第一章 软饮料用水及水处理讲解

来自1.1 水源的分类及其特点
水源的来源不同分地表水、地下水、城市自来水三种。 ① 地表水 a. 定义：地表存积的天然水 b. 包括：江河水、湖水、池溏水、水库水、浅井水。 c. 特点： d. 结论：地表水制作饮料要慎重，无把握保证水质较好的情况下不使 用地表水。 ② 地下水： a. 定义：是经过地层的渗透、过滤，进入地层并存积在地层中的天然 水，存在于土壤和岩层中。 b. 包括：深井水，泉水和自流井水等。 c. 分类：潜水、承压水、泉水 d. 地下水的质特点： e. 结论：硬度不到1mmol/L时，是制作饮料的最理想用水。 ③ 城市自来水 a. 定义：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。 b. 包括： c. 结论： 可以做饮料用水。
②（M用g(HCCa(OO3H) 2)和2 除CO去2气水体中,化的学重反碳应：酸 钙 Ca(HCO3)2 ， 重 碳 酸 镁
<3> 从上化学反应式可以看出：两个问题
<4> 石灰添加量的计算:G＝56D×(HCa＋HMg ＋CO2 ＋0.175） K×103
<5> 石灰软化的设备：
<6> 石灰软化法不适于非碳酸盐较高的水的处理
④ 其他过滤装置
钛棒过滤器 化学纤维蜂房式过滤器
大孔离子吸咐树脂过滤
活性炭过滤装置
钛棒过滤器
蜂房虑芯是由纺织纤维纱精密缠绕在多孔骨架上。控制滤层缠绕密度及 滤孔形状而制成不同过滤精度的滤芯。
壳体采用优质不锈钢制作而成，滤芯采用成型的滤材（聚丙烯纤维熔喷或线绕蜂 房），在压力的作用下，使原液通过滤材，滤渣留在滤材上，滤液透过滤材流出， 能有效去除水中杂质、沉淀物和悬浮物、细菌,从而达到过滤的目的
① 阻力截留
② 重力沉降
③ 接触凝聚
石英砂
2.2 水的过滤
2、过滤的工艺过程
过滤
反冲
由上面两个过程组成。
3、过滤的形式
有6种主要的形式
① 池式过滤（砂过滤）
a. 概念：级配、垫层、冲洗、孔隙率（
）
b. 滤料的选择：选择要求
c. 滤料层的结构：要求、三种结构特点
d. 垫层：要求
e. 冲洗：目的、冲洗强度
2.3 硬水软化 2、离子交换法 <3> 离子交换树脂的分类和性能
① 分类：
a. 按所带功能基团的性质，将离子交换树脂分为阴 离子交换树脂和阳离子交换树脂。
b. 酸性交换基团交换阳离子，其由解离能力又分强 酸性、中酸性、弱酸性三种，此种交换树脂称阳离子 交换树脂。
a. 离子交换树脂在水中是解离的：
b. 当原水中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子则出现：
RSO3-H+ + Na+
RSO3- Na+ + H+
c. 当原水中含有SO42-、CL-、HCO3-、HsiO3-等阴离子，则出现：
R三N+OH- + CL-
R三CL + OH-
d. 从b、c反应看出：水中溶解的阴阳离子被树脂所吸附，离子 交换树脂中的H+和OH-进入水中，从而达到水质软化的目的。
原水状况 混凝剂的性质与添加量 助凝剂的性质与添加量 混凝沉淀的装置 混凝沉淀的工艺
2.2 水的过滤 1、原理
原水通过粒状滤料层时，其中一些悬浮物和胶体物 质被截留在孔隙中或介质表面上，这种通过粒状介质 层分离不溶性杂质的方法称之为过滤。
滤料：砂粒、石头、活性炭、物理化学合成物质等 等。
过滤是由阻力截留、重力沉降和接触凝聚等一系列 过程的综合组合，在同一过滤系统同时发生。
滤料层的结构及孔隙变化
工作原理示意图
双仓机械过滤器
压力式过滤器
2.2 水的过滤
3、过滤的形式 ② 砂滤棒过滤器
a. 原理： 砂滤棒又称之为砂芯，是雪松细微颗粒的硅藻土
和骨灰等可燃性物质在高温下焙烧、熔化制成的。
制作过程中，可燃性物质变为气体逸散，形成直 径r为0.16-0.41um的小孔，当处理水在外压的作用下通 过砂滤棒的微小孔隙时，水中的少量有机物及微生物 被微孔截留在砂滤棒表面，滤出的水达到基本无菌。
b. 结构： c. 适用范围：
d. 使用时注意：
砂滤棒过滤器
2.2 水的过滤
3、过滤的形式
③ 活性炭过滤
a. 原理：活性炭是一种多孔性物质，具有很强的吸附能力， 能吸附水中的气体、臭味、氯离子、有机物、细菌及铁、锰等 杂质，可将水中有机物除去90%以上。 b.清洗：活性炭使用过一段时间后，由于截污过多，活性炭表 面及内部的微孔被水中的杂质堵塞，活性丧失，压降增大，出 水水质变差，应及时反冲洗与再生。 c.反冲洗的操作步骤: 四步
1.2 水中杂质对饮料生产的影响 3、水中杂质及对饮料品质的影响
悬浮物
微生物—繁殖迅速，影响卫生，有致病的和对人体无害的 藻类及原生动物—产生臭味，色度和混浊，影响卫生 泥砂、粘土—使水质混浊。 其它不溶物质。
胶体物质 溶液胶—如硅酸盐 高分子有机物—如腐植质
溶解物质
盐类
钙、镁盐 钠盐 铁盐 锰盐
c. 碳酸盐碱度：
d.重碳酸盐碱度：
e. 总碱度：
② 水碱度对饮料质量的影响
a. 天然水中不含OH-
b.碱度过大对饮料生产的不良影响：
d. 结论：碱度过高的水不适宜于饮料生产用水。
③ 天然水中碱度和硬度的关系
·总碱度>总硬度，A总>H总，水冲有OH-、CO32-,属碱性水，暂时硬水
·总碱度<总硬度,A总< 硬水
优良水 [Ca2+]
+[Mg2+] >45PPM
1.2 水中杂质对饮料生产的影响
5、水的碱度（）
① 概念：
a示. 。水的碱度：是指水中能与H+结合的OH-、CO32-和HCO3-的含量，以m moL/L表
碱度是指溶解在水中并能与强酸反应的盐类浓度，主要是碱土金属的碳酸盐、 重碳酸盐和氢氧化物，其次是碱土金属同硼酸、磷酸、硅酸等形成盐类。因此， 碱度取决于天然水中与H+结合的OH-、CO32-和HCO3-的含量。 b. 氢氧化物碱度：
气体 O2 Cl2 CO2 H2S
其它有机物质
1.2 水中杂质对饮料生产的影响
4、水的硬度 ① 概念：
a. 水的硬度是指水中离子沉淀肥皂的能力。 一般工业用水都把水的“硬度”作为一个重要
的指标，水的硬度的大小，通常指水中Ca++， Mg ++ 盐类含量的多少。
b. 暂时硬度： c. 永久硬度：
d. 总硬度＝[Ca++] ／40.08＋ [Mg ++] ／ 24.3 (单位：mmol/L)
1.2 水中杂质对饮料生产的影响 1、水中杂质的来源 ① CO2、H2S、尘埃等溶于降水中 ② 矿物质溶入地表水 ③ 水生生物的代谢产物和分解产物 ④ 工业废水、生活废水排入。 2、杂质的分类 ① 悬浮物质：粒度>200nm ② 胶体物质：大小在1-200nm之间 ③ 溶解物质：微粒<1nm以下。
石灰软化处理水的过程原理
石灰软化设备：加速澄清池
2.3 硬水软化
2、离子交换法
<1> 定义：
离子交换法是利用离子交换树脂交换离子的能力，按水处
理的要求将原水中所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，使水得到软化的水处理方法。
离子交换剂分为三类
<2> 离子交换树脂软化水的原理：
水的改良和处理方法的选择是极为复杂的， 首先要对水质进行精密分析，了解水中杂质的 种类、状态，其次确定用水量，工厂条件，经 济合理性等，最后确定水处理选用的工艺、设 备等，即通过采用多种方法、综合处理使水变 的符合要求
通常水的处理过程
去除水中悬浮杂质
混凝 沉淀 过滤
去除水中溶解杂质
硬水软化
除盐
水的消毒
定义：混凝是指在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小悬浮或胶体微粒互相吸附 结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程，这些溶解盐类称为混凝剂。
② 混凝剂：
a. 混凝剂有两大类，即铝盐和铁盐： b. 作用是： c.混凝剂作用特点：明矾、白矾、碱式氯化铝、绿矾 ③ 助凝剂
a. 概念：用于提高混凝的效果，加速沉淀而加入的辅助药剂，助凝剂本身不起凝聚 作用，仅帮助絮凝的形成。
氯消毒 紫外线消毒 臭氧消毒
电渗析 反渗透 离子交换
水处理的目的
① 保持水质的稳定性和一致性 ② 去除水中的悬浮物及胶体等杂质 ③ 去除有机物，以消除异臭，异味和脱色 ④ 将水的碱度降至规定的限度以下 ⑤ 去除微生物，使微生物指标符合GB5749标 准 ⑥ 去除水中Fe, Mn等化合物和溶解于水中的气 体
2.3 硬水软化
1、石灰软化法
<1> 定义：
在水中加入石灰等化学药剂，在不加热的条件下除去Ca2+， Mg2+降低水的硬度，达到水质软化的目的。
和含石盐灰量软。化法可除去水中CO2，大部分的碳酸盐硬度，降低碱度
<2> 与石灰软化有关的反应
① 将生石灰CaO配制成石灰乳： CaO＋H2O
Ca(OH)2
e. 德国度（ºd）与其它单位： f. 水的硬度通用单位是mmol/L或ºd （德国度）
1.2 水中杂质对饮料生产的影响
4、水的硬度（） ② 水硬度对饮料质量的影响
严格地说，水的硬度是指溶解在水里的碱 金属钙、镁、锶、钡盐的总量。在水中经常出 现的是钙盐和镁盐，它们是硬度指标的基础。
这里介绍水中常见的无机盐、离子其对饮 料质量的影响
b. 常用的助凝剂： c. 聚丙烯酰胺助凝机制
2.1 混凝沉淀 2、混凝条件的确定