第一章 软饮料用水及水处理讲解

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
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。
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。
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
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
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
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。
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
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。
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. 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
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)
种类 Ca2+
Mg2+
Na+ K+ Fe2+
Mn2+
Pb2+ As2+ Hg2+ Zn2+ Cu2+ Sn2+ NH4+ SO42cLNO3SiO32FHCO3-
对饮料的影响 促进饮料的蛋白质沉淀和一些树脂的溶解，使饮料粗糙并结垢。
和钙相似，[Mg2+]>15PPM会使饮料带有涩、酸、苦味，[Mg2+]>88PPM，会使饮料 带来刺激味。 使水呈碱性，使饮料缺乏柔和性，有咸味感。 使饮料呈咸味 使饮料的色素加暗加深，给饮料带来不愉快的铁腥味，并会引起对饮料有空洞无 物之感，还能使饮料的泡沫不洁白，并会使饮料发生混浊 和Fe2+相似，增加饮料色素，使饮料在稍长时间后瓶底出现沉淀，有损人体健康
H总，水中有CO32-
，Mg2+的氯化物，属于非碱性水，永久
·总碱度=总硬度，A总=H总，水中有Ca2 +与Mg2 +的碳酸氢盐。暂时硬水
1.3 饮料用水的水质要求
1、GB5749-2006
2、饮用水和饮料用水的差异
第二节 软饮料用水的水处理
水处理：对不符合软饮料用水要求的水质 进行改良，这个过程称之为水处理
对人体有毒害使用 对人体有严重毒害作用 对人体有严重毒害作用 使饮料混浊，对人体有毒害作用 使饮料氧化和混浊，对人体有危害 使饮料浑浊，对人体有危害作用 清洁水不存在，受污染的水中存在，NH4+的存在使饮料加剧刺激味和不愉快的气 味 使饮料的酸性升高，给饮料带来苦味 使饮料口感无粗糙，有明显的碱味 清洁水很少存在，受废水特别是粪便污染的水有较高的NO3-，一般不用含NO3-水 量的水作饮料。 水中有SiO32-或Si2O3，但若超过50PPM使饮料混浊，带来粗糙味
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（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
第一章 软饮料用水及水处理
第1节 软饮料用水的水质要求
概述：水是饮料的重要成分之一，水质的好坏直接 影响着饮料的质量，若没有适当的饮料用水，是很难 制造出品质优良的饮料的。
饮料生产者对水的质量非常重视，称“水是饮料 的血”、“水是饮料的灵魂”。世界著名的饮料产地 多因为当地的水质特别优良而使其饮料闻名于世的。 国内亦如此，凡是有好饮料的地方必有好水。如此， 我们必须了解和研究饮料用水。
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。
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：
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。
水处理工艺过程
混凝
沉淀
过滤
软化
脱盐
消毒
Байду номын сангаас
2.1 混凝沉淀
目的：去除水中细小悬浮物和胶体物质。
途径：混凝、沉淀，过滤
1、混凝 ① 原理：
胶体物质在水中能保持悬浮或分散不易沉降的原因是因为同一种胶体颗粒带有 相同电性的电荷，彼此间存在着电性斥力，使颗粒相互排斥，而不能相互接近并结 合成大的团粒，因而也就不易沉降。当添加混凝剂后，胶体颗粒的表面电荷被中和， 破坏了胶体的稳定性，促使小颗粒变成大颗粒而下沉从而使水澄清。
危害人体健康 使PH值升高，超量影响味
要求 <45PPM <45PPP
<10PPM <0.5PPM
<0.2PPM <0.1PPM或无 <0.1PPM或无 <0.1PPM或无 <5PPM <2PPM <10PPM <0.5PPM <50PPM <60PPM <3PPM <50PPM <10PPM <50PPM
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。
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
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
① 混凝剂的使用量： a. 明矾：0.001—0.02%。 b. 硫酸铝：根据试验确定用量 b. 碱式氯化铝： 0.005—0.01%。 d. 硫酸亚铁：根据试验确定用量 ② 水处理时，应先进行小试，以确定最佳的混凝沉淀。 ③ 混凝条件的影响因素: