饮料用水及水处理

1、饮料用水及水处理本章主要解决三个问题：（1）饮料生产用水为什么要处理？ （2）饮料生产用水怎样处理？ （3）处理后的水应达到什么标准？v第一节：软饮料用水的水质要求v第二节：软饮料用水的水处理1.1 饮料用水的水质要求v地表水地表水v地下水地下水v城市自来水城市自来水地 下 水地 表 水自来水1.1.1 水源的分类及其特点地表水地表水来源：地球表面所存积的天然水来源：地球表面所存积的天然水 包括江水、河水、湖水、水库水、池塘水和浅井包括江水、河水、湖水、水库水、池塘水和浅井水等。水等。特点：水量丰富，矿物质含量较少，硬度为特点：水量丰富，矿物质含量较少，硬度为1-1-8mmol/L8mmol/

2、L。但是地表水水质不稳定，受自然因素影。但是地表水水质不稳定，受自然因素影响较大。响较大。污染物：主要有黏土、砂、水草、腐殖质、昆虫、污染物：主要有黏土、砂、水草、腐殖质、昆虫、微生物、无机盐等，有时还会被有害物质微生物、无机盐等，有时还会被有害物质( (如工业如工业废水等废水等) )污染。污染。地下水地下水来源：经过地层的渗透、过滤，进入地层并存积在地层来源：经过地层的渗透、过滤，进入地层并存积在地层中的天然水，主要包括深井水、泉水和自流井水等。中的天然水，主要包括深井水、泉水和自流井水等。特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量较高。特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量较高。地质层

3、是一个自然过滤层，可滤去大部分悬浮物、水地质层是一个自然过滤层，可滤去大部分悬浮物、水草、藻类、微生物等，因此使水质较澄清。此外，地草、藻类、微生物等，因此使水质较澄清。此外，地下深处受气候影响较小。下深处受气候影响较小。污染物：可溶性矿物质，如含污染物：可溶性矿物质，如含CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe3+3+的碳酸的碳酸氢盐，一般含盐量为氢盐，一般含盐量为1001005000 mg/L5000 mg/L。硬度为。硬度为2 210 10 mmol/Lmmol/L，有的高达，有的高达101025mmol/L 25mmol/L 。 城市自来水城市自来水来源：地表水经过适当的水处理工艺

4、，水质达来源：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。到一定要求并贮存在水塔中的水。特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理设备简单，容易处理，一次性投资小；但水处理设备简单，容易处理，一次性投资小；但水价高，经常性费用大。价高，经常性费用大。污染物：污染物：ClCl- -，FeFe3+3+含量及碱度、微生物量。含量及碱度、微生物量。1.1.2 1.1.2 水中杂质对饮料生产的影响水中杂质对饮料生产的影响水处理的目的水处理的目的消除悬浮物、颜色、过高的碱消除悬浮物、颜色、过高的碱度和硬度，脱盐，杀菌。度和硬度，脱盐，杀菌。

5、混凝、絮凝和过滤混凝、絮凝和过滤石灰纯碱、离子石灰纯碱、离子交换、交换、ED或或RO悬浮杂质悬浮杂质胶体胶体溶解性杂质溶解性杂质水的硬度水的硬度v水中离子沉淀肥皂的能力。水中离子沉淀肥皂的能力。v硬脂酸钠硬脂酸钠+ +钙或镁离子钙或镁离子硬脂酸钙或镁硬脂酸钙或镁 ( (肥皂肥皂) () (含量含量) () (沉淀物沉淀物) ) 总硬度总硬度 =碳酸盐硬度碳酸盐硬度 + + 非碳酸盐硬度非碳酸盐硬度 饮料用水的水质，要求硬度小于饮料用水的水质，要求硬度小于?德国度德国度找一找吧？找一找吧？永久性硬度永久性硬度暂时硬度暂时硬度水硬度过大对饮料的影响水硬度过大对饮料的影响v 当水的硬度过大时，会产生

6、碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，对饮当水的硬度过大时，会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，对饮料生产会产生一些不良影响，例如料生产会产生一些不良影响，例如Ca(HC0Ca(HC03 3) )2 2等会与有机酸反应产等会与有机酸反应产生沉淀，影响产品感观品质生沉淀，影响产品感观品质; ;v 非碳酸盐硬度过高时，还会使饮料出现盐味；非碳酸盐硬度过高时，还会使饮料出现盐味；v 另外，在洗瓶时，在浸瓶槽上形成水垢，会增加烧碱的用量。另外，在洗瓶时，在浸瓶槽上形成水垢，会增加烧碱的用量。水的碱度水的碱度v 是指水中能与是指水中能与H H+ +结合的结合的0H0H- -，C0C03 32-2-和和HC0HC03

7、-3-的含量，以的含量，以mmolmmolL L表示。表示。v 水中水中0H0H- -，C0C03 32-2-和和HC0HC03 3- -的总含量为水的总碱度。的总含量为水的总碱度。 v 天然水中通常不含天然水中通常不含0H0H- -，又由于钙、镁碳酸盐的溶解度很小，所以当水，又由于钙、镁碳酸盐的溶解度很小，所以当水中无钠、钾存在时，中无钠、钾存在时，C0C03 32-2-的含量也很小。因此，天然水中以的含量也很小。因此，天然水中以HC0HC03-3-存存在为多，只有在含在为多，只有在含NaNa2 2C0C03 3或或K K2 2C0C03 3的碱性水中，才存在有的碱性水中，才存在有C0C03

8、 32-2-离子。离子。v 天然水中的总碱度通常与该水中的暂时硬度大小相符合。天然水中的总碱度通常与该水中的暂时硬度大小相符合。碱度过大时对饮料生产的影响碱度过大时对饮料生产的影响 和金属离子反应形成水垢，产生不良气味；和金属离子反应形成水垢，产生不良气味； 和饮料中的有机酸反应，改变饮料的糖酸比与风味；和饮料中的有机酸反应，改变饮料的糖酸比与风味； 影响影响COCO2 2的溶入量；的溶入量； 造成饮料酸度下降，使微生物容易在饮料中生存；造成饮料酸度下降，使微生物容易在饮料中生存； 生产果汁型碳酸饮料时，会与果汁中的某些成分发生产果汁型碳酸饮料时，会与果汁中的某些成分发生反应，产生沉淀等。生反

9、应，产生沉淀等。1.1.3 1.1.3 饮料用水的水质要求饮料用水的水质要求v饮料用水，除应符合我国饮料用水，除应符合我国“生话饮用水卫生话饮用水卫生标准生标准(GB57492006)”(GB57492006)”(表表1-5)1-5)外，还应外，还应符合表符合表1-61-6所列的指标。所列的指标。1.2 饮料用水的水处理v 目的：保持水质的稳定性和一致性；目的：保持水质的稳定性和一致性； 除去水中的悬浮物和胶体等杂质；除去水中的悬浮物和胶体等杂质； 去除有机物等，以消除异味和异色；去除有机物等，以消除异味和异色； 降低硬度和含盐量；杀灭微生物；驱除异气。降低硬度和含盐量；杀灭微生物；驱除异气。

10、v 过程：分析水质；选择处理方法和程序；决定工艺设备过程：分析水质；选择处理方法和程序；决定工艺设备v 原则：先易后难；先大后小；原则：先易后难；先大后小； 先不溶后溶解物；先不溶后溶解物； 先过滤后软化消毒。先过滤后软化消毒。 v 一般方法：一般方法：对不符合要求的水质进行改良，称为水处理。对不符合要求的水质进行改良，称为水处理。混凝混凝 沉淀沉淀 过滤过滤 软化软化 消毒消毒1.2.1 1.2.1 混凝沉淀混凝沉淀 自然沉淀自然沉淀水的沉淀水的沉淀加药物混凝沉淀加药物混凝沉淀除去水中较大的不溶性除去水中较大的不溶性悬浮性杂质悬浮性杂质溶解性或悬浮于水中溶解性或悬浮于水中（浑浊、（浑浊、颜色

11、、臭味）颜色、臭味）的细小粒子的细小粒子(胶体胶体)水处理水处理混凝机理胶体在水中保持悬浮不易沉降的原因通过添加混凝剂后，胶体颗粒表面电荷被中和，破坏了胶体稳定性，促使小颗粒变成大颗粒而下降，从而得到澄清。同一种胶体的颗粒带有相同电性的电荷，彼此 排斥，不能结合成大颗粒常用的混凝剂常用的混凝剂常用的有铝盐和铁盐作用机理自身先溶解形成胶体，在与水中杂质作用，以中和或吸附的形式使杂质凝聚成大颗粒而沉淀。铝盐：明矾、硫酸铝、碱式氯化铝。铝盐：明矾、硫酸铝、碱式氯化铝。铁盐：硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁。铁盐：硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁。明矾明矾v明矾是硫酸钾铝，是一种复盐明矾是硫酸钾铝，是一种复盐 K

12、Al(SO4)212H2O或或K2SO4Al2(SO4)324H2Ov在水中在水中A12(SO4)3发生水解作用生成氢氧化铝胶体：发生水解作用生成氢氧化铝胶体： A12(SO4)32A13+3SO42- A13+ H2OAl(OH)2+H+ Al(OH)2+ H2OAl(OH) 2+H+ Al(OH)2+ H2OAl(OH)3+H+AlAl（OHOH）3 3凝聚机理凝聚机理1在近中性的水中，氢氧化铝带正电荷，而天然水中的自然胶体，大多带负电荷，起电性中和的起电性中和的作用作用2氢氧化铝胶体可吸附吸附水中的自然胶体和悬浮物使用时的注意事项使用时的注意事项水的水的pH值值水温水温搅拌搅拌一般要求待

13、处理水的pH为（中性）一般要求水温25-35；刚加入混凝剂时应快速搅拌明矾的加入量：一般为明矾的加入量：一般为0.001-0.02 碱式氯化铝（PAC）或聚合氯化铝， Al2(OH)nCl6-nm 其中：n=1-5，10v碱式氯化铝是一种新型的混凝剂。v为我国多数水处理厂所采用碱式氯化铝碱式氯化铝作用机理作用机理在水中由于羟基的架桥作用而和铝离子生成多核络合物，能使微生物吸附沉淀。带大量正电荷，能有效地吸附水中带有负电荷的胶粒，中和，因而与吸附的污物在一起形成大的聚体而沉淀除去。碱式氯化铝优点碱式氯化铝优点一般用量0.005-0.01%pH值范围为6-8；温度适宜范围20-30从目前发展情况来

14、看，有代替前述明矾和硫酸从目前发展情况来看，有代替前述明矾和硫酸铝而成为主要的无机凝聚剂的趋势。铝而成为主要的无机凝聚剂的趋势。助凝剂助凝剂 v 为了提高混凝的效果，加速沉淀加速沉淀，有时需加入一些辅助药剂，称助凝剂。v 助凝剂本身不起凝聚作用，仅帮助絮凝的形成。v 常用的助凝剂有：活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠钠(CMC)(CMC)及化学合成的高分子助凝剂，包括聚丙烯胺、聚丙及化学合成的高分子助凝剂，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺烯酰胺(PMA)(PMA)、聚丙烯等。、聚丙烯等。v 此外，还有用来调节调节pHpH值的碱、酸、石灰值的碱、酸、石灰等。v 有时水中浑

15、浊度不足，为了加速完成混凝过程，还可以投入黏土。新技术、新产品还在不断的创新发展中新技术、新产品还在不断的创新发展中混凝条件的确定混凝条件的确定v原水的状况，包括水的温度，PH值及其物理、化学性质v混凝剂的性状及添加量v助凝剂的性状及添加量v混凝沉淀的装置v混凝沉淀工艺，包括混凝剂、助凝剂等的添加顺序、搅拌强调及时间等1.2.2 1.2.2 水的过滤水的过滤 过滤是使水中的胶粒、悬浮物被截留在滤层的孔隙中或表面。 过滤的方法适合于混浊度低、污染比较轻的水的处理。阻力截留（滤料表层）重力沉降（滤料深层）接触凝聚（滤料深层）过滤的工艺过程过滤的工艺过程过滤过程过滤冲洗生产清水滤料再生方法反冲1.

16、砂滤池过滤法 无烟煤 细砂 中砂 粗砂 小卵石 大卵石滤料层滤料层垫垫 层层过滤的形式过滤的形式含污能力大，产水能力高防止滤料进入配水系统应用应用2.2.砂滤棒过滤器砂滤棒过滤器 适用于用水量较少，原水中只含少量有机物、细菌及其它杂质。砂滤棒又名砂芯；采用硅藻土和骨灰等可燃性物质，在高温下焙烧，溶化，可燃性物质变为气体逸散，形成直径2-4m的小孔；可达到基本无菌砂芯过滤器的结构砂芯过滤器的结构v外壳：金属铸成锅形的密封容器；v内部：一至数根砂芯。3.3.活性炭过滤（活性炭过滤（PACPAC） 特点v能除去水中的异色、异味；v能除去水中的汞、铅、镉、锌、铁、锰、铬等重金属物质，除去氢化物、硫化物

17、、余氯等高分子有机化合物，除去锶、镭等放射性物质和其它一些致癌物质；v设备体积小，不耗能，效率高。 主要用于除去水中的有机物、余氯、不良气味，降低色度等。实际生产中常把活性炭过滤和砂滤器串联使用实际生产中常把活性炭过滤和砂滤器串联使用4.4.超滤膜过滤（超滤膜过滤（UFUF）基本原理 超滤是通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离的方法。 当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，溶剂及其它小分子溶质透过膜（超滤液），而大分子物质则被截留，使其在原液中的浓度逐渐提高（浓缩液），从而实现大、小分子间的分离、浓缩和净化。1.2.3 1.2.3 硬水软化硬水软化溶解性杂质包括溶解性杂质包括：六种含量大的

18、离子六种含量大的离子：CaCa2+2+、MgMg2+2+、NaNa+ +、HCOHCO3 3- -、SOSO4 4= =、ClCl- -两种含量小的离子两种含量小的离子：FeFe2+ 2+ SiOSiO3 3= = 两种气体两种气体：O O2 2 CO CO2 2 Ca2+、Mg2+含量的总和叫水的硬度； Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、SO4=、Cl-等阴阳离子的总含量叫含盐量。 饮料工业用水处理包含两个内容：第一：只降低水中Ca2+和Mg2+含量的处理，叫水的软化；第二：降低全部阴、阳离子含量的处理，叫水的除盐。石灰软化法原理原理 将生石灰配成石灰乳：将生石灰配成石灰乳： CaO+

19、H CaO+H2 20Ca(0H)0Ca(0H)2 2 将石灰乳加入待处理水中，水中的将石灰乳加入待处理水中，水中的C0C02 2首先形成首先形成CaCOCaCO3 3沉淀沉淀 Ca(OH)Ca(OH)2 2+C0+C02 2CaC0CaC03 3 +H +H2 20 0 之后去除水中的重碳酸钙之后去除水中的重碳酸钙Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 、重碳酸镁、重碳酸镁Mg(HC0Mg(HC03 3) )2 2 ，产生大量的碳酸钙和氢氧化镁沉淀，产生大量的碳酸钙和氢氧化镁沉淀，其反应其反应：vCa(OH)Ca(OH)2 2 +Ca(HC0 +Ca(HC03 3) )2 22CaC02

20、CaC03 3+2H+2H2 20 0vCa(OH)Ca(OH)2 2 +Mg(HC0 +Mg(HC03 3) )2 2Mg(0H)Mg(0H)2 2+CaC0+CaC03 3vCa(OH)Ca(OH)2 2 +MgCO +MgCO3 3CaC0CaC03 3+Mg(OH)+Mg(OH)2 2vCa(0H)Ca(0H)2 2 +2NaHC0 +2NaHC03 3CaC0CaC03 3+Na+Na2 2C0C03 3 +2H +2H2 20 0石灰乳法不仅能除去水中的碳酸盐硬度，还可以除去水中部分铁和硅的化合物。石灰乳法不仅能除去水中的碳酸盐硬度，还可以除去水中部分铁和硅的化合物。离子交换法1.

21、1.过程：过程： 利用离子交换树脂交换离子的能力，将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，使水得到软化的处理方法。2.原理：等电荷反应的过程原理：等电荷反应的过程 反渗透法（反渗透法（Reverse OsmosisReverse Osmosis简称简称RORO）1.1.应用：应用： 海水淡化、海水淡化、 硬水软化、硬水软化、 化工制药领域、化工制药领域、 食品领域（果汁、牛乳、咖啡的浓缩）食品领域（果汁、牛乳、咖啡的浓缩） 造纸工业（有机及无机物的分离）造纸工业（有机及无机物的分离）2.2.基本原理基本原理: : 以半透膜为介质，对被处理水一侧施加压力，以半透膜为介质，对被

22、处理水一侧施加压力，使溶剂穿过半透膜，而达到脱盐的目的使溶剂穿过半透膜，而达到脱盐的目的. .反渗透原理示意图反渗透原理示意图（a）水分子扩散经过半透膜进入浓溶液侧，以平衡溶液的离子强度，在）水分子扩散经过半透膜进入浓溶液侧，以平衡溶液的离子强度，在 平衡点，浓溶平衡点，浓溶液和稀溶液间的高度差对应两侧建的渗透压差。液和稀溶液间的高度差对应两侧建的渗透压差。（b） 施加超过渗透压的压力反向水分子的流动方向，因而定义为反渗透。施加超过渗透压的压力反向水分子的流动方向，因而定义为反渗透。反渗透作用的结果是，使浓溶液变得更浓，稀溶液变得更稀，最终达到脱盐反渗透作用的结果是，使浓溶液变得更浓，稀溶液变得更稀，最终达到脱盐。 电渗析法电渗析法(ED)(ED) (1)工作原理 利用离子在电场下定向迁移现象和离子交换膜的选择透过性达到除盐的效果。 在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一部分水中的大部分离子迁移