第一章软饮料用水及水处理

1、第一章第一章 软饮料用水及水处理软饮料用水及水处理第第1节节 软饮料用水的水质要求软饮料用水的水质要求 概述：水是饮料的重要成分之一，水质的好坏直接影响着饮料的质量，若没有适当的饮料用水，是很难制造出品质优良的饮料的。 饮料生产者对水的质量非常重视，称“水是饮料的血”、“水是饮料的灵魂”。世界著名的饮料产地多因为当地的水质特别优良而使其饮料闻名于世的。国内亦如此，凡是有好饮料的地方必有好水。如此，我们必须了解和研究饮料用水。1.1 水源的分类及其特点水源的分类及其特点 水源的来源不同分地表水、地下水、城市自来水三种。 地表水地表水a. 定义：地表存积的天然水b. 包括：江河水、湖水、池溏水、水

2、库水、浅井水。c. 特点：d. 结论：地表水制作饮料要慎重，无把握保证水质较好的情况下不使用地表水。 地下水：地下水：a. 定义：是经过地层的渗透、过滤，进入地层并存积在地层中的天然水，存在于土壤和岩层中。b. 包括：深井水，泉水和自流井水等。 c. 分类：潜水、承压水、泉水d. 地下水的质特点：e. 结论：硬度不到1mmol/L时，是制作饮料的最理想用水。 城市自来水城市自来水a. 定义：地表水经过适当的水处理工艺，水质达到一定要求并贮存在水塔中的水。b. 包括： c. 结论： 可以做饮料用水。1.2 水中杂质对饮料生产的影响水中杂质对饮料生产的影响1、水中杂质的来源、水中杂质的来源 CO2

3、、H2S、尘埃等溶于降水中 矿物质溶入地表水 水生生物的代谢产物和分解产物 工业废水、生活废水排入。2、杂质的分类、杂质的分类 悬浮物质：粒度200nm 胶体物质：大小在1-200nm之间 溶解物质：微粒1nm以下。 1.2 水中杂质对饮料生产的影响水中杂质对饮料生产的影响 3、水中杂质及对饮料品质的影响、水中杂质及对饮料品质的影响 悬浮物 微生物繁殖迅速，影响卫生，有致病的和对人体无害的 藻类及原生动物产生臭味，色度和混浊，影响卫生 泥砂、粘土使水质混浊。 其它不溶物质。 胶体物质 溶液胶如硅酸盐 高分子有机物如腐植质 溶解物质 盐类 钙、镁盐 钠盐 铁盐 锰盐 气体 O2 Cl2 CO2

4、H2S 其它有机物质1.2 水中杂质对饮料生产的影响水中杂质对饮料生产的影响4、水的硬度、水的硬度 概念：概念：a. 水的硬度是指水中离子沉淀肥皂的能力。 一般工业用水都把水的“硬度”作为一个重要的指标，水的硬度的大小，通常指水中Ca+， Mg +盐类含量的多少。b. 暂时硬度： c. 永久硬度：d. 总硬度Ca+ 40.08 Mg + 24.3 (单位：mmol/L)e. 德国度（d）与其它单位：f. 水的硬度通用单位是mmol/L或d （德国度） 1.2 水中杂质对饮料生产的影响水中杂质对饮料生产的影响4、水的硬度（）、水的硬度（） 水硬度对饮料质量的影响 严格地说，水的硬度是指溶解在水里

5、的碱金属钙、镁、锶、钡盐的总量。在水中经常出现的是钙盐和镁盐，它们是硬度指标的基础。 这里介绍水中常见的无机盐、离子其对饮料质量的影响 种类对饮料的影响要求Ca2+促进饮料的蛋白质沉淀和一些树脂的溶解，使饮料粗糙并结垢。15PPM会使饮料带有涩、酸、苦味，Mg2+88PPM，会使饮料带来刺激味。45PPMNa+使水呈碱性，使饮料缺乏柔和性，有咸味感。 K+使饮料呈咸味10PPMFe2+使饮料的色素加暗加深，给饮料带来不愉快的铁腥味，并会引起对饮料有空洞无物之感，还能使饮料的泡沫不洁白，并会使饮料发生混浊0.5PPMMn2+和Fe2+相似，增加饮料色素，使饮料在稍长时间后瓶底出现沉淀，有损人体健

6、康0.2PPMPb2+对人体有毒害使用0.1PPM或无As2+对人体有严重毒害作用0.1PPM或无Hg2+对人体有严重毒害作用0.1PPM或无Zn2+使饮料混浊，对人体有毒害作用5PPMCu2+使饮料氧化和混浊，对人体有危害2PPMSn2+使饮料浑浊，对人体有危害作用10PPMNH4+清洁水不存在，受污染的水中存在，NH4+的存在使饮料加剧刺激味和不愉快的气味0.5PPMSO42-使饮料的酸性升高，给饮料带来苦味50PPMcL-使饮料口感无粗糙，有明显的碱味60PPMNO3-清洁水很少存在，受废水特别是粪便污染的水有较高的NO3-，一般不用含NO3-水量的水作饮料。3PPMSiO32-水中有S

7、iO32-或Si2O3，但若超过50PPM使饮料混浊，带来粗糙味50PPMF-危害人体健康10PPMHCO3-使PH值升高，超量影响味总硬度，A总H总，水冲有OH-、CO32-,属碱性水，暂时硬水总碱度总硬度,A总 H总，水中有CO32- ，Mg2+的氯化物，属于非碱性水，永久硬水总碱度=总硬度，A总=H总，水中有Ca2 +与Mg2 +的碳酸氢盐。暂时硬水1.3 饮料用水的水质要求饮料用水的水质要求1、GB5749-20062、饮用水和饮料用水的差异、饮用水和饮料用水的差异 第二节第二节 软饮料用水的水处理软饮料用水的水处理 水处理：水处理：对不符合软饮料用水要求的水质对不符合软饮料用水要求的

8、水质进行改良，这个过程称之为水处理进行改良，这个过程称之为水处理 水的改良和处理方法的选择是极为复杂的，水的改良和处理方法的选择是极为复杂的，首先要对水质进行精密分析，了解水中杂质的首先要对水质进行精密分析，了解水中杂质的种类、状态，其次确定用水量，工厂条件，经种类、状态，其次确定用水量，工厂条件，经济合理性等，最后确定水处理选用的工艺、设济合理性等，最后确定水处理选用的工艺、设备等，即通过采用多种方法、综合处理使水变备等，即通过采用多种方法、综合处理使水变的符合要求的符合要求 通常水的处理过程通常水的处理过程去除水中悬浮杂质去除水中悬浮杂质 混凝混凝 沉淀沉淀 过滤过滤去除水中溶解杂质去除水

9、中溶解杂质 硬水软化硬水软化 电渗析电渗析 除盐除盐 反渗透反渗透 离子交换离子交换水的消毒水的消毒 氯消毒氯消毒 紫外线消毒紫外线消毒 臭氧消毒臭氧消毒水处理的目的水处理的目的 保持水质的稳定性和一致性 去除水中的悬浮物及胶体等杂质 去除有机物，以消除异臭，异味和脱色 将水的碱度降至规定的限度以下 去除微生物，使微生物指标符合GB5749标准 去除水中Fe, Mn等化合物和溶解于水中的气体 水处理工艺过程水处理工艺过程混凝混凝沉淀沉淀过滤过滤软化软化脱盐脱盐消毒消毒2.1 混凝沉淀混凝沉淀目的：去除水中细小悬浮物和胶体物质。途径：混凝、沉淀，过滤1、混凝、混凝 原理： 胶体物质在水中能保持悬

10、浮或分散不易沉降的原因是因为同一种胶体颗粒带有因为同一种胶体颗粒带有相同电性的电荷，彼此间存在着电性斥力，使颗粒相互排斥，而不能相互接近并结相同电性的电荷，彼此间存在着电性斥力，使颗粒相互排斥，而不能相互接近并结合成大的团粒，因而也就不易沉降。合成大的团粒，因而也就不易沉降。当添加混凝剂后，胶体颗粒的表面电荷被中和，当添加混凝剂后，胶体颗粒的表面电荷被中和，破坏了胶体的稳定性，促使小颗粒变成大颗粒而下沉从而使水澄清破坏了胶体的稳定性，促使小颗粒变成大颗粒而下沉从而使水澄清。定义：混凝是指在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小悬浮或胶体微粒互相吸附混凝是指在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小悬浮或

11、胶体微粒互相吸附结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程，这些溶解盐类称为混凝剂。结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程，这些溶解盐类称为混凝剂。 混凝剂：a. 混凝剂有两大类，即铝盐和铁盐：b. 作用是：c.混凝剂作用特点：明矾、白矾、碱式氯化铝、绿矾 助凝剂a. 概念：用于提高混凝的效果，加速沉淀而加入的辅助药剂，助凝剂本身不起凝聚作用，仅帮助絮凝的形成。b. 常用的助凝剂：c. 聚丙烯酰胺助凝机制2.1 混凝沉淀混凝沉淀2、混凝条件的确定、混凝条件的确定 混凝剂的使用量：a. 明矾：0.0010.02%。b. 硫酸铝：根据试验确定用量b. 碱式氯化铝： 0.0050.01%。d. 硫酸亚铁

12、：根据试验确定用量 水处理时，应先进行小试，以确定最佳的混凝沉淀。 混凝条件的影响因素: 原水状况 混凝剂的性质与添加量 助凝剂的性质与添加量 混凝沉淀的装置 混凝沉淀的工艺2.2 水的过滤水的过滤1、原理、原理 原水通过粒状滤料层时，其中一些悬浮物和胶体物质被截留在孔隙中或介质表面上，这种通过粒状介质层分离不溶性杂质的方法称之为过滤。 滤料：砂粒、石头、活性炭、物理化学合成物质等等。 过滤是由阻力截留、重力沉降和接触凝聚等一系列过程的综合组合，在同一过滤系统同时发生。 阻力截留 重力沉降 接触凝聚 石英砂石英砂2.2 水的过滤水的过滤2、过滤的工艺过程、过滤的工艺过程过滤 反冲由上面两个过程

13、组成。 3、过滤的形式、过滤的形式 有6种主要的形式 池式过滤（砂过滤）池式过滤（砂过滤） a. 概念：级配、垫层、冲洗、孔隙率（ ） b. 滤料的选择：选择要求 c. 滤料层的结构：要求、三种结构特点 d. 垫层：要求 e. 冲洗：目的、冲洗强度滤料层的结构及孔隙变化滤料层的结构及孔隙变化工作原理示意图工作原理示意图双仓机械过滤器双仓机械过滤器压力式过滤器压力式过滤器2.2 水的过滤水的过滤3、过滤的形式、过滤的形式 砂滤棒过滤器砂滤棒过滤器a. 原理： 砂滤棒又称之为砂芯，是雪松细微颗粒的硅藻土和骨灰等可燃性物质在高温下焙烧、熔化制成的。 制作过程中，可燃性物质变为气体逸散，形成直径r为0

14、.16-0.41um的小孔，当处理水在外压的作用下通过砂滤棒的微小孔隙时，水中的少量有机物及微生物被微孔截留在砂滤棒表面，滤出的水达到基本无菌。b. 结构：c. 适用范围：d. 使用时注意： 砂滤棒过滤器砂滤棒过滤器2.2 水的过滤水的过滤3、过滤的形式、过滤的形式 活性炭过滤活性炭过滤a. 原理：活性炭是一种多孔性物质，具有很强的吸附能力，能吸附水中的气体、臭味、氯离子、有机物、细菌及铁、锰等杂质，可将水中有机物除去90%以上。b.清洗：活性炭使用过一段时间后，由于截污过多，活性炭表面及内部的微孔微孔被水中的杂质堵塞堵塞，活性丧失，压降增大，出水水质变差，应及时反冲洗与再生。 c.反冲洗的操

15、作步骤: 四步 其他过滤装置其他过滤装置 钛棒过滤器 化学纤维蜂房式过滤器 大孔离子吸咐树脂过滤活性炭过滤装置钛棒过滤器蜂房虑芯是由纺织纤维纱精密缠绕在多孔骨架上。控制滤层缠绕密度及滤孔形状而制成不同过滤精度的滤芯。壳体采用优质不锈钢制作而成，滤芯采用成型的滤材（聚丙烯纤维熔喷或线绕蜂房），在压力的作用下，使原液通过滤材，滤渣留在滤材上，滤液透过滤材流出，能有效去除水中杂质、沉淀物和悬浮物、细菌,从而达到过滤的目的2.3 硬水软化硬水软化1、石灰软化法、石灰软化法 定义： 在水中加入石灰等化学药剂，在不加热的条件下除去Ca2+，Mg2+降低水的硬度，达到水质软化的目的。 石灰软化法可除去水中C

16、O2，大部分的碳酸盐硬度，降低碱度和含盐量。 与石灰软化有关的反应 将生石灰CaO配制成石灰乳： CaOH2O Ca(OH)2 用Ca(OH)2除去水中的重碳酸钙Ca(HCO3)2，重碳酸镁（Mg(HCO3) 2和CO2气体,化学反应： 从上化学反应式可以看出：两个问题 石灰添加量的计算:G56D(HCaHMg CO2 0.175） K103 石灰软化的设备： 石灰软化法不适于非碳酸盐较高的水的处理石灰软化处理水的过程原理石灰软化处理水的过程原理石灰软化设备：加速澄清池石灰软化设备：加速澄清池2.3 硬水软化硬水软化2、离子交换法、离子交换法 定义：定义： 离子交换法是利用离子交换树脂交换离子

17、的能力，按水处理的要求将原水中所不需要的离子通过交换而暂时占有，然后再将它释放到再生液中，使水得到软化的水处理方法。 离子交换剂分为三类 离子交换树脂软化水的原理：离子交换树脂软化水的原理：a. 离子交换树脂在水中是解离的：b. 当原水中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子则出现： RSO3-H+ + Na+ RSO3- Na+ + H H+ + c. 当原水中含有SO42-、CL-、HCO3-、HsiO3-等阴离子，则出现： R三N+OH- + CL- R三CL + OH-d. 从b、c反应看出：水中溶解的阴阳离子被树脂所吸附，离子交换树脂中的H+和OH-进入水中，从而达到水质软化的

18、目的。 2.3 硬水软化硬水软化2、离子交换法、离子交换法 离子交换树离子交换树脂脂的分类和性能的分类和性能 分类：a. 按所带功能基团的性质，将离子交换树脂分为阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。b. 酸性交换基团交换阳离子，其由解离能力又分强酸性、中酸性、弱酸性三种，此种交换树脂称阳离子交换树脂。c. 带碱性交换基团称阴离子交换树脂，根据交换基团的强弱分强碱性、弱碱性两类。d. 此外还有整合、两性、氧化、还原树脂等。 阳离子交换树脂的结构阳离子交换树脂结构模型示意图阳离子交换树脂结构模型示意图1水，2固定离子，3可交换离子，4二乙烯交联链，5聚苯乙烯链2.3 硬水软化硬水软化2、离子交换法、离

19、子交换法 离子交换树脂的分类和性能离子交换树脂的分类和性能 离子交换树脂的性能 离子交换树脂的主要性能有：密度、含水率、溶胀性、机械强度、耐热性、酸性、交联度、碱性、选择性以及交换容量。a. 密度：湿真密度、湿视密度、干真密度b. 含水率：=溶胀水重（干树脂重+溶胀水重）100%c. 膨胀度：干树脂吸水后体积膨胀的程度d. 交联度：树脂中交联剂的含量e. 机械强度：每年耗损量在3-7%f. 交换容量：两种表示法，Ew:mmol/g、Ev:mol/ml Ev= Ew(1 含水率)湿视密度常用，总交换容量、工作交换容量2.3 硬水软化硬水软化2、离子交换法、离子交换法 离子交换树脂的选择原则a.

20、大容量、高强度b. 根据原水中需要除去离子的种类选择 离子交换水处理装置a. 固定床离子交换b. 移动床c. 流动床 离子交换树脂的处理、转型及再生a. 新树脂的处理及转型b. 离子交换树脂的再生离子交换器构造图离子交换器构造图不同单元的离子交换器示意图不同单元的离子交换器示意图固定床固定床三塔移动床系统三塔移动床系统1 1交换塔，交换塔，2 2清洗塔，清洗塔，3 3再生塔，再生塔，4 4浮球阀，浮球阀，5 5贮存斗，贮存斗，6 6连通管连通管压力式流动床示意图压力式流动床示意图阳树脂的处理及转型阳树脂的处理及转型新阳树脂新阳树脂 水浸泡水浸泡 沥干沥干 7%HCl浸泡浸泡 水洗水洗 1-2d

21、 1h 至 Ph3-48% Na OH浸泡浸泡 水洗水洗 7%HCl浸泡浸泡 水洗水洗 1h 至 Ph8-9 2h 至Ph3-4阴树脂的处理及转型阴树脂的处理及转型新阴树脂新阴树脂 水浸泡水浸泡 8% Na OH浸泡浸泡 水洗水洗 清洗至无色 1h 至 Ph8-97%HCl浸泡浸泡 水洗水洗 8% Na OH浸泡浸泡 水洗水洗 1h 至 Ph3-4 2h 至Ph8-9 树脂的再生方法：顺流式、逆流式树脂的再生方法：顺流式、逆流式2.3 硬水软化硬水软化3、反渗透法、反渗透法 渗透与反渗透 2.3 硬水软化硬水软化3、反渗透法、反渗透法 渗透与反渗透渗透与反渗透a. a. 渗透：一种只透过溶剂而

22、不透过溶质的膜称为渗透：一种只透过溶剂而不透过溶质的膜称为理理想半透膜想半透膜。当把溶剂和溶液分别置于此膜的两侧时，。当把溶剂和溶液分别置于此膜的两侧时，纯溶剂将自动穿过半透膜而自发地向溶液一侧流动，纯溶剂将自动穿过半透膜而自发地向溶液一侧流动，这种现象就叫作这种现象就叫作渗透渗透。b. b. 渗透压：当渗透过程进行到溶液的液面升高而产渗透压：当渗透过程进行到溶液的液面升高而产生一压头生一压头h h，以抵消溶剂向溶液方向流动的趋势，达，以抵消溶剂向溶液方向流动的趋势，达到平衡时，此到平衡时，此h h高度产生的压力高度产生的压力称为该溶液的称为该溶液的渗透压渗透压。 c. c. 反渗透：在这种情

23、况下，若在溶液的液面上再反渗透：在这种情况下，若在溶液的液面上再施加一个大于该溶液渗透压的压力施加一个大于该溶液渗透压的压力P P时，溶剂将以与时，溶剂将以与原来的渗透相反的方向，开始从溶液向溶剂一侧流动，原来的渗透相反的方向，开始从溶液向溶剂一侧流动，这就是所谓的这就是所谓的反渗透反渗透。 2.3 硬水软化硬水软化3、反渗透法、反渗透法 反渗透与超滤 各种渗透膜的截留区段和对不同物质的截留2.3 硬水软化硬水软化3、反渗透法、反渗透法 反渗透膜的性能a. 种类b. 膜的主要参数 透水率 透盐率 抗压实性 受处理的水必须经过混凝、过滤等预处理。 反渗透装置及其流程a. 膜分离装置b. 反渗透的

24、基本流程 反渗透器的污染及清洗a. 物理清洗b.化学清洗系紧螺栓式板框反渗透膜组件系紧螺栓式板框反渗透膜组件1 1系紧螺栓，系紧螺栓，2 2、3 3环密封，环密封，4 4膜，膜，5 5多孔板多孔板反渗透的工艺流程反渗透的工艺流程1 1一级，一级，2 2一级多段，一级多段，3 3二级，二级，4 4多级多级2.3 硬水软化硬水软化4 4、电渗析法、电渗析法 电渗析也属于膜分离技术。在电场的作用下，使水中的离子分别透过阴离子和阳离子交换膜，达到降低水中溶解的固形物的目的。 受处理水必须经过预处理。 电渗析软化水原理 电渗析是通过具有选择通透性和良好导电性的离子交换膜，通过具有选择通透性和良好导电性的

25、离子交换膜，在外加直流电场的作用下，根据异性相吸、同性相斥的原理，在外加直流电场的作用下，根据异性相吸、同性相斥的原理，使原水中阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜而使原水中阴、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的一项技术达到净化作用的一项技术。 电渗析器的结构与组装方式 a. 结构 b.组合 电渗器使用的注意事项 多层膜电渗析器脱盐示意图多层膜电渗析器脱盐示意图C C阳膜，阳膜，A A阴膜，阳离子、阴离子阴膜，阳离子、阴离子1357 2461357 246，膜堆组装形式膜堆组装形式 1 2 31 2 3 4 5 4 51 1一级一段并，一级一段并，2 2二级一段并，二级一段并，