食品工艺学培训课件(共83页).ppt

1、LOGO第一章第一章 软饮料及其水处理软饮料及其水处理?食品工艺学食品工艺学?主讲内容主讲内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 软饮料用水的处理软饮料用水的处理第三节第三节 用水的消毒用水的消毒第一节第一节 概述概述1 1 饮料和软饮料的概念饮料和软饮料的概念 饮料：指供给人体水分，有益于人体健康的一种饮料：指供给人体水分，有益于人体健康的一种日常生活中不可缺少的食品。它是经过一定的加工日常生活中不可缺少的食品。它是经过一定的加工程序配料、调制、灭菌、包装等而制成的食品。程序配料、调制、灭菌、包装等而制成的食品。 “软饮料软饮料在不同的国家里有不同的概念。在不同的国家里有不同的概念。 软饮软

2、饮料通常指的是非酒精饮料无酒精饮料，主要以料通常指的是非酒精饮料无酒精饮料，主要以解渴为目的的饮用品不包括口服液。解渴为目的的饮用品不包括口服液。 v我国我国GB 10789-1996规定：软饮料是指不规定：软饮料是指不含乙醇或者乙醇含量小于含乙醇或者乙醇含量小于0.5%的饮料制品。的饮料制品。v根据中华人民共和国国家标准根据中华人民共和国国家标准GB 10789-2007v?饮料通那么饮料通那么?的定义，饮料是指的定义，饮料是指“经过定经过定量包装的，供直接饮用或用水冲调饮用的，量包装的，供直接饮用或用水冲调饮用的，乙醇含量不超过质量分数为乙醇含量不超过质量分数为0.5%的制品，的制品，不包

3、括饮用药品。不包括饮用药品。2.2.饮料的分类我国饮料的分类我国1 1、碳酸饮料、碳酸饮料( (汽水类汽水类 可乐型、果味型可乐型、果味型2 2、果蔬汁饮料、果蔬汁饮料 原果汁：又称天然果汁，含原果汁原果汁：又称天然果汁，含原果汁100%100%；鲜果；鲜果汁：含原汁量在汁：含原汁量在40%40%以上；果汁饮料：原汁量在以上；果汁饮料：原汁量在10%-30%10%-30%以上；以上； 浓缩果汁：果汁经浓缩浓缩果汁：果汁经浓缩1-61-6倍；带倍；带肉果汁：原汁量不少于肉果汁：原汁量不少于45%45%，非溶性固体磨细的，非溶性固体磨细的果肉果肉20%20%以上。以上。 3 3、矿泉水、矿泉水4

4、4、蛋白饮料：牛奶类、豆奶类、蛋白饮料：牛奶类、豆奶类5 5、发酵饮料：饮料酒、乳酸饮料、其它饮料、发酵饮料：饮料酒、乳酸饮料、其它饮料6 6、冷饮、冷饮7 7、固体饮料、固体饮料 国外对饮料的分类：国外对饮料的分类： 1 1含醇饮料含醇饮料2 2无醇饮料软饮料无醇饮料软饮料3 3其它饮料其它饮料对软饮料有各种不同的分类方法对软饮料有各种不同的分类方法2.1 2.1 按照组织形态分：按照组织形态分：1 1液体饮料，固体饮料，共态饮料。液体饮料，固体饮料，共态饮料。固体饮料：水分含量在固体饮料：水分含量在5%5%以内，具有一定形状粉以内，具有一定形状粉末、颗粒、片状或块状等，以水溶解成溶液再饮末

5、、颗粒、片状或块状等，以水溶解成溶液再饮用的饮料。用的饮料。共态饮料：那些既可以是固态也可以是液态的，在共态饮料：那些既可以是固态也可以是液态的，在形态上处于过渡状态的饮料。比方：冰棍，雪糕等。形态上处于过渡状态的饮料。比方：冰棍，雪糕等。2 2 软饮料的分类：软饮料的分类：2. 22. 2按国家标准分类：按国家标准分类：GB10789-1996GB10789-1996碳酸饮料类碳酸饮料类( (Carbonated DrinksCarbonated Drinks) )果汁果汁( (浆浆) )及果汁饮料类及果汁饮料类( (Fruit Juices(Pulps) and DrinksFruit J

6、uices(Pulps) and Drinks) )蔬菜汁饮料类蔬菜汁饮料类( (Vegetable Juices DrinksVegetable Juices Drinks) )含乳饮料类含乳饮料类( (Drinks Containing MilkDrinks Containing Milk) )植物蛋白饮料类植物蛋白饮料类( (Vegetable Protein DrinksVegetable Protein Drinks) )瓶装饮用水类瓶装饮用水类( (Bottled WaterBottled Water) )茶饮料类茶饮料类( (Tea DrinksTea Drinks) )固体饮料

7、类固体饮料类( (Powdered DrinksPowdered Drinks) )特殊用途饮料类特殊用途饮料类( (Drinks for Special UseDrinks for Special Use) )其它饮料类其它饮料类( (Other DrinksOther Drinks) )按原辅料、产品形式及作用不同分为按原辅料、产品形式及作用不同分为1010类：类：1.1.采集型：采集型：采集天然资源，不加工或只有简单的过滤、采集天然资源，不加工或只有简单的过滤、杀菌等处理的产品，杀菌等处理的产品，如天然矿泉水如天然矿泉水。2.2.提取型：提取型：天然水果、蔬菜或其它植物经破碎、压榨天然水

8、果、蔬菜或其它植物经破碎、压榨或浸提、抽提等工艺制取的饮料，或浸提、抽提等工艺制取的饮料，如果汁、菜汁或其如果汁、菜汁或其它植物性饮料它植物性饮料。3.3.配制型：配制型：用天然原料和添加剂配制而成的饮料，包用天然原料和添加剂配制而成的饮料，包括充二氧化碳的括充二氧化碳的汽水汽水。4.4.发酵型：发酵型：包括酵母、乳酸菌等发酵制成的饮料，包包括酵母、乳酸菌等发酵制成的饮料，包括杀菌的和不杀菌的。括杀菌的和不杀菌的。 2.3 2.3 按软饮料的加工工艺，可分为按软饮料的加工工艺，可分为4 4类：类：世界软饮料世界软饮料1010强国：强国： 美国、日本、德国、巴西、英国、意大利、墨美国、日本、德国

9、、巴西、英国、意大利、墨西哥、中国、加拿大。西哥、中国、加拿大。软饮料开展的方向：软饮料开展的方向： 碳酸饮料为主流产品，其次开展果汁饮料、瓶碳酸饮料为主流产品，其次开展果汁饮料、瓶装饮用水、咖啡饮料和茶饮料等。装饮用水、咖啡饮料和茶饮料等。世界碳酸饮料的三大品牌：世界碳酸饮料的三大品牌： 可口可乐、健怡可乐、橙汁汽水可口可乐、健怡可乐、橙汁汽水 三大香型占世界总产量的三大香型占世界总产量的71.4%71.4%，其中可乐是世，其中可乐是世界第一香型，占界第一香型，占52.7%52.7%。3.3.国内外软饮料开展现状国内外软饮料开展现状我国软饮料工业开展状况我国软饮料工业开展状况 开展起步于八十

10、年代初期，到开展起步于八十年代初期，到20052005年全国软年全国软饮料总产量饮料总产量33503350万吨。万吨。20212021年到达年到达11762.3211762.32万吨。万吨。 20212021年中国食品工业年中国食品工业100100强企业，软饮料制造业强企业，软饮料制造业1212家。家。杭州娃哈哈集团杭州娃哈哈集团维维集团维维集团可口可乐中国饮料可口可乐中国饮料北京汇源饮料食品集团北京汇源饮料食品集团广东健力宝饮料广东健力宝饮料昆山统一企业食品昆山统一企业食品上海申美饮料食品上海申美饮料食品乐百氏乐百氏( (广东广东) )食品饮料食品饮料露露集团有限责任公司露露集团有限责任公司

11、红牛维他命饮料红牛维他命饮料东莞雀巢东莞雀巢百事百事( (中国中国) )软饮料的主要分布在东南软饮料的主要分布在东南沿海一带，如：广东、浙沿海一带，如：广东、浙江、上海、河北、江苏等。江、上海、河北、江苏等。百事可乐百事可乐4.4.存在问题与开展方向存在问题与开展方向 1. 1.规模效益差，大多数企业达不到合理经济规规模效益差，大多数企业达不到合理经济规模，专业化程度低，技术装备落后，技术人才缺模，专业化程度低，技术装备落后，技术人才缺乏企业专业技术人才不到乏企业专业技术人才不到5 5； 2. 2.品牌杂多，品种单调，结构不合理，配制饮料多，品牌杂多，品种单调，结构不合理，配制饮料多，天然饮料

12、少，假冒伪劣现象严重；天然饮料少，假冒伪劣现象严重； 3. 3.东西部开展不平衡：内地、沿海地区饮料总产量东西部开展不平衡：内地、沿海地区饮料总产量相差甚远；相差甚远； 4. 4.生产、消费与兴旺国家之间有较大差距。生产、消费与兴旺国家之间有较大差距。4.1 4.1 存在问题：存在问题：当今世界饮料最大的市场在北美和西欧，当今世界饮料最大的市场在北美和西欧，19961996年两市年两市场销售额分别为场销售额分别为640640和和400400亿美元，占世界总市场量亿美元，占世界总市场量的的6262。20002000年，人均消费水平年，人均消费水平: :我国我国10 L10 L，世界平均消费，世界

13、平均消费41.7 L41.7 L，美国约，美国约300 L300 L。我国软饮料行业开展空间巨大。我国软饮料行业开展空间巨大。4.2 4.2 开展方向与措施：开展方向与措施： “ “天然、营养、优质、多品种、多档次天然、营养、优质、多品种、多档次1 1鼓励和标准开展符合饮料消费市场规律的产品，重鼓励和标准开展符合饮料消费市场规律的产品，重点开展茶饮料、果汁及果汁饮料、蔬菜汁饮料，植物点开展茶饮料、果汁及果汁饮料、蔬菜汁饮料，植物蛋白饮料和矿泉水，降低碳酸饮料比重。蛋白饮料和矿泉水，降低碳酸饮料比重。2 2支持饮料企业规模化生产，加快产品升级换代，提支持饮料企业规模化生产，加快产品升级换代，提高

14、附加值，搞好综合利用。高附加值，搞好综合利用。3 3形成一批技术装备良好，经营管理高效，具国际竞形成一批技术装备良好，经营管理高效，具国际竞争力的生产企业，力创数个国际品牌。争力的生产企业，力创数个国际品牌。4 4软饮料新产品开发。如：野生果蔬汁饮料、保健茶软饮料新产品开发。如：野生果蔬汁饮料、保健茶饮料、瓶装水富氧太空水饮料、瓶装水富氧太空水, ,负离子水、特殊用途负离子水、特殊用途饮料视力疲劳者、美容、专用等。饮料视力疲劳者、美容、专用等。v 碳酸饮料制造业属于软饮料行业中的传统龙头细分产业，其市场规模碳酸饮料制造业属于软饮料行业中的传统龙头细分产业，其市场规模行行 业排名在业排名在200

15、3年以及年以及2007年均位居第一；然而其市场规模成长性年均位居第一；然而其市场规模成长性有明显放缓趋势，截至有明显放缓趋势，截至2021年底行业排名已下降至第二位，以年底行业排名已下降至第二位，以827.69亿的总营收落后于排名第一的果蔬汁及果蔬汁饮料制造业亿的总营收落后于排名第一的果蔬汁及果蔬汁饮料制造业103亿元。亿元。 茶饮料及其他软饮料制造业市场规模排名在茶饮料及其他软饮料制造业市场规模排名在2003年时已位居行业第二，年时已位居行业第二，在在2007年时出年时出 现过短时间排名下降的情况第四位，但现过短时间排名下降的情况第四位，但2021年行年行业排名又逐步恢复至第三位，以仅低于碳

16、酸饮料制造业约业排名又逐步恢复至第三位，以仅低于碳酸饮料制造业约48亿元的主亿元的主营业务收入重新进入饮料行业前三甲。该行业营业务收入重新进入饮料行业前三甲。该行业2003年时与碳酸饮料制年时与碳酸饮料制造业主营业务收入的差距却高达造业主营业务收入的差距却高达105.72亿元。亿元。v 由此可见，茶饮料及其他软饮料制造业市场规模成长性较强，与碳酸由此可见，茶饮料及其他软饮料制造业市场规模成长性较强，与碳酸饮料制造业差距不断缩小。饮料制造业差距不断缩小。 除了以上行业前三甲之外，我们可以看除了以上行业前三甲之外，我们可以看到，瓶罐装饮用水制造业在近十年内也经历了较好的成长性：该到，瓶罐装饮用水制

17、造业在近十年内也经历了较好的成长性：该行业行业2003年市场规模行业排名仅为第五位，年市场规模行业排名仅为第五位，2007年那么提高至第三年那么提高至第三位，位，2021年以年以731.01亿元排名第四，仅比排名第三的茶饮料及其他软亿元排名第四，仅比排名第三的茶饮料及其他软饮料制造业同年主营业务收入低饮料制造业同年主营业务收入低48亿元。亿元。 第二节第二节 软饮料用水的处理软饮料用水的处理 水是软饮料中占比例最大的局部，有的软饮料水是软饮料中占比例最大的局部，有的软饮料本身就是水，如瓶装水，因此，水的质量也就关系本身就是水，如瓶装水，因此，水的质量也就关系到软饮料的质量。到软饮料的质量。厂家

18、的水源厂家的水源天然水源天然水源全面处理全面处理自来水源自来水源不符合软饮料用水要不符合软饮料用水要求的指标进行处理求的指标进行处理 除需符合饮用水的要求之外，一般需符合表除需符合饮用水的要求之外，一般需符合表1-11-1所示之各项指标的要求。所示之各项指标的要求。表表1-1 1-1 一般软饮料用水标准一般软饮料用水标准 项目名称项目名称指标指标项目名称项目名称指标指标浊度浊度/ /度度2 2高锰酸钾消耗量高锰酸钾消耗量/ /（mg/Lmg/L）1010色度色度/ /度度5 5总碱度（以总碱度（以CaCoCaCo3 3计）计）/ /（mg/Lmg/L）5050味及嗅味及嗅无味无臭无味无臭游离氯

19、含量游离氯含量/ /（mg/Lmg/L）0.10.1总固形物含量（总固形物含量（mg/Lmg/L） 500500细菌总数细菌总数/ /（个（个/mL/mL）100100总硬度总硬度/ /（mmol/Lmmol/L）2 2大肠菌群大肠菌群/ /（个（个/L/L）3 3铁（以铁（以FeFe计）含量计）含量/ /（mg/Lmg/L）0.10.1霉菌含量霉菌含量/ /（个（个/mL/mL）1 1锰（以锰（以MnMn计）含量计）含量/ /（mg/Lmg/L）0.10.1致病菌致病菌不得不得检出检出表表1-2 1-2 天然水中的杂质天然水中的杂质天然水中的杂质天然水中的杂质悬浮悬浮物物细菌细菌致病和无害的

20、；藻类及原生动物致病和无害的；藻类及原生动物使水有臭味、色度使水有臭味、色度和浑浊度；泥沙、粘土和浑浊度；泥沙、粘土使水有浑浊度；其它不溶物质使水有浑浊度；其它不溶物质胶体胶体物质物质溶胶溶胶如如: :硅酸胶体。硅酸胶体。高分子化合物高分子化合物如如: :腐植质胶体等腐植质胶体等溶解溶解物质物质盐盐 类类钙、镁盐钙、镁盐酸式碳酸盐酸式碳酸盐碱度、硬度；碱度、硬度；碳酸盐碳酸盐碱度、硬度；碱度、硬度；氯化物氯化物硬度、腐蚀性、味；硬度、腐蚀性、味；硫酸盐硫酸盐硬度硬度钠钠 盐盐酸式碳酸盐酸式碳酸盐碱度；碱度；碳酸盐碳酸盐碱度；碱度； 氯化物氯化物味；味；硫酸盐硫酸盐锅炉内汽水共腾；锅炉内汽水共腾

21、；氟化物氟化物损坏牙齿损坏牙齿铁、锰盐铁、锰盐味、色、硬度、腐蚀金属味、色、硬度、腐蚀金属气气体体氧氧腐蚀金属；腐蚀金属； 二氧化碳二氧化碳腐蚀金属，产生酸度；腐蚀金属，产生酸度；硫化氢硫化氢臭味、酸度、腐蚀金属；臭味、酸度、腐蚀金属； 氯气氯气其它有机物质其它有机物质 1.2.2 1.2.2 水的硬度水的硬度 水的硬度是指水中离子沉淀肥皂的能力。通常，与水的硬度是指水中离子沉淀肥皂的能力。通常，与水中的钙、镁离子相关，其它离子的含量很小，所以水中的钙、镁离子相关，其它离子的含量很小，所以水的硬度的大小，一般指水中钙、镁离子盐类的含量。水的硬度的大小，一般指水中钙、镁离子盐类的含量。 硬脂酸钠

22、硬脂酸钠+ +钙或镁离子钙或镁离子硬脂酸钙或镁硬脂酸钙或镁 脂皂脂皂 沉淀物沉淀物 硬度分为总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。硬度分为总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 碳酸盐硬度又称暂时硬度加热煮沸去除碳酸盐硬度又称暂时硬度加热煮沸去除 CaCl2/MgCl2/CaSO4/MgSO4/Ca(NO3)2/Mg(NO3)2 总硬度总硬度非碳酸盐硬度又称永久硬度：非碳酸盐硬度又称永久硬度： Ca(HCO3)2/Mg(HCO3)2/CaCO3/MgCO3 硬度的单位是硬度的单位是mmol/Lmmol/L或或mg/L CaCO3mg/L CaCO3。过去使用的有。过去使用的有meq/Lmeq/L毫克当

23、量毫克当量/ /升和德国度升和德国度1L1L水中含有水中含有10mgCaO10mgCaO为为1 1度，它们之间有如表度，它们之间有如表1-31-3所示的关系：所示的关系：1 10.05600.05600.019980.019980.019980.01998mg/L CaCOmg/L CaCO3 317.84717.8471 10.356630.356630.356630.35663德国度德国度50.04550.0452.8042.8041 11 1meq/Lmeq/L50.04550.0452.8042.8041 11 1mmol/Lmmol/Lmg/L mg/L CaCOCaCO3 3德国度

24、德国度meq/Lmeq/Lmmol/Lmmol/L硬度单位硬度单位表表1-3 1-3 不同硬度表示方法之间的关系不同硬度表示方法之间的关系 535.410535.4103030度度10.698910.6989很很 硬硬 水水285.552-535.410285.552-535.41015-3015-30度度5.7061-10.69895.7061-10.6989硬硬 水水142.776-285.552142.776-285.5528-168-16度度2.8530-5.70612.8530-5.7061中等硬水中等硬水71.388-142.77671.388-142.7764-84-8度度1.4

25、635-2.85301.4635-2.8530软软 水水0-71.3880-71.3880-40-4度度0-1.42650-1.4265很很 软软 水水mg/L CaCOmg/L CaCO3 3德国度德国度mmol/Lmmol/L总总 硬硬 度度水的性质水的性质表表1-4 1-4 水的硬度分类水的硬度分类一般所谓的软水和硬水的范围见表一般所谓的软水和硬水的范围见表1-41-4 水中碱度取决于天然水中能与水中碱度取决于天然水中能与H+H+结合的结合的OHOH、CO32CO32和和HCO3HCO3的含量氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐的含量氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度，三种碱度的总量为

26、总碱度。碱度，三种碱度的总量为总碱度。 1.2.3 1.2.3 水的碱度水的碱度分析结果分析结果硬硬 度度H H非碳非碳H H碳碳H H负负H H总总A A总总H H总总=A=A总总H H总总A A总总H H总总A A总总0 00 0A A总总H H总总=A=A总总H H总总0 00 0A A总总H H总总表表1-5 1-5 水中碱度和硬度的关系水中碱度和硬度的关系 HH表示硬度，表示硬度，AA表示碱度，表示碱度，H H负负表示水的负硬度表示水的负硬度H H负负包括：包括：NaHCONaHCO3 3/KHCO/KHCO3 3/Na/Na2 2COCO3 3/K/K2 2COCO3 3天然水中不

27、含天然水中不含OH-，仅，仅HCO3-存在存在1.2.4 1.2.4 混凝和过滤混凝和过滤1 1混凝混凝 目的：向水中投加一些药剂混凝剂，使水中目的：向水中投加一些药剂混凝剂，使水中难以沉淀的胶体颗粒能相互聚合，长大至能自然沉难以沉淀的胶体颗粒能相互聚合，长大至能自然沉淀的程度。淀的程度。1 1明矾：明矾：0.001-0.02% Al(OH)2+0.001-0.02% Al(OH)2+2 2硫酸铝硫酸铝:Al(OH)3+:Al(OH)3+石灰浑浊石灰浑浊3 3聚合氯化铝聚合氯化铝(PAC):0.005-0.01%(PAC):0.005-0.01%4 4铁盐：铁盐：Fe(OH)3 Fe(OH)3

28、 硫酸亚铁石灰硫酸亚铁石灰处理法结合处理法结合CO2CO2最常用的混凝剂最常用的混凝剂铝盐和铁盐铝盐和铁盐混凝助剂：海藻酸钠、活化硅酸钠、碱性淀粉、混凝助剂：海藻酸钠、活化硅酸钠、碱性淀粉、CMCCMC、粘土等、粘土等 混凝反响的条件受以下因素的影响：混凝反响的条件受以下因素的影响： 原水的性质。原水的性质。 混凝剂的种类。混凝剂的种类。 混凝剂的添加量。混凝剂的添加量。 混凝时的混凝时的pHpH。 搅拌的时间。搅拌的时间。 搅拌的强度。搅拌的强度。 水温。水温。 混凝反响的条件要通过试验确定。混凝反响的条件要通过试验确定。2 2过滤过滤 以细砂、无烟煤等作为综合水处理的初级过滤材以细砂、无烟

29、煤等作为综合水处理的初级过滤材料；对根本满足软饮料用水的原水采用砂滤过滤器；料；对根本满足软饮料用水的原水采用砂滤过滤器；除色和味用活性炭过滤器；精滤效果采用微孔滤膜过除色和味用活性炭过滤器；精滤效果采用微孔滤膜过滤器。滤器。A A砂过滤砂过滤一砂过滤原理：一砂过滤原理： 原水通过粒状过滤材料简称滤料层时，其中原水通过粒状过滤材料简称滤料层时，其中一些悬浮物和胶体物被截留在孔隙中或介质外表上，一些悬浮物和胶体物被截留在孔隙中或介质外表上，这种通过粒状介质层别离不溶性杂质的方法称为过滤。这种通过粒状介质层别离不溶性杂质的方法称为过滤。 1 1阻力截留：上层粗下层细；滤层外表形成阻力截留：上层粗下

30、层细；滤层外表形成一层主要由截留的颗粒组成的薄膜，起到过滤作一层主要由截留的颗粒组成的薄膜，起到过滤作用。用。 2 2重力沉降：滤料形成大量的沉降面积，当重力沉降：滤料形成大量的沉降面积，当原水通过滤层，速度适宜，其中的悬浮物就会向原水通过滤层，速度适宜，其中的悬浮物就会向这些沉淀面沉淀。这些沉淀面沉淀。 3 3接触凝聚：构成滤料的物质具有巨大的外接触凝聚：构成滤料的物质具有巨大的外表积，具有吸附微小物的作用。表积，具有吸附微小物的作用。 以上以上3 3种作用在同一过滤系统中是同时发生的。种作用在同一过滤系统中是同时发生的。滤滤料料的的深深层层滤料的表层滤料的表层二滤料层和垫层二滤料层和垫层

31、饮料生产厂通常使用的饮料生产厂通常使用的是单流压力式过滤器，其主是单流压力式过滤器，其主体是一个圆柱形罐体容器，体是一个圆柱形罐体容器，配备有进水系统、出水系统、配备有进水系统、出水系统、压缩空气系统等见图压缩空气系统等见图1 1，主体内是滤料层和垫层。主体内是滤料层和垫层。1 1滤料的选择：滤料的选择：足够的化学稳定性，过滤时不溶于水，不产生有足够的化学稳定性，过滤时不溶于水，不产生有害和有毒物质。害和有毒物质。足够的机械强度。足够的机械强度。适宜的适宜的级配级配和足够的和足够的孔隙率孔隙率。滤料粒径范围及在此范围滤料粒径范围及在此范围各种粒径的数量比例。各种粒径的数量比例。K=d80/d1

32、0不均匀系数不均匀系数 通过滤料质量的通过滤料质量的80%或或10%的筛孔直径的筛孔直径滤料的孔隙体积和整滤料的孔隙体积和整个滤层体积的比例。个滤层体积的比例。K K越大，滤料粒径差异越大，越大，滤料粒径差异越大，降低孔隙率，对过滤不利。降低孔隙率，对过滤不利。2 2滤料层的结构：滤料层的结构：1 1含污能力含污能力kg/m3kg/m3表示大。表示大。2 2产水能力产水能力m3/(m2h)m3/(m2h)或或m/hm/h表示表示 高。高。 适合以上条件的过滤池才能保证处理水的质量。适合以上条件的过滤池才能保证处理水的质量。 过滤时水流方向：从上向下的下向流保持过滤过滤时水流方向：从上向下的下向

33、流保持过滤速度和较好的反冲效果：速度和较好的反冲效果： 滤料粒径上细下粗滤料粒径上细下粗孔隙上小下大孔隙上小下大 滤料粒径下粗上细滤料粒径下粗上细反冲洗；双层或多层滤料反冲洗；双层或多层滤料悬浮物截留外表，底层未充分利用；悬浮物截留外表，底层未充分利用；滤层含污能力低，使用周期短滤层含污能力低，使用周期短砂和无烟煤两者粒径的选砂和无烟煤两者粒径的选择重要混层择重要混层10cm10cm3 3垫层垫层 为了防止过滤时滤料进入配水系统，以及冲洗为了防止过滤时滤料进入配水系统，以及冲洗时能均匀布水，在滤料层和配水系统之间设置垫层时能均匀布水，在滤料层和配水系统之间设置垫层承托层。承托层。垫层应满足以下

34、要求：垫层应满足以下要求：1 1在高速度水流反冲洗的情况下应保持不被冲动。在高速度水流反冲洗的情况下应保持不被冲动。2 2要形成均匀的孔隙以保证冲洗水的均匀分布。要形成均匀的孔隙以保证冲洗水的均匀分布。3 3材料巩固，不溶于水。材料巩固，不溶于水。 一般采用天然卵石或碎石。选择的最小粒径为一般采用天然卵石或碎石。选择的最小粒径为2mm2mm。最大粒径。最大粒径32mm32mm。 过滤的工艺过程根本上由两个过程组成，即过滤过滤的工艺过程根本上由两个过程组成，即过滤和冲洗两个循环的过程。和冲洗两个循环的过程。 过滤为生产清水的过程；而冲洗是从滤料外表冲过滤为生产清水的过程；而冲洗是从滤料外表冲洗污

35、物，使之恢复过滤能力的过程。洗污物，使之恢复过滤能力的过程。 水流方向相反冲洗称为反冲或反洗水流方向相反冲洗称为反冲或反洗 冲洗的效果取决于冲洗强度。可采取辅助措施如冲洗的效果取决于冲洗强度。可采取辅助措施如外表冲洗、空气冲洗和机械冲洗等。外表冲洗、空气冲洗和机械冲洗等。 三过滤的工艺过程三过滤的工艺过程二其它过滤器二其它过滤器1 1砂滤棒砂芯过滤器：砂滤棒砂芯过滤器： 清洗或更换消毒清洗或更换消毒 砂滤棒过滤器砂滤棒过滤器过滤效果：操作压力、原水过滤效果：操作压力、原水水质、砂滤棒的体积。水质、砂滤棒的体积。 用水量较少，原水中硬用水量较少，原水中硬度、碱度指标根本符合要度、碱度指标根本符合

36、要求，只含少量的有机物、求，只含少量的有机物、细菌及其杂质时。细菌及其杂质时。硅藻土和骨硅藻土和骨灰等可燃物灰等可燃物高温制成高温制成2 2活性炭过滤器：多孔性物质，吸附作用活性炭过滤器：多孔性物质，吸附作用气体、臭味、氯离子、有机物、细菌及铁、气体、臭味、氯离子、有机物、细菌及铁、锰等杂质，除去有机物锰等杂质，除去有机物90%90%以上以上 反冲洗和再生反冲洗和再生3 3微孔膜过滤器：滤芯为高分子材料的滤膜微孔膜过滤器：滤芯为高分子材料的滤膜4 4钛棒过滤器钛棒过滤器5 5化学纤维蜂房式化学纤维蜂房式6 6大孔离子吸附树脂大孔离子吸附树脂硬水软化硬水软化 饮料用水包括洗瓶用水、锅炉用水、配制

37、饮料饮料用水包括洗瓶用水、锅炉用水、配制饮料用水、清洗用水、卫生用水对水的要求很高。特用水、清洗用水、卫生用水对水的要求很高。特别是配制饮料用水、锅炉用水和洗瓶用水，除了对别是配制饮料用水、锅炉用水和洗瓶用水，除了对水的卫生条件要求较高外，对水的硬度要求更高。水的卫生条件要求较高外，对水的硬度要求更高。 硬水软化的方法硬水软化的方法石灰软化法、离子交换法、电渗析法和反渗透法石灰软化法、离子交换法、电渗析法和反渗透法1.2.5 1.2.5 石灰软化石灰软化 在原水总硬度中碳酸盐硬度较高的情况下，在原水总硬度中碳酸盐硬度较高的情况下，在水中参加石灰，可以降低碳酸盐硬度和碱度。在水中参加石灰，可以降

38、低碳酸盐硬度和碱度。 这是参加水中的这是参加水中的OH-OH-和和Ca2+Ca2+与水中的与水中的HCO3-HCO3-发生反响的结果。发生反响的结果。1.2.5.1 1.2.5.1 与石灰软化有关的反响与石灰软化有关的反响 将生石灰将生石灰CaO配制成石灰乳：配制成石灰乳：CaO+H2OCa(OH)2 用石灰乳除去水中的用石灰乳除去水中的重碳酸钙重碳酸钙Ca(HCO3)2、重碳酸镁、重碳酸镁Mg(HCO3)2和和CO2CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O (a)Ca(HCO3)2+Ca(OH2)2CaCO3+2H2O (b)Mg(HCO3)2+Ca(OH)2MgCO3+CaCO3+2H2O

39、 (c)MgCO3+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCO3 (d)2NaHCO3+Ca(OH)2CaCO3+Na2CO3+2H2O (e)石灰软化的设备自学石灰软化的设备自学 石灰软化处理水常与混凝、消毒过程同时进行。石灰软化处理水常与混凝、消毒过程同时进行。 石灰软化不适宜于非碳酸盐硬度较高的水的处理。石灰软化不适宜于非碳酸盐硬度较高的水的处理。过去曾将石灰过去曾将石灰纯碱共同作用，以到达软化目的。但纯碱共同作用，以到达软化目的。但用石灰用石灰纯碱软化，水中固形物的含量不会减少。纯碱软化，水中固形物的含量不会减少。 因此，非碳酸盐硬度较高的水的处理以采用以下因此，非碳酸盐硬度较高的水的处理

40、以采用以下方法为宜。方法为宜。电渗析电渗析反渗透反渗透 离子交换法处理水离子交换法处理水 1.2.6 1.2.6 电渗析和反渗透膜别离技术电渗析和反渗透膜别离技术电渗析电渗析一、电渗析软化水原理一、电渗析软化水原理: : 通过具有选择通透性和良好导电性的离子交通过具有选择通透性和良好导电性的离子交换膜，在外加直流电场作用下，根据异性相吸、换膜，在外加直流电场作用下，根据异性相吸、同性相斥原理，使原水中的离子分别透过阳离子同性相斥原理，使原水中的离子分别透过阳离子和阴离子交换膜，从而降低水中溶解的固形物，和阴离子交换膜，从而降低水中溶解的固形物，到达净化的目的。到达净化的目的。 常用于海水和咸水

41、淡化。常用于海水和咸水淡化。 纯洁水生产纯洁水生产混凝、过滤混凝、过滤等预处理等预处理电渗析工作原理如图电渗析工作原理如图v在阳极: H2O H+OH- 2OH-2eO+H2O 1/2O2 Cl-eCl 1/2Cl2 H+Cl- HCl v 在阳极室，由于在阳极室，由于OH减少，极水呈酸性，减少，极水呈酸性，并产生性质非并产生性质非常活泼的初生态氧和氯，这些都会对电极造成强烈腐蚀。常活泼的初生态氧和氯，这些都会对电极造成强烈腐蚀。所以一定要考虑所以一定要考虑电极材料的耐腐蚀性。电极材料的耐腐蚀性。v在阴极: H2O H+OH- 2H+2eH2 Na+OH- NaOHv 在阴极室，由于H+减少，

42、极水呈碱性，当极水中有Ca2+、Mg2+和HCO3 ，那么与OH生成CaCO3和Mg(OH)2等水垢，结集在阴极上。同时阴极室还有氢气排出。二、电渗析器的结构二、电渗析器的结构 电渗析器有立式和卧式两种形式，其根本部电渗析器有立式和卧式两种形式，其根本部件是浓淡水室的隔板、离子交换膜、电极、极水件是浓淡水室的隔板、离子交换膜、电极、极水隔板、锁紧装置等。隔板、锁紧装置等。 离子交换膜：离子交换膜：这是一种由具有离子交换性能的高这是一种由具有离子交换性能的高分子材料制成的薄膜，按分子材料制成的薄膜，按透过性能透过性能分为分为阳离子交换阳离子交换膜和阴离子交换膜膜和阴离子交换膜。 目前常用的阳离子

43、膜为磺酸基型；阴离子膜为季目前常用的阳离子膜为磺酸基型；阴离子膜为季胺基型。胺基型。 异异 相相 膜膜均均 相相 膜膜电化学性能差（电阻大，电化学性能差（电阻大，选择透过性低）选择透过性低）厚度大（厚度大（0.5-0.8mm0.5-0.8mm）机械强度高机械强度高溶胀度较小，易结垢溶胀度较小，易结垢价格低价格低容易制造容易制造电化学性能好（电阻小，选电化学性能好（电阻小，选择透过性高）择透过性高）厚度小（厚度小（0.3mm0.3mm）机械强度差机械强度差溶胀度较大，不易结垢溶胀度较大，不易结垢价格高价格高制造复杂制造复杂表表1-6 1-6 离子交换膜性能比照离子交换膜性能比照 根据离子交换膜制

44、造工艺可分为异相膜和均相膜两种，根据离子交换膜制造工艺可分为异相膜和均相膜两种，两种膜的性能比照见表两种膜的性能比照见表1-61-6。 三、水垢的形成和去垢方法三、水垢的形成和去垢方法 电渗析器运行中，浓水室一侧的阴膜和阳膜面上以电渗析器运行中，浓水室一侧的阴膜和阳膜面上以及阴极极板上都会出现及阴极极板上都会出现结垢现象结垢现象，此现象称，此现象称沉淀结垢。沉淀结垢。 消除沉淀的方法：消除沉淀的方法：一倒换电极：定期倒换，即运行一定时间后把一倒换电极：定期倒换，即运行一定时间后把阴极改为阳极，阳极改为阴极。由于电场方向改变，阴极改为阳极，阳极改为阴极。由于电场方向改变，可使已生成的沉淀消除。可

45、使已生成的沉淀消除。二定期酸洗：采用浓度二定期酸洗：采用浓度1%-2% 1%-2% 一般不超过一般不超过3%3%的盐酸定期酸洗，周期视结垢情况而定。酸洗时间的盐酸定期酸洗，周期视结垢情况而定。酸洗时间为为2-3h2-3h，使，使pHpH达达3-43-4。三碱洗：当水中含有机杂质时，由于天然水中三碱洗：当水中含有机杂质时，由于天然水中的有机物一般是阴离子，造成阴膜污染，称为受污。的有机物一般是阴离子，造成阴膜污染，称为受污。一般每隔几个月用一般每隔几个月用0.1mol/LNaOH0.1mol/LNaOH溶液清洗。溶液清洗。四、对原水的要求四、对原水的要求 如果原水中悬浮物较多，会造成隔板中沉淀结

46、如果原水中悬浮物较多，会造成隔板中沉淀结垢，增加阻力，降低流量，所以原水水质应符合以垢，增加阻力，降低流量，所以原水水质应符合以下要求下要求( (见表见表1-7)1-7)。表表1-7 1-7 电渗析处理水时对原水的要求电渗析处理水时对原水的要求浊浊 度度2mg/L2mg/L含铁锰总量含铁锰总量0.3mg/L0.3mg/L色色 度度2020度度有机物耗氧量有机物耗氧量23mg/L23mg/L预处理：混凝、过滤、杀菌，除去杂质预处理：混凝、过滤、杀菌，除去杂质电渗析处理水的优缺点电渗析处理水的优缺点1.1.通过电渗析法处理的淡水，脱盐率可到达通过电渗析法处理的淡水，脱盐率可到达80%80%以上。以

47、上。2.2.优点：耗电少，操作简单，检修较方便，可优点：耗电少，操作简单，检修较方便，可连续处理，脱盐率较高，设备占地面积小。连续处理，脱盐率较高，设备占地面积小。3.3.缺点：缺点： 水的利用率低水的利用率低 电渗析过程是靠水中离子传递电流，不可制电渗析过程是靠水中离子传递电流，不可制备高纯水备高纯水讨论讨论: : 一、渗透与反渗透一、渗透与反渗透理想半透膜：只透过溶剂而不透过溶质的膜理想半透膜：只透过溶剂而不透过溶质的膜渗透：纯溶剂自发流向溶液低浓度渗透：纯溶剂自发流向溶液低浓度 高浓度高浓度反渗透反渗透1.2.6.2 1.2.6.2 反渗透水处理反渗透水处理渗透与反渗透示意图渗透与反渗透

48、示意图只通过溶剂不透过溶质只通过溶剂不透过溶质反渗反渗透透渗透渗透 反渗透反渗透RORO、超滤、超滤UFUF和微滤和微滤MFMF都都是以压力差为推动力的膜别离过程，它们没有本是以压力差为推动力的膜别离过程，它们没有本质区别，只是渗透膜的孔径大小不同，截留物质质区别，只是渗透膜的孔径大小不同，截留物质的相对分子量不同。的相对分子量不同。二、反渗透与超滤二、反渗透与超滤 超滤法是从小分子溶质或溶剂分子中将比较大的超滤法是从小分子溶质或溶剂分子中将比较大的溶质分子筛分出来溶质分子筛分出来 反渗透法主要是截留无机盐类那样的小分子。反渗透法主要是截留无机盐类那样的小分子。 两法的截留界限不甚清楚，大体上

49、对于中等程度两法的截留界限不甚清楚，大体上对于中等程度相对分子质量约几千大小的有机物，高分子有机相对分子质量约几千大小的有机物，高分子有机物蛋白质、核酸、多糖类等，有机及无机胶体粒物蛋白质、核酸、多糖类等，有机及无机胶体粒子等的别离称为超滤；子等的别离称为超滤； 而对于截留比十倍水分子大小还小的分子那么叫而对于截留比十倍水分子大小还小的分子那么叫做反渗透。做反渗透。 至于超滤对象物质的上限多半是像病毒或巨大的至于超滤对象物质的上限多半是像病毒或巨大的DNADNA分子一样大小的物质。如果溶质分子再大，筛分分子一样大小的物质。如果溶质分子再大，筛分就是所谓的微孔过滤。就是所谓的微孔过滤。 各种渗透

50、膜的截留区段各种渗透膜的截留区段各种渗透膜对不同物质的截留示意图各种渗透膜对不同物质的截留示意图 三、反渗透膜三、反渗透膜一膜的种类一膜的种类 从物理结构上分：从物理结构上分： 非对称膜；均质膜；非对称膜；均质膜； 复合膜；动态膜。复合膜；动态膜。 从膜质材料上分：从膜质材料上分： 醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜CACA；芳香聚酰胺膜；芳香聚酰胺膜； 高分子电解质膜；无机质膜等。高分子电解质膜；无机质膜等。二膜的主要参数二膜的主要参数 1 1透水率水通量：是每单位时间通过单位膜面透水率水通量：是每单位时间通过单位膜面积的水的体积流量。单位：积的水的体积流量。单位：cm3/(cm2.s)cm3/(cm

51、2.s)，最常用，最常用cm3/(cm2.h) cm3/(cm2.h) 膜的物理特性和系统操作条件膜的物理特性和系统操作条件 2 2透盐率：指盐通过膜的百分比溶质的浓度差作透盐率：指盐通过膜的百分比溶质的浓度差作用，与压力无关。透盐率小好脱盐率高用，与压力无关。透盐率小好脱盐率高评价评价膜别离指标，与透盐率相反。膜别离指标，与透盐率相反。 透盐率透盐率=(=(产水含盐量产水含盐量/ /进水含盐量进水含盐量) ) 100%100% 脱盐率脱盐率=100%-=100%-透盐率透盐率 3 3抗压实性：操作压力和温度引起压实作用，造成抗压实性：操作压力和温度引起压实作用，造成透水率不断下降。膜的压实系

52、数透水率不断下降。膜的压实系数m m越小越好，意味越小越好，意味着膜的寿命较长，反渗透膜要求着膜的寿命较长，反渗透膜要求m0.03m0.03。 四、反渗透装置四、反渗透装置 各种膜的别离装置主要包括膜组件和泵。各种膜的别离装置主要包括膜组件和泵。膜组件是将膜以某种形式组装在一个根本单元膜组件是将膜以某种形式组装在一个根本单元设备内，在外界压力作用下能实现对溶质溶剂设备内，在外界压力作用下能实现对溶质溶剂的别离，简称组件。的别离，简称组件。 板框式板框式管式管式螺旋卷式螺旋卷式中空纤维式中空纤维式反渗透的组件反渗透的组件(1)(1)机械支撑高，可将高压原机械支撑高，可将高压原水和低压淡水严格分开

53、；水和低压淡水严格分开；2 2能耗最小使原水在膜面上流能耗最小使原水在膜面上流动均匀合理；动均匀合理；3 3高的装填高的装填密度，组装和更换方便；密度，组装和更换方便；4 4装置牢固、平安，价格低廉装置牢固、平安，价格低廉和易维护。和易维护。系紧螺栓式板框反渗透膜组件图系紧螺栓式板框反渗透膜组件图1.1.系紧螺栓系紧螺栓 2 2，3.3. O O环密封环密封 4. 4. 膜膜 5.5.多孔板多孔板内压型管束式反渗透组件图内压型管束式反渗透组件图1.1.玻璃纤维管玻璃纤维管 2. 2.反渗透膜反渗透膜 3. 3.末端配件末端配件 4.PVC 4.PVC淡化水搜集外淡化水搜集外套套 5. 5.淡化

54、水淡化水 6. 6.供给水供给水 7. 7.浓缩水浓缩水螺旋卷式膜组件示意图螺旋卷式膜组件示意图 1.1.盐水侧间隔材料盐水侧间隔材料 2.2.膜膜 3.3.产品水侧产品水侧321中空纤维式膜组件图中空纤维式膜组件图环密封；环密封；2.2.流动网络；流动网络；3 3，11.11.中空纤维膜中空纤维膜 ；4.4.环氧树脂管板环氧树脂管板 5 5，6.6.支撑管；支撑管； 7 7，12.12.端板；端板； 9. 9.供给水分布管；供给水分布管；10.10.壳壳讨论讨论 反渗透和电渗析处理水的异同点反渗透和电渗析处理水的异同点: : (1)(1)都属于膜别离范畴都属于膜别离范畴(2)(2)反渗透使通

55、过反渗透膜把溶液中的溶剂水别反渗透使通过反渗透膜把溶液中的溶剂水别离出来，以压力差为推动力。离出来，以压力差为推动力。(3)(3)电渗析是通过离子交换膜把溶液中的溶质盐分电渗析是通过离子交换膜把溶液中的溶质盐分别离出来，以电位差为推动力。别离出来，以电位差为推动力。离子交换法处理水离子交换法处理水v离子交换法：离子交换法：利用离子交换剂的交换离子的能力把利用离子交换剂的交换离子的能力把原水中人们所不需要的离子暂时占有，然后再将它原水中人们所不需要的离子暂时占有，然后再将它释放到再生液中使水得到软化的方法。释放到再生液中使水得到软化的方法。离子交换剂的种类离子交换剂的种类离子交换树脂：球形网状固

56、体的高分子共聚物，不溶于酸、碱和离子交换树脂：球形网状固体的高分子共聚物，不溶于酸、碱和水，但吸水膨胀。水，但吸水膨胀。 含有极性基团交换和非极性基团骨架含有极性基团交换和非极性基团骨架矿物质离子交换剂，如泡沸石矿物质离子交换剂，如泡沸石碳离子离子交换剂，如磺化煤碳离子离子交换剂，如磺化煤有机合成离子交换树脂饮料用水有机合成离子交换树脂饮料用水水水质质软软化化离子交换树脂软化水的原理离子交换树脂软化水的原理 树脂在水中解离，当原水通过阳离子树脂层时，水树脂在水中解离，当原水通过阳离子树脂层时，水中阳离子被树脂所吸附，树脂上的阳离子中阳离子被树脂所吸附，树脂上的阳离子H H+ +被置换到被置换到

57、水中：水中： RSORSO3 3H H+ + +NaNa+ + RSORSO3 3Na+HNa+H+ + 当原水通过阴离子树脂层时，水中阴离子被阴树脂当原水通过阴离子树脂层时，水中阴离子被阴树脂所吸附，树脂上的阴离子所吸附，树脂上的阴离子OHOH置换到水中：置换到水中： R R4 4N N+ +OHOH+ +ClCl RNCl+OHRNCl+OH 到达水质的软化到达水质的软化 离子交换树脂的分类和性能离子交换树脂的分类和性能分分 类类官官 能能 团团强酸性强酸性磺酸基（磺酸基（SOSO3 3H H）弱酸性弱酸性羧酸基（羧酸基（COOHCOOH）、磷酸基（）、磷酸基（POPO3 3H H2 2）

58、等）等强碱性强碱性季铵基季铵基N(CHN(CH3 3) )3 3 等等弱碱性弱碱性伯、仲、叔胺基（伯、仲、叔胺基（NHNH2 2、NHRNHR、NRNR2 2）一、离子交换树脂的分类一、离子交换树脂的分类 按所带功能基团的性质一般将离子交换树脂分为按所带功能基团的性质一般将离子交换树脂分为阳离子交换阳离子交换树脂和阴离子交换树脂树脂和阴离子交换树脂。 阳离子交换树脂，分为阳离子交换树脂，分为强酸性、弱酸性强酸性、弱酸性。阴离子交换树脂分。阴离子交换树脂分为为强碱性、弱碱性强碱性、弱碱性等。等。 二、离子交换树脂的性能二、离子交换树脂的性能 离子交换树脂的主要性能指标有离子交换树脂的主要性能指标

59、有密度、密度、含水率、溶胀性、机械强度、耐热性、酸含水率、溶胀性、机械强度、耐热性、酸性性、选择性和交换容量性性、选择性和交换容量。一密度：树脂的密度有干真密度、湿真密度和湿一密度：树脂的密度有干真密度、湿真密度和湿视密度三种，干真密度除在研究树脂性能时有用外，视密度三种，干真密度除在研究树脂性能时有用外，实用意义不大。实用意义不大。1 1湿真密度：树脂在水中充分膨胀后的颗粒密度。湿真密度：树脂在水中充分膨胀后的颗粒密度。ml/g湿树脂颗粒体积湿树脂重湿真密度2 2湿视密度：湿视密度：树脂在水中充分膨胀后的树脂在水中充分膨胀后的堆积密度。堆积密度。ml/g湿树脂堆积体积湿树脂重湿视密度 三含水

60、率：树脂的含水率是指在水中充分膨胀三含水率：树脂的含水率是指在水中充分膨胀的湿树脂中水重的百分数。的湿树脂中水重的百分数。 %100溶胀水重干树脂重溶胀水重含水率树脂的含水率一般树脂的含水率一般5050左右。左右。 二溶胀性：干树脂浸入水中体积变大的现象称二溶胀性：干树脂浸入水中体积变大的现象称为树脂的溶胀性。溶胀程度常用溶胀率表示。交换为树脂的溶胀性。溶胀程度常用溶胀率表示。交换和再生出现涨缩和再生出现涨缩 溶胀率的大小与树脂的交联度、交换基团溶胀率的大小与树脂的交联度、交换基团的性质、周围溶液的电解质浓度等因素有关。的性质、周围溶液的电解质浓度等因素有关。四机械强度四机械强度 破裂破裂 树