第一章--软饮料用水及水处理.ppt

软饮料用水及水处理第一章,【教学目标】,了解水源的分类及软饮料对水质的基本要求；了解水质标准的主要指标；掌握水中杂质的类型及其对饮料品质的影响掌握软饮料水处理的基本原理和常用方法。,第一章软饮料用水及水处理,一、自然界中水的分类1.地表水surfacewater江河水、湖泊水、海洋水、积雪。特点：矿物质少，硬度低，浮游生物、杂质多，水质不稳定，污染严重。2.地下水groundwater泉水、井水等。特点：矿物质多，硬度较高，杂质少，水质澄清，水质稳定。3.自来水tapwater经适当水处理工艺处理，水质达到国家生活饮用水标准的水。特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理简单，费用低；水费高；Cl-含量高。,第一章软饮料用水及水处理,二、天然水中的杂质1.悬浮物质直径大于0.2m的大分子物质，如泥砂等无机物、浮游生物、微生物。造成饮料的浑浊、沉淀、变色。2.胶体物质直径在0.0010.2m的大分子有机物、无机物，如黏土和硅酸等无机胶体和腐殖质等有机胶体。造成水及饮料的浑浊和变色。,二、天然水中的杂质,3.溶解物质粒度小于0.001m的溶解物，包括溶解气体、溶解盐类。影响水的硬度、碱度、酸度及水中气体的含量。溶解气体：O2、CO2、H2S、Cl2、NH3影响饮料风味和色泽。溶解盐类：Ca、Mg、Na、K盐影响硬度和碱度，OH-、Cl-影响水的酸度。饮料用水要求硬度A总时，水中有Ca2+、Mg2+的氯化物，OH、CO32基本不存在，水为非碱性水；当H总A总时，水中有OH、CO32，水为碱性水；当H总=A总时，水中只有Ca2+、Mg2+的碳酸氢盐。,表1-2生活饮用水与饮料用水指标标准,第一章软饮料用水及水处理,三、水处理水处理对不符合软饮料用水要求的水进行水质改良的过程。目的除去悬浮物质和胶体物质；降低硬度；排除水中的气体；杀灭微生物；使水质符合饮料用水标准。处理方法：澄清、过滤、软化、脱气、杀菌,三、水处理,1、澄清通过物理和化学方法将水中的悬浮物、带电粒子、大分子无机物、砂粒等沉降下来，获得澄清透明水质的过程。,1、澄清,混凝澄清混凝在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小悬浮物质或胶体微粒互相吸附结合成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。混凝剂：常用铝盐和铁盐，如明矾、硫酸铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、氯化铁、硫酸铁等。澄清机理：混凝剂自身溶解形成胶体，再与水中杂质作用，以电中和或吸附的形式使杂质凝聚成大颗粒而沉淀。注意事项：注意混凝剂的用量；注意水温；注意水的pH值；注意及时清理沉淀；,三、水处理,2、过滤通过机械方法除去水中的悬浮杂质、胶体物质、水中的异味、颜色、铁、锰及微生物，获得品质优良的饮料用水。过滤方法：砂滤砂滤棒过滤活性炭过滤超滤反渗透,图1-1砂滤棒过滤示意图图1-2砂滤器过滤示意图,图1-3砂棒过滤器,图1-4活性炭过滤器,图1-5反渗透示意图图1-6砂滤器过滤示意图,原水,净化水,粗砂,细砂,图7反渗透膜壳膜滤芯,图1-8反渗透设备(纯净水),图1-9超滤示意图（中空纤维膜）,图1-10中空纤维膜超滤设备,三、水处理3、软化通过物理或化学方法部分去除引起水硬度的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度，使其达到饮料用水硬度标准。暂时硬度由Ca、Mg的碳酸氢盐和碳酸盐引起，加热可大部分除去。永久硬度由Ca、Mg的氯化物、硫酸盐、硝酸盐等盐类引起，加热不能除去。,三、水处理3、软化离子交换法用阳离子交换剂将硬水中的Ca2+、Mg2+置换而使水得到软化。常用阳离子为Na+、H+。电渗析法利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子的选择透过性，除去原水中的盐分和提高其纯度，从而降低水质硬度并提高水的质量。反渗透膜孔径为0.00010.001m，能有效脱除无机盐、有机物、胶体、细菌及病毒等。加热软化法、石灰软化法,图1-11电渗析示意图,浓盐水,浓盐水,阴极,阳极,Ca2+Mg2+Na+,软化水,阳离子交换膜,阴离子交换膜,Cl-HCO3-SO42-,阳离子交换膜,阴离子交换膜,Ca2+Mg2+Na+,Cl-HCO3-SO42-,浓缩室,浓缩室,淡化室,淡化室,淡化室,原水,图1-12电渗析设备,图1-13离子交换器,图1-14反渗透装置,图1-15微孔膜过滤器,图1-16膜分离水处理设备（超滤）,三、水处理4、杀菌（消毒）杀灭水中有害微生物。,紫外线灭菌微生物吸收紫外光导致DNA突变、蛋白质变性，微生物细胞结构发生裂变，最终导致微生物死亡。只有UV(200280nm)波段为杀菌范围，具有杀菌能力。30w紫外灯处理水流量：地下水15t/h，地表水6t/h。图1-19紫外线杀菌示意图,图1-20紫外线杀菌器,4、杀菌（消毒）,臭氧灭菌原理：臭氧发生器产生的臭氧分解出氧原子，氧化破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，使膜成份受损伤而导致新陈代谢障碍，继而穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。3O22O3O3O2+O,臭氧灭菌参数选择1、消毒系统设计参数的选择臭氧投加量为15mg/L，接触时间为410min，保持0.11mg/L剩余臭氧浓度。2、主要设备的选择a.臭氧发生器臭氧发生器的产量应根据设计流量及臭氧投加量来确定。W=0.001QPW-臭氧发生器的产量(g/h）Q-设计水量（L/h）P-臭氧投加量，一般为15mg/L0.001-单位换算系数b.接触氧化罐接触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确定。S=Q/VS-罐体截面积（m2）V-流速,一般为810m/hQ-罐体直径（m）c.罐体高度的确定H=Vt+0.2H-罐体高度（m）t-接触时间，一般为410min0.2-布水空间高度（m）,图1-21臭氧发生器臭氧混合塔,4、杀菌（消毒）,反渗透除菌反渗透膜截留范围0.0001m0.001m，截留高分子、病毒、细菌、胶体、悬浮物、无机盐、糖、蛋白质。超滤除菌0.0010.1m的超滤膜能有效去除水中细菌等微生物，压力0.31.0MPa。氯消毒NaClO、Ca(ClO)2在水中生成HClO而起到杀菌作用。可用于设备和其他用水消毒。,四、水质标准主要指标,1、色度是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定时的指标。1度1L水中含有1mg铂（Pt）时所产生的颜色。饮料用水色度5。2、浊度表示水中悬浮物对光线透过时发生的阻碍程度。1度指1L蒸馏水中含有1mgSiO2时的浊度。饮料用水浊度1。3、碱度由CO32-、HCO32-、OH-引起，高的碱度会中和饮料中的酸，改变饮料风味。软饮料用水总碱度CaCO350mg/L。4、硬度由Ca2+、Mg2+引起，硬度过高使饮料产生沉淀，设备产生水垢，饮料用水总硬度100mg/L(CaCO3计)。,四、水质标准主要指标,5、臭气与异味无机物的腥臭、腐败臭、碳氢化合物臭、硫磺或氯臭，影响饮料香气和滋味。饮料用水要求无臭无味。6、微生物影响饮料风味并导致其败坏、产生污垢，缩短保质期。大肠杆菌3个/L，细菌总数100个/L，致病菌不得检出。7、Fe、Mn含量含量过高饮料产生沉淀、褪色现象。含量均小于0.1mg/L。8、氧气O2使饮料色泽、风味发生变化。可脱气处理。,第一章软饮料用水及水处理五、水处理方案的确定,首先对饮料生产用水进行采样、检验，取得水质检验报告。根据饮料生产种类，明确不同饮料对水质的特殊要求。根据原水质量和水质要求的不同，选用不同的水处理方案。,五、水处理方案的确定1、不进行软化的水处理方案,（1）过滤紫外线或臭氧杀菌（矿泉水）（2）预氯化凝聚沉淀过滤终氯化（3）预氯化凝聚沉淀过滤活性炭过滤臭氧或氯化,五、水处理方案的确定2、进行软化的水处理方案,（1）阳离子交换阴离子交换脱气（2）预处理电渗析离子交换消毒(纯水制造)（3）砂滤阳离子交换微滤反渗透(超滤)氯化活性炭过滤（4）预处理微滤反渗透（超滤）阳离子交换除CO2_阴离子交换紫外线杀菌,六、常用水