第一章 软饮料用水及水处理
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-软饮料用水及水处理
30
B.水的碱度
定义： 水的碱度是指水中能与Ｈ＋结合的OH-、CO3-和 HCO3-的总含量,合称为水的总碱度。 其中 OH-的含量称氢氧化物碱度， CO3-的含量称碳酸盐碱度， HCO3-的含量为重碳酸盐碱度。 水中OH-、CO3-、 HCO3-的总含量为水的总碱度。
天然水中通常不含OH-， 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，CO3-的含量也很小。 因此，天然水中仅有HCO3-存在。 只有在含Na2CO3或K2CO3的碱性水中，才存在有CO3-离子。
胶体物质的大小大致为0.001～0.20μm。
胶体的种类：无机胶体和有机胶体
具有两个很重要的特性： ⑴ 光线照射上去，被散射而呈混浊的丁达尔现象。 ⑵ 因吸附水中大量离子而不能自行下沉，即具有稳定性。
胶体物质对成品饮料质量的影响
1.混浊 2.变色 胶体物质多数是粘土性无机胶体，它造成水质混浊。 高分子有机胶体是分子量很大的物质，一般是动植物
生物（如蓝藻类、绿藻类、硅藻类）及微生物。
对成品饮料质量的影响
1.呈现浑浊 2.可浮在瓶颈产生颈环 3.悬浮物质在成品饮料中能沉出来，生成瓶底积垢或絮 状沉淀的蓬松性微粒。 4.悬浮物会使碳酸饮料中的二氧化碳迅速消耗。 5.有害的微生物不仅影响产品风味，而且还会导致产品 变质。
２.胶体物质的影响
胶体、 溶解物质
● 处理方法：一、混凝沉淀 先对水质进行精密
分析，了解水源中杂质
种类、状态，并确定用 水量，以便决定水处理
二、水的过滤 三、硬水软化 四、水的消毒
的工艺、设备。
一、混凝沉淀
目的是除去悬浮物和胶体。 ●混凝沉淀：在水中加入某些溶解盐类，使水中的细小 悬浮物或胶体微粒相互吸附结合而成较大颗粒，从水中沉淀 下来的过程。 ●混凝剂:混凝时所加入的溶解盐类称为混凝剂。
第一章 软饮料用水及水处理.
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
原水 含杂质水
小石头
棕垫 原水 净化水
粗砂 木炭 细砂 小石头
净化水
图1-1 砂滤棒过滤示意图
图1-2 砂滤器过滤示意图
软 饮 料 第 用 一 水 章 及 水 处 理
【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 surface water
S = Q / V
S- 罐体截面积（m2） Q- 罐体直径（m） c.罐体高度的确定 V- 流速,一般为8～10m/h
H = V×t + 0.2
H- 罐体高度（m） t- 接触时间，一般为4～10min 0.2 - 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0.0001m~0.001m，截留高分子、病毒、
＜ 450
＜ 0.3 ＜3 —
＜ 100
＜ 0.1 ＜ 1.0 ＜ 50
游离氯(以Cl-计) ／ mg•L-1
致病菌 溴酸盐(使用臭氧时)／ mg•L-1
≥0.05
不得检出 ＜ 0.01
＜ 0.005
不得检出 ＜ 0.01
甲醛(使用臭氧时)／ mg•L-1
第一章软饮料用水及水处理
２.胶体
胶体是液体中粒径大小在 １～２ ０0 nm 的微粒。 胶体可分为两种：无机胶体和有机胶体。 ★无机胶体 如硅酸胶体和粘土，是由许多离 子和分子聚集而成的，它们是造成水混浊 的主要原因。 ★有机胶体 主要是高分子物质、有机体， 如蛋白质、腐植质等，多带负电。一般是 动植物残骸经过腐蚀分解的腐植质、腐植 酸，是造成水带色的主要原因。
Ａl (OH) 3十OH -→Ａl O 2 - ＋ ２ H 2 O Ｐ Ｈ ＞ ９．５时，水中不会含有Ａl (OH) 3
另外，水的 pＨ值还会影响Ａl (OH) 3胶粒所 带的电荷。 pＨ﹤ ５时，带负电； pＨ ＞ ５时，带正电； pＨ值在８左右时，以中性氢氧化物的形式 存在。
◇水温 一般要求水温在２５～３５℃在一定的温度范围内。 ◆水温上升，混凝剂溶解速度上升，混凝作用加强，生 成的絮凝物量增加，有利于水中杂质的沉淀去除；水温 下降，则相反。 ◆当水温高于４０ ℃时，生成的絮凝物细小，不利于沉 淀； ◆水温高于 ５ ０ ℃时，则根本失去作用。 ◇搅拌 刚加入混凝剂时，应快速搅拌，以有利于Ａl (OH) 3胶 粒的形成，并扩散到水中各部位及时同水中杂质作用。 当絮团开始形成后，不宜快速搅拌，否则会打碎絮团不 利于沉淀。 ◇混凝剂添加量 使用明矾作为混凝剂时，用量一般为 ０· ００1％～０.０ ２％。
水中所含胶体物质在水中能保持悬浮或分 散不沉淀的原因是因为胶体微粒带有相同 的电荷，产生静电斥力的缘故，所以必须 添加混凝剂中和胶粒表面所带的电荷，破 坏其稳定性，从而促使其相互聚集，由小 颗粒变成大颗粒，发生用的混凝剂有铝盐、铁盐两 类。铝盐包括明矾、硫酸铝、碱性氯化铝 等，铁盐包括硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化 铁等。 混凝剂的作用是自身先溶解形成胶体，再与 水中杂质作用，以中和或吸附的形式使杂 质凝聚成大颗粒产生沉淀。
软饮料用水及水处理_《食品工艺学》
饮料生产用水不仅要符合饮用水标准，还需要高于此 标准，进一步软化去除其中溶解的盐类 ；
冷却用水的水质要求不太严格，只要不混入饮料，水 质无需达到饮用水的标准，没有必要除去其色泽、气 味等 ；冷却水用量较大，工厂多进行循环利用。
项目名称
指标
项目名称
指标
浊度(NTU-散射浊度单位) 色度（铂钴色度单位）
第一节 软饮料用水及水处理
学习重点:
一、软饮料用水 软饮料用水的水质要求及水中杂质
二、水处理 水中杂质的去除及水的消毒
内容
一、软饮料用水的水质要求 二、 软饮料用水的水质处理
水水是饮料生产中的重要原料之一， 水质的好坏，直接影响成品的质量， 因此，全面了解水的各种性质，对于 饮料用水的处理工作具有重要意义。
≤0.1 ≤100 ≤3 不得检出
二、软饮料用水的水质处理
混凝沉淀 水的过滤 硬水软化 水的消毒
自来水工艺流程图
（一）混凝沉淀
混凝沉淀是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小 悬浮物或胶体物质相互吸附结合而成较大颗粒，从水 中沉淀下来的过程。 混凝沉淀适合除去水中细小悬浮物和胶体物质 溶解盐类称为混凝剂。 原理
应用：
两台联装，交替使用；
砂滤棒使用前要消毒；
安装时凡是与净水接触部 位均需消毒。
3、水的过滤－活性炭过滤器
地表水或地下水不同程度地含有有机物质； 当含量超过后续水处理装置允许进水水质指标时，需 设置活性碳过滤器； 活性炭过滤器一般设置在机械过滤器之后其后需设置 滤芯过滤器； 活性碳过滤器能除去原水中的悬浮杂质，并对氯离子 ，有机物，细菌以及铁及锰等有吸附作用。
≤2 味及臭气 ≤5 总碱度(以CaCO3计)/(mg/L)
无臭无味 ≤50
冷却用水的水质要求不太严格，只要不混入饮料，水 质无需达到饮用水的标准，没有必要除去其色泽、气 味等 ；冷却水用量较大，工厂多进行循环利用。
项目名称
指标
项目名称
指标
浊度(NTU-散射浊度单位) 色度（铂钴色度单位）
第一节 软饮料用水及水处理
学习重点:
一、软饮料用水 软饮料用水的水质要求及水中杂质
二、水处理 水中杂质的去除及水的消毒
内容
一、软饮料用水的水质要求 二、 软饮料用水的水质处理
水水是饮料生产中的重要原料之一， 水质的好坏，直接影响成品的质量， 因此，全面了解水的各种性质，对于 饮料用水的处理工作具有重要意义。
≤0.1 ≤100 ≤3 不得检出
二、软饮料用水的水质处理
混凝沉淀 水的过滤 硬水软化 水的消毒
自来水工艺流程图
（一）混凝沉淀
混凝沉淀是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小 悬浮物或胶体物质相互吸附结合而成较大颗粒，从水 中沉淀下来的过程。 混凝沉淀适合除去水中细小悬浮物和胶体物质 溶解盐类称为混凝剂。 原理
应用：
两台联装，交替使用；
砂滤棒使用前要消毒；
安装时凡是与净水接触部 位均需消毒。
3、水的过滤－活性炭过滤器
地表水或地下水不同程度地含有有机物质； 当含量超过后续水处理装置允许进水水质指标时，需 设置活性碳过滤器； 活性炭过滤器一般设置在机械过滤器之后其后需设置 滤芯过滤器； 活性碳过滤器能除去原水中的悬浮杂质，并对氯离子 ，有机物，细菌以及铁及锰等有吸附作用。
≤2 味及臭气 ≤5 总碱度(以CaCO3计)/(mg/L)
无臭无味 ≤50
饮料用水及水处理
对不符合要求的水质进行改良，称为水处理。
混凝 沉淀 过滤 软化 消毒
1.2.1 混凝沉淀
水的沉淀
除去水中较大的不溶性悬浮性杂质
溶解性或悬浮于水中的细小粒子
水处理
混凝机理
01
胶体在水中保持悬浮
02
不易沉降的原因
地下水
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。
特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量较高。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，地下深处受气候影响较小。
污染物：可溶性矿物质，如含Ca2+、Mg2+、Fe3+的碳酸氢盐，一般含盐量为100～5000 mg/L。硬度为2～10 mmol/L，有的高达10～25mmol/L 。
Байду номын сангаас
电渗析法(ED)
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到另一部分中，从而达到除盐的目的。
目的：杀灭水里治病菌和有害微生物，
1
防止水传染疾病。
2
消毒方法： 氯消毒 紫外线消毒 臭氧消毒
Al（OH）3凝聚机理
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，起电性中和的作用
氢氧化铝胶体可吸附水中的自然胶体和悬浮物
使用时的注意事项
刚加入混凝剂 时应快速搅拌
1
2
3
碱式氯化铝（PAC）或聚合氯化铝， [Al2(OH)nCl6-n]m 其中：n=1-5，ｍ＜＝10
3
混凝 沉淀 过滤 软化 消毒
1.2.1 混凝沉淀
水的沉淀
除去水中较大的不溶性悬浮性杂质
溶解性或悬浮于水中的细小粒子
水处理
混凝机理
01
胶体在水中保持悬浮
02
不易沉降的原因
地下水
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。
特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量较高。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，地下深处受气候影响较小。
污染物：可溶性矿物质，如含Ca2+、Mg2+、Fe3+的碳酸氢盐，一般含盐量为100～5000 mg/L。硬度为2～10 mmol/L，有的高达10～25mmol/L 。
Байду номын сангаас
电渗析法(ED)
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到另一部分中，从而达到除盐的目的。
目的：杀灭水里治病菌和有害微生物，
1
防止水传染疾病。
2
消毒方法： 氯消毒 紫外线消毒 臭氧消毒
Al（OH）3凝聚机理
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，起电性中和的作用
氢氧化铝胶体可吸附水中的自然胶体和悬浮物
使用时的注意事项
刚加入混凝剂 时应快速搅拌
1
2
3
碱式氯化铝（PAC）或聚合氯化铝， [Al2(OH)nCl6-n]m 其中：n=1-5，ｍ＜＝10
3
第一章 软饮料用水及水处理
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
1.1 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。
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： 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- + CLR三CL + OHd. 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。
第一章 软饮料用水及水处理_PPT幻灯片
二、天然水中的杂质
1.悬浮物质 粒度大于200nm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 胶体物质的大小大致为1nm~200nm、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。
水的碱度—— 指水中能与H+结合的OH-、CO32-和 HCO3-的含量(mmol/L)。高碱度水使饮料产生沉淀、改 变糖酸比和风味、影响CO2溶解和保质期。
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钛棒过滤器
化学纤维蜂房式过滤器
大空离子吸附树脂过滤器
微孔膜过滤器
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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。
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 = 0.001×Q×P
W- 臭氧发生器的产量(g/h） （L/h）
Q- 设计水量
P- 臭氧投加量，一般为1～5 mg/L 算系数触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确 定。
S=Q/V S- 罐体截面积（m2） V- 流速,一般为8～10m/h
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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。
臭氧灭菌 参数选择
软饮料用水及水处理_《食品工艺学》
原水加混凝剂后，经过充分接触反应，悬浮颗粒失去稳 定，形成絮体析出； 由悬浮塑料珠组成过滤层，将絮体阻隔分离，净水穿过 过滤层经出水管流出。
组合设备－净水器
净水器是以江、河、湖等地面水为水源，集反应 、沉淀、过滤于一体的净水设备，将混浊水净化 成清水，如再配以投矾、消毒设备即可成为一个 具有全套功能的净水站。
水的软化
1 2
1. 石灰软化法 2. 离子交换法
3 4
3. 反滲透法 4. 电滲析法
1、石灰软化法
在水中加入石灰等化学药剂,在不加热的条件 下除去水中的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度， 达到软化目的。 适用：
碳酸盐硬度较高，非碳酸盐硬度较低，无需高度软 化的水； 锅炉用水和洗瓶用水 方法 石灰软化法、石灰－纯碱软化法、石灰－纯碱－磷 酸三钠软化法；
水的总硬度＝水的暂时硬度+水的永久硬度
水的硬度表示方法有很多种；
国际通用单位是mmol/L意为:1L水中含有相当于 100mg的碳酸钙(CaCO3); 我国采用的表示方法与德国相同，称为德国度（°d ）简称度意为:1L水中含有相当于10mg的氧化钙; 换算关系：1mmol/L＝2.804°d； 饮料用水的水质要求硬度＜8.5°d。
≤0.1 ≤100 ≤3 不得检出
二、软饮料用水的水质处理
混凝沉淀 水的过滤 硬水软化 水的消毒
自来水工艺流程图
（一）混凝沉淀
混凝沉淀是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小 悬浮物或胶体物质相互吸附结合而成较大颗粒，从水 中沉淀下来的过程。 混凝沉淀适合除去水中细小悬浮物和胶体物质 溶解盐类称为混凝剂。 原理
水的硬度过大对饮料的质量影响为：
Ca(HCO3)2等与有机酸反应产生沉淀，影响产品感官质 量
组合设备－净水器
净水器是以江、河、湖等地面水为水源，集反应 、沉淀、过滤于一体的净水设备，将混浊水净化 成清水，如再配以投矾、消毒设备即可成为一个 具有全套功能的净水站。
水的软化
1 2
1. 石灰软化法 2. 离子交换法
3 4
3. 反滲透法 4. 电滲析法
1、石灰软化法
在水中加入石灰等化学药剂,在不加热的条件 下除去水中的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度， 达到软化目的。 适用：
碳酸盐硬度较高，非碳酸盐硬度较低，无需高度软 化的水； 锅炉用水和洗瓶用水 方法 石灰软化法、石灰－纯碱软化法、石灰－纯碱－磷 酸三钠软化法；
水的总硬度＝水的暂时硬度+水的永久硬度
水的硬度表示方法有很多种；
国际通用单位是mmol/L意为:1L水中含有相当于 100mg的碳酸钙(CaCO3); 我国采用的表示方法与德国相同，称为德国度（°d ）简称度意为:1L水中含有相当于10mg的氧化钙; 换算关系：1mmol/L＝2.804°d； 饮料用水的水质要求硬度＜8.5°d。
≤0.1 ≤100 ≤3 不得检出
二、软饮料用水的水质处理
混凝沉淀 水的过滤 硬水软化 水的消毒
自来水工艺流程图
（一）混凝沉淀
混凝沉淀是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小 悬浮物或胶体物质相互吸附结合而成较大颗粒，从水 中沉淀下来的过程。 混凝沉淀适合除去水中细小悬浮物和胶体物质 溶解盐类称为混凝剂。 原理
水的硬度过大对饮料的质量影响为：
Ca(HCO3)2等与有机酸反应产生沉淀，影响产品感官质 量
软饮料用水及水处理培训课件
超滤除菌
0.001~0.1 m的超滤膜能有效去除水中细菌等微生物，压 力0.3~1.0MPa（千帕）。
氯消毒
NaClO(次氯酸钠）、Ca(ClO)2（次氯酸钙）在水中生成HClO （次氯酸）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。
硬脂酸钠 + Ca2+/Mg2+ → 硬脂酸钙/镁↓
总硬度=
（mபைடு நூலகம்ol/L）
1mmol/L = 2.804度(0d示) =）50.045mg/L（以CaCO3表
水的碱度—— 指水中能与H+结合的OH-、CO32-和 HCO3-的含量(mmol/L)。高碱度水使饮料产生沉淀、改 变糖酸比和风味、影响CO2溶解和保质期。
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。
3、软化
石灰软化法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法，又 称石灰纯碱软化法，在硬水中加入消石灰，使水中的镁生成氢 氧化镁沉淀，这样，加入碳酸钠使水中的钙生成碳酸钙而沉淀， 硬水即变为软水。
加热软化法、石灰软化法
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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(200～280nm)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<15 t/h（吨每小 时），地表水<6 t/h。
0.001~0.1 m的超滤膜能有效去除水中细菌等微生物，压 力0.3~1.0MPa（千帕）。
氯消毒
NaClO(次氯酸钠）、Ca(ClO)2（次氯酸钙）在水中生成HClO （次氯酸）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。
硬脂酸钠 + Ca2+/Mg2+ → 硬脂酸钙/镁↓
总硬度=
（mபைடு நூலகம்ol/L）
1mmol/L = 2.804度(0d示) =）50.045mg/L（以CaCO3表
水的碱度—— 指水中能与H+结合的OH-、CO32-和 HCO3-的含量(mmol/L)。高碱度水使饮料产生沉淀、改 变糖酸比和风味、影响CO2溶解和保质期。
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。
3、软化
石灰软化法使用石灰软化硬水的方法称为石灰软化法，又 称石灰纯碱软化法，在硬水中加入消石灰，使水中的镁生成氢 氧化镁沉淀，这样，加入碳酸钠使水中的钙生成碳酸钙而沉淀， 硬水即变为软水。
加热软化法、石灰软化法
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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(200～280nm)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<15 t/h（吨每小 时），地表水<6 t/h。
软饮料用水及水处理_《食品工艺学》
一、软饮料用水的水质要求
水是饮料生产中最重要的原料之一，占饮料总体积 的80～95％(固体饮料除外)； 水源的分类及特点
饮料用水包括地表水、地下水、城分类及特点
项目 定义
包括范 围 特点
地表水
地下水
城市自来水
地球表面所存积的 经地层滲透和过
天然水
滤进入地层并存
≤0.1 ≤100 ≤3 不得检出
二、软饮料用水的水质处理
混凝沉淀 水的过滤 硬水软化 水的消毒
自来水工艺流程图
（一）混凝沉淀
混凝沉淀是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小 悬浮物或胶体物质相互吸附结合而成较大颗粒，从水 中沉淀下来的过程。 混凝沉淀适合除去水中细小悬浮物和胶体物质 溶解盐类称为混凝剂。 原理
第一节 软饮料用水及水处理
学习重点:
一、软饮料用水 软饮料用水的水质要求及水中杂质
二、水处理 水中杂质的去除及水的消毒
内容
一、软饮料用水的水质要求 二、 软饮料用水的水质处理
水水是饮料生产中的重要原料之一， 水质的好坏，直接影响成品的质量， 因此，全面了解水的各种性质，对于 饮料用水的处理工作具有重要意义。
地表水经适当的水 处理工艺，水质达 到一定要求并贮存 供给饮用的水 自来水
水质好且稳定，达 到饮用水标准；水 价高，增加成本。
（二）水中杂质及其对软饮料生产的影响
天然水源中的杂质按其粒度大小可分为悬浮物、 胶体和溶解物质3类。
杂质分类 真溶液中溶解 物质
胶体
悬浮物
粒径μm (nm毫微米)
特征
＜0.001 透明
0.001～ 0.2
光照下混 浊
＞0.2
混浊
肉眼可见
常用处理法 离子交换
饮料用水及水处理
地下水
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。
特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量 较高。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，地下深处受气候影响较小。
污染物：可溶性矿物质，如含Ca2+、Mg2+、 Fe3+的碳酸氢盐，一般含盐量为100～5000 mg/L。硬度为2～10 mmol/L，有的高达 10～25mmol/L 。
Al（OH）3凝聚机理
1
2
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 作用
氢氧化铝胶体可吸附 水中的自然胶体和悬 浮物
使用时的注意事项
水的pH值
水温
搅拌
一般要求待处 理水的pH为 6.5-7.5（中性）
一般要求水温 25-35℃；
刚加入混凝剂 时应快速搅拌
1.2.3 硬水软化
溶解性杂质包括： 六种含量大的离子：Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、
SO4=、Cl-
两种含量小的离子：Fe2+ SiO3= 两种气体：O2 CO2
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：
高压汞灯、紫外线杀菌器
臭氧消毒
1.原理 O3有强的氧化能力，能使水中微生物、酶等发生氧化
反应，是很强的杀菌剂 2.臭氧的设备
随时制备并当场应用，利用干空气 3.应用
在欧洲，广泛应用于饮用水的消毒；我国，广泛应用 于饮用纯净水、矿泉水的消毒杀菌。 4.缺点
第一章 软饮料及其水处理
3.国内外软饮料发展现状
世界软饮料10强国： 美国、日本、德国、巴西、英国、意大利、墨 西哥、中国、加拿大。 软饮料发展的方向： 碳酸饮料为主流产品，其次发展果汁饮料、瓶 装饮用水、咖啡饮料和茶饮料等。 世界碳酸饮料的三大品牌： 可口可乐、健怡可乐、橙汁汽水 三大香型占世界总产量的71.4%，其中可乐是世 界第一香型，占52.7%。
硬度分为总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 总硬度
碳酸盐硬度（又称暂时硬度）加热煮沸去除
Ca(HCO3)2/Mg(HCO3)2/CaCO3/MgCO3
非碳酸盐硬度（又称永久硬度）：
CaCl2/MgCl2/CaSO4/MgSO4/Ca(NO3) 2/Mg(NO3)2
硬度的单位是mmol/L或mg/L CaCO3。过去使用的有 meq/L（毫克当量/升）和德国度（1L水中含有10mgCaO 为1度），它们之间有如表1-3所示的关系：
表1-3 不同硬度表示方法之间的关系 硬度单位 mmol/L mmol/L 1 meq/L 1 德国度 2.804
mg/L CaCO3
4.2 发展方向与措施：
“天然、营养、优质、多品种、多档次” （1）鼓励和规范发展符合饮料消费市场规律的产品，重 点发展茶饮料、果汁及果汁饮料、蔬菜汁饮料，植物 蛋白饮料和矿泉水，降低碳酸饮料比重。 （2）支持饮料企业规模化生产，加快产品升级换代，提 高附加值，搞好综合利用。 （3）形成一批技术装备良好，经营管理高效，具国际竞 争力的生产企业，力创数个国际品牌。 （4）软饮料新产品开发。如：野生果蔬汁饮料、保健茶 饮料、瓶装水（富氧太空水,负离子水）、特殊用途饮 料（视力疲劳者、美容、专用）等。
50.045
meq/L
德国度 mg/L CaCO3
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0.2 - 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0.0001m~0.001m，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
0.001~0.1 m的超滤膜能有效去除水中细菌等微生物，压力 0.3~1.0MPa。
3O2
高压放电
O3
2O3 O2 + [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1～5mg/L，接触时间为 4～10min，保持0.1～1mg/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 = 0.001×Q×P
W- 臭氧发生器的产量(g/h）
净化水
图1-6 砂滤器过滤示意图
图 7 反 渗 透 膜 壳
膜 滤 芯
图1-8 反渗透设备(纯净水)
净化水
含
杂
质
原水
水
净化水
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。
硬度（mmol／L）
H非碳
H碳
H负
H总>A总
H总－A总
A总
0
H总=A总
0
H总=A总
0
H总<A总
0
H总
A总－H总
注：H表示硬度；A表示碱度； H负表示负硬度，主要含有NaHCO3、 Na2CO3、K2CO3、KHCO3。
天然水的总碱度常与水的暂时硬度大小相一致；
当H总>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；
❖ 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 2、浊度
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。
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1mg SiO2时的浊度。 饮料用水浊度＜1。
＜ 450 ＜ 0.3
＜ 100 ＜ 0.1
高锰酸钾消耗量(以O2计)／ mg•L-1 总碱度(以CaCO3计)／mg•L-1 游离氯(以Cl-计) ／ mg•L-1
＜3 — ≥0.05
＜ 1.0 ＜ 50 ＜ 0.005
致病菌
不得检出
不得检出
溴酸盐(使用臭氧时)／ mg•L-1
＜ 0.01
＜ 0.01
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。
3、碱度 4、硬度
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CaCO3 ＜ 50 mg/L。
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
❖ 反渗透
膜孔径为0.0001～0.001m，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
原水
阴 Cl极 HCO3-
淡SO42化 室
浓 盐 水 浓 缩 室
Ca2+
Mg2+ Na+
淡 化 室
ClHCO3SO42-
阳离子交换膜 阴离子交换膜
软化水
浓 盐 水
浓 缩 室
Ca2+ 阳 Mg2+ 极
软 饮 料 第用 一水 章及 水 处 理
【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 surface water
只有UV(200～280nm)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<15 t/h，地表水<6 t/h。
紫外灯 水
紫外灯管 石英套管 水
图1-19 紫外线杀菌示意图
壳体
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。
(1德国度/0d：1升水中含10mg CaO)。
水的硬度—— 指水中离子沉淀肥皂的能力。水的硬
度取决于水中钙、镁离子的总含量。高硬度水使容器和 设备产生水垢，使饮料产生沉淀、出现盐味。
硬脂酸钠 + Ca2+/Mg2+ → 硬脂酸钙/镁↓
总硬度=
[Ca 2 ] [Mg 2 ] 40.08 24.3
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： ① 注意混凝剂的用量； ② 注意水温；③ 注意水 的pH值；④ 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。
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
指标
饮用水
饮料用水
浊度／度
＜ 1 (3)
＜1
色度／度
＜ 15
＜5
溶解性总固体／mg•L-1
＜ 1000
＜ 500
总硬度(以CaCO3计)／mg•L-1 铁(以Fe计)／ mg•L-1
—— 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 ground water
—— 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 tap water
—— 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。
Q- 设计水量（L/h）
P- 臭氧投加量，一般为1～5 mg/L
0.001- 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/V
S- 罐体截面积（m2） V- 流速,一般为8～10m/h
Q- 罐体直径（m）
c.罐体高度的确定
H = V×t + 0.2
H- 罐体高度（m） t- 接触时间，一般为4～10min
（mmol/L）
1mmol/L = 2.804度(0d) = 50.045mg/L（以CaCO3表示）
水的碱度—— 指水中能与H+结合的OH-、CO32-和
HCO3-的含量(mmol/L)。高碱度水使饮料产生沉淀、改 变糖酸比和风味、影响CO2溶解和保质期。
表1－1 天然水中碱度与硬度的关系
分析结果
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0.2 m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0.001～0.2 m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
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Байду номын сангаас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
❖ 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。
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<8.5度。