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。
应当指出，河水不一定是地面水，也有的是地下水穿 过土层而流入大河。所以河水除含有泥沙、有机物外， 还有多种的可溶性盐类。近年来，由于工业的发展，大 量含有有害成分的废水排入江河，引起地面水污染，也 增加了工业用水的困难。
C.地下水
主要存在于土壤和岩层中的水，还可分成： 潜水（井水）地下第一隔水层上承托的含水层，离 地面数米～数十米，受到降水和污水的影响大， 水质波动大。 深井水（承压水或自流井水）存在于两个不透水层 压力或断层的影响而形成有压力。离地面几十 米～100米以上，有些井水在挖井后，可自动喷 涌而出。它的真正补给区较远较大，经土壤和砾 石过滤，水质比较清晰。 泉水离地表面500～600米深处。有的离地表面 1000～2000米深处（热水）。部分矿泉水可直接 作为饮用矿泉水，有些受到土壤层污染或含有对 人体健康有害成分则不能饮用。
▲水的碱度对软饮料生产的影响
当水的碱度过大时，同样会对饮料生产产生不良 影响，主要有以下几个方面： ①和金属离子反应形成水垢，产生不良气味； ②和饮料中的有机酸反应，改变饮料的酸甜比及风 味； ③影响CO2的溶入量； ④会使饮料酸度下降，使微生物容易在饮料中生 存； ⑤生产果汁型碳酸饮料时，会与果汁中的某些成分 发生反应，生成沉淀。 可用软化方法处理。
上述化学反应的反应式如下：
Ca (HCO 3 )2 加 热 Ca CO3 ↓+ CO2↑ +H2O
Ｍｇ(HCO 3 )2 加 热 ＭｇCO 3 ↓+ CO2↑ +H2O
ＭｇCO 3 + H2O
加 热 Ｍｇ(OH)2 ＋ CO2↑
永久硬度又称为非碳酸盐硬度，是指由非碳酸盐 的 Ca2+、Mg2+盐如 ＣaＣl2 、ＭｇＣl2 、 CaSO4 、 ＭｇＳＯ4 造成的水的硬度。 这类盐不会因为加热煮沸而沉淀，致使水的硬度 发生改变，故称为永久硬度。
②溶解性气体。天然水源中溶解的气体主要有O2、 N2、Cl2、H2S、CO2、CO、CH4等，这些气体 的存在可影响饮料的风味和色泽。
（二）水中杂质对生产的影响
1.水的硬度 水的硬度是指水中存在的金属离子沉淀肥皂的能力。 水质硬度的大小是由水中所含 Ca2+、Mg2+的多少而决 定。 表示水质硬度的反应式如下：
雨水、地面水渗入地下时，因经过地层的 渗透和过滤而溶入了各种可溶性矿物质， 如钙、镁、铁的碳酸氢盐等，地下水一般 含盐量为100～5000mg／L。硬度约为2～ 10mmol／L 。
但由于水透过地质层时，形成了一个自然 过滤过程； 所以它很少含有泥沙、悬浮物 和细菌，水质比较澄清。深井水一年四季 水温不变，铁、锰、硬度、碱度一般比地 面水高。
b．地面水
包括河水、江水、湖水和水库水等。由于地面水是在地 表流过，溶解的矿物质较少，这类水的硬度约为1.0～ 8.0mmol／L。但常含有粘土、砂、水草、腐殖质、钙
镁盐类、其他盐类及细菌等。其中含杂质的情况随时由 于所处的自然条件不同及受外界因素影响不同而有很大 差别。特别是我国幅员广大，河流纵横，不同河流其所 含杂质是不相同的。即使是同一条河流，其所含杂质也 常因上游和下游、夏季和冬季、阴雨和晴天而不同。
3
另外， OH - 和 HCO - 3 是不能同时存在的,因为： OH - + HCO - 3与该水中的暂时硬度大小相符合。
2-
的存在；
2
CO 3 、Ｋ 2 CO 3 存在时，才有 CO
３．水的碱度与硬度的关系
表示碱度和硬度的单位同样可以用 ｍｍｏl ／Ｌ。 总硬度=暂时硬度+永久硬度，总碱度通常与暂时 硬度值相符合。 ☆总碱度＞总硬度时，说明水中存在OH - 、CO23 属于碱性水； ☆总碱度＜总硬度时，说明水中存在Ca2+、 Mg2+的氯化物, OH - 、CO2- 3基本上不存在，属 于非碱性水。如Ca2+、Mg2+与OH - 、CO2- 3同 时存在，则Ca2+、Mg2+会与OH - 、CO2- 3反 应，生成沉淀。 ☆总碱度=总硬度时，说明水中只含有Ca2+、 Mg2+的碳酸氢盐。
（1）明矾
明矾是一种复盐，其分子式为［ＫＡl(SO 4)2].12H 2 O或 Ｋ2 SO 4.Al(SO 4) 2 24H 2 O 在水中时，Ａl2 (SO 4) 3发生水解生成氢氧化铝胶体。 反应式如下： Ａl2 (SO 4) 3→Ａl3+ +SO42-
Ａl3++H 2 O →Ａl (OH) 2++H
三、水质的改良方法
饮料用水必须符合特定标准，软饮料生产 所用水要求极为严格，因此必须对水质进 行改良。而水质改良之前，则要首先对水 质进行精密分析，了解水中杂质种类、状 态，并确定用水量，以便决定水质改良时 所用的工艺、设备。 （一）混凝沉淀法（絮凝法） （二）水的过滤 （三）石灰软化法
（一）混凝沉淀法（絮凝法）
▲水的硬度对软饮料生产的影响
（1）影响产品感观。例如：Ca (HCO 3 )2会与有机酸反应 产生沉淀。 （2）对味觉产生影响。 ■硬度约为100～150ppm的水有美味感；如含量过多则水 又硬又重，有讨厌味；含量再多则有苦味和涩味 ■含有少量HSiO3-的水也有美味 ■含有氯量多的水有咸味 ■含Ca多的水则感甜味 ■铁化合物多会有收敛味 ■镁盐多则出现苦味 ■碳酸盐少则呈纯味 ■非碳酸盐硬度过高时，还会使饮料出现盐味 （3）在洗瓶时，在浸瓶槽上形成水垢，增加烧碱的用量
（3） 碱式氯化铝（PAC)
碱式氯化铝又称为羟基氯化铝、聚合氯化铝。 分于式为：[Al 2 (OH) n Cl 6-n] m， 其中ｎ=１～５，m≤1Ｏ。 ＰＡＣ在水中时，由于羟基的架桥作用而和 Ａl3+生成多核络合物，带有大量的正电 荷，不仅能除去水中悬浮物，还能吸附微 生物使之沉淀。
２· 水的碱度
水的碱度是指水中能与强酸发生中和反应的物质的总 量，主要由水中的碱性物质NaOH、Ca（OH）2、NH3、 碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、磷酸盐等构成，例如OH - 、CO2- 3、HCO - 3 、PO 3- 4等，以mmol/L表示。 其中OH -含量高的水的碱度称为氢氧化物碱度； CO 3 2- 含量高的水的碱度称为碳酸盐碱度； HCO 3 - 含量高的水的碱度称为碳酸氢盐（重碳酸盐） 碱度。 水中OH - 、CO2- 3、 HCO 3 - 的总含量称为水的总碱度。 水中一般不含OH - ， CO2- 3的含量也较低，只有在 Na
硬脂酸钠（肥皂）十Ca2+、Mg2+ （水中的）→硬脂酸钙、 硬脂酸镁↓ 水的硬度可分为： 总硬度
暂时硬度（碳酸盐硬度） 永久硬度（非碳酸盐硬度）
暂时硬度又称为碳酸盐硬度，主要是由水中的 Ca (HCO 3 )2 、Mg(HCO 3 )2、MgCO 3 等盐类所 造成的，可通过加热的方式使它们生成溶解度很 小的碳酸盐或氢氧化物，沉淀得以去除。
总硬度=暂时硬度+永久硬度
总硬度的计算公式： 总硬度 = [Ca2+]/40.08+[Mg2+]/24.3（mmol/L) 式中： [ Ca2+]——水中钙离子的浓度（ｍｇ／Ｌ） [Mg2+]——水中镁离子的浓度（ｍｇ／L) ４０.０８——钙离子的摩尔质量 ２４.３——镁离子的摩尔质量
水的硬度的表示方法有多种，我国采用的表示 方法与德国相同。 ◆德国度(°d): 1Ｌ水中含有相当于 １０ ｍｇ的 CaO,其硬度即为 ｌ个德国度(1°d)。 这是我国目前最普遍使用的一种水硬度的表示方法 。 ◆美国度（ｍｇ ／L)：ＩＬ水中含有相当于1ｍｇ 的 Ca CO 3 ，其硬度即为 １个美国度。 ◆ｍｍol/Ｌ：ＩＬ水中含有相当于 100ｍ的Ca CO 3 称为ｍｍol/Ｌ的硬度。
水源
软饮料工业用水的水源大致有： 自来水 地面水 地下水 大规模饮料生产工厂，一般用地面水 和地下水。 小规模饮料生产工厂则用自来水及地下 水。
a.自来水
它是指已经过初步处理（混凝、杀菌）的 城镇居民生活用水。在质量上、卫生上较 为优质。自来水的水质标准应符合GB 5749 生活饮用水标准。 当制造饮料时，即使用这样优质的自来 水，也要作水质分析，特别要小心观察余 氯、硬度、铁、锰、细菌和水温变化等。