軟飲料及其水處理

第1頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二主講內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)軟飲料用水的處理第三節(jié)用水的消毒第2頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二

第一節(jié)概述1飲料和軟飲料的概念飲料：指供給人體水分，有益于人體健康的一種日常生活中不可缺少的食品。它是經(jīng)過一定的加工程序（配料、調(diào)制、滅菌、包裝等）而制成的食品。“軟飲料”在不同的國家里有不同的概念。軟飲料通常指的是非酒精飲料（無酒精飲料），主要以解渴為目的的飲用品（不包括口服液）。

第3頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二我國GB

10789-1996規(guī)定：軟飲料是指不含乙醇或者乙醇含量小于0.5%的飲料制品。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB

10789-2007《飲料通則》的定義，飲料是指“經(jīng)過定量包裝的，供直接飲用或用水沖調(diào)飲用的，乙醇含量不超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的制品，不包括飲用藥品”。第4頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二2.飲料的分類（我國）1、碳酸飲料(汽水類）可樂型、果味型2、果蔬汁飲料原果汁：又稱天然果汁，含原果汁100%；鮮果汁：含原汁量在40%以上；果汁飲料：原汁量在10%-30%以上；濃縮果汁：果汁經(jīng)濃縮1-6倍；帶肉果汁：原汁量不少于45%，非溶性固體（磨細(xì)的果肉）20%以上。3、礦泉水4、蛋白飲料：牛奶類、豆奶類5、發(fā)酵飲料：飲料酒、乳酸飲料、其它飲料6、冷飲7、固體飲料第5頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二國外對飲料的分類：

（1）含醇飲料（2）無醇飲料（軟飲料）（3）其它飲料第6頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二對軟飲料有各種不同的分類方法2.1按照組織形態(tài)分：（1）液體飲料，固體飲料，共態(tài)飲料。固體飲料：水分含量在5%以內(nèi)，具有一定形狀（粉末、顆粒、片狀或塊狀等），以水溶解成溶液再飲用的飲料。共態(tài)飲料：那些既可以是固態(tài)也可以是液態(tài)的，在形態(tài)上處于過渡狀態(tài)的飲料。比如：冰棍，雪糕等。2軟飲料的分類：第7頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二2.2按國家標(biāo)準(zhǔn)分類：GB10789-1996碳酸飲料類(CarbonatedDrinks)果汁(漿)及果汁飲料類(FruitJuices(Pulps)andDrinks)蔬菜汁飲料類(VegetableJuicesDrinks)含乳飲料類(DrinksContainingMilk)植物蛋白飲料類(VegetableProteinDrinks)瓶裝飲用水類(BottledWater)茶飲料類(TeaDrinks)固體飲料類(PowderedDrinks)特殊用途飲料類(DrinksforSpecialUse)其它飲料類(OtherDrinks)按原輔料、產(chǎn)品形式及作用不同分為10類：第8頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.采集型：采集天然資源，不加工或只有簡單的過濾、殺菌等處理的產(chǎn)品，如天然礦泉水。2.提取型：天然水果、蔬菜或其它植物經(jīng)破碎、壓榨或浸提、抽提等工藝制取的飲料，如果汁、菜汁或其它植物性飲料。3.配制型：用天然原料和添加劑配制而成的飲料，包括充二氧化碳的汽水。4.發(fā)酵型：包括酵母、乳酸菌等發(fā)酵制成的飲料，包括殺菌的和不殺菌的。

2.3按軟飲料的加工工藝，可分為4類：第9頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二世界軟飲料10強(qiáng)國：

美國、日本、德國、巴西、英國、意大利、墨西哥、中國、加拿大。軟飲料發(fā)展的方向：

碳酸飲料為主流產(chǎn)品，其次發(fā)展果汁飲料、瓶裝飲用水、咖啡飲料和茶飲料等。世界碳酸飲料的三大品牌：可口可樂、健怡可樂、橙汁汽水三大香型占世界總產(chǎn)量的71.4%，其中可樂是世界第一香型，占52.7%。3.國內(nèi)外軟飲料發(fā)展現(xiàn)狀第10頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二我國軟飲料工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展起步于八十年代初期，到2005年全國軟飲料總產(chǎn)量3350萬噸。2011年達(dá)到11762.32萬噸。

第11頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二2008年中國食品工業(yè)100強(qiáng)企業(yè)，軟飲料制造業(yè)12家。杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司維維集團(tuán)可口可樂（中國）飲料有限公司北京匯源飲料食品集團(tuán)有限公司廣東健力寶飲料有限公司昆山統(tǒng)一企業(yè)食品有限公司上海申美飲料食品有限公司樂百氏(廣東)食品飲料有限公司露露集團(tuán)有限責(zé)任公司紅牛維他命飲料有限公司東莞雀巢有限公司百事(中國)有限公司軟飲料的主要分布在東南沿海一帶，如：廣東、浙江、上海、河北、江蘇等。第12頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二百事可樂第13頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二4.存在問題與發(fā)展方向

1.規(guī)模效益差，大多數(shù)企業(yè)達(dá)不到合理經(jīng)濟(jì)規(guī)模，專業(yè)化程度低，技術(shù)裝備落后，技術(shù)人才缺乏（企業(yè)專業(yè)技術(shù)人才不到5％）；2.品牌雜多，品種單調(diào)，結(jié)構(gòu)不合理，配制飲料多，天然飲料少，假冒偽劣現(xiàn)象嚴(yán)重；3.東西部發(fā)展不平衡：內(nèi)地、沿海地區(qū)飲料總產(chǎn)量相差甚遠(yuǎn)；4.生產(chǎn)、消費(fèi)與發(fā)達(dá)國家之間有較大差距。4.1存在問題：第14頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)今世界飲料最大的市場在北美和西歐，1996年兩市場銷售額分別為640和400億美元，占世界總市場量的62％。2000年，人均消費(fèi)水平:我國＜10L，世界平均消費(fèi)41.7L，美國約300L。我國軟飲料行業(yè)發(fā)展空間巨大。

第15頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二4.2發(fā)展方向與措施：

“天然、營養(yǎng)、優(yōu)質(zhì)、多品種、多檔次”（1）鼓勵(lì)和規(guī)范發(fā)展符合飲料消費(fèi)市場規(guī)律的產(chǎn)品，重點(diǎn)發(fā)展茶飲料、果汁及果汁飲料、蔬菜汁飲料，植物蛋白飲料和礦泉水，降低碳酸飲料比重。（2）支持飲料企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，加快產(chǎn)品升級(jí)換代，提高附加值，搞好綜合利用。（3）形成一批技術(shù)裝備良好，經(jīng)營管理高效，具國際競爭力的生產(chǎn)企業(yè)，力創(chuàng)數(shù)個(gè)國際品牌。（4）軟飲料新產(chǎn)品開發(fā)。如：野生果蔬汁飲料、保健茶飲料、瓶裝水（富氧太空水,負(fù)離子水）、特殊用途飲料（視力疲勞者、美容、專用）等。第16頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二碳酸飲料制造業(yè)屬于軟飲料行業(yè)中的傳統(tǒng)龍頭細(xì)分產(chǎn)業(yè)，其市場規(guī)模行業(yè)排名在2003年以及2007年均位居第一；然而其市場規(guī)模成長性有明顯放緩趨勢，截至2011年底行業(yè)排名已下降至第二位，以827.69億的總營收落后于排名第一的果蔬汁及果蔬汁飲料制造業(yè)103億元。茶飲料及其他軟飲料制造業(yè)市場規(guī)模排名在2003年時(shí)已位居行業(yè)第二，在2007年時(shí)出現(xiàn)過短時(shí)間排名下降的情況（第四位），但2011年行業(yè)排名又逐步恢復(fù)至第三位，以僅低于碳酸飲料制造業(yè)約48億元的主營業(yè)務(wù)收入重新進(jìn)入飲料行業(yè)前三甲。該行業(yè)2003年時(shí)與碳酸飲料制造業(yè)主營業(yè)務(wù)收入的差距卻高達(dá)105.72億元。由此可見，茶飲料及其他軟飲料制造業(yè)市場規(guī)模成長性較強(qiáng)，與碳酸飲料制造業(yè)差距不斷縮小。除了以上行業(yè)前三甲之外，我們可以看到，瓶（罐）裝飲用水制造業(yè)在近十年內(nèi)也經(jīng)歷了較好的成長性：該行業(yè)2003年市場規(guī)模行業(yè)排名僅為第五位，2007年則提高至第三位，2011年以731.01億元排名第四，僅比排名第三的茶飲料及其他軟飲料制造業(yè)同年主營業(yè)務(wù)收入低48億元。第17頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)軟飲料用水的處理水是軟飲料中占比例最大的部分，有的軟飲料本身就是水，如瓶裝水，因此，水的質(zhì)量也就關(guān)系到軟飲料的質(zhì)量。廠家的水源天然水源全面處理自來水源不符合軟飲料用水要求的指標(biāo)進(jìn)行處理除需符合飲用水的要求之外，一般需符合表1-1所示之各項(xiàng)指標(biāo)的要求。第18頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二表1-1一般軟飲料用水標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目名稱指標(biāo)項(xiàng)目名稱指標(biāo)濁度/度＜2高錳酸鉀消耗量/（mg/L）＜10色度/度＜5總堿度（以CaCo3計(jì)）/（mg/L）＜50味及嗅無味無臭游離氯含量/（mg/L）＜0.1總固形物含量（mg/L）＜500細(xì)菌總數(shù)/（個(gè)/mL）＜100總硬度/（mmol/L）＜2大腸菌群/（個(gè)/L）＜3鐵（以Fe計(jì)）含量/（mg/L）＜0.1霉菌含量/（個(gè)/mL）≤1錳（以Mn計(jì)）含量/（mg/L）＜0.1致病菌不得檢出第19頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二表1-2天然水中的雜質(zhì)1.2.1天然水中的雜質(zhì)懸浮物細(xì)菌—致病和無害的；藻類及原生動(dòng)物—使水有臭味、色度和渾濁度；泥沙、粘土—使水有渾濁度；其它不溶物質(zhì)膠體物質(zhì)溶膠—如:硅酸膠體。高分子化合物—如:腐植質(zhì)膠體等溶解物質(zhì)鹽類鈣、鎂鹽酸式碳酸鹽—堿度、硬度；碳酸鹽—堿度、硬度；氯化物—硬度、腐蝕性、味；硫酸鹽—硬度鈉鹽酸式碳酸鹽—堿度；碳酸鹽—堿度；氯化物—味；硫酸鹽—鍋爐內(nèi)汽水共騰；氟化物—損壞牙齒鐵、錳鹽味、色、硬度、腐蝕金屬氣體氧—腐蝕金屬；二氧化碳—腐蝕金屬，產(chǎn)生酸度；硫化氫—臭味、酸度、腐蝕金屬；氯氣其它有機(jī)物質(zhì)第20頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.2水的硬度

水的硬度是指水中離子沉淀肥皂的能力。通常，與水中的鈣、鎂離子相關(guān)，其它離子的含量很小，所以水的硬度的大小，一般指水中鈣、鎂離子鹽類的含量。硬脂酸鈉+鈣或鎂離子→硬脂酸鈣或鎂↓（脂皂）（沉淀物）硬度分為總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。

碳酸鹽硬度（又稱暫時(shí)硬度）加熱煮沸去除

CaCl2/MgCl2/CaSO4/MgSO4/Ca(NO3)2/Mg(NO3)2

總硬度非碳酸鹽硬度（又稱永久硬度）：Ca(HCO3)2/Mg(HCO3)2/CaCO3/MgCO3第21頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二硬度的單位是mmol/L或mg/LCaCO3。過去使用的有meq/L（毫克當(dāng)量/升）和德國度（1L水中含有10mgCaO為1度），它們之間有如表1-3所示的關(guān)系：10.05600.019980.01998mg/LCaCO317.84710.356630.35663德國度50.0452.80411meq/L50.0452.80411mmol/Lmg/LCaCO3德國度meq/Lmmol/L硬度單位表1-3不同硬度表示方法之間的關(guān)系第22頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二

＞535.410＞30度＞10.6989很硬水285.552-535.41015-30度5.7061-10.6989硬水142.776-285.5528-16度2.8530-5.7061中等硬水71.388-142.7764-8度1.4635-2.8530軟水0-71.3880-4度0-1.4265很軟水mg/LCaCO3德國度mmol/L總硬度水的性質(zhì)表1-4水的硬度分類一般所謂的軟水和硬水的范圍見表1-4第23頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二

水中堿度取決于天然水中能與H+結(jié)合的OH—、CO32—和HCO3—的含量（氫氧化物堿度、碳酸鹽堿度和重碳酸鹽堿度），三種堿度的總量為總堿度。1.2.3水的堿度分析結(jié)果硬度H非碳H碳H負(fù)H總＞A總H總=A總H總＜A總H總－A總00A總H總=A總H總00A總－H總表1-5水中堿度和硬度的關(guān)系

H—表示硬度，A—表示堿度，H負(fù)—表示水的負(fù)硬度H負(fù)包括：NaHCO3/KHCO3/Na2CO3/K2CO3天然水中不含OH-，僅HCO3-存在第24頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.4混凝和過濾（1）混凝目的：向水中投加一些藥劑（混凝劑），使水中難以沉淀的膠體顆粒能相互聚合，長大至能自然沉淀的程度。1．明礬：0.001-0.02%Al(OH)2+2．硫酸鋁:Al(OH)3+石灰（渾濁）3．聚合氯化鋁(PAC):0.005-0.01%4．鐵鹽：Fe(OH)3硫酸亞鐵（石灰處理法結(jié)合CO2）最常用的混凝劑鋁鹽和鐵鹽混凝助劑：海藻酸鈉、活化硅酸鈉、堿性淀粉、CMC、粘土等第25頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二混凝反應(yīng)的條件受下列因素的影響：

①原水的性質(zhì)。②混凝劑的種類。③混凝劑的添加量。④混凝時(shí)的pH。⑤攪拌的時(shí)間。⑥攪拌的強(qiáng)度。⑦水溫?；炷磻?yīng)的條件要通過試驗(yàn)確定。第26頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（2）過濾

以細(xì)砂、無煙煤等作為綜合水處理的初級(jí)過濾材料；對基本滿足軟飲料用水的原水采用砂濾過濾器；除色和味用活性炭過濾器；精濾效果采用微孔濾膜過濾器。（A）砂過濾（一）砂過濾原理：原水通過粒狀過濾材料（簡稱濾料）層時(shí)，其中一些懸浮物和膠體物被截留在孔隙中或介質(zhì)表面上，這種通過粒狀介質(zhì)層分離不溶性雜質(zhì)的方法稱為過濾。第27頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二

1．阻力截留：上層粗下層細(xì)；濾層表面形成一層主要由截留的顆粒組成的薄膜，起到過濾作用。

2．重力沉降：濾料形成大量的沉降面積，當(dāng)原水通過濾層，速度適宜，其中的懸浮物就會(huì)向這些沉淀面沉淀。

3．接觸凝聚：構(gòu)成濾料的物質(zhì)具有巨大的表面積，具有吸附微小物的作用。以上3種作用在同一過濾系統(tǒng)中是同時(shí)發(fā)生的。濾料的深層濾料的表層第28頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（二）濾料層和墊層

飲料生產(chǎn)廠通常使用的是單流壓力式過濾器，其主體是一個(gè)圓柱形罐體容器，配備有進(jìn)水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等（見圖1），主體內(nèi)是濾料層和墊層。第29頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1．濾料的選擇：①足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，過濾時(shí)不溶于水，不產(chǎn)生有害和有毒物質(zhì)。②足夠的機(jī)械強(qiáng)度。③適宜的級(jí)配和足夠的孔隙率。濾料粒徑范圍及在此范圍各種粒徑的數(shù)量比例。K=d80/d10不均勻系數(shù)通過濾料質(zhì)量的80%或10%的篩孔直徑濾料的孔隙體積和整個(gè)濾層體積的比例。K越大，濾料粒徑差別越大，降低孔隙率，對過濾不利。第30頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二2．濾料層的結(jié)構(gòu)：（1）含污能力（kg/m3表示）大。（2）產(chǎn)水能力[m3/(m2·h)或m/h表示]高。適合以上條件的過濾池才能保證處理水的質(zhì)量。過濾時(shí)水流方向：從上向下的下向流（保持過濾速度和較好的反沖效果）：濾料粒徑上細(xì)下粗（孔隙上小下大）

濾料粒徑下粗上細(xì)（反沖洗；雙層或多層濾料）懸浮物截留表面，底層未充分利用；濾層含污能力低，使用周期短砂和無煙煤兩者粒徑的選擇重要（混層（10cm））第31頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二3．墊層

為了防止過濾時(shí)濾料進(jìn)入配水系統(tǒng)，以及沖洗時(shí)能均勻布水，在濾料層和配水系統(tǒng)之間設(shè)置墊層（承托層）。墊層應(yīng)滿足下列要求：（1）在高速度水流反沖洗的情況下應(yīng)保持不被沖動(dòng)。（2）要形成均勻的孔隙以保證沖洗水的均勻分布。（3）材料堅(jiān)固，不溶于水。

一般采用天然卵石或碎石。選擇的最小粒徑為2mm。最大粒徑32mm。第32頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二過濾的工藝過程基本上由兩個(gè)過程組成，即過濾和沖洗兩個(gè)循環(huán)的過程。過濾為生產(chǎn)清水的過程；而沖洗是從濾料表面沖洗污物，使之恢復(fù)過濾能力的過程。

水流方向相反（沖洗稱為反沖或反洗）

沖洗的效果取決于沖洗強(qiáng)度?？刹扇≥o助措施如表面沖洗、空氣沖洗和機(jī)械沖洗等。（三）過濾的工藝過程第33頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二二．其它過濾器（1）砂濾棒（砂芯）過濾器：

清洗或更換（消毒）

砂濾棒過濾器過濾效果：操作壓力、原水水質(zhì)、砂濾棒的體積。用水量較少，原水中硬度、堿度指標(biāo)基本合乎要求，只含少量的有機(jī)物、細(xì)菌及其雜質(zhì)時(shí)。硅藻土和骨灰等可燃物高溫制成第34頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（2）活性炭過濾器：多孔性物質(zhì)，吸附作用（氣體、臭味、氯離子、有機(jī)物、細(xì)菌及鐵、錳等雜質(zhì)，除去有機(jī)物90%以上）

反沖洗和再生（3）微孔膜過濾器：濾芯為高分子材料的濾膜（4）鈦棒過濾器（5）化學(xué)纖維蜂房式（6）大孔離子吸附樹脂第35頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二硬水軟化飲料用水（包括洗瓶用水、鍋爐用水、配制飲料用水、清洗用水、衛(wèi)生用水）對水的要求很高。特別是配制飲料用水、鍋爐用水和洗瓶用水，除了對水的衛(wèi)生條件要求較高外，對水的硬度要求更高。

硬水軟化的方法石灰軟化法、離子交換法、電滲析法和反滲透法第36頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.5石灰軟化在原水總硬度中碳酸鹽硬度較高的情況下，在水中加入石灰，可以降低碳酸鹽硬度和堿度。這是加入水中的OH-和Ca2+與水中的HCO3-發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。第37頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.5.1與石灰軟化有關(guān)的反應(yīng)將生石灰CaO配制成石灰乳：CaO+H2O→Ca(OH)2

用石灰乳除去水中的重碳酸鈣Ca(HCO3)2、重碳酸鎂Mg(HCO3)2和CO2CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O (a)Ca(HCO3)2+Ca(OH2)→2CaCO3↓+2H2O(b)Mg(HCO3)2+Ca(OH)2→MgCO3+CaCO3↓+2H2O(c)MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓ (d)2NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O(e)第38頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二石灰軟化的設(shè)備（自學(xué)）石灰軟化處理水常與混凝、消毒過程同時(shí)進(jìn)行。第39頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二石灰軟化不適宜于非碳酸鹽硬度較高的水的處理。過去曾將石灰—純堿共同作用，以達(dá)到軟化目的。但用石灰—純堿軟化，水中固形物的含量不會(huì)減少。因此，非碳酸鹽硬度較高的水的處理以采用以下方法為宜。電滲析反滲透離子交換法處理水第40頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.6電滲析和反滲透（膜分離技術(shù)）1.2.6.1電滲析一、電滲析軟化水原理:通過具有選擇通透性和良好導(dǎo)電性的離子交換膜，在外加直流電場作用下，根據(jù)異性相吸、同性相斥原理，使原水中的離子分別透過陽離子和陰離子交換膜，從而降低水中溶解的固形物，達(dá)到凈化的目的。常用于海水和咸水淡化。

純凈水生產(chǎn)混凝、過濾等預(yù)處理第41頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二電滲析工作原理如圖第42頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二在陽極:H2O?H++OH-

2OH-－2e→[O]+H2O

↓

1/2O2

Cl-－e→[Cl]

↓

1/2Cl2

H++Cl-?HCl在陽極室，由于OH—減少，極水呈酸性，并產(chǎn)生性質(zhì)非常活潑的初生態(tài)氧和氯，這些都會(huì)對電極造成強(qiáng)烈腐蝕。所以一定要考慮電極材料的耐腐蝕性。第43頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二在陰極:H2O?H++OH-

2H++2e→H2↑

Na++OH-?NaOH

在陰極室，由于H+減少，極水呈堿性，當(dāng)極水中有Ca2+、Mg2+和HCO3—

，則與OH—生成CaCO3和Mg(OH)2等水垢，結(jié)集在陰極上。同時(shí)陰極室還有氫氣排出。第44頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二二、電滲析器的結(jié)構(gòu)電滲析器有立式和臥式兩種形式，其基本部件是濃淡水室的隔板、離子交換膜、電極、極水隔板、鎖緊裝置等。

離子交換膜：這是一種由具有離子交換性能的高分子材料制成的薄膜，按透過性能分為陽離子交換膜和陰離子交換膜。目前常用的陽離子膜為磺酸基型；陰離子膜為季胺基型。

第45頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二異相膜均相膜電化學(xué)性能差（電阻大，選擇透過性低）厚度大（0.5-0.8mm）機(jī)械強(qiáng)度高溶脹度較小，易結(jié)垢價(jià)格低容易制造電化學(xué)性能好（電阻小，選擇透過性高）厚度?。?.3mm）機(jī)械強(qiáng)度差溶脹度較大，不易結(jié)垢價(jià)格高制造復(fù)雜表1-6離子交換膜性能對比根據(jù)離子交換膜制造工藝可分為異相膜和均相膜兩種，兩種膜的性能對比見表1-6。第46頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二三、水垢的形成和去垢方法電滲析器運(yùn)行中，濃水室一側(cè)的陰膜和陽膜面上以及陰極極板上都會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱沉淀結(jié)垢。消除沉淀的方法：（一）倒換電極：定期倒換，即運(yùn)行一定時(shí)間后把陰極改為陽極，陽極改為陰極。由于電場方向改變，可使已生成的沉淀消除。（二）定期酸洗：采用濃度1%-2%（一般不超過3%）的鹽酸定期酸洗，周期視結(jié)垢情況而定。酸洗時(shí)間為2-3h，使pH達(dá)3-4。（三）堿洗：當(dāng)水中含有機(jī)雜質(zhì)時(shí)，由于天然水中的有機(jī)物一般是陰離子，造成陰膜污染，稱為受污。一般每隔幾個(gè)月用0.1mol/LNaOH溶液清洗。第47頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二四、對原水的要求如果原水中懸浮物較多，會(huì)造成隔板中沉淀結(jié)垢，增加阻力，降低流量，所以原水水質(zhì)應(yīng)符合下列要求(見表1-7)。表1-7電滲析處理水時(shí)對原水的要求濁度＜2mg/L含鐵錳總量＜0.3mg/L色度＜20度有機(jī)物耗氧量2~3mg/L預(yù)處理：混凝、過濾、殺菌，除去雜質(zhì)第48頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二電滲析處理水的優(yōu)缺點(diǎn)1.通過電滲析法處理的淡水，脫鹽率可達(dá)到80%以上。2.優(yōu)點(diǎn)：耗電少，操作簡單，檢修較方便，可連續(xù)處理，脫鹽率較高，設(shè)備占地面積小。3.缺點(diǎn)：水的利用率低電滲析過程是靠水中離子傳遞電流，不可制備高純水討論:

第49頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二一、滲透與反滲透理想半透膜：只透過溶劑而不透過溶質(zhì)的膜滲透：純?nèi)軇┳园l(fā)流向溶液（低濃度高濃度）反滲透1.2.6.2反滲透水處理第50頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二滲透與反滲透示意圖只通過溶劑不透過溶質(zhì)反滲透滲透第51頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二反滲透（RO）、超濾（UF）和微濾（MF）都是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，它們沒有本質(zhì)區(qū)別，只是滲透膜的孔徑大小不同，截留物質(zhì)的相對分子量不同。二、反滲透與超濾第52頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二超濾法是從小分子溶質(zhì)或溶劑分子中將比較大的溶質(zhì)分子篩分出來反滲透法主要是截留無機(jī)鹽類那樣的小分子。兩法的截留界限不甚分明，大體上對于中等程度（相對分子質(zhì)量約幾千）大小的有機(jī)物，高分子有機(jī)物（蛋白質(zhì)、核酸、多糖類等），有機(jī)及無機(jī)膠體粒子等的分離稱為超濾；而對于截留比十倍水分子大小還小的分子則叫做反滲透。至于超濾對象物質(zhì)的上限多半是像病毒或巨大的DNA分子一樣大小的物質(zhì)。如果溶質(zhì)分子再大，篩分就是所謂的微孔過濾。第53頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二各種滲透膜的截留區(qū)段各種滲透膜對不同物質(zhì)的截留示意圖第54頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二三、反滲透膜（一）膜的種類從物理結(jié)構(gòu)上分：

①非對稱膜；②均質(zhì)膜；③復(fù)合膜；④動(dòng)態(tài)膜。

從膜質(zhì)材料上分：①醋酸纖維素膜（CA）；②芳香聚酰胺膜；

③高分子電解質(zhì)膜；④無機(jī)質(zhì)膜等。第55頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（二）膜的主要參數(shù)

1．透水率（水通量）：是每單位時(shí)間通過單位膜面積的水的體積流量。單位：cm3/(cm2.s)，最常用cm3/(cm2.h)（膜的物理特性和系統(tǒng)操作條件）

2．透鹽率：指鹽通過膜的百分比（溶質(zhì)的濃度差作用），與壓力無關(guān)。透鹽率小好（脫鹽率高—評價(jià)膜分離指標(biāo)，與透鹽率相反）。透鹽率=(產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量)×100%脫鹽率=100%-透鹽率3．抗壓實(shí)性：操作壓力和溫度引起壓實(shí)作用，造成透水率不斷下降。膜的壓實(shí)系數(shù)m越小越好，意味著膜的壽命較長，反滲透膜要求m≯0.03。第56頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二四、反滲透裝置各種膜的分離裝置主要包括膜組件和泵。膜組件是將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在外界壓力作用下能實(shí)現(xiàn)對溶質(zhì)溶劑的分離，簡稱組件。

板框式管式螺旋卷式中空纖維式反滲透的組件(1)機(jī)械支撐高，可將高壓原水和低壓淡水嚴(yán)格分開；（2）能耗最小使原水在膜面上流動(dòng)均勻合理；（3）高的裝填密度，組裝和更換方便；（4）裝置牢固、安全，價(jià)格低廉和易維護(hù)。第57頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二系緊螺栓式板框反滲透膜組件圖1.系緊螺栓2，3.

O環(huán)密封4.膜5.多孔板第58頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二內(nèi)壓型管束式反滲透組件圖1.玻璃纖維管2.反滲透膜3.末端配件4.PVC淡化水搜集外套5.淡化水6.供給水7.濃縮水第59頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二螺旋卷式膜組件示意圖

1.鹽水側(cè)間隔材料2.膜3.產(chǎn)品水側(cè)321第60頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二中空纖維式膜組件圖1.8.O環(huán)密封；2.流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；3，11.中空纖維膜；4.環(huán)氧樹脂管板5，6.支撐管；7，12.端板；9.供給水分布管；10.殼第61頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二討論反滲透和電滲析處理水的異同點(diǎn):(1)都屬于膜分離范疇(2)反滲透使通過反滲透膜把溶液中的溶劑（水）分離出來，以壓力差為推動(dòng)力。(3)電滲析是通過離子交換膜把溶液中的溶質(zhì)（鹽分）分離出來，以電位差為推動(dòng)力。第62頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.7離子交換法處理水離子交換法：利用離子交換劑的交換離子的能力把原水中人們所不需要的離子暫時(shí)占有，然后再將它釋放到再生液中使水得到軟化的方法。離子交換劑的種類離子交換樹脂：球形網(wǎng)狀固體的高分子共聚物，不溶于酸、堿和水，但吸水膨脹。含有極性基團(tuán)（交換）和非極性基團(tuán)（骨架）礦物質(zhì)離子交換劑，如泡沸石碳離子離子交換劑，如磺化煤有機(jī)合成離子交換樹脂（飲料用水）水質(zhì)軟化第63頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.7.1離子交換樹脂軟化水的原理

樹脂在水中解離，當(dāng)原水通過陽離子樹脂層時(shí)，水中陽離子被樹脂所吸附，樹脂上的陽離子H+被置換到水中：

RSO3–H++Na+?RSO3Na+H+

當(dāng)原水通過陰離子樹脂層時(shí)，水中陰離子被陰樹脂所吸附，樹脂上的陰離子OH–置換到水中：

R4N+OH–+Cl–?RNCl+OH–

達(dá)到水質(zhì)的軟化第64頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二

1.2.7.2離子交換樹脂的分類和性能分類官能團(tuán)強(qiáng)酸性磺酸基（—SO3H）弱酸性羧酸基（—COOH）、磷酸基（—PO3H2）等強(qiáng)堿性季銨基－N(CH3)3

等弱堿性伯、仲、叔胺基（－NH2、－NHR、－NR2）一、離子交換樹脂的分類按所帶功能基團(tuán)的性質(zhì)一般將離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂，分為強(qiáng)酸性、弱酸性。陰離子交換樹脂分為強(qiáng)堿性、弱堿性等。

第65頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二二、離子交換樹脂的性能離子交換樹脂的主要性能指標(biāo)有密度、含水率、溶脹性、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、酸性性、選擇性和交換容量。第66頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（一）密度：樹脂的密度有干真密度、濕真密度和濕視密度三種，干真密度除在研究樹脂性能時(shí)有用外，實(shí)用意義不大。1．濕真密度：樹脂在水中充分膨脹后的顆粒密度。2．濕視密度：樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度。第67頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（三）含水率：樹脂的含水率是指在水中充分膨脹的濕樹脂中水重的百分?jǐn)?shù)。樹脂的含水率一般50％左右。（二）溶脹性：干樹脂浸入水中體積變大的現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹性。溶脹程度常用溶脹率表示。（交換和再生出現(xiàn)漲縮）

溶脹率的大小與樹脂的交聯(lián)度、交換基團(tuán)的性質(zhì)、周圍溶液的電解質(zhì)濃度等因素有關(guān)。第68頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（四）機(jī)械強(qiáng)度

（破裂）樹脂顆粒的機(jī)械強(qiáng)度主要決定于交聯(lián)度，交聯(lián)度大，機(jī)械強(qiáng)度高。（大孔優(yōu)于凝膠）（五）耐熱性：各種樹脂均有一定的耐熱性能。（六）酸、堿性：各種樹脂在使用時(shí)都有一定的有效pH范圍，弱酸和弱堿性樹脂對pH要求很嚴(yán)。溫度過高，易使樹脂的交換基團(tuán)分解，影響樹脂的交換容量。溫度過低，會(huì)降低樹脂的機(jī)械強(qiáng)度。第69頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二（七）離子交換樹脂的選擇性

離子交換樹脂對水中某種離子能優(yōu)先交換的性能稱為離子交換選擇性，它和水中離子的種類、樹脂交換基團(tuán)的性能有很大關(guān)系，同時(shí)也受水中離子濃度和溫度的影響。

（八）交換容量

交換容量是樹脂的重要性能指標(biāo)。樹脂交換容量有兩種表示方法：一是質(zhì)量表示法，即單位質(zhì)量干樹脂的交換能力(Ew)；二是體積表示法，即單位體積濕樹脂的交換能力(Ev)。陽樹脂一般以H型為準(zhǔn)；陰樹脂以Cl型為準(zhǔn)。1、總交換容量（又稱全交換容量，廠家）2、工作交換容量

第70頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二原則根據(jù)原水中需要除去離子的種類1.2.7.3離子交換樹脂的選擇原則選擇大容量、高強(qiáng)度的樹脂吸附性強(qiáng)的離子（Ca2+/Mg2+)，選弱酸性或弱堿性第71頁，共80頁，2023年，2月20日，星期二1.2.7.4離子交換水處理裝置離子交換水處理裝置的類型離子交換水處理方式分為固定床及連續(xù)床兩大類。離子交換水處理流動(dòng)床單級(jí)離子