH)2↓

+2CO2↑永久硬度：非碳酸鹽硬度Ca2+、Mg2+的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等鹽類（2）水硬度的計(jì)算與單位水的總硬度：暫時(shí)硬度+永久硬度計(jì)算公式1-1，P7單位：mmol/L，德國度（°d）1mmol/L：1L水中含有相當(dāng)于100mg的CaCO3。1德國度（°d）：1L水中含有相當(dāng)于10mg的CaO。1mmol/L=2.804德國度（°d）水硬度的分類：表1-3飲料用水：硬度＜8.5°d（3.03mmol/L）（3）水的堿度水的堿度：水中能與H+結(jié)合的OH-、CO32-、HCO3-含量，mmol/L。OH-：氫氧化物堿度CO32-：碳酸鹽堿度HCO3-：重碳酸鹽堿度堿度過大時(shí)對飲料的影響：與金屬離子反應(yīng)，形成水垢，產(chǎn)生不良?xì)馕?；與有機(jī)酸反應(yīng)，改變飲料的糖酸比和風(fēng)味；影響CO2溶解量；造成飲料酸度降低，利于微生物生長；與果汁的某些成分反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀。（4）水的硬度與堿度的關(guān)系H總＞A總H總＝A總H總＜A總天然水的總堿度一般與其暫時(shí)硬度相當(dāng)。三、飲料用水的水質(zhì)要求符合GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》一、混凝混凝：指在水中加入某些溶解鹽類，使水中的細(xì)小懸浮物或膠體微?；ハ辔浇Y(jié)合而成較大顆粒，從水中沉淀的過程。溶解鹽類→混凝劑混凝的一般順序：原水→加氯→加膨潤土→加混凝劑→加pH調(diào)節(jié)劑→加助凝劑1、混凝原理膠體物質(zhì)的特性：不易沉降，穩(wěn)定。同一種膠體，帶有同性電荷，同性相斥，相互間不能黏結(jié)，不能形成大的聚團(tuán)。在水中加入相反電荷的混凝劑，與膠體電性中和，破壞膠體穩(wěn)定性，膠體之間聚集形成絮狀物，同時(shí)，將懸浮物裹入其中，小顆?！箢w粒，沉降，水澄清。2、混凝劑主要有：鋁鹽、鐵鹽鋁鹽：明礬、硫酸鋁、堿式氯化鋁等。鐵鹽：硫酸亞鐵、硫酸鐵、氯化鐵。作用機(jī)理：自身先溶解形成膠體，再與水中雜質(zhì)作用，以中和或吸附的形式將雜質(zhì)凝聚成大顆粒而沉降。二、過濾過濾是凈化水的一項(xiàng)重要工藝過程。過濾不僅能夠除去水中的懸浮物、膠體物質(zhì)等雜質(zhì)，還能除去水中的異味、色澤、鐵、錳及微生物。1、過濾原理原理：原水通過粒狀濾料層時(shí)，其中一些懸浮物和膠體物質(zhì)等被截留在孔隙中或介質(zhì)表面，從而將水中的不溶性雜質(zhì)分離。過濾過程包括：阻力截留：大顆粒雜質(zhì)被截留在濾料孔隙間，使孔隙越來越小，以截留更多的雜質(zhì)。重力沉降：雜質(zhì)因重力作用沉降到濾料顆粒表面。接觸凝聚：過濾介質(zhì)與雜質(zhì)顆粒之間產(chǎn)生吸附作用。2、過濾工藝過程包括：過濾、沖洗兩個(gè)過程。過濾：原水除去雜質(zhì)生產(chǎn)清水的過程。沖洗：從濾料表面沖洗掉污物，使之恢復(fù)過濾能力的過程。過濾與沖洗的水流方向相反，沖洗→反沖，反洗。（1）池式過濾將過濾介質(zhì)（濾料）填于池（罐）中，進(jìn)行過濾。濾料：砂、石英砂、石頭、無煙煤、磁鐵礦、石榴石等。濾料層結(jié)構(gòu)：圖1-2墊層：設(shè)置于濾料層與配水系統(tǒng)之間，防止濾料進(jìn)入配水系統(tǒng)，并使沖洗時(shí)能均勻布水。一般采用天然卵石或碎石。（2）砂濾棒過濾砂濾棒：又名砂芯，細(xì)微顆粒的硅藻土和骨灰等可燃性物質(zhì)成型后高溫焙燒而成。孔隙0.002~0.004mm。適用于水中只含有機(jī)物、細(xì)菌及其他雜質(zhì)時(shí)的處理。一般作精濾用，濾出的水可達(dá)到基本無菌。砂濾棒使用前應(yīng)進(jìn)行消毒處理：75%酒精，或0.25%新潔爾滅，或10%漂白粉，浸泡30min。三、硬水軟化飲料生產(chǎn)中用水：洗瓶用水、鍋爐用水、配制飲料用水、清洗用水等均對水的硬度有較高要求。在使用前須進(jìn)行軟化處理，降低水中Ca2+、Mg2+含量。軟化方法：石灰軟化法離子交換法電滲析法反滲透法1、石灰軟化法在水中加入石灰等化學(xué)試劑，在不加熱條件下除去Ca2+、Mg2+，降低水的硬度。特點(diǎn)：成本低廉，操作簡易；能除去水中的CO2和絕大部分碳酸鹽硬度；能除去水中的部分鐵、硅化合物；但是，不能除去水中的非碳酸鹽硬度。本法一般用作水的初步處理。（1）原理生石灰配制成石灰乳：CaO+H2O→Ca(OH)2石灰乳加入水中，除去Ca(HCO3)2、

Mg(HCO3)2、CO2：Ca(OH)2+CO2→

CaCO3↓+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3↓+2H2O2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2OCa(OH)2+MgCO3→CaCO3↓+Mg(OH)2↓（2）石灰添加量計(jì)算法P17，公式1-2經(jīng)驗(yàn)法每降低1m3水的暫時(shí)硬度1od，添加純CaO10g；每降低1m3水中CO2濃度1mg/L，加純CaO1.27g。（3）石灰軟化設(shè)備間歇法設(shè)備：圓柱形錐底容器渦流反應(yīng)器：外形類似錐體的渦流反應(yīng)池連續(xù)法處理：加速澄清池2、離子交換法利用離子交換樹脂交換離子的能力，將原水中不需要的離子通過交換除去，使水軟化。離子交換樹脂：有機(jī)分子單體聚合而成，高分子化合物，多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。類別：陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂陽離子交換樹脂：吸附水中的Ca2+、Mg2+等陽離子；陰離子交換樹脂：吸附水中的Cl-、HCO3-、SO42-、CO32-等陰離子。含鹽量降至5~10mg/L以下，硬度接近0，pH近中性。（1）離子交換樹脂的處理、轉(zhuǎn)型新樹脂使用前，須進(jìn)行交換以除去混入的雜質(zhì)。陽離子交換樹脂：多為Na+型，使用前用酸處理。陰離子交換樹脂：多為Cl-型，使用前用堿處理。（2）離子交換樹脂的再生具有一定的交換容量，處理一定水量后，交換能力下降，柱子產(chǎn)生黑圈→“老化”離子交換樹脂的再生→恢復(fù)樹脂的交換能力：沖洗：洗至柱中無結(jié)塊→去除樹脂上雜質(zhì)與氣泡。再生：添加再生液使樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)镠+、OH-型。陽離子交換樹脂：2~3倍5%~7%HCl溶液，8~10h。陰離子交換樹脂：2~3倍5%~8%NaOH溶液，8~10h。調(diào)節(jié)pH：去離子水洗至pH3~4（陽）；8~9（陰）。（3）離子交換水處理裝置固定床離子交換圓筒鋼罐，圖1-19水處理在同一裝置中進(jìn)行，離子交換樹脂不移動(dòng)。操作簡單、所需設(shè)備少、水質(zhì)穩(wěn)定。裝置組合方式：單床、多床、復(fù)床、混合床、雙層床。連續(xù)床離子交換移動(dòng)床式：圖1-11流動(dòng)床式：圖1-12樹脂用量多，水處理不連續(xù)。3、反滲透法RO，一種膜分離技術(shù)。原理：以半透膜為介質(zhì)，對被處理水的一側(cè)施壓，使水穿過半透膜，進(jìn)行水的純化。純水鹽水半透膜（a）反滲透純水鹽水h滲透壓（b）滲透（1）反滲透膜的性能常用RO膜：醋酸纖維素（CA）膜、芳香聚酰胺纖維素（PA）膜。膜的主要參數(shù)：透水率：脫鹽率：抗壓實(shí)性：膜的壓力系數(shù)m（2）反滲透裝置及其流程反滲透裝置：膜組件+泵反滲透膜組件類型：管式、中空纖維等。反滲透的基本流程：一級流程一級多段流程二級流程多級流程（3）反滲透的特點(diǎn)與注意事項(xiàng)特點(diǎn)：透水量大、脫鹽率高，能夠除去膠體物質(zhì)，水的利用率高。注意事項(xiàng)：對原水的水質(zhì)有要求，應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理；定期進(jìn)行反滲透器的清洗。4、電滲析法電荷同性相吸、異性相斥。原理：在具有良好選擇透過性和導(dǎo)電性的離子交換膜外通直流電，使水中的陰、陽離子定向移動(dòng)，分別通過陰、陽離子交換膜而除去，從而使水凈化。（1）電滲析器對原水的水質(zhì)要求渾濁度：＜2mg/L化學(xué)耗氧量：≤3mg/L游離余氯：≤0.3mg/LFe≤0.3mg/L；Mn≤0.1mg/L；非電解雜質(zhì)少；4℃~40℃。（2）電滲析器使用的注意事項(xiàng)使用前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理（新膜、電滲析系統(tǒng)）；使用中隨時(shí)控制極限電流和工作電流；定期清除水垢；停止運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采取有效措施保護(hù)離子交換膜。（3）電滲析的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：水處理連續(xù)化、自動(dòng)化；除鹽率高，＞90%；水質(zhì)軟化過程中不需要任何化學(xué)試劑；特別適合于含鹽量高的水質(zhì)軟化；缺點(diǎn)：耗電量大；設(shè)備投入和運(yùn)行費(fèi)用高；水的利用率低，一般在50%左右；不能制備高純水。四、水的消毒國內(nèi)常用消毒方法：氯消毒；紫外線消毒；臭氧消毒等。1、氯消毒廣泛應(yīng)用于：生活水處理、無自來水為水源的飲料廠的水處理。特點(diǎn)：操作簡單，費(fèi)用低，殺菌能力強(qiáng)，處理量大，無需使用設(shè)備；存在殘留余氯，使水有異味；過量的氯會(huì)與飲料中的色素和香料發(fā)生氧化反應(yīng)。（1）氯消毒原理Cl2+H2O→HClO+H++Cl-HClO→H++ClO-pH＜7時(shí)，HClO多保持分子狀態(tài)，擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面，并滲入細(xì)胞膜，依靠氯的氧化作用破壞菌體內(nèi)的酶，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。pH＞7時(shí)，HClO分子解離，ClO-帶負(fù)電荷，難以靠近同帶負(fù)電荷的細(xì)菌，消毒作用極小。（2）加氯方法和加氯量加氯方法：過濾前加氯：原水水質(zhì)差，加氯量大。過濾后加氯：原水水質(zhì)好，加氯量少，消毒效果好。加氯量：作用氯：與水中微生物、有機(jī)物、還原性鹽類起作用的部分。余氯：保持水在加氯后有持久的殺菌能力的部分。一般投氯量：0.5~2.0mg/L。（3）常用的氯消毒劑漂白粉氯氣+熟石灰反應(yīng)而得；主要成分為CaOCl2，在水中產(chǎn)生HClO；含氯量60%~70%。漂粉精次氯酸鈉氯胺水中的氨與氯化合而成消毒劑；氯胺在水中分解緩慢，逐漸放出HClO，殺菌效能較好；應(yīng)用較多，尤其是在自來水廠。2、紫外線消毒波長140~490nm的不可見光，尤其是250~260nm波長的殺菌效果最好。原理：微生物經(jīng)紫外線照射后，其細(xì)胞內(nèi)核酸結(jié)構(gòu)發(fā)生裂變，破壞核酸的正常生理功能，使蛋白質(zhì)變性，最終導(dǎo)致微生物死亡。特點(diǎn)：殺菌速度快、效率高、操作簡單；產(chǎn)品無異味；燈管壽命短，成本高。（1）影響紫外線殺菌效果的因素水質(zhì)：水質(zhì)好，殺菌效果好。水流量：相同水質(zhì)，同一殺菌器內(nèi)，流量越大，殺菌效果越差。燈管周圍介質(zhì)的溫度：溫度低，殺菌效果降低。一般保持25~35℃。（2）紫外線殺菌裝置3、臭氧消毒原理：O3→O2+[O]新生態(tài)氧：非常活潑，特別強(qiáng)的氧化劑，使水中的細(xì)菌及其他微生物的酶、有機(jī)物等發(fā)生氧化反