第一章 水处理及瓶装水的生产

1、 一、水源与水质一、水源与水质 二、水的预处理二、水的预处理 三、瓶装水的生产三、瓶装水的生产1 1、水处理的基本原理、水处理的基本原理2 2、矿泉水理化特征的表示方法、矿泉水理化特征的表示方法3 3 、纯净水生产中的膜分离技术及其特性、纯净水生产中的膜分离技术及其特性一、水的分类一、水的分类1、地表水、地表水2、地下水、地下水3 3、城市自来水城市自来水溶解的矿物质较少，硬度约为溶解的矿物质较少，硬度约为1.01.08.0 mmol/L8.0 mmol/L，但常含有粘，但常含有粘土、砂、水草，腐植质，土、砂、水草，腐植质，CaCa，MgMg盐类和其它盐类及细菌盐类和其它盐类及细菌 。硬度较高

2、硬度较高 ，水质较清，很，水质较清，很少含有泥沙，悬浮物和细菌少含有泥沙，悬浮物和细菌二、天然水中的杂质二、天然水中的杂质 主要成分是钙和镁的碳主要成分是钙和镁的碳酸氢盐，其次是钙、镁酸氢盐，其次是钙、镁的碳酸盐，这些盐类经的碳酸盐，这些盐类经煮沸后分解成溶解度很煮沸后分解成溶解度很小的碳酸盐，硬度大部小的碳酸盐，硬度大部分可除去。分可除去。暂时硬度暂时硬度 三、水的硬三、水的硬度度水中离子沉淀肥皂的能水中离子沉淀肥皂的能力，一般指水中力，一般指水中CaCa2+2+、MgMg2+2+盐类的含量盐类的含量 为钙、镁为钙、镁 的氯化物，硫酸盐、的氯化物，硫酸盐、硝酸盐等，这些盐类经煮沸不硝酸盐等，

3、这些盐类经煮沸不会沉淀，硬度不会变化。会沉淀，硬度不会变化。永久硬度永久硬度 总硬度总硬度:总硬度总硬度 mmol / L暂时硬度暂时硬度 永久硬度永久硬度 +1德国度：德国度： 1升水中含有升水中含有10毫克氧化钙毫克氧化钙1 mmol / L= 2.804 德国度德国度生产企业生产企业德国度德国度0 4为最软的水，为最软的水，4 8为软水为软水 ，8 16为中等硬度为中等硬度的水，的水，16 30为硬水，为硬水， 30以上为很硬的水。以上为很硬的水。饮料用水水质要求硬度小于饮料用水水质要求硬度小于8.5度度,否则会产生碳酸钙沉淀和有机否则会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀酸钙盐沉淀,影响产品

4、口味及质量。影响产品口味及质量。 天然水中能与天然水中能与H+ 结合的结合的OH，CO22- 和和HCO-3的含量，用的含量，用mmol / L表示表示 。天然水中通常仅存在天然水中通常仅存在HCO-3四、水的碱度四、水的碱度 天然水中碱度和硬度的关系天然水中碱度和硬度的关系 H负负: 表示水的负硬度表示水的负硬度,主要含有主要含有NaHCO3、KHCO3、 Na2CO3、K2CO3分析结果分析结果 硬度硬度 （mmol/L） H 非碳非碳 H 碳碳 H负负 H总总 A总总H总总 = A总总 H总总A总总 H总总 A总总 0 0 A总总 H总总 A总总 H总总 0 0 A总总 H总总 一、水中

5、悬浮杂质的去除一、水中悬浮杂质的去除（一）混凝与沉降（一）混凝与沉降混凝混凝1、常用的混凝剂、常用的混凝剂 铝盐铝盐 明矾、硫酸铝、碱性氯化铝明矾、硫酸铝、碱性氯化铝 铁盐铁盐 硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁在水中加入某些盐类，使水中在水中加入某些盐类，使水中 细小悬浮或胶体物质互相吸附，细小悬浮或胶体物质互相吸附，从水中沉淀下来的过程。从水中沉淀下来的过程。明矾及硫酸铝：明矾及硫酸铝： 原理：原理： 在水中在水中Al2(SO4)3水解成水解成Al(OH)3 ，可与，可与水中带负电的自然胶体起电性中和作水中带负电的自然胶体起电性中和作用，同时又可吸附水中的自然胶体和用，同时又

6、可吸附水中的自然胶体和悬浮物悬浮物 。 明矾：明矾：0.0010.2%用量用量: Al2(SO4)3： 0.21.0 毫摩尔毫摩尔/升。升。 使用时使用时,要加入石灰调整要加入石灰调整pH值值,一般一般1毫克毫克/升的升的Al2(SO4)3需加需加0.5毫克毫克/升的石灰。升的石灰。水温：水温：25 35。注意搅拌。注意搅拌。碱式氯化铝（碱式氯化铝（PAC）：）：羟基氯化铝或聚合氯化铝羟基氯化铝或聚合氯化铝分子式：分子式： Al2(OH)nCl6nm, n =15；m10。 用量：用量：0.0050.01 %pH值范围：值范围：68。水温：水温：20 30 。 铁盐：铁盐： 常用硫酸亚铁。常用

7、硫酸亚铁。 特点：特点：混凝速度快，水温的影响不大混凝速度快，水温的影响不大 不适用于有机物含量较高的水质处理不适用于有机物含量较高的水质处理 2、助凝剂、助凝剂 如用来调节如用来调节pHpH的碱、酸、石灰等；的碱、酸、石灰等； 有机助凝剂如丙烯酸的化合物有机助凝剂如丙烯酸的化合物（二）过滤（二）过滤 1、砂石过滤、砂石过滤阻力截留阻力截留 重力沉降重力沉降 接触凝聚接触凝聚 过滤原理过滤原理 工艺过程工艺过程 过滤过滤 冲洗冲洗 滤料的选择滤料的选择 K = 1080DD通过滤料重量通过滤料重量80%80%的筛孔径的筛孔径不均匀不均匀系数系数通过滤料重量通过滤料重量10%10%的筛孔径的筛孔

8、径过滤系统过滤系统 滤料层的结构滤料层的结构 垫层垫层 采用天然卵石层或碎石采用天然卵石层或碎石 2、活性碳过滤、活性碳过滤 氧化有机物氧化有机物 吸附反应吸附反应 Cl2 + H2O 2HCl + O CO2 与与C反应反应单层滤池单层滤池双层滤池双层滤池3、砂滤棒过滤、砂滤棒过滤 用于水质较好时用于水质较好时砂滤棒使用一定时间后，要停机，卸出砂芯进砂滤棒使用一定时间后，要停机，卸出砂芯进行处理。行处理。砂滤棒消毒处理砂滤棒消毒处理75%的酒精的酒精 0.25%的新洁尔灭的新洁尔灭 10%的漂白粉的漂白粉过滤原理过滤原理 被处理的水在外压作用下，通过微小的孔隙，被处理的水在外压作用下，通过微

9、小的孔隙，水中存在的少量有机物及微生物被微孔吸附截水中存在的少量有机物及微生物被微孔吸附截留在砂滤棒表面，滤出的水基本可达到无菌留在砂滤棒表面，滤出的水基本可达到无菌 使用时应注意的问题使用时应注意的问题 钛棒过滤器钛棒过滤器其它过滤装置其它过滤装置 化学纤维蜂房式过滤器化学纤维蜂房式过滤器 大孔离子吸附树脂过滤器大孔离子吸附树脂过滤器二、水中溶解杂质的去除二、水中溶解杂质的去除软化软化 只降低水中只降低水中Ca2+，Mg2+的含量的含量除盐除盐 降低全部阳离子和阴离子的含量降低全部阳离子和阴离子的含量1、石灰软化、石灰软化适用于碳酸盐硬度较高、非适用于碳酸盐硬度较高、非碳酸盐硬度较低的水；不

10、要碳酸盐硬度较低的水；不要求高度软化的水。求高度软化的水。石灰的消化：石灰的消化： CaO +H2O Ca(OH)2用石灰除去水中的用石灰除去水中的Ca2+ , Mg2+ , CO2 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (a) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O (b)Mg(HCO3)2 +Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCO3 (c)MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + Mg(OH)2 (d)2NaHCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + NaCO3 + 2H2O (e)CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)

11、2Mg(OH)2 + CO2 MgCO3 + H2OMgCO3 + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 有关化学反应有关化学反应 可通过计算确定。可通过计算确定。 根据经验根据经验,每降低每降低1m3水中暂时硬度水中暂时硬度1度，需度，需加纯加纯CaO 10g，每降低，每降低1m3水中水中CO2的浓度的浓度为为1mg/L时，需加纯时，需加纯CaO 1.75g。石灰的添加量石灰的添加量 暂时硬度大部分被除掉，残余暂时硬度暂时硬度大部分被除掉，残余暂时硬度至至0.20.4毫摩尔毫摩尔/升升, 残余碱度残余碱度至至0.40.6 毫摩毫摩尔尔/升升,有机物除去有机物除去25%,硅酸化合物硅酸化合物

12、3035% , 原水中铁残留量原水中铁残留量 0.1毫克毫克/升。升。石灰软化后的水质石灰软化后的水质2、石灰、石灰-纯碱软化处理纯碱软化处理适用于总硬度大于总碱度的水。适用于总硬度大于总碱度的水。 MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4MgCl2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 +CaCl2CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl2 永久硬度和暂时硬度被除去，但产生很多可溶性物质永久硬度和暂时硬度被除去，但产生很多可溶性物质反应原理反应原理特点特点3、离子交换法、离子交换法分类分类: 离子交

13、换树脂离子交换树脂矿物质离子交换剂矿物质离子交换剂碳质离子交换剂碳质离子交换剂有机合成离子交换树脂有机合成离子交换树脂阳离子阳离子阴离子阴离子离子交换树脂的特性离子交换树脂的特性强碱性、弱碱性强碱性、弱碱性强酸性、弱酸性强酸性、弱酸性RSO3-.H+ + Na+ RSO3Na + H+R N+OH- + Cl- R NCl + OH-离子交换树脂软化水的机理离子交换树脂软化水的机理选择大容量、高强度树脂选择大容量、高强度树脂: :同类型树脂中，同类型树脂中，弱型比强型的交换容量大，但机械强度差弱型比强型的交换容量大，但机械强度差 根据原水中需除去离子的种类选择根据原水中需除去离子的种类选择吸附

14、性吸附性较强较强的离子的离子（CaCa2 2+ +、MgMg2+2+）吸附性吸附性较弱较弱的离子的离子(K(K+ +、NaNa+ +、HCOHCO3-3-、HSiOHSiO3-3-) )，弱酸性或弱碱性树脂弱酸性或弱碱性树脂 强酸性或强碱性树脂强酸性或强碱性树脂 离子交换树脂的选择原则离子交换树脂的选择原则 单级离子交换器（单床）单级离子交换器（单床） 多级（多床）多级（多床） 固定床固定床 复合（复床）复合（复床） 混合（混合床）混合（混合床） 双层（双层床）双层（双层床） 移动床移动床 流动床流动床连续床连续床 离子交换水处理装置离子交换水处理装置树脂的处理树脂的处理各种床式的组合时阳离子

15、树脂应排在首位各种床式的组合时阳离子树脂应排在首位 。使用前用自来水对树脂使用前用自来水对树脂 浸泡浸泡1 12 2天。天。树脂的处理、转型与再生树脂的处理、转型与再生树脂转型树脂转型阳树脂：阳树脂：7% HClHCl泡泡1h冲洗冲洗沥干沥干8%NaOHNaOH泡泡1小时小时冲洗冲洗沥干沥干35倍倍7% HClHCl浸泡浸泡2个小个小时时阴树脂：阴树脂：8% NaOHNaOH浸泡浸泡1小时小时冲洗冲洗沥干沥干7% HClHCl浸泡浸泡1小时小时冲洗冲洗沥干沥干用用35倍倍8%NaOHNaOH浸泡浸泡2小时小时树脂的再生树脂的再生 方法方法阳树脂：反冲阳树脂：反冲 23倍倍7%HClHCl浸泡浸

16、泡去离子水去离子水（复床处理）冲洗（复床处理）冲洗 pH值达到值达到34之间之间阴树脂：反冲阴树脂：反冲 35倍倍8%NaOHNaOH浸泡浸泡 去离子水去离子水（复床处理）冲洗（复床处理）冲洗pH值达值达89之间。之间。再生液适当加温（再生液适当加温（5050）效果更好）效果更好 通过具有选择通透性和良好导电性的离通过具有选择通透性和良好导电性的离子交换膜子交换膜 ，在外加直流电场的作用下，在外加直流电场的作用下，根据异性相吸，同性相斥的原理，使水根据异性相吸，同性相斥的原理，使水中的阴阳离子分别通过阴离子交换膜和中的阴阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜而达到净化作用阳离子交换膜而达到净

17、化作用原理原理4 4、电渗析法、电渗析法 原水水质：浊度原水水质：浊度2mg/l ，色度，色度20度度 含含Fe、Mn总量总量0.3mg/l 有机物耗氧量有机物耗氧量 23mg/l对原水的要求对原水的要求倒换电极倒换电极 3 38h8h定期酸洗定期酸洗 浓度浓度1%1%2%2%的的HClHCl，2 23hpH33hpH34 4碱洗碱洗 有机杂质污染阴膜有机杂质污染阴膜 0.1mol NaOH0.1mol NaOH结垢与去垢方法结垢与去垢方法5、反渗透法、反渗透法 反渗透（反渗透（RORO）、超滤（）、超滤（UFUF）和微滤（）和微滤（MFMF）都是以压）都是以压力差为推动力的膜分离过程，它们没

18、有本质区别，力差为推动力的膜分离过程，它们没有本质区别，只是不同的渗透膜截留物质的相对分子量不同。只是不同的渗透膜截留物质的相对分子量不同。原理原理反渗透与超滤反渗透与超滤HOClHOCl是一个中性分子，可以扩散到带负电的细菌的表面，是一个中性分子，可以扩散到带负电的细菌的表面，并穿过细菌的细胞膜进入细菌内部。并穿过细菌的细胞膜进入细菌内部。HOClHOCl进入细菌内部后，进入细菌内部后，由于氯原子的氧化作用，破坏了细菌的某些酶系统，导致由于氯原子的氧化作用，破坏了细菌的某些酶系统，导致细菌死亡，而细菌死亡，而OCl-OCl-由于本身带负电，不能靠近带负电的细由于本身带负电，不能靠近带负电的细

19、菌，所以其消毒作用也远弱于次氯酸菌，所以其消毒作用也远弱于次氯酸 3、加氯量：总投氯量为、加氯量：总投氯量为0.5 2.0mg/l。2 2、消毒方法、消毒方法 滤前加氯滤前加氯 滤后加氯滤后加氯 用于原水质量较差，用于原水质量较差，有机物含量多的情况有机物含量多的情况原水经沉淀和过滤原水经沉淀和过滤后加氯，加氯量少，后加氯，加氯量少，且消毒效果好且消毒效果好 氯胺是水中的氯和氨化合生成的，其反应如下：氯胺是水中的氯和氨化合生成的，其反应如下：生成一氯胺：生成一氯胺： NH3+HOClNH2Cl + H2O 生成二氯胺：生成二氯胺：NH3 + 2HOClNHCl2 + 2H2ONH2Cl+ HO

20、ClNHCl2+H2O生成氯胺：生成氯胺： NH3 + 3HOClNCl3 + 3H2O或或 NH2Cl+ 2HOClNCl3 + 2H2O4 4、几种常用的方法、几种常用的方法氯胺氯胺 2CaOCl2 + 2H2O 2Ca(OH) + 2HOCl + CaCl2漂白粉漂白粉 高压放电或紫外线臭氧的发生：臭氧的发生：3O3O2 2 2O 2O3 3 -148kJ/mol -148kJ/mol臭氧的杀菌作用比氯快臭氧的杀菌作用比氯快15153030倍倍 。利用臭氧分解产生的原子利用臭氧分解产生的原子氧（强氧化剂）与水中的氧（强氧化剂）与水中的细菌及其他微生物或有机细菌及其他微生物或有机物作用，使

21、其失活物作用，使其失活（二）臭氧消毒（二）臭氧消毒 原理：微生物受紫外光照射后，原理：微生物受紫外光照射后，微生物的蛋白质和核酸吸收紫微生物的蛋白质和核酸吸收紫外光谱能量，导致蛋白质变性，外光谱能量，导致蛋白质变性，引起微生物死亡，紫外线对清引起微生物死亡，紫外线对清洁透明的水有一定穿透能力，洁透明的水有一定穿透能力，所以能使水消毒。所以能使水消毒。（三）紫外线消毒（三）紫外线消毒 影响紫外线杀菌效果的因素影响紫外线杀菌效果的因素 灯管周围介质的温度。灯管周围介质的温度。处理水量影响。处理水量影响。照射半径、时间的影响。照射半径、时间的影响。一、天然矿泉水和纯净水的定义和分类一、天然矿泉水和纯

22、净水的定义和分类1、定义、定义水中含有天然无机盐在水中含有天然无机盐在1000mg/L以上，或者以上，或者含游离含游离CO2在在250 mg /L 以上者以上者对人体生理上具有有益健康的特性对人体生理上具有有益健康的特性矿泉水的微生物特征，应符合于世界卫生组矿泉水的微生物特征，应符合于世界卫生组织饮用水的国际标准织饮用水的国际标准 是从地下水源矿脉的若干天然露头开发出来是从地下水源矿脉的若干天然露头开发出来的水的水天然矿泉水的定义天然矿泉水的定义 以符合生活饮用水卫生标准的水为原料以符合生活饮用水卫生标准的水为原料通过适当的加工方法制得通过适当的加工方法制得密封于容器中密封于容器中不含任何添加

23、物不含任何添加物可直接饮用可直接饮用纯净水的定纯净水的定 义义按化学成分分按化学成分分 2 2、天然矿泉水分类、天然矿泉水分类前苏联分类体系前苏联分类体系日本、德国分类体系日本、德国分类体系按温度分类按温度分类 单纯温泉、碳酸泉、重碳单纯温泉、碳酸泉、重碳酸土类泉、重碳酸钠泉、酸土类泉、重碳酸钠泉、食盐泉、硫酸盐泉、铁泉、食盐泉、硫酸盐泉、铁泉、明矾泉、硫磺泉、硫化氢明矾泉、硫磺泉、硫化氢泉、酸性泉、碘泉、砷泉、泉、酸性泉、碘泉、砷泉、放射能泉放射能泉 冷泉：冷泉：20 20 ，低温泉：，低温泉：202037 37 温泉：温泉：37374242，热泉：，热泉： 42 42 碳酸氢盐型，氯化物碳

24、酸氢盐型，氯化物型，型， 硫酸盐型硫酸盐型 ，成分，成分复杂的矿泉复杂的矿泉 ，含有生，含有生物离子的矿泉物离子的矿泉 ，含气，含气体的矿泉水体的矿泉水 按泉涌形式分类按泉涌形式分类 按按pH值分类值分类 自喷泉；脉博泉；火山泉自喷泉；脉博泉；火山泉强酸性泉：强酸性泉：pH pH 2 2酸性泉：酸性泉：pH 2pH 24 4弱酸性泉：弱酸性泉：pH4pH46 6中性泉：中性泉：pH6pH67.57.5弱碱性泉：弱碱性泉：pH7.5pH7.59 9碱性泉：碱性泉：pH9pH9 三、矿泉水理化特征的表示方法三、矿泉水理化特征的表示方法库尔洛夫数学分式：库尔洛夫数学分式：QTpHMSP按含量多少从左

25、向右排阳离子按含量多少从左向右排阴离子为所含气为所含气体或微量体或微量元素：元素：g/L为总矿化为总矿化度：度：g/L酸碱度酸碱度泉温泉温泉水涌出泉水涌出量量:L/s或或t/天天四、饮用天然矿泉水的生产工艺四、饮用天然矿泉水的生产工艺矿泉水矿泉水引水引水沉淀沉淀粗滤粗滤精滤精滤充气充气灌装灌装封盖封盖 CO2净化净化压缩压缩不含碳酸气天然矿泉水的生产工艺不含碳酸气天然矿泉水的生产工艺 矿泉水矿泉水引水引水气水分离气水分离水水粗滤粗滤精滤精滤 CO2 灭菌灭菌 净化净化压缩压缩 精滤精滤 充气充气 灌装灌装 封盖封盖含碳酸气的天然矿泉水的生产工艺含碳酸气的天然矿泉水的生产工艺 五、天然矿泉水的生

26、产工艺要点五、天然矿泉水的生产工艺要点1、引水、引水2、曝气、曝气 使矿泉水与经过净化了的空气充分接触，使其脱使矿泉水与经过净化了的空气充分接触，使其脱去其中的去其中的CO2和和H2S等气体，并发生氧化作用。等气体，并发生氧化作用。自然曝气自然曝气 强制曝气法强制曝气法 曝气工艺曝气工艺 矿泉水经过曝气喷洒时，以鼓风机的强大风流强制曝气，提高曝气效率 将矿泉水通过一条或多条装在支管上的喷嘴进行喷洒，增加水与空气的接触面 3、过滤、过滤除去水中的不溶性杂质和微生物。除去水中的不溶性杂质和微生物。4、灭菌、灭菌臭氧杀菌、紫外线灭菌臭氧杀菌、紫外线灭菌变色变色沉淀沉淀微生物微生物六、矿泉水中常见的质

27、量问题六、矿泉水中常见的质量问题发绿发绿由水中藻类植物和一些光合细菌引起由水中藻类植物和一些光合细菌引起发黄发黄铁锈引起铁锈引起由水中的矿物盐和金属离子引起由水中的矿物盐和金属离子引起对整个生产过程加以控制对整个生产过程加以控制 七、纯净水的生产工艺流程七、纯净水的生产工艺流程 絮凝剂絮凝剂 还原剂（还原剂（NaHSO3) 六偏磷酸钠六偏磷酸钠 自来水自来水多介质过滤多介质过滤炭滤炭滤加入阻垢剂加入阻垢剂保安过滤保安过滤一级反渗透一级反渗透二级反渗透二级反渗透臭氧杀菌臭氧杀菌精滤精滤灌装灌装pH调节（调节（5.07.0）八、纯净水生产中膜分离技术及其特性八、纯净水生产中膜分离技术及其特性1、微滤（、微滤（MF）分离性能：分离性能：介于常规过滤和超过