第一章--軟飲料用水及水處理

1、軟飲料用水及水處理軟飲料用水及水處理第一章第一章【教學(xué)目標【教學(xué)目標】v了解水源的分類及軟飲料對水質(zhì)的基本要求；了解水源的分類及軟飲料對水質(zhì)的基本要求；v了解水質(zhì)標準的主要指標；了解水質(zhì)標準的主要指標；v掌握水中雜質(zhì)的類型及其對飲料品質(zhì)的影響掌握水中雜質(zhì)的類型及其對飲料品質(zhì)的影響v掌握軟飲料水處理的基本原理和常用方法。掌握軟飲料水處理的基本原理和常用方法。第一章第一章 軟飲料用水及水處理軟飲料用水及水處理一、自然界中水的分類一、自然界中水的分類v1.地表水地表水 surface water 江河水、湖泊水、海洋水、積雪。江河水、湖泊水、海洋水、積雪。特點：特點： 礦物質(zhì)少，硬度低，浮游生物、雜

2、質(zhì)多，水質(zhì)不穩(wěn)定，污染嚴重。礦物質(zhì)少，硬度低，浮游生物、雜質(zhì)多，水質(zhì)不穩(wěn)定，污染嚴重。v2.地下水地下水 ground water 泉水、井水等。泉水、井水等。特點：礦物質(zhì)多，硬度較高，雜質(zhì)少，水質(zhì)澄清，水質(zhì)穩(wěn)定特點：礦物質(zhì)多，硬度較高，雜質(zhì)少，水質(zhì)澄清，水質(zhì)穩(wěn)定 。v3.自來水自來水 tap water 經(jīng)適當(dāng)水處理工藝處理，水質(zhì)達到國家生活飲用水標準的水。經(jīng)適當(dāng)水處理工藝處理，水質(zhì)達到國家生活飲用水標準的水。特點：水質(zhì)好且穩(wěn)定，符合生活飲用水標準；水處理簡單，費用低；水費特點：水質(zhì)好且穩(wěn)定，符合生活飲用水標準；水處理簡單，費用低；水費高；高；Cl-含量高。含量高。 第一章第一章 軟飲料用水

3、及水處理軟飲料用水及水處理二、天然水中的雜質(zhì)二、天然水中的雜質(zhì)1.懸浮物質(zhì)懸浮物質(zhì)直徑大于直徑大于0.2 m的大分子物質(zhì)，如泥砂等無機物、的大分子物質(zhì)，如泥砂等無機物、浮游生物、微生物。造成飲料的渾濁、沉淀、變色。浮游生物、微生物。造成飲料的渾濁、沉淀、變色。2.膠體物質(zhì)膠體物質(zhì)直徑在直徑在0.0010.2 m的大分子有機物、無機物，的大分子有機物、無機物，如黏土和硅酸等無機膠體和腐殖質(zhì)等有機膠體。造成如黏土和硅酸等無機膠體和腐殖質(zhì)等有機膠體。造成水及飲料的渾濁和變色。水及飲料的渾濁和變色。二、天然水中的雜質(zhì)二、天然水中的雜質(zhì)3.溶解物質(zhì)溶解物質(zhì) 粒度小于粒度小于0.001 m的溶解物，包括溶

4、解氣體、溶解鹽的溶解物，包括溶解氣體、溶解鹽類。影響水的硬度、堿度、酸度及水中氣體的含量。類。影響水的硬度、堿度、酸度及水中氣體的含量。 溶解氣體溶解氣體：O2、CO2、H2S、Cl2 、NH3影響飲料風(fēng)影響飲料風(fēng)味和色澤。味和色澤。 溶解鹽類溶解鹽類：Ca、Mg、Na、K 鹽影響硬度和堿度，鹽影響硬度和堿度，OH-、Cl- 影響水的酸度。飲料用水要求硬度影響水的酸度。飲料用水要求硬度A總總時，水中時，水中有有Ca2+、Mg2+的氯化物的氯化物，OH、CO32基本基本不存在，水為非堿性水；不存在，水為非堿性水；當(dāng)當(dāng)H總總A總總H總總A總總A總總0H總總=A總總0H總總=A總總0H總總A總總0H

5、總總A總總H總總 表表1-2 生活飲用水與飲料用水指標標準生活飲用水與飲料用水指標標準指指 標標飲用水飲用水飲料用水飲料用水濁度度濁度度 1 (3) 1色度度色度度 15 5溶解性總固體溶解性總固體mgL-1 1000 500總硬度總硬度(以以CaCO3計計)mgL-1 450 100鐵鐵(以以Fe計計) mgL-1 0.3 0.1高錳酸鉀消耗量高錳酸鉀消耗量(以以O(shè)2計計) mgL-13 1.0總堿度總堿度(以以CaCO3計計)mgL-1 50游離氯游離氯(以以Cl-計計) mgL-10.05 0.005致病菌致病菌不得檢出不得檢出不得檢出不得檢出溴酸鹽溴酸鹽(使用臭氧時使用臭氧時) mgL

6、-1 0.01 0.01甲醛甲醛(使用臭氧時使用臭氧時) mgL-1 0.9 0.9 第一章第一章 軟飲料用水及水處理軟飲料用水及水處理三、水處理三、水處理水處理水處理 對不符合軟飲料用水要求的水進行水質(zhì)改對不符合軟飲料用水要求的水進行水質(zhì)改良的過程。良的過程。目的目的 除去懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)；降低硬度；排除除去懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)；降低硬度；排除水中的氣體；殺滅微生物；使水質(zhì)符合飲料用水標準。水中的氣體；殺滅微生物；使水質(zhì)符合飲料用水標準。處理方法：澄清、過濾、軟化、脫氣、殺菌處理方法：澄清、過濾、軟化、脫氣、殺菌三、水處理三、水處理1、澄清、澄清 通過物理和化學(xué)方法將水中的懸浮物、通過物理和

7、化學(xué)方法將水中的懸浮物、帶電粒子、大分子無機物、砂粒等沉降下來，帶電粒子、大分子無機物、砂粒等沉降下來，獲得澄清透明水質(zhì)的過程。獲得澄清透明水質(zhì)的過程。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鹽類，使水中的細小懸浮物質(zhì)在水中加入某些溶解鹽類，使水中的細小懸浮物質(zhì)或膠體微粒互相吸附結(jié)合成較大顆粒，從水中沉淀下來的過程?；蚰z體微?；ハ辔浇Y(jié)合成較大顆粒，從水中沉淀下來的過程。混凝劑：常用鋁鹽和鐵鹽，如明礬、硫酸鋁、堿式氯化鋁、硫混凝劑：常用鋁鹽和鐵鹽，如明礬、硫酸鋁、堿式氯化鋁、硫酸亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵等。酸亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵等。澄清機理：混凝劑自身溶解形成膠體，再與水中雜

8、質(zhì)作用，以澄清機理：混凝劑自身溶解形成膠體，再與水中雜質(zhì)作用，以電中和或吸附的形式使雜質(zhì)凝聚成大顆粒而沉淀。電中和或吸附的形式使雜質(zhì)凝聚成大顆粒而沉淀。注意事項：注意事項： 注意混凝劑的用量；注意混凝劑的用量； 注意水溫；注意水溫； 注意水注意水的的pH值；值； 注意及時清理沉淀；注意及時清理沉淀；三、水處理三、水處理2、過濾、過濾通過機械方法除去水中的懸浮雜質(zhì)、膠體物質(zhì)、通過機械方法除去水中的懸浮雜質(zhì)、膠體物質(zhì)、水中的異味、顏色、鐵、錳及微生物，獲得品質(zhì)優(yōu)良水中的異味、顏色、鐵、錳及微生物，獲得品質(zhì)優(yōu)良的飲料用水。的飲料用水。過濾方法：過濾方法： 砂濾砂濾 砂濾棒過濾砂濾棒過濾 活性炭過濾活

9、性炭過濾 超濾超濾 反滲透反滲透 圖圖1-1 砂濾棒過濾示意圖砂濾棒過濾示意圖 圖圖1-2 砂濾器過濾示意圖砂濾器過濾示意圖原水原水含雜質(zhì)水含雜質(zhì)水凈化水凈化水凈化水凈化水原水原水小石頭小石頭粗砂粗砂木炭木炭細砂細砂小石頭小石頭棕墊棕墊 圖圖1-3 砂棒過濾器砂棒過濾器圖圖1-4 活性炭過濾器活性炭過濾器 圖圖1-5 反滲透示意圖反滲透示意圖 圖圖1-6 砂濾器過濾示意圖砂濾器過濾示意圖原水原水 凈化水凈化水原水原水原水原水純水純水H2OH2O濃縮水濃縮水濃縮水濃縮水反滲透膜反滲透膜高壓高壓高壓高壓粗砂粗砂細砂細砂 圖圖7 反滲透膜殼反滲透膜殼 膜膜 濾濾 芯芯圖圖1-8 反滲透設(shè)備反滲透設(shè)備

10、(純凈水純凈水)圖圖1-9 超濾示意圖（超濾示意圖（中空纖維膜中空纖維膜）凈化水凈化水 凈化水凈化水原水原水含雜質(zhì)水含雜質(zhì)水圖圖1-10 中空纖維膜超濾設(shè)備中空纖維膜超濾設(shè)備三、水處理三、水處理3 3、軟化、軟化通過物理或化學(xué)方法部分去除引起水硬度的通過物理或化學(xué)方法部分去除引起水硬度的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度，使其達到飲料用水硬度標準。，降低水的硬度，使其達到飲料用水硬度標準。 v暫時硬度暫時硬度 由由Ca、Mg的碳酸氫鹽和碳酸鹽引起，的碳酸氫鹽和碳酸鹽引起，加熱可大部分除去。加熱可大部分除去。 v永久硬度永久硬度 由由Ca、Mg的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等鹽類

11、引起，加熱不能除去。等鹽類引起，加熱不能除去。 三、水處理三、水處理3 3、軟化、軟化v離子交換法離子交換法 用陽離子交換劑將硬水中的用陽離子交換劑將硬水中的Ca2+、Mg2+置換而置換而使水得到軟化。常用陽離子使水得到軟化。常用陽離子為為Na+、H+ 。v電滲析法電滲析法 利用陰陽離子交換膜對水溶液中陰陽離子的選擇利用陰陽離子交換膜對水溶液中陰陽離子的選擇透過性，除去原水中的鹽分和提高其純度，從而降低水質(zhì)硬度并透過性，除去原水中的鹽分和提高其純度，從而降低水質(zhì)硬度并提高水的質(zhì)量。提高水的質(zhì)量。v反滲透反滲透 膜孔徑為膜孔徑為0.00010.001 m，能有效脫除無機鹽、，能有效脫除無機鹽、有

12、機物、膠體、細菌及病毒等。有機物、膠體、細菌及病毒等。 v加熱軟化法、石灰軟化法加熱軟化法、石灰軟化法 圖圖1-11 電滲析示意圖電滲析示意圖 濃鹽水濃鹽水濃鹽水濃鹽水陰極陰極陽極陽極Ca2+Mg2+Na+ 軟化水軟化水陽離子交換膜陽離子交換膜陰離子交換膜陰離子交換膜 Cl- HCO3- SO42-陽離子交換膜陽離子交換膜陰離子交換膜陰離子交換膜Ca2+Mg2+Na+Cl- HCO3- SO42-濃縮室濃縮室濃縮室濃縮室淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室原水原水圖圖1-12 電滲析設(shè)備電滲析設(shè)備 圖圖1-13 離子交換器離子交換器圖圖1-14 反滲透裝置反滲透裝置圖圖1-15 微孔膜過濾器微

13、孔膜過濾器圖圖1-16 膜分離水處理設(shè)備（超濾）膜分離水處理設(shè)備（超濾） 三、水處理三、水處理 4、殺菌（消毒）、殺菌（消毒） 殺滅水中有害微生物。殺滅水中有害微生物。v紫外線滅菌紫外線滅菌 微生物吸收紫外光導(dǎo)致微生物吸收紫外光導(dǎo)致DNA突變、蛋白質(zhì)變性，微生物細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生裂突變、蛋白質(zhì)變性，微生物細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生裂變，最終導(dǎo)致微生物死亡。變，最終導(dǎo)致微生物死亡。只有只有UV(200280nm)波段為殺菌范圍，具有殺菌能力。波段為殺菌范圍，具有殺菌能力。30w紫外燈處理水流量：地下水紫外燈處理水流量：地下水15 t/h，地表水，地表水6 t/h。圖圖1-19 1-19 紫外線殺菌示意圖紫外線殺菌示

14、意圖 紫外燈紫外燈水水紫外燈管紫外燈管石英套管石英套管水水殼體殼體圖圖1-20 紫外線殺菌器紫外線殺菌器 4、殺菌（消毒）、殺菌（消毒）v臭氧滅菌臭氧滅菌 原理：臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧分解出氧原子，氧化破壞微生原理：臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧分解出氧原子，氧化破壞微生物膜的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)殺菌作用。臭氧首先作用于細胞膜，使膜成份受物膜的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)殺菌作用。臭氧首先作用于細胞膜，使膜成份受損傷而導(dǎo)致新陳代謝障礙，繼而穿透膜而破壞膜內(nèi)脂蛋白和脂多損傷而導(dǎo)致新陳代謝障礙，繼而穿透膜而破壞膜內(nèi)脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導(dǎo)致細胞溶解、死亡。糖，改變細胞的通透性，導(dǎo)致細胞溶解、死亡。 3O2 2O3 O3 O2 +

15、 O高壓放電高壓放電v臭氧滅菌臭氧滅菌 參數(shù)選擇參數(shù)選擇 1 1、消毒系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的選擇消毒系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的選擇 臭氧投加量為臭氧投加量為1 15mg/L5mg/L，接觸時間為，接觸時間為 4 410min10min，保持，保持0.10.11mg/L1mg/L剩余臭氧濃度。剩余臭氧濃度。 2 2、主要設(shè)備的選擇主要設(shè)備的選擇 a.a.臭氧發(fā)生器臭氧發(fā)生器 臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量及臭氧投加量來確定。臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量及臭氧投加量來確定。 W = 0.001W = 0.001Q QP P W- W- 臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量(g/h(g/h） Q- Q- 設(shè)計水量（設(shè)計水

16、量（L/hL/h） P P- - 臭氧投加量臭氧投加量，一般為，一般為1 15 mg/L 0.0015 mg/L 0.001- - 單位換算系數(shù)單位換算系數(shù) b.b.接觸氧化罐接觸氧化罐 接觸氧化罐的尺寸應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量及流速來確定。接觸氧化罐的尺寸應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量及流速來確定。 S = Q / V S = Q / V S- S- 罐體截面積（罐體截面積（m m2 2） V- V- 流速流速, ,一般為一般為8 810m/h 10m/h Q- Q- 罐體直徑（罐體直徑（m m） c.c.罐體高度的確定罐體高度的確定 H = H = V Vt t + 0.2 + 0.2 H- H- 罐體高度（罐體高

17、度（m m） t- t- 接觸時間接觸時間，一般為，一般為4 410min 10min 0.2 - 0.2 - 布水空間高度（布水空間高度（m m） 圖圖1-21 臭氧發(fā)生器臭氧發(fā)生器 臭氧混合塔臭氧混合塔 4、殺菌（消毒）、殺菌（消毒）v反滲透除菌反滲透除菌 反滲透膜截留范圍反滲透膜截留范圍0.0001 m0.001 m，截留高分子、病毒、，截留高分子、病毒、細菌、膠體、懸浮物、無機鹽、糖、蛋白質(zhì)。細菌、膠體、懸浮物、無機鹽、糖、蛋白質(zhì)。 v超濾除菌超濾除菌 0.0010.1 m的超濾膜能有效去除水中細菌等微生物，壓力的超濾膜能有效去除水中細菌等微生物，壓力0.31.0MPa。v氯消毒氯消毒

18、NaClO、Ca(ClO)2在水中生成在水中生成HClO而起到殺菌作用?？捎糜诙鸬綒⒕饔?。可用于設(shè)備和其他用水消毒設(shè)備和其他用水消毒。四、水質(zhì)標準主要指標四、水質(zhì)標準主要指標1、色度、色度 是對天然水或處理后的各種水進行顏色定量測定時的指標。是對天然水或處理后的各種水進行顏色定量測定時的指標。 1度度1L水中含有水中含有1mg鉑（鉑（Pt）時所產(chǎn)生的顏色。）時所產(chǎn)生的顏色。 飲料用水色度飲料用水色度 5。2、濁度、濁度 表示水中懸浮物對光線透過時發(fā)生的阻礙程度。表示水中懸浮物對光線透過時發(fā)生的阻礙程度。 1度度 指指1L 蒸餾水中含有蒸餾水中含有1mg SiO2時的濁度。時的濁度。 飲料用

19、水濁度飲料用水濁度1。3、堿度、堿度 由由CO32-、HCO32-、OH- 引起，高的堿度會中和飲料引起，高的堿度會中和飲料 中的酸，改變飲料風(fēng)味。中的酸，改變飲料風(fēng)味。 軟飲料用水總堿度軟飲料用水總堿度CaCO3 50 mg/L。4、硬度、硬度 由由Ca2+、Mg2+引起，硬度過高使飲料產(chǎn)生沉淀，設(shè)備引起，硬度過高使飲料產(chǎn)生沉淀，設(shè)備 產(chǎn)生水垢，飲料用水總硬度產(chǎn)生水垢，飲料用水總硬度 100mg/L(CaCO3計計)。 四、水質(zhì)標準主要指標四、水質(zhì)標準主要指標5、臭氣與異味、臭氣與異味 無機物的腥臭、腐敗臭、碳氫化合物臭、硫無機物的腥臭、腐敗臭、碳氫化合物臭、硫 磺或氯臭，影響飲料香氣和滋味

20、。飲料用水磺或氯臭，影響飲料香氣和滋味。飲料用水 要求無臭無味。要求無臭無味。6、微生物、微生物 影響飲料風(fēng)味并導(dǎo)致其敗壞、產(chǎn)生污垢，縮短保影響飲料風(fēng)味并導(dǎo)致其敗壞、產(chǎn)生污垢，縮短保 質(zhì)期。大腸桿菌質(zhì)期。大腸桿菌3個個/L，細菌總數(shù)，細菌總數(shù)100個個/L，致，致 病菌不得檢出。病菌不得檢出。7、Fe、Mn含量含量 含量過高飲料產(chǎn)生沉淀、褪色現(xiàn)象。含量均含量過高飲料產(chǎn)生沉淀、褪色現(xiàn)象。含量均 小于小于0.1mg/L。8、氧氣、氧氣 O2使飲料色澤、風(fēng)味發(fā)生變化。可脫氣處理。使飲料色澤、風(fēng)味發(fā)生變化?？擅摎馓幚?。 第一章第一章 軟飲料用水及水處理軟飲料用水及水處理 五、水處理方案的確定五、水處理方案的確定首先對飲料生產(chǎn)用水進行采樣、檢驗，取得水質(zhì)檢驗報告。首先對飲料生產(chǎn)用水進行采樣、檢驗，取得水質(zhì)檢驗報告。根據(jù)飲料生產(chǎn)種類，明確不同飲料對水質(zhì)的特殊要求。根據(jù)飲料生產(chǎn)種類，明確不同飲料對水質(zhì)的特殊要求。根據(jù)原水質(zhì)量和水質(zhì)要求的不同，選用不同的水處理方案。根據(jù)原水質(zhì)量和水質(zhì)要求的不同，選用不同的水處理方案。五、水處理方案的確定五、水處理方案的確定 1、不進行軟