饮料加工技术-包装饮用水加工技术（食品加工技术课件）

水处理技术之过滤《食品加工技术》水处理工艺砂滤塔的作用：

层滤池中以不同颗粒大小的滤料，按从上到下、由小到大的顺序依次排列。当水从上部流经滤层时，水中固体悬浮物及絮凝后的胶体颗粒被滤料的表面截留，从而起到净化水的作用。主要去除：水中的悬浮物及浊度/铁、锰等物质。主要控制指标：水中余氯≥0.3ppm;

水中浊度＜1NTU；

SDI值＜4（此项不作为强行控制指标，称为水的污染指数）砂滤处理普通砂滤塔填料：锰砂过滤塔填料：碳滤塔的作用：

1吸附水中残留余氯；

2去处水中有机物质（腐殖酸、富维酸、木质磺酸等）；

3其他功能：除臭和除油及去除异味。主要控制指标：

1.水中余氯=02.人工品评炭塔出水无异味活性炭的杀菌处理：

夏季每周一次，冬季两周一次，目的是杀菌、去除活性炭内所吸附的低沸点的挥发性有机物，恢复活性炭的吸附能力。炭滤处理活性炭验收规范软化塔的作用：

利用阳离子交换树脂中可交换的阳离子（如Na+，H），把水中所含的钙、镁离子交换出来，使水质软化。主要控制指标：总硬度＜5ppm软化树脂的再生：

出水硬度＞1.5ppm

时，即停止软化作业，用10%的食盐水进行再生。软化处理

软化:

再生:水质软化过程的基本原理:

离子交换树脂软化运行:适用条件：进水硬度不大于6.5mmol/L;运行流速：10–30m/h;树脂工作交换容量：900–1300mmol/L。树脂再生：1.当出水硬度超过规定值时，树脂失效，须再生。2.再生：恢复软化树脂的工作能力；再生剂：10%浓度的食品级食盐水溶液再生液质量要求：

---经过澄清、过滤的

---硬度不超过40mmol/L再生剂用量：120–200g/mol。RO机组的作用：

把水中盐类除去或降低到一定水平，同时具有去除水中的细菌、病毒及其它杂质的功能，使水质更纯净。主要控制指标：

1.pH值5-7；

2.导电度＜20μs/cm；

3.浊度＜1NTU。RO（反渗透）处理反渗透原理:膜透过操作方式:流动方向推动力

P杂质膜反渗透膜分离示意图:umA过滤对象分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000100,000500,000水中盐份金属离子蔗糖热源病毒胶体硅清蛋白细菌碳黑颜料色素酵母面粉海滩沙砾花粉微滤过滤谱图卷式反渗透膜元件的结构示意图RO膜浓缩水RO水原水流道网原水产水流道布原水超薄脱盐层(约:2000埃)刚性支撑层(约:50μm)支撑织物(约:110μm)反渗透膜解剖1反渗透膜解剖2反渗透膜对进水的水质的要求:项目

建议值最大值

SDI15

＜45浊度（NTU）＜0.21含铁量（mg/L）＜0.10.1游离氯（mg/L）00.1水温（℃）255~45水压（MPa）0.7~1.64.1PH值2~1111A水处理系统的工艺：原水→在线过滤→超滤→中间水箱→活性炭过滤→一级反渗透装置→加NaOH→二级反渗透装置→纯水箱→UV杀菌水处理工艺介绍B水处理的工艺：原水→直流混凝→多介质过滤→活性碳过滤→一级反渗透装置→加NaOH→二级反渗透装置→纯水→UV杀菌C水处理的工艺原水→直流混凝→多介质过滤→活性炭过滤→软化器→软水池（箱）→使用点↓一级反渗透装置→加NaOH→二级反渗透装置→纯水箱→UV杀菌D水处理工艺原水→直流混凝→多介质过滤→活性炭过滤→超滤装置→超滤水箱→↓产品水箱一级反渗透装置→纯水箱→→臭氧杀菌｝水处理技术之软化《食品加工技术》概念天然水体由于自然循环和社会循环的原因，使水中含有大量的矿物盐类等物质。其中，钙和镁以化合物的形式存在并成为主要成分，即称硬度。去除水中部分或全部硬度的过程称为水的软化由于水垢的沉积对人们的生活及生产均有很明显的影响,所以生产用水和生活用水均对硬度指标有一定的要求。意义软化的目的

避免锅炉水由于硬度而生垢浪费燃料、烧损部件、爆炸避免Ca2+、Mg2+对工业冷却设备正常运行的影响传热系数低、导热性能差避免影响造纸、纺织等行业产品质量中心目的消除不良影响,满足生活和工业用水的要求！国内外软化水行业的发展现状软化水处理主要解决硬水所带来的水垢问题国外：在美国水质都很硬，所以他们的家用软化水处理设备已相当普及。在发达国家的家居生活设施中，占家庭用水量90%的烹饪、洗涤、沐浴等用水使用的都是软水。国内：以水质较硬的华北、西北地区为主要市场，正处于萌芽期。目前产品终端销售主要集中在北京、上海地区。国产软化水处理设备价格相对较低，占有一定优势，但功能方面不及进口产品先进。应用领域可广泛应用于蒸汽锅炉、热水锅炉、交换器、蒸发冷凝器、空调、直燃机等系统的补给水的软化。还可用于宾馆、饭店、写字楼、公寓等生活用水的处理及食品、饮料、酿酒、洗衣、印染、化工、医药等行业的软化水处理。发展前景由于北方地区的水质较硬，从解决问题的角度看，软化水处理的前景还是很不错的。南方地区由于水质相对较软，因此需求还不是很迫切。随着人们对使用软水认知度高的提高，软化水处理将迅速发展。常用的软化方法离子交换法膜分离法电去离子软化法石灰法加药法蒸馏法掩蔽剂法集成膜技术电磁法离子交换法IE采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来。主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟。可以将硬度降至0。采用这种方式的软化水设备一般也叫做“离子交换器”(由于采用的多为钠离子交换树脂，所以也多称为“钠离子交换器”)。设备的标准工作流程

工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。吸盐(再生)：即将盐水注入树脂罐体的过程，传统设备是采用盐泵将盐水注入，全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的压力即可)。在实际工作过程中，盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好，所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生，这个过程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量的影响。

慢冲洗(置换)：在用盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，根据实际经验，这个过程中是再生的主要过程，所以很多人将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同，即30分钟左右。快冲洗：为了将残留的盐彻底冲洗干净，要采用与实际工作接近的流速，用原水对树脂进行冲洗，这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下，快冲洗过程为5-15分钟。

膜分离法典型的膜分离技术有微孔过滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、渗析(D)、电渗析(ED)及渗透蒸发(PV)

。膜上游

透膜

膜下游选择性透膜

微孔过滤技术微孔过滤和微孔膜的特点微孔过滤技术始于十九世纪中叶，是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。实施微孔过滤的膜称为微孔膜。微孔膜的主要优点为：

①

孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留；

②

孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度为107孔/cm2，微孔体积占膜总体积的70％～80％。由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍；

③无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～150μm之间，因而吸附量很少，可忽略不计。

④无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。

微孔膜的缺点：

①颗粒容量较小，易被堵塞；

②使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。超滤技术超滤和超滤膜的特点

超滤技术始于1861年，其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，约5～10nm，在0.1～0.5MPa的静压差推动下截留各种可溶性大分子，如多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。2.超滤膜技术应用领域超滤膜的应用也十分广泛，在作为反渗透预处理、饮用水制备、制药、色素提取、阳极电泳漆和阴极电泳漆的生产、电子工业高纯水的制备、工业废水的处理等众多领域都发挥着重要作用。

超滤技术主要用于含分子量500～500,000的微粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程之一，它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化等。

超滤膜截留分子量的确定超滤膜装置反渗透技术1.反渗透原理及反渗透膜的特点

渗透是自然界一种常见的现象。人类很早以前就已经自觉或不自觉地使用渗透或反渗透分离物质。目前，反渗透技术已经发展成为一种普遍使用的现代分离技术。在海水和苦咸水的脱盐淡化、超纯水制备、废水处理等方面，反渗透技术有其他方法不可比拟的优势。图4渗透与反渗透原理示意图

渗透和反渗透的原理如下图所示。如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透（图4a）。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差，表现为水的渗透压。

随着水的渗透，高浓度水溶液一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至H时，渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压（图4b）。渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透通量为零。

如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为反渗透（图4c）。

反渗透技术所分离的物质的分子量一般小于500，操作压力为2～100MPa。用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜大部分为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质分子。2.反渗透与超滤、微孔过滤的比较反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力使溶剂通过膜的分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程。

一般来说，分离溶液中分子量低于500的低分子物质，应该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于500的大分子或极细的胶体粒子可以选择超滤膜，而分离溶液中的直径0.1～10μm的粒子应该选微孔膜。以上关于反渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是十分严格、明确的，它们之间可能存在一定的相互重叠。表3反渗透、超滤和微孔过滤技术的原理和操作特点比较分离技术类型反渗透超滤微孔过滤膜的形式表面致密的非对称膜、复合膜等非对称膜，表面有微孔微孔膜膜材料纤维素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纤维素、PVC等操作压力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分离的物质分子量小于500的小分子物质分子量大于500的大分子和细小胶体微粒0.1～10μm的粒子分离机理非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用筛分，膜的物化性能对分离起一定作用筛分，膜的物理结构对分离起决定作用水的渗透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～200工业应用的反渗透装置工业应用的反渗透装置的膜组件之间的连接纳滤技术（nanofiltration,NF）1.纳滤膜的特点

纳滤膜是八十年代在反渗透复合膜基础上开发出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分支，早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。目前，纳滤膜已从反渗透技术中分离出来，成为独立的分离技术。纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳滤”。纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜的要致密得多。因此其制膜关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔。

纳滤膜主要用于截留粒径在0.1～1nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。纳滤恰好填补了超滤与反渗透之间的空白,它能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物,透析被反渗透膜所截留的无机盐。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子的截留率低(10%-80%),对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子(90%)以上。

目前关于纳滤膜的研究多集中在应用方面，而有关纳滤膜的制备、性能表征、传质机理等的研究还不够系统、全面。进一步改进纳滤膜的制作工艺，研究膜材料改性，将可极大提高纳滤膜的分离效果与清洗周期。2.纳滤膜及其技术的应用领域

纳滤技术最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面。由于该技术对低价离子与高价离子的分离特性良好，因此在硬度高和有机物含量高、浊度低的原水处理及高纯水制备中颇受瞩目；在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产，大大节省能源；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面；在石化生产的催化剂分离回收等方面更有着不可比拟的作用。MF蛋白质细菌MW<3501000~300000.0025~10um>1umROUFF电渗析在盐的水溶液（如氯化钠溶液）中置入阴、阳两个电极，并施加电场，则溶液中的阳离子将移向阴极，阴离子则移向阳极，这一过程称为电泳。如果在阴、阳两电极之间插入一张离子交换膜（阳离子交换膜或阴离子交换膜），则阳离子或阴离子会选择性地通过膜，这一过程就称为电渗析。电渗析的核心是离子交换膜。在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，实现溶液的淡化、浓缩及钝化；也可通过电渗析实现盐的电解，制备氯气和氢氧化钠等。+固定离子Cl-Na+-++++++阳极－－－－－－阴极Cl-Na＋阳膜阳极室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋浓缩室淡化室浓缩室阴极室阴膜阳膜阴膜电渗析过程原理图3.电渗析技术应用领域

自电渗析技术问世后，其在苦咸水淡化，饮用水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。随着电渗析理论和技术研究的深入，我国在电渗析主要装置部件及结构方面都有巨大的创新，仅离子交换膜产量就占到了世界的1/3。我国的电渗析装置主要由国家海洋局杭州水处理技术开发中心生产，现可提供200m3/d规模的海水淡化装置。

中草药有效成分的分离和精制：通过电渗析一般可以把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。

电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处理方面也发挥着重要的作用。特别是与反渗透、纳滤等精过滤技术的结合，在电子、制药等行业的高纯水制备中扮演重要角色。

实际应用的电渗析器

电渗析的核心是离子交换膜。在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，实现溶液的淡化、浓缩及钝化；也可通过电渗析实现盐的电解，制备氯气和氢氧化钠等。

+固定离子Cl-Na+-++++++阳极－－－－－－阴极Cl-Na＋阳膜阳极室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋浓缩室淡化室浓缩室阴极室阴膜阳膜阴膜电渗析过程原理图MF蛋白质细菌MW<3501000~300000.0025~10um>1umROUFFumARELATIVESIZEOFCOMMONMATERIAL过滤对象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueoussalts中水盐份Metalions金属离子Sugars蔗糖Pyrogens热源Virus病毒Colloidalsilica胶体硅Albuminprotein白蛋白Bacteria细菌Carbonblack碳黑Paintpigment颜料色素Yeastcells酵母Milledflour面粉Beachsand海滩沙砾Pollens花粉THEFILTRATIONSPECTRUM过滤谱图膜的分类与分离渗透蒸发技术1.渗透蒸发技术和渗透蒸发膜的特点

渗透蒸发是近十几年中颇受人们关注的膜分离技术。渗透蒸发是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。具有一次分离度高、操作简单、无污染、低能耗等特点。

渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。其原理如图6所示。由高分子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高分子膜的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。图6a渗透蒸发分离示意图(真空气化)图6b渗透蒸发分离示意图(惰性气体吹扫)3.渗透蒸发技术应用领域渗透蒸发作为一种无污染、高能效的膜分离技术已经引起广泛的关注。该技术最显著的特点是很高的单级分离度，节能且适应性强，易于调节。目前渗透蒸发膜分离技术已在无水乙醇的生产中实现了工业化。与传统的恒沸精馏制备无水乙醇相比，可大大降低运行费用，且不受汽—液平衡的限制。

除了以上用途外，渗透蒸发膜在其他领域的应用尚都处在实验室阶段。预计有较好应用前景的领域有：工业废水处理中采用渗透蒸发膜去除少量有毒有机物（如苯、酚、含氯化合物等）；在气体分离、医疗、航空等领域用于富氧操作；从溶剂中脱除少量的水或从水中除去少量有机物；石油化工工业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳烃、近沸点物、同系物、同分异构体等的分离等。

分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表1所示。表1几种主要分离膜的分离过程膜过程推动力传递机理透过物截留物膜类型微滤压力差颗粒大小形状水、溶剂溶解物悬浮物颗粒纤维多孔膜超滤压力差分子特性大小形状水、溶剂小分子胶体和超过截留分子量的分子非对称性膜纳滤压力差离子大小及电荷水、一价离子、多价离子有机物复合膜反渗透压力差溶剂的扩散传递水、溶剂溶质、盐非对称性膜复合膜膜过程推动力传递机理透过物截留物膜类型渗析浓度差溶质的扩散传递低分子量物、离子溶剂非对称性膜电渗析电位差电解质离子的选择传递电解质离子非电解质，大分子物质离子交换膜气体分离压力差气体和蒸汽的扩散渗透气体或蒸汽难渗透性气体或蒸汽均相膜、复合膜，非对称膜渗透蒸发压力差选择传递易渗溶质或溶剂难渗透性溶质或溶剂均相膜、复合膜，非对称膜液膜分离浓度差反应促进和扩散传递杂质溶剂乳状液膜、支撑液膜续上表电去离子软化法这种新方法将电渗析与离子交换有机地结合在一起，离子交换剂靠水电离产生的H+离子自行再生。电去离子软水设备，再生不用食盐，不增加排水含盐量，设备无人值守，自动连续运行，使用方便，运行费用低，环保和经济效益显著。电去离子软化过程的离子交换层谱加药法

向水中加入专用的阻垢剂，可以改变钙镁离子与碳酸根离子结合的特性，从而使水垢不能析出、沉积。

1、定义：基于溶度积原理,加入某些药剂,把水中钙、镁离子转变成为难溶化合物使之沉淀析出。2、工艺组成：原水（加药）→混合→反应→沉淀→过滤→消毒石灰法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法石灰法：向水中加入石灰，主要是用于处理大流量的高硬水，只能将硬度降到一定的范围。原理：主要利用了加入的OH-和水中原有的HCO3-蒸馏法单级闪蒸SSF：热海水经一个闪急蒸馏进行蒸发产生淡水的过程。多级闪蒸MSF：经过加热的海水，依次通过多个温度、压力逐级降低的闪蒸室，进行蒸发冷凝的蒸馏淡化方法。用得最多,90%压气闪蒸VC多效闪蒸MED单级闪蒸多级闪蒸示意图掩蔽剂法

利用络合物的掩蔽性去除水中硬度或利用络合物的掩蔽性使络合物中的离子失去原离子反应性的方法。（并不一定真正去除）电磁法

采用在水中加上一定的电场或磁场来改变离子的特性，从而改变碳酸钙(碳酸镁)沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止硬水垢的形成。其特点是：设备投资小，安装方便，运行费用低；但是效果不够稳定性，没有统一的衡量标准，而且由于主要功能仅是影响一定范围内的水垢的物理性能，所以处理后的水的使用时间、距离都有一定局限。集成膜技术IMS预处理（超滤UF）+反渗透RO+电除盐EDI提高水软化的措施改选方案如：齐鲁石化公司炼油厂软化水站原生产工艺存在消耗高、周期制水量少的问题。为解决这一问题，进行了简单的工艺改造。将氢离子交换器内树脂由001×7型改为Dl13型，利用D113树脂工交大、易再生的优点，达到节水降耗的目的，取得了显著的经济效益磁化预处理—纳滤联合软化水将磁化作为纳滤软化过程的预处理措施，使纳滤膜的操作性能得到有效改善。该技术具有简单、安全、能耗小、无二次污染的优点，弥补了当前某些化学法(加抑垢剂、调pH值或化学清洗)或物理法(改变流态)抑垢技术的不足。合理调整运行工况，降低软化水成本在实际生产过程中主要对以下几方面因素进行了调整：严格控制再生剂纯度，对于化验纯度不合格的再生剂不与接收。由于用工业水溶解原盐，因此适当增加工业盐用量。再生过程中再生液采取先稀后浓的方式再生。用浮子流量计严格控制再生液流速适当放宽一级钠离子交换器和氢离子交换器失效控制指标，以便有效利用二级钠离子交换器。超滤作为海水淡化（反渗透）预处理方式能够截留海水中固体悬浮物，胶体和微小细菌，降低淤泥污染指数(SDI)，从而降低了RO膜污染的趋势，且UF出水水质稳定，不受原海水水质变化的影响；②可取代传统预处理工艺中的多个步骤。空间利用率高，与传统预处理工艺相比，可节省约50％的空间161l，且操作工艺简单可靠，管理方便；海水软化过程中超滤颅处理中试实验研究③减少对环境的影响。传统预处理工艺需加入若干化学试剂(如絮凝剂、杀生剂、水质稳定剂、阻垢剂等)，且最终随浓水排放，无论哪种排放方案，或多或少均会对环境产生不利影响；采用UF技术后，化学试剂的使用量将大幅度减少，从而减轻环境压力。水处理技术之消毒《食品加工技术》

按处理方法的性质分：物理方法：格栅过滤、沉淀法、浮选法、离心分离、膜分离法等化学方法：混凝、化学沉淀、中和、萃取、氧化还原、电解等生物方法：好氧、厌氧法污水处理的基本方法按照水质状况及处理后水的去向分：一级处理：机械处理（预处理阶段）二级处理：主体工艺为生化处理（主体）三级处理：控制富营养化和重新回用污水处理基本工艺流程方法：物理处理方法设备：格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、隔油池等构筑物目标污染物：废水中的悬浮物、浮油，初步调整pH值效果：减轻废水的腐化程度。污水的一级处理污水一级处理的工艺调节池格栅沉砂池沉淀池调节池

为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对污水的水量和水质进行调节。酸性污水和碱性污水在调节池内进行混合，可达到中和的目的。短期排出的高温污水也可用调节的办法来平衡水温。格栅平面曲面粗格栅（50~100mm）中格栅（10~40mm）细格栅（3~10mm）人工清除格栅机械清除格栅是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。截留效果取决于缝隙宽度和水的性质。

GF回转式格栅除污机沉砂池1.作用从污水中分离密度较大的无机颗粒，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。2.沉砂池类型平流式（重力式）沉砂池曝气式沉砂池暴气的目的是使水体中获得足够的溶解氧沉淀池沉淀池是利用重力沉降作用将密度比水大的悬浮颗粒从水中去除的处理构筑物。结构（水区、沉淀区、污泥区、缓冲区和出水区）进水区和出水区：使水流均匀地流过沉淀池，避免短流和减少紊流对沉淀产牛的不利影响，同时减少死水区、提高沉淀池的容积利用率沉淀区也称澄清区，即沉淀池的工作区：沉淀颗粒与废水分离的区域污泥区：是污泥贮存、浓缩和排出的区域缓冲区：是分隔沉淀区和污泥区的水层区域，保证已经沉淀的颗粒不因水流搅动而再行浮起。沉淀池和沉砂池的区别沉砂池一般是设在污水处理厂生化构筑物之前的泥水分离的设施。分离的沉淀物质多为颗粒较大的砂子，沉淀物质比重较大，无机成分高，含水量低。污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。沉淀池一般是在生化前或生化后泥水分离的构筑物，多为分离颗粒较细的污泥。在生化之前的称为初沉池，沉淀的污泥无机称为较多，污泥含水率相对于二沉池污泥低些。位于生化之后的沉淀池一般称为二沉池，多为有机污泥，污泥含水率较高。沉淀原理沉淀池是利用水流中悬浮杂质颗粒向下沉淀速度大于水流向下流动速度、或向下沉淀时间小于水流流出沉淀池的时间时能与水流分离的原理实现水的净化。常见的几种沉淀池类型平流式沉淀池竖流式沉淀池幅流式沉淀池斜流式沉淀池废水经一级处理后，一般达不到排放标准（BOD去除率仅25%~40%）。故通常为预处理阶段，以减轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。方法：生物处理方法及某些化学方法目标污染物：废水中的可溶性有机物和部分胶体污染物。效果：通过二级处理后，废水中BOD的去除率可达80%~90%，即BOD含量可低于30mg/L。经二级处理后的水，一般可达到农灌标准和废水排放标准，故二级处理是废水处理的主体。污水的二级处理（生物处理）污水的生物处理就是利用微生物的氧化分解及转化功能，以污水的有机物(少数以无机物)作为微生物的营养物质，采取一定的人工措施，创造一种可控制的环境，通过微生物的代谢作用，使污水中的污染物质被降解、转化，污水得以净化。一、污水的生物处理概述二、污水生物处理分类好氧生物处理厌（兼）氧生物处理好氧生物处理原理：在充分供氧的条件下，利用好氧微生物的生命活动过程，将有机污染物氧化分解成较稳定的无机物的处理方法，在工程上称为污水的好氧生物处理。注意：在污水好氧处理过程中，必须不间断地供给溶解氧。因为氧是有机物的最后氢受体，正是由于这种氢的转移，才使能量释放出来，成为细菌生命活动和合成新细胞物质的能源。要保证污水处理的效果，首先必须有足够数量的微生物，同时，还必须有足够数量的营养物质。好氧生物处理的方法传统活性污泥法氧化沟序批式活性污泥法生物滤池、生物转盘流化床、气提式反应器（BAS）活性污泥法生物膜法活性污泥活性污泥(activesludge)是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。微生物群体主要包括细菌，原生动物和藻类等。其中，细菌和原生动物是主要的二大类。活性污泥主要用来处理污废水。曝气池曝气池（aerationtank）是利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气鼓风曝气又称压缩空气曝气,主要由曝气风机及专用曝气器组成。采用这种方法的曝气池，多为长方形混凝土池，池内用隔墙分为几个单独进水的隔间，每一隔间又分成几条廊道。污水入池后顺次在廊道内流动，至另一端排出。空气是用空气压缩机通过管道输送到设在池底的空气扩散装置，成为气泡弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。扩散装置有多孔管、固定螺旋曝气器、水射器和微孔扩散板等四种不同型式。

机械曝气一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动池内废水，使空气中的氧溶入水中。叶轮装在池内废水表面进行曝气的，称为表面曝气。这种装置通过叶轮的提水作用,促使池内废水不断循环流动,不断更新气液接触面以增大吸氧量。叶轮旋转时在周缘形成水跃，可有效地裹入空气；叶片后侧产生负压，可吸入空气，所以充气效果较好。叶轮浸水深度和转速可以调节，以保证最佳效果。典型的机械曝气池有圆形表面加速曝气池、标准型加速曝气池、IO型加速曝气池和方形加速曝气池等。鼓风曝气和机械曝气两种方法有时也可联用，以提高充氧能力，这适用于有机物浓度较高的污水。曝气原理

曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气中的氧通过曝气传递到水中，氧由气相向液相进行传质转移，这种传质扩散的理论，目前应用较多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论。曝气池一般和沉淀池组成联合工艺流程。设置在曝气池前面的称初次沉淀池，设置在曝气池后面的称为二次沉淀池。生物膜法生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。污水的厌氧生物处理概述厌氧生物处理机理

概述厌氧生物处理是指利用厌氧微生物的代谢过程，在无氧条件下把污水中的有机污染物转化为无机物和少量细胞物质的污水处理方法。厌氧生物处理自身的缺点，主要是：厌氧处理后出水COD、BOD值较高，难以达标（需好氧处理作为后处理）厌氧水力停留时间一般较长，厌氧的启动时间一般也较长受温度等影响大，有恶臭经二级生物处理后，其出水一般含有：BOD30mg/L左右，COD60mg/L左右，NH315-25mg/L，P3-8mg/L，SS30mg/L左右，以及细菌、重金属等，必须经过处理，否则易导致水体富营养化，并对鱼类，农作物、淡水水质及处理成本等带来影响。三级处理的方法包括：砂滤、混凝、微滤、反渗透、电渗析、离子交换、消毒、活性炭吸附、脱氮除磷等。污水的三级处理部分深度处理工艺

一悬浮物的去除1）颗粒粒径：二级出水SS是以1um~1mm的生物絮凝体和未被絮凝的胶体物质。一般通过混凝、砂滤、微滤和反渗透去除。2）混凝沉淀：通过投加混凝剂，并经快速搅拌混凝，慢速搅拌絮凝，使微小颗粒和胶体物质脱稳而凝聚，成为较大颗粒絮体而沉淀去除。二溶解性有机物去除1）活性碳吸附：活性碳具有巨大的表面积和细小的孔隙，能吸附有机物，重金属离子等。2）O3氧化处理：对二级处理水进行以回用为目的的处理，力求去除污水中存在的有机物、色度和杀菌、消毒。三溶解性性无机盐的去除危害：具有腐蚀性，易结垢，SO42－还原产生H2S，造成土地板结和盐碱化。因而出水回用和农用前要求脱盐。脱盐技术：反渗透、电渗析、离子交换。四污水的消毒处理原因：无论什么工艺，出水细菌均会超标，从而带来危害。使用场合：污水农灌、排放水源地上游、旅游景区，以及流行病流行季节。消毒方法：液氯、臭氧、次氯酸钠和紫外线1）液氯消毒原理：Cl2＋H2O→HOCl＋HCl工艺参数：投加量：10mg/L。混合反应：机械搅拌5-15S，鼓风混合0.2m3/m3.min。水力混合：V≥0.6m/s。接触时间：10～30min。要求余氯：≥0.5mg/L（为什么？）。为了抑制水中残存细菌的再度繁殖2）次氯酸钠消毒原理：Cl2＋2NaOH→NaOCl+NaCl+H2ONaOCl+H2O→HOCl＋NaOHHOCl→OCl－+H+接触时间：15min3）二氧化氯消毒原理：CLO2+H2O=HCL+HCLO+O2使用剂量：2～5mg/L接触时间：10～20min原理：O3→O2＋[O]使用剂量：10mg/L接触时间：5～10min，出水消除臭氧。优缺点：03具有和氯一样的杀菌能力，在对付活性病毒时更具优越性，而且能降低水的色度和消除异味，还能为水充氧。4)O3消毒原理：紫外线穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒目的。方法：浸水式和水面式（高压石英水银灯）。照射强度：0.19－0.25W.s/cm2。污水深度：0.65－1.0m。缺点：不能解决消毒后管网的再污染问题，电耗大，水中悬浮杂质和色度对紫外线透射有影响。5）紫外线消毒原废水的特性处理目标（要求的出水水质）流程的稳定性基建投资费用运行维护费用污水处理方法、流程的主要影响因素 污水处理典型工艺流程天然矿泉水加工技术《食品加工技术》一、矿泉水的介绍

天然矿泉水是在特定的地质条件下形成的一种宝贵的地下液态矿产资源，19世纪后半叶，由于生产的发展，饮用矿泉水成为一个新兴的行业。欧洲是世界上开发利用矿泉水最早和最发达的地区，在欧洲许多国家非常盛行饮用矿泉水，法国和意大利生产饮料矿泉水都有100多年的历史。随着改革开放，1980年后我国饮用矿泉水的生产得到了迅速的发展，近年来，我国饮用矿泉水工业发展达到鼎盛时期。我国矿泉水资源丰富，全国已知产地多达3000多处。我国天然饮用矿泉水的基本类型是碳酸水，硅酸水和锶水，比较著名的矿泉水有青岛崂山矿泉水，黑龙江五大连池矿泉水等，至今矿泉水生产企业1000多家，但产量与欧洲相比还有很大的差距。二、矿泉水及其保健作用一）矿泉水中元素矿泉水中含有丰富的无机盐和微量元素，它在水中或人体组织中的含量极少，浓度以每公斤中毫克或微克计算。【钒、铁、锰、锌、铜、硅、锶、硒、锂、碘、钼、钒、氟、铬】二）矿泉水的生理作用1、钙、钾、钠、镁是维持人体正常生理功能所必需的。2、重碳酸盐对促进胃肠道疾患的康复有良好的效果。3、偏硅酸有助于骨的钙化，促进生长发育。4、硅还能保护动脉结构的完整性，降低人类冠心病发病率。5、铁、铜、锌、钴形成的酶及碘形成的甲状腺素均有促进生长发育的作用。三、矿泉水的水源处理

一）水源处理1、水源引水工程A、地下部分B、地表部分二）开采碳酸水时应注意：碳酸水不同于一般地下水，它含有大量的气体成分，数量随压力的改变而改变。

四、矿泉水的加工工艺五、矿泉水生产中常见的质量问题

一）变色1、原因:变绿主要是矿泉水中藻类植物和一些光合细菌引起的，由于这些生物中含有叶绿素，矿泉水在较高温度和有光的条件下贮藏，这些生物利用光合作用进行生长繁殖，从而使水体呈现绿色。变黄是由于管道和生产设备材质产生铁锈引起的。2、防止措施:A、通过有效的过滤和灭菌处理能避免B、采用优质的不锈钢材料或高压聚乙烯二）沉淀

1、原因：在低温贮藏有时会出现白色絮状沉淀，这是正常的，其是由于矿物质在低温下溶解度降低引起的，返回高温就会消失。红黄和褐色沉淀：由铁、锰离子含量高引起的。2、防止措施：A、可以通过过滤去除部分钙、镁的碳酸盐白色沉淀或充入CO2降低矿泉水PH，同时密封，减少CO2逸出，使钙、镁以重碳酸盐形式存在。B、通过防止地表水对矿泉水的污染来预防。三）微生物

1、原因：是水变质的主要方面。2、措施：微生物指标难以控制，需要对整个过程加以控制，除了对矿泉水进行灭菌处理外，还有防止矿泉水水源的污染，需对生产设备进行消毒，同时净化灌装车间，生产人员要保持个人卫生。天然水的分类及其杂质对水质的影响《食品加工技术》发电厂水处理技术图1凝汽式发电厂水汽系统的流程1－锅炉；2－汽轮机；3－发电机；4－凝汽器；5－热水井；6－凝结水泵;7－冷却水泵；8－低压加热器；9－除氧器；10－给水泵；11－高压加热器汽水检测集中取样架天然水的特点化学水处理的水源主要是天然水。地表水和地下水统称天然水。天然水是分布在自然界的含有各种杂质的水体。杂质的分类

在水处理工艺中，我们通常按这些杂质颗粒的大小。将其分成三类：悬浮物、胶体和溶解物质。1、悬浮杂质的成分悬浮物：悬浮物是颗粒粒径约在1um以上的微粒泥土、沙粒和动植物腐败后生成的有机物等不溶性物质。一、悬浮杂质2、悬浮杂质的来源（1）水流对地表、河床的径流冲刷。（2）各种废水、废弃物侵入水体。（3）水生动植物及其死亡残骸的肢解。悬浮杂质最易沉积。3、悬浮杂质的危害：影响锅炉的传热和锅炉水循环，堵塞炉管，造成被迫停炉1、胶体杂质的性质胶体：胶体是颗粒粒径在1nm一0.1um之间的微粒

2、胶体杂质的成分硅、铁、铝等化合物形成的无机胶体和动植物腐败后的腐殖质所形成的有机胶体。二、胶体杂质3、胶体杂质的危害：在受热面上结成水垢，引起锅炉水发泡，汽水共沸溶解物质：

在水中呈真溶液状态的物质有离子和分子，其颗粒粒径不大于1nm。

天然水中的溶解物质大都为离子和一些溶解气体.三、溶解物质1.离子杂质天然水中的离子几乎都是无机盐溶于水中电离形成的。钙离子镁离子钠离子和钾离子铁离子重碳酸根硫酸根氯离子2.气体杂质氧气二氧化碳气硫化氢气发电厂水处理技术天然水通过混凝、沉淀、澄清和过滤等处理，可使水中悬浮物含量降到5mg/L以下。因为他们经常作为水处理工艺第一步，所以习惯上把他们称为水的预处理。经预处理后的水，可根据要求进一步深度处理，采用如离子交换、反渗透、电渗析等。饮用纯净水生产技术《食品加工技术》背景知识先来认识一下什么样的水算是饮用纯净水？根据GB17324-2003《瓶（桶）装饮用纯净水卫生标准》的规定，瓶装饮用纯净水是以符合GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》的水为水源，采用蒸馏法、去离子法或离子交换法、反渗透法及其他适当的加工方法制得的，密封于容器中，不含任何添加物，可直接饮用的水。一、饮用纯净水的质量要求饮用纯净水甘醇爽口、风味与一般饮用水不同，感官指标、理化指标和微生物指标应符合国家标准。电导率是决定饮用纯净水质量的风味的因素，饮用纯净水的电导率一般为1~10μS/cm。（微西门子/厘米）1）感官指标饮用纯净水的感官指标应符合表1-8的规定。2）理化指标饮用纯净水的理化指标应符合表1-19的规定。3）微生物指标饮用纯净水的微生物指标应符合表1-10的规定。二、饮用纯净水的工艺流程生产饮用纯净水时，要根据原水的质量情况来确定合理的纯净水生产工艺流程和使用的生产设备。纯净水的基本生产工艺流程如图1-10所示。三、饮用纯净水的生产工艺要点（一）原水的选择纯净水水源没有矿泉水的眼球严格，但是良好的水源依然是生产优质纯净水的条件。要选用符合国家饮用水标准，而且矿化度低、硬度低、滋味甘美的水源。（二）水的粗滤与精滤将水源进行精滤与粗滤，主要是降低原水的色度和浊度，采用的方法有砂石过滤、深层过滤、活性炭吸附等。具体工艺应视原水的水质特点而定，操作同前述矿泉水的粗滤与精滤。（三）去离子净化（脱盐）目的：去离子净化（脱盐）的目的是脱除水中的盐分，以达到饮用纯净水的要求。与软化的区别：水的软化是指值降低水中Ca2+和Mg2+含量的过程；脱盐是指降低水中的全部阳离子Ca2+、Mg2+

、Na2+和全部阴离子HCO3+、硫酸根、Cl-等过程。生产中常用的去离子净化方法有：蒸馏法，反渗透法、离子交换法、电渗析法这些方法不是单一使用，往往是多种方法组合使用。1.离子交换法概念离子交换法是利用离子交换树脂的交换能力，将原水中不需要的离子交换出来，从而使水得以软化的方法。1）离子交换法软化水的原理先认识一下离子交换法所使用的材料。离子交换树脂是1种具有三维网络结构的多孔高分子化合物，含有许多活动的化学功能图案。离子交换树脂在水中可以解离，如阳离子交换树脂可以解离成R-和H+，阴离子交换树脂可以解离成R+和OH-。工作原理：当原水通过阳离子交换树脂层时，水中阳离子被树脂所吸附，树脂上的H+被置换到水中；水中的阴离子被阴离子交换树脂所吸附，树脂上的OH-被置换到水中，如图1-13所示。

从上述反应可以看出，水中溶解的阴、阳离子被树脂吸附，树脂中的H+和OH-进入水中，从而达到水质软化的目的。2）离子交换树脂的应用特点优点：①离子交换法脱盐率高②经济方便缺点如果原水含盐量过高，会使树脂很快失效，需经常再生，不仅消耗大量酸、碱，而且排出的废酸、废碱会污染环境。

经过几组树脂反复处理，水的硬度和碱度均能得到较好的控制，处理过的水的含盐量可降至5~10mg/L及以下，硬度接近0，pH接近中和。

所以原水在离子交换处理之前，应进行相应的预处理，如混凝、沉淀、过滤等。当含盐量＜500mg/L时比较经济。3）离子交换树脂操作离子交换树脂的操作如下：预处理→装柱→清洗→运行→再生。（1）离子交换树脂的预处理新树脂在生产时往往会混有可溶性低聚物和夹杂在树脂中间的悬浮物质，因此新树脂在使用前必须进行预处理。另外，市售的阳离子交换树脂多为Na型，阴离子交换树脂多为Cl型，使用前要分别用酸、碱处理，将阳离子交换树脂转换为H型，阴离子交换树脂转换为OH型。阳离子交换树脂的预处理：第一步：将新树脂用自来水浸泡12~24h，使树脂充分膨胀，反复用自来水冲洗，去除水中的可溶物，直至洗出水无色为止。第二步：沥干水，加等量7%的HCl溶液浸泡1h，搅拌后去除酸液，用自来水漂洗至洗出水ph3~4后排出余水。第三步：加入等量的80g/L的NaOH溶液浸泡1h左右去除碱液，再用水洗至出水pH为8，倾除余水。第四步最后一步：加入3~5倍量的7%的HCl溶液浸泡2h，使阳离子交换树脂转为H型，去除余水，再用去离子水洗至pH为3~4后即可使用。阳离子交换树脂的预处理：第一步：新的阴离子交换树脂用自来水浸泡，反复洗涤至无色无臭。第二步：加入等量的80g/L的NaOH溶液浸泡1h，并随时搅拌去除碱液。第三步：再通入经H型阳离子交换树脂处理后的水洗至pH8~9后倾除余水。第四步：加入等量的7%的HCl溶液浸泡1h，再用自来水洗涤至pH为3~4。第五步最有一步：加入3~5倍量的80g/L的NaOH溶液浸泡2h，搅拌使阴离子交换树脂转为OH型，去除碱液，用去离子水洗至pH为8~9即可。（2）装柱将交换柱中的油污杂质洗去，用纯水冲洗干净，在柱中先装入半柱水，再将树脂和水一起倒入柱中，切记装柱时保持树脂在水面下，防止树脂间形成气泡，影响交换效率。（3）清洗和运行装柱完成后，先用纯水流过交换柱，初出水弃用，等出水达到要求后，即可通入原水，进行水的软化处理。（4）树脂再生离子交换树脂处理一定量水后，交换能力会下降，通常称为树脂“失效”或“老化”，需要进行再生，其原理可以看作是水处理的逆过程。再生操作时，要控制树脂始终在水面之下。2.电渗析法用处：电渗析技术常用于海水和咸水的淡化，或用自来水来制备初级纯净水。它是膜分离技术的一种。原理：根据同性相斥、异性相吸的原理，原水中的阴、阳离子分别通过，具有选择透过性和良好导电性的阳、阴离子交换膜而达到净化作用的一种技术。其工作原理如图1-15所示。1）电渗析的原理如图1-15所示，在阴、阳两极间交替放置阴膜和阳膜，当原水被充入由两膜所形成的隔室时，在直流电场的作用下，原水中阳离子想阴极移动，通过阳膜却被阴膜阻挡在浓室中，而阴离子向阳极移动，通过阴膜却被阳膜阻挡在浓室中。结果是使浓室中离子浓度增加，而与其相间的淡室离子浓度下降，然后将浓室和淡室中的水汇集导出，使水得以软化。2）电渗析的应用特点电渗析技术具有投资少、脱除效果好、耗电低、可连续处理、操作简单、占地面积小、检修方便等优点，在饮料行业饮用较广。