第一章软饮料用水及水处理

1、软饮料用水及水处理软饮料用水及水处理第一章第一章3 . 2408. 4022MgCa【教学目标】【教学目标】v了解水源的分类及软饮料对水质的基本要求；了解水源的分类及软饮料对水质的基本要求；v了解水质标准的主要指标；了解水质标准的主要指标；v掌握水中杂质的类型及其对饮料品质的影响掌握水中杂质的类型及其对饮料品质的影响v掌握软饮料水处理的基本原理和常用方法。掌握软饮料水处理的基本原理和常用方法。第一章第一章 软饮料用水及水处理软饮料用水及水处理一、自然界中水的分类一、自然界中水的分类v1.地表水地表水 surface water 江河水、湖泊水、海洋水、积雪。江河水、湖泊水、海洋水、积雪。特点：

2、特点： 矿物质少，硬度低，浮游生物、杂质多，水质不稳定，污染严重。矿物质少，硬度低，浮游生物、杂质多，水质不稳定，污染严重。v2.地下水地下水 ground water 泉水、井水等。泉水、井水等。特点：矿物质多，硬度较高，杂质少，水质澄清，水质稳定特点：矿物质多，硬度较高，杂质少，水质澄清，水质稳定 。v3.自来水自来水 tap water 经适当水处理工艺处理，水质达到国家生活饮用水标准的水。经适当水处理工艺处理，水质达到国家生活饮用水标准的水。特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理简单，费用低；水费特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理简单，费用低；水费高；高；Cl-含量

3、高。含量高。 第一章第一章 软饮料用水及水处理软饮料用水及水处理二、天然水中的杂质二、天然水中的杂质1.悬浮物质悬浮物质直径大于直径大于0.2 m的大分子物质，如泥砂等无机物、的大分子物质，如泥砂等无机物、浮游生物、微生物。造成饮料的浑浊、沉淀、变色。浮游生物、微生物。造成饮料的浑浊、沉淀、变色。2.胶体物质胶体物质直径在直径在0.0010.2 m的大分子有机物、无机物，的大分子有机物、无机物，如黏土和硅酸等无机胶体和腐殖质等有机胶体。造成如黏土和硅酸等无机胶体和腐殖质等有机胶体。造成水及饮料的浑浊和变色。水及饮料的浑浊和变色。二、天然水中的杂质二、天然水中的杂质3.溶解物质溶解物质 粒度小于

4、粒度小于0.001 m的溶解物，包括溶解气体、溶解盐的溶解物，包括溶解气体、溶解盐类。影响水的硬度、碱度、酸度及水中气体的含量。类。影响水的硬度、碱度、酸度及水中气体的含量。 溶解气体溶解气体：O2、CO2、H2S、Cl2 、NH3影响饮料风影响饮料风味和色泽。味和色泽。 溶解盐类溶解盐类：Ca、Mg、Na、K 盐影响硬度和碱度，盐影响硬度和碱度，OH-、Cl- 影响水的酸度。饮料用水要求硬度影响水的酸度。饮料用水要求硬度A总总时，水中有时，水中有Ca2+、Mg2+的氯化物，的氯化物，OH、CO32基本基本不存在，水为非碱性水；不存在，水为非碱性水；当当H总总A总总H总总A总总A总总0H总总=

5、A总总0H总总=A总总0H总总A总总0H总总A总总H总总 表表1-2 生活饮用水与饮料用水指标标准生活饮用水与饮料用水指标标准指指 标标饮用水饮用水饮料用水饮料用水浊度度浊度度 1 (3) 1色度度色度度 15 5溶解性总固体溶解性总固体mgL-1 1000 500总硬度总硬度(以以CaCO3计计)mgL-1 450 100铁铁(以以Fe计计) mgL-1 0.3 0.1高锰酸钾消耗量高锰酸钾消耗量(以以O2计计) mgL-13 1.0总碱度总碱度(以以CaCO3计计)mgL-1 50游离氯游离氯(以以Cl-计计) mgL-10.05 0.005致病菌致病菌不得检出不得检出不得检出不得检出溴酸

6、盐溴酸盐(使用臭氧时使用臭氧时) mgL-1 0.01 0.01甲醛甲醛(使用臭氧时使用臭氧时) mgL-1 0.9 0.9 第一章第一章 软饮料用水及水处理软饮料用水及水处理三、水处理三、水处理水处理水处理 对不符合软饮料用水要求的水进行水质改对不符合软饮料用水要求的水进行水质改良的过程。良的过程。目的目的 除去悬浮物质和胶体物质；降低硬度；排除除去悬浮物质和胶体物质；降低硬度；排除水中的气体；杀灭微生物；使水质符合饮料用水标准。水中的气体；杀灭微生物；使水质符合饮料用水标准。处理方法：澄清、过滤、软化、脱气、杀菌处理方法：澄清、过滤、软化、脱气、杀菌三、水处理三、水处理1、澄清、澄清 通过

7、物理和化学方法将水中的悬浮物、通过物理和化学方法将水中的悬浮物、带电粒子、大分子无机物、砂粒等沉降下来，带电粒子、大分子无机物、砂粒等沉降下来，获得澄清透明水质的过程。获得澄清透明水质的过程。1、澄清、澄清 混凝澄清混凝澄清 混凝混凝 在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小悬浮物质在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小悬浮物质或胶体微粒互相吸附结合成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。或胶体微粒互相吸附结合成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。混凝剂：常用铝盐和铁盐，如明矾、硫酸铝、碱式氯化铝、硫混凝剂：常用铝盐和铁盐，如明矾、硫酸铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、氯化铁、硫酸铁等。酸亚铁、氯化铁、硫酸铁等。澄清

8、机理：混凝剂自身溶解形成胶体，再与水中杂质作用，以澄清机理：混凝剂自身溶解形成胶体，再与水中杂质作用，以电中和或吸附的形式使杂质凝聚成大颗粒而沉淀。电中和或吸附的形式使杂质凝聚成大颗粒而沉淀。注意事项：注意事项： 注意混凝剂的用量；注意混凝剂的用量； 注意水温；注意水温； 注意水注意水的的pH值；值； 注意及时清理沉淀；注意及时清理沉淀；三、水处理三、水处理2、过滤、过滤通过机械方法除去水中的悬浮杂质、胶体物质、通过机械方法除去水中的悬浮杂质、胶体物质、水中的异味、颜色、铁、锰及微生物，获得品质优良水中的异味、颜色、铁、锰及微生物，获得品质优良的饮料用水。的饮料用水。过滤方法：过滤方法： 砂滤

9、砂滤 砂滤棒过滤砂滤棒过滤 活性炭过滤活性炭过滤 超滤超滤 反渗透反渗透 图图1-1 砂滤棒过滤示意图砂滤棒过滤示意图 图图1-2 砂滤器过滤示意图砂滤器过滤示意图原水原水含杂质水含杂质水净化水净化水净化水净化水原水原水小石头小石头粗砂粗砂木炭木炭细砂细砂小石头小石头棕垫棕垫 图图1-3 砂棒过滤器砂棒过滤器图图1-4 活性炭过滤器活性炭过滤器 图图1-5 反渗透示意图反渗透示意图 图图1-6 砂滤器过滤示意图砂滤器过滤示意图原水原水 净化水净化水原水原水原水原水纯水纯水H2OH2O浓缩水浓缩水浓缩水浓缩水反渗透膜反渗透膜高压高压高压高压粗砂粗砂细砂细砂 图图7 反渗透膜壳反渗透膜壳 膜膜 滤

10、滤 芯芯图图1-8 反渗透设备反渗透设备(纯净水纯净水)图图1-9 超滤示意图（超滤示意图（中空纤维膜中空纤维膜）净化水净化水 净化水净化水原水原水含杂质水含杂质水图图1-10 中空纤维膜超滤设备中空纤维膜超滤设备三、水处理三、水处理3 3、软化、软化通过物理或化学方法部分去除引起水硬度的通过物理或化学方法部分去除引起水硬度的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度，使其达到饮料用水硬度标准。，降低水的硬度，使其达到饮料用水硬度标准。 v暂时硬度暂时硬度 由由Ca、Mg的碳酸氢盐和碳酸盐引起，的碳酸氢盐和碳酸盐引起，加热可大部分除去。加热可大部分除去。 v永久硬度永久硬度 由由Ca、Mg的氯化物、硫酸

11、盐、硝酸盐的氯化物、硫酸盐、硝酸盐等盐类引起，加热不能除去。等盐类引起，加热不能除去。 三、水处理三、水处理3 3、软化、软化v离子交换法离子交换法 用阳离子交换剂将硬水中的用阳离子交换剂将硬水中的Ca2+、Mg2+置换而置换而使水得到软化。常用阳离子为使水得到软化。常用阳离子为Na+、H+ 。v电渗析法电渗析法 利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子的选择利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子的选择透过性，除去原水中的盐分和提高其纯度，从而降低水质硬度并透过性，除去原水中的盐分和提高其纯度，从而降低水质硬度并提高水的质量。提高水的质量。v反渗透反渗透 膜孔径为膜孔径为0.00010.001 m，

12、能有效脱除无机盐、，能有效脱除无机盐、有机物、胶体、细菌及病毒等。有机物、胶体、细菌及病毒等。 v加热软化法、石灰软化法加热软化法、石灰软化法 图图1-11 电渗析示意图电渗析示意图 浓盐水浓盐水浓盐水浓盐水阴极阴极阳极阳极Ca2+Mg2+Na+ 软化水软化水阳离子交换膜阳离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜 Cl- HCO3- SO42-阳离子交换膜阳离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜Ca2+Mg2+Na+Cl- HCO3- SO42-浓缩室浓缩室浓缩室浓缩室淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室原水原水图图1-12 电渗析设备电渗析设备 图图1-13 离子交换器离子交换器图图1-14 反渗透装

13、置反渗透装置图图1-15 微孔膜过滤器微孔膜过滤器图图1-16 膜分离水处理设备（超滤）膜分离水处理设备（超滤） 三、水处理三、水处理 4、杀菌（消毒）、杀菌（消毒） 杀灭水中有害微生物。杀灭水中有害微生物。v紫外线灭菌紫外线灭菌 微生物吸收紫外光导致微生物吸收紫外光导致DNA突变、蛋白质变性，微生物细胞结构发生裂突变、蛋白质变性，微生物细胞结构发生裂变，最终导致微生物死亡。变，最终导致微生物死亡。只有只有UV(200280nm)波段为杀菌范围，具有杀菌能力。波段为杀菌范围，具有杀菌能力。30w紫外灯处理水流量：地下水紫外灯处理水流量：地下水15 t/h，地表水，地表水6 t/h。图图1-19

14、 1-19 紫外线杀菌示意图紫外线杀菌示意图 紫外灯紫外灯水水紫外灯管紫外灯管石英套管石英套管水水壳体壳体图图1-20 紫外线杀菌器紫外线杀菌器 4、杀菌（消毒）、杀菌（消毒）v臭氧灭菌臭氧灭菌 原理：臭氧发生器产生的臭氧分解出氧原子，氧化破坏微生原理：臭氧发生器产生的臭氧分解出氧原子，氧化破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，使膜成份受物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，使膜成份受损伤而导致新陈代谢障碍，继而穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多损伤而导致新陈代谢障碍，继而穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解

15、、死亡。 3O2 2O3 O3 O2 + O高压放电高压放电v臭氧灭菌臭氧灭菌 参数选择参数选择 1 1、消毒系统设计参数的选择消毒系统设计参数的选择 臭氧投加量为臭氧投加量为1 15mg/L5mg/L，接触时间为，接触时间为 4 410min10min，保持，保持0.10.11mg/L1mg/L剩余臭氧浓度。剩余臭氧浓度。 2 2、主要设备的选择主要设备的选择 a.a.臭氧发生器臭氧发生器 臭氧发生器的产量应根据设计流量及臭氧投加量来确定。臭氧发生器的产量应根据设计流量及臭氧投加量来确定。 W = 0.001W = 0.001Q QP P W- W- 臭氧发生器的产量臭氧发生器的产量(g/h

16、(g/h） Q- Q- 设计水量（设计水量（L/hL/h） P- P- 臭氧投加量，一般为臭氧投加量，一般为1 15 mg/L 0.001- 5 mg/L 0.001- 单位换算系数单位换算系数 b.b.接触氧化罐接触氧化罐 接触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确定。接触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确定。 S = Q / V S = Q / V S- S- 罐体截面积（罐体截面积（m m2 2） V- V- 流速流速, ,一般为一般为8 810m/h 10m/h Q- Q- 罐体直径（罐体直径（m m） c.c.罐体高度的确定罐体高度的确定 H = VH = Vt + 0.2t + 0

17、.2 H- H- 罐体高度（罐体高度（m m） t- t- 接触时间，一般为接触时间，一般为4 410min 10min 0.2 - 0.2 - 布水空间高度（布水空间高度（m m） 图图1-21 臭氧发生器臭氧发生器 臭氧混合塔臭氧混合塔 4、杀菌（消毒）、杀菌（消毒）v反渗透除菌反渗透除菌 反渗透膜截留范围反渗透膜截留范围0.0001 m0.001 m，截留高分子、病毒、，截留高分子、病毒、细菌、胶体、悬浮物、无机盐、糖、蛋白质。细菌、胶体、悬浮物、无机盐、糖、蛋白质。 v超滤除菌超滤除菌 0.0010.1 m的超滤膜能有效去除水中细菌等微生物，压力的超滤膜能有效去除水中细菌等微生物，压力

18、0.31.0MPa。v氯消毒氯消毒NaClO、Ca(ClO)2在水中生成在水中生成HClO而起到杀菌作用。可用于而起到杀菌作用。可用于设备和其他用水消毒设备和其他用水消毒。四、水质标准主要指标四、水质标准主要指标1、色度、色度 是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定时的指标。是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定时的指标。 1度度1L水中含有水中含有1mg铂（铂（Pt）时所产生的颜色。）时所产生的颜色。 饮料用水色度饮料用水色度 5。2、浊度、浊度 表示水中悬浮物对光线透过时发生的阻碍程度。表示水中悬浮物对光线透过时发生的阻碍程度。 1度度 指指1L 蒸馏水中含有蒸馏水中含有1mg S

19、iO2时的浊度。时的浊度。 饮料用水浊度饮料用水浊度1。3、碱度、碱度 由由CO32-、HCO32-、OH- 引起，高的碱度会中和饮料引起，高的碱度会中和饮料 中的酸，改变饮料风味。中的酸，改变饮料风味。 软饮料用水总碱度软饮料用水总碱度CaCO3 50 mg/L。4、硬度、硬度 由由Ca2+、Mg2+引起，硬度过高使饮料产生沉淀，设备引起，硬度过高使饮料产生沉淀，设备 产生水垢，饮料用水总硬度产生水垢，饮料用水总硬度 100mg/L(CaCO3计计)。 四、水质标准主要指标四、水质标准主要指标5、臭气与异味、臭气与异味 无机物的腥臭、腐败臭、碳氢化合物臭、硫无机物的腥臭、腐败臭、碳氢化合物臭

20、、硫 磺或氯臭，影响饮料香气和滋味。饮料用水磺或氯臭，影响饮料香气和滋味。饮料用水 要求无臭无味。要求无臭无味。6、微生物、微生物 影响饮料风味并导致其败坏、产生污垢，缩短保影响饮料风味并导致其败坏、产生污垢，缩短保 质期。大肠杆菌质期。大肠杆菌3个个/L，细菌总数，细菌总数100个个/L，致，致 病菌不得检出。病菌不得检出。7、Fe、Mn含量含量 含量过高饮料产生沉淀、褪色现象。含量均含量过高饮料产生沉淀、褪色现象。含量均 小于小于0.1mg/L。8、氧气、氧气 O2使饮料色泽、风味发生变化。可脱气处理。使饮料色泽、风味发生变化。可脱气处理。 第一章第一章 软饮料用水及水处理软饮料用水及水处理 五、水处理方案的确定五、水处理方案的确定首先对饮料生产用水进行采样、检验，取得水质检验报告。首先对饮料生产用水进行采样、检验，取得水质检验报告。根据饮料生产种类，明确不同饮料对水质的特殊要求。根据饮料生产种类，明确不同饮料对水质的特殊要求。根据原水质量和水质要求的不同，选用不同的水处理方案。根据原水质量和水质要求的不同，选用不同的水处理方案。五、水处理方案的确定五、水处理方案的确定 1、不进行