第一章 水处理及瓶装水的生产

NH2Cl + HOCl→→NHCl2+H2O
生成氯胺： 或 漂白粉 NH3 + 3HOCl→→NCl3 + 3H2O NH2Cl + 2HOCl→→NCl3 + 2H2O 2CaOCl2 + 2H2O→→ 2Ca(OH) + 2HOCl + CaCl2
第二节 水的预处理
（二）臭氧消毒 利用臭氧分解产生的原子 氧（强氧化剂）与水中的 细菌及其他微生物或有机 物作用，使其失活
第二节 水的预处理
2、石灰---纯碱软化处理 适用于总硬度大于总碱度的水。
反应原理 MgSO4 + Ca(OH)2 →→→ Mg(OH)2 ↓ + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2→→→ Mg(OH)2↓ + CaCl2 CaSO4 + Na2CO3 →→→ CaCO3↓ + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 →→→ CaCO3 ↓ + 2NaCl2
适用于碳酸盐硬度较高、非 碳酸盐硬度较低的水；不要 求高度软化的水。
1、石灰软化
第二节 水的预处理
有关化学反应
石灰的消化： CaO +H2O →→→→ Ca(OH)2↓
用石灰除去水中的Ca2+ , Mg2+ , CO2 CO2 + Ca(OH)2→→→ CaCO3 ↓+ H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 →→→ 2CaCO3 ↓ + 2H2O Mg(HCO3)2 +Ca(OH)2→→→ Mg(OH)2 ↓ + CaCO3↓ (a) (b) (c)

第三节 瓶装水的生产
纯净水的定 义




以符合生活饮用水卫生标准的水为原料 通过适当的加工方法制得 密封于容器中 不含任何添加物 可直接饮用
2、天然矿泉水分类
按化学成分分 前苏联分类体系 日本、德国分类体系
碳酸氢盐型，氯化物 型， 硫酸盐型 ，成分 复杂的矿泉 ，含有生 物离子的矿泉 ，含气 体的矿泉水
2、地下水 3、城市自来水
硬度较高 ，水质较清，很 少含有泥沙，悬浮物和细菌
二、天然水中的杂质
第一节
三、水的硬度
水源与水质
水中离子沉淀肥皂的能 力，一般指水中Ca2+、 Mg2+盐类的含量 主要成分是钙和镁的碳 酸氢盐，其次是钙、镁 的碳酸盐，这些盐类经 煮沸后分解成溶解度很 小的碳酸盐 ，硬度大部 分可除去。
单纯温泉、碳酸泉、重碳 酸土类泉、重碳酸钠泉、 食盐泉、硫酸盐泉、铁泉、 明矾泉、硫磺泉、硫化氢 泉、酸性泉、碘泉、砷泉、 放射能泉
按温度分类
冷泉：＜20 ℃，低温泉：20～37 ℃ 温泉：37～42℃，热泉： ＞42℃
第三节
瓶装水的生产
按泉涌形式分类
阳树脂：7% HCl泡1h→冲洗→沥干→8%NaOH泡 1小时→冲洗→沥干→3～5倍7% HCl浸泡2个小 时 阴树脂：8% NaOH浸泡1小时→冲洗→沥干→7% HCl浸泡1小时→冲洗→沥干→用3～5倍8%NaOH 浸泡2小时

第二节 水的预处理
树脂的再生 方法 阳树脂：反冲→ 2～3倍7%HCl浸泡→去离子水 （复床处理）冲洗→ pH值达到3～4之间 阴树脂：反冲→ 3～5倍8%NaOH浸泡 →去离子水 （复床处理）冲洗→pH值达8～9之间。 再生液适当加温（≯50℃）效果更好
第二节 水的预处理
三、水的消毒 （一） 氯消毒 1、原理 氯在水中反应： Cl2 + H2O→→ HOCl + HCl HOCl →→ H+ + OClHOCl是一个中性分子，可以扩散到带负电的细菌的表面， 并穿过细菌的细胞膜进入细菌内部。HOCl进入细菌内部后， 由于氯原子的氧化作用，破坏了细菌的某些酶系统，导致 细菌死亡，而OCl-由于本身带负电，不能靠近带负电的细 菌，所以其消毒作用也远弱于次氯酸
第二节 水的预处理
（二）过滤 1、砂石过滤
过滤原理
阻力截留 重力沉降 接触凝聚
工艺过程
过滤
冲洗
第二节 水的预处理
过滤系统 滤料的选择 足够的化学稳定性，过滤时不溶于水，不产生有害有毒 物质 足够的机械强度 通过滤料重量 适宜的级配和足够的孔隙率 80%的筛孔径
K=
不均匀 系数
D80 D10
饮料用水水质要求硬度小于8.5度,否则会产生碳酸钙沉淀和有机 酸钙盐沉淀,影响产品口味及质量。
第一节
四、水的碱度
水源与水质
天然水中能与H+ 结合的OH－，CO22和HCO-3的含量，用mmol / L表示 。
天然水中通常仅存在HCO-3
第一节
水源与水质
天然水中碱度和硬度的关系 分析结果
H总 ＞ A总 H总 = A总 H总＜A总
第二节 水的预处理
石灰的添加量
可通过计算确定。

根据经验,每降低1m3水中暂时硬度1度，需 加纯CaO 10g，每降低1m3 水中CO2 的浓度 为1mg/L时，需加纯CaO 1.75g。
第二节 水的预处理
石灰软化后的水质
暂时硬度大部分被除掉，残余暂时硬度↓至 0.2～0.4毫摩尔/升, 残余碱度↓至0.4～0.6 毫摩 尔/升,有机物除去25%,硅酸化合物↓30～35% , 原水中铁残留量< 0.1毫克/升。
H 非碳
H总 － A总 0 0
硬度 （mmol/L） H碳 H负
A总 H总 ＝ A总 H总 0 0 A总 － H总
H负: 表示水的负硬度,主要含有NaHCO3、KHCO3、 Na2CO3、 K2CO3
第二节 水的预处理
一、水中悬浮杂质的去除 （一）混凝与沉降 混凝
在水中加入某些盐类，使水中 细小悬浮或胶体物质互相吸附， 从水中沉淀下来的过程。
影响紫外线杀菌效果的因素
灯管周围介质的温度。 处理水量影响。 照射半径、时间的影响。

第三节 瓶装水的生产
一、天然矿泉水和纯净水的定义和分类 1、定义
天然矿泉水的定义
水中含有天然无机盐在1000mg/L以上，或者 含游离CO2在250 mg /L 以上者 对人体生理上具有有益健康的特性 矿泉水的微生物特征，应符合于世界卫生组 织饮用水的国际标准 是从地下水源矿脉的若干天然露头开发出来 的水
使用时应注意的问题

砂滤棒使用一定时间后，要停机，卸出砂芯进 行处理。 砂滤棒消毒处理
75%的酒精 0.25%的新洁尔灭 10%的漂白粉

第二节 水的预处理
钛棒过滤器 其它过滤装置 化学纤维蜂房式过滤器 大孔离子吸附树脂过滤器
第二节 水的预处理
二、水中溶解杂质的去除 软化 除盐 只降低水中Ca2+，Mg2+的含量 降低全部阳离子和阴离子的含量
特点 永久硬度和暂时硬度被除去，但产生很多可溶性物质
第二节 水的预处理
3、离子交换法
离子交换树脂的特性
分类:
离子交换树脂 矿物质离子交换剂 碳质离子交换剂 阳离子 有机合成离子交换树脂 阴离子
强酸性、弱酸性 强碱性、弱碱性
第二节 水的预处理
离子交换树脂软化水的机理 RSO3-.H+ + Na+ → RSO3Na + H+ R≡ N+OH- + Cl- → R≡ NCl + OH-
第二节 水的预处理
碱式氯化铝（PAC）：羟基氯化铝或聚合氯化铝 分子式： [Al2(OH)nCl6—n]m, n =1～5；m≤10。
用量：0.005～0.01 %
pH值范围：6～8。 水温：20 ~ 30 ℃。
第二节 水的预处理
铁盐： 常用硫酸亚铁。 特点：混凝速度快，水温的影响不大
不适用于有机物含量较高的水质处理 2、助凝剂 如用来调节pH的碱、酸、石灰等； 有机助凝剂如丙烯酸的化合物
第一章 水处理及瓶装水的生产
本章内容
一、水源与水质 二、水的预处理 三、瓶装水的生产
本章重点和难点
1、水处理的基本原理 2、矿泉水理化特征的表示方法 3 、纯净水生产中的地表水
水源与水质
溶解的矿物质较少，硬度约为 1.0～8.0 mmol/L，但常含有粘 土、砂、水草，腐植质，Ca， Mg盐类和其它盐类及细菌 。
暂时硬度
第一节
水源与水质
永久硬度
为钙、镁 的氯化物，硫酸盐、 硝酸盐等，这些盐类经煮沸不 会沉淀，硬度不会变化。
第一节
总硬度: 总硬度 暂时硬度 mmol / L 德国度
水源与水质
+ 永久硬度
生产企业
1德国度： 1升水中含有10毫克氧化钙 1 mmol / L= 2.804 德国度
0 ~ 4°为最软的水，4 ~ 8°为软水 ，8 ~ 16°为中等硬度 的水，16 ~ 30°为硬水， 30°以上为很硬的水。
第二节 水的预处理
结垢与去垢方法


倒换电极
3～8h
定期酸洗 浓度1%～2%的HCl，2～3h→pH3～4 碱洗 有机杂质污染阴膜 0.1mol NaOH
第二节 水的预处理
5、反渗透法
原理
反渗透与超滤
反渗透（RO）、超滤（UF）和微滤（MF）都是以压 力差为推动力的膜分离过程，它们没有本质区别， 只是不同的渗透膜截留物质的相对分子量不同。
高压放电 臭氧的发生：3O2 或紫外线 →2O3
-148kJ/mol
臭氧的杀菌作用比氯快15～30倍 。
第二节 水的预处理
（三）紫外线消毒
原理：微生物受紫外光照射后， 微生物的蛋白质和核酸吸收紫 外光谱能量，导致蛋白质变性， 引起微生物死亡，紫外线对清 洁透明的水有一定穿透能力， 所以能使水消毒。
第二节 水的预处理
离子交换树脂的选择原则
选择大容量、高强度树脂:同类型树脂中， 弱型比强型的交换容量大，但机械强度差 根据原水中需除去离子的种类选择 吸附性较强的离子 弱酸性或弱碱性树脂 2+、Mg2+） （Ca
强酸性或强碱性树脂 吸附性较弱的离子 (K+、Na+、HCO3-、HSiO3-)，
第二节 水的预处理
MgCO3 + Ca(OH)2 →→→ CaCO3 ↓ + Mg(OH)2 ↓
CaCO3 + H2O + CO2 →→→ Ca(HCO3)2 Mg(OH)2 + CO2 →→→ MgCO3 + H2O MgCO3 + H2O + CO2→→→ Mg(HCO3)2
(d)
2NaHCO3 + Ca(OH)2 →→→ CaCO3↓ + NaCO3 + 2H2O (e)
离子交换水处理装置
固定床
单级离子交换器（单床） 多级（多床） 复合（复床） 混合（混合床） 双层（双层床） 移动床 流动床
连续床
第二节 水的预处理
树脂的处理、转型与再生
树脂的处理 各种床式的组合时阳离子树脂应排在首位 。 使用前用自来水对树脂 浸泡1～2天。
第二节 水的预处理
树脂转型

第二节 水的预处理
2、消毒方法 滤前加氯
用于原水质量较差， 有机物含量多的情况 原水经沉淀和过滤 后加氯，加氯量少， 且消毒效果好
滤后加氯
3、加氯量：总投氯量为0.5 ~ 2.0mg/l。
4、几种常用的方法
氯胺 氯胺是水中的氯和氨化合生成的，其反应如下： 生成一氯胺： NH3+HOCl→→NH2Cl + H2O 生成二氯胺： NH3 + 2HOCl→→NHCl2 + 2H2O
1、常用的混凝剂 铝盐 —— 明矾、硫酸铝、碱性氯化铝 铁盐 —— 硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁
第二节 水的预处理
明矾及硫酸铝： 原理： 在水中Al2(SO4)3 水解成Al(OH)3 ，可 与水中带负电的自然胶体起电性中和
作用，同时又可吸附水中的自然胶体
和悬浮物 。
第二节 水的预处理
明矾：0.001～0.2% 用量: Al2(SO4)3： 0.2～1.0 毫摩尔/升。 使用时,要加入石灰调整pH值,一般1毫克/升的Al2(SO4)3 需加0.5毫克/升的石灰。 水温：25 ~ 35℃。 注意搅拌。
第二节 水的预处理
4、电渗析法
原理 通过具有选择通透性和良好导电性的离 子交换膜 ，在外加直流电场的作用下， 根据异性相吸，同性相斥的原理，使水 中的阴阳离子分别通过阴离子交换膜和 阳离子交换膜而达到净化作用
第二节 水的预处理
对原水的要求
原水水质：浊度＜2mg/l ，色度＜20度 含Fe、Mn总量＜0.3mg/l 有机物耗氧量 2～3mg/l
通过滤料重量 10%的筛孔径
第二节 水的预处理
滤料层的结构 单层滤池 双层滤池
垫层
采用天然卵石层或碎石
2、活性碳过滤
氧化有机物 →→→→→→ 吸附反应 Cl2 + H2O→→→ 2HCl + [O] →→→→→→ CO2 与C反应
第二节 水的预处理
3、砂滤棒过滤
过滤原理
用于水质较好时
被处理的水在外压作用下，通过微小的孔隙， 水中存在的少量有机物及微生物被微孔吸附截 留在砂滤棒表面，滤出的水基本可达到无菌