第2章软饮料用水及水处理

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1、2.软饮料用水及其处理我国水资源的状况天然水的种类及特点天然水中的杂质及特征软饮料用水标准水质的检测和测定水处理-水的混凝、过滤、软化和消毒2.1 水资源的状况 水是生命之源，地球虽然有70.8的面积为水所覆盖，但其中97.5的水是咸水，无法饮用。在余下的2.5的淡水中，有87是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的水仅占地球总水量的0.26。目前（2002）世界上有80个国家约15亿人口面临淡水不足，其中29个国家的4.5亿多人口完全生活在缺水状态中。此外，全世界每年排放的污水达4000多亿吨，从而造成万多亿吨水体被污染，致使地球上每年有700多万人因饮水不净引

2、起的疾病而死亡。世界各国地区按水资源量大小排队，前几名依次是：巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、孟加拉国、印度。若按人口平均，中国人均水资源量只相当于世界人均量的14。巴西并不缺水，拥有的淡水资源约占世界淡水总量的138。但巴西仍呼吁人们举手之劳去节水，如缩短冲澡时间，随手拧紧水龙头等。德国也不缺水，但许多德国家庭往往将煮面水省下刷油碗，洗衣服的水拿来再拖地。2001年3月22日，钱正英、张光斗等近300位专家在举行的中国可持续发展水资源战略研究报告集首发式上警告说，如果未来不解决洪水、缺水和水污染三大问题，水资源将成为我国社会经济发展的最大“瓶颈”之一。专家们预测到2030年人口

3、增至16亿时，人均水资源量将降到1760立方米。按照国际上一般承认的标准，人均水资源量少于1700立方米为用水紧张的国家。我国未来水资源的形势是严峻的。防洪减灾、农业用水、城市和工业用水、防污减灾、生态环境建设、水资源的供需平衡、北方的水资源问题、西部地区的水资源问题等八个方面实行战略性的转变。解决办法节水：主要是农业节水：这样一组数据，可以证明农业节水才是节水的关键：美国年取水量不足5000亿立方米，国民生产总值超过8万亿美元，而我国年取水量在6000亿立方米以上，国民生产总值却不到2万亿美元。我国用水总量中，70属农业用水，北方还高达80，农业用水的90是灌溉用水，这90的灌溉用水，利用率

4、仅45左右，利用系数不到0.45，不足世界上最缺水国家以色列的50。防止水污染提高水的利用率节水1T花费6元，开源1T花费8元，制污1T花费10元防洪：洪水灾害损失日趋严重。1993年1998年全国洪灾的直接经济损失为9000亿元，相当于同期财政收入的1/5；1998年洪灾直接经济损失2551亿元。图1 闸口阻断洪湖和长江的联系，也切断了湖泊的生命线图2 围栏养殖削弱了水体自净能力，藻化现象日趋严重图3 从空中俯瞰，示范区植被恢复良好，其他区域是过度养殖后留下的一片白水茫茫，对比鲜明 水是软饮料生产中重要的原料之一，直接影响到成品的质量。因 此全面了解水的性质具有重要意义。2.2 水源分类及其

5、特点地表水：来源：包括江水、河水、降水、湖水、水库水等，特点：常含有粘土、砂、腐殖质、钙镁盐类、其他盐类及细菌，另外易受工业废水污染。地下水：井水、泉水和自流井等。特点：硬度较大、盐含量较大。一般盐含量100-5000mg/L,硬度2-10mg当量/升。城市自来水：是指地表水经过适当的水处理工艺，水质达到一定要求并储存在水塔中的水。特点：水质好、稳定，符合生活饮用水标准；水处理设备简单，容易处理，一次性投资小；但水价高，使用时要注意控制氯、铁离子含量及碱度、微生物量。2.3 天然水中的杂质 （1）悬浮物质 d0.2 微 米，主 要 有 细 菌-有 致 病 的 和 对 人 体 健 康 无 妨 的

6、；藻 类 及 原 生 动 物-嗅、为、色、混 浊；泥 沙 粘 土-混 浊。对饮料的影响：出现沉淀、影响二氧化碳的溶解、微生物的存在影响产品的风味甚至败坏。（2）胶 体 物 质 在0.0010.20 微 米，包 括 溶 胶-如 硅 酸 胶 体（无机）；引起水浑浊，高 分 子 化 合 物-腐 殖 质、腐殖酸胶 体（有机），造成水质带色。CO 2.3 天然水中的杂质（3）溶 解 物 质 盐 类-钙 镁 盐、钠 盐、铁 盐 及 锰 盐硬度H（总硬度、暂时硬度、永久硬度）、碱度A及其关系；A总 H总，水中存在OH-、碳酸根，属于碱水；A总 H总，水中存在钙镁离子的氯化物，基本没有OH-、碳酸根，属非碱性

7、水；A总=H总，水中只含有钙镁的碳酸氢盐。H总过大，饮料出现沉淀、盐味、增加洗涤剂的用量成本增加；A总过大，出现水垢、改变果汁糖酸比、影响二 氧 化 碳的溶解、有利于微生物的繁殖、沉淀、气 体-氧、二 氧 化 碳、硫 化 氢、氮 气。它们影响碳酸饮料中二 氧 化 碳的溶解度、其它饮料的风味和色泽。2.4 饮 料 用 水 的 标 准 生 产 高 质 量 的 饮 料 就 必 须 有 高 质 量 的 饮 料 用 水。而 饮 料 用 水 必 须 符 合 我 国 生 活 饮 用 水 标 准GB5749-85。除 此 以 外 还 得 满 足 软 饮 料 用 水 的 标 准，二者的差别见 表1。指标饮用水饮

8、料用水浊度/度32色度/度155溶解性总固体/mg/L1000500总硬度/以CaCO3计mg/L450100铁/mg/L0.30.1高锰酸钾消耗量/mg/L-10总碱度/mg/L-50游离氯/mg/L0.30.1致病菌-不得检出项目名称 指标 项目名称 指标 浊度 色度 总固形物 总硬度 铁 锰 KMnO4 2 5 500 100 0.1 0.1 10 味及臭气 总碱度 游离氯 细菌总数 大肠杆菌 致病菌 无味无臭 50 0.1 100 3 不得检出 2.5 饮料用水的水质要求色度、浊度嗅和味碱度：硬度：水中离子沉淀肥皂的能力。美国1度1mg/L碳酸钙，德国1度10mg/L氧化钙，法国1度1

9、0mg/L碳酸钙，英国1度14.28mg/L碳酸钙，毒理学指标：铅、汞等细菌学指标放射性指标2.6 水的处理2.6.1混凝沉淀1.混凝是指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互相吸附结合而成较大的颗粒，从水中沉淀下来的过程。2.混凝剂：明矾、硫酸铝、硫酸亚铁和碱式氯化铝。（1）明矾：一般用量0.0010.02%注意使用的条件-pH值，一般要求被处理的水pH值6.5-7.5，太高或太低都会使氢氧化铝溶解，另外，换会影响它的带电性，pH值5带正电荷。-温度，水温要求2535度，50度失去混凝作用。-搅拌，有利于混凝。2.6 水的处理2.6.1混凝沉淀2.混凝剂：明矾、硫酸铝、硫酸亚

10、铁和碱式氯化铝。（2）硫酸铝：水溶液偏酸，使用时应调pH值6.5-7.5，是生成的氢氧化铝最多。根据实验确定使用量。（3）硫酸亚铁：对于富含有机质的水不合适，因为当水的pH值8，所以，用绿矾处理水时，须用调pH。（4）碱式氯化铝：一般用量0.0050.01%，pH值6-8，温度2030度。2.6 水的处理2.6.1混凝沉淀3.助滤剂：能提高混凝效果，加速沉淀的辅助药剂。主要有活性的硅酸、海藻酸钠、CMC、聚丙烯胺、PMA、聚丙烯等 混凝剂一般采用精制或粗制硫酸铝、明矾或三氯化铁等。用量为5-10毫克升。如水中出现藻类藻类，则可投加硫酸铜硫酸铜，用量为1-5毫克升。为提高水中污物凝聚效果，应适当

11、地向池中投加一定量的纯碱(NaOH)或碱性盐(Na2CO3，)以维持水的PH值在7.2-7.6左右。用量为510毫克升（泳池的水处理）2.6 水的处理2.6.2 过滤：1.原理：阻力截流、重力沉降、接触凝聚。2.池式过滤：滤料选择原则，化学稳定、不溶于水、无有害物、足够的机械强度、适宜的级配和足够的空隙率。级配滤料的粒径范围及在此范围内各种粒径的数量比例，空隙率滤料的空隙体积和整个滤层体积的比例。3.砂滤棒过滤：用细微颗粒的硅藻土和骨灰等可燃性物质，成型后在高温下焙烧而成-砂芯（孔径0.002-0.004微米）。4.活性碳过滤等：主要去处水中的余氯（吸附、催化）。活性碳有腐蚀性，存放时注意。2

12、.6 水的处理2.6.2 过滤钢制重力式无阀过滤器钢制重力式无阀过滤器（池式过滤）（池式过滤）广泛应用于地表水净化、地下水除铁除锰、循环水旁流过滤、生产废水除悬浮杂质、有机污水经生化处理和二次沉淀池处理之后的后续过滤以及室内游泳池水的过滤，是一种理想的水处理设备。原水由进水管送入滤池，经过滤层自上而下地过滤，清水即从连通管注入存水箱内贮存，水箱充满后，水通过出水管入清水池，滤层不断截留悬浮物，造成滤层阻力的逐渐增加，因而促使虹吸管内的水位不断升高。当水位达到虹吸辅助管管口时，水自该管中落下，通过抽气管借以带走虹吸下降管中的空气，当真空度达到一定值时，便发生虹吸作用。这时水管中的水自下而上地通过

13、滤层，对滤料进行反冲洗。当冲洗水箱水面下降至虹吸破坏管时，空气进入虹吸管，破坏虹吸作用。滤池反冲洗结束，进入下一周期工作，应而无需象其它过滤器那样，必须设置反冲洗水泵和反冲洗水塔。2.6 水的处理2.6.3 软化（Intenerate）：为什么？产品出现沉淀、洗涤液增多，喷嘴堵塞、玻璃瓶发暗、锅炉爆炸。1.石灰软化法（石灰软化法、石灰-纯碱软化法、石灰-纯碱-磷酸三钠软化法三种）软化方法：间歇法、涡流反应器、连续法 2.离子交换(Ion Excgange)：选择原则，外观、膨胀度、交联度、颗粒度、交换容量；常见的装置，固体床（单床、多床、复床、混合床、双层床）和连续床（移动床、流动床）3.反渗

14、透（Reverse Osmosis）：反渗透脱盐的机理（氢键理论、优先吸附理论）分离溶剂（水）。4.电渗析法(Electro Dialysis)：依靠电势，把离子交换树脂制成薄膜，阻断溶质，分离溶质，缺点：水利用率低50%，出现极水和浓盐水。有机玻璃离子交换装置时间型自动软化器小型全自动复床纯水系统水力驱动全自动软化器离子交换装置及全自动软化器大型自动软化器 图1 海水淡化图2 硬水软化反渗透膜超滤上海正光和40T/h二级反渗透钠滤2.6 水的处理2.6.3 软化5.膜分离技术及其特征 膜分离法：用天然或人工合成的高分子膜，以外界压力或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶液进行分离、分级、提

15、纯和富集的方法。常用来进行水处理和纯净水的生产。常用的膜有4种：（1）微滤膜（microfilteration,MF）：孔径0.1-10m，主要去除微粒、细微物质，能有效的去除细菌，对称膜(孔径大小相等)，操作压力0.01-0.2MPa，静态过滤.与一般深层过滤介质相比具有的特征：-孔径均匀，过滤精度高，一般作为反渗透的保安过滤。-空隙率高，流速快，微孔滤膜上有千百万个微孔，微孔体积占膜总体积的7080%。-膜薄（厚度0.10.15mm），吸附少-无介质脱落，但易堵塞。2.6 水的处理2.6.3 软化5.膜分离技术及其特征（2）超滤膜(ultrafilteration,UF):孔径0.001-

16、0.1m，主要去除分子量大于500 的大分子和胶体，能去除全部的病毒和高分子物质，非对称膜（孔径大小不等），操作压力0.1-0.5MPa，动态过滤。理想的超滤筛分，应尽量避免溶质在膜的表面和膜孔壁上的吸附与阻塞，应选择与被分离溶质之间相互作用弱的超滤膜。（3）反渗透膜(reverser osmosis,RO)：孔径0.0001-0.001m，主要去除盐分，对氯化钠去除95%以上，操作压力1-10MPa脱盐的机理：氢键理论(1953,USA,Ried)、优先吸附理论(20世纪60年代，Canada,Sourirajan)2.6 水的处理2.6.3 软化5.膜分离技术及其特征（4）钠滤膜(nano

17、filteration,NF)：是由反渗透膜发展起而来的一种超低压膜，分离范围介于反渗透膜和超滤膜之间，操作压力0.5-2.0MPa，对氯化钠去除率5070%，对钙的去除率4060%，对有机物的去除率在90%以上，高度脱除水中总有机碳（TOC）类有毒有害杂质。主要是去除低分子有机物和盐类。是脱除地表水和地下水中的有机物并进行部分软化的理想膜元件，满足维持口感和输送管网所需的最低硬度。纳滤膜（NF）可在很低的操作压力下有效地脱除有毒有害物质，又能有效地保留部分营养离子。NF/RO就是将纳滤与反渗透的性能优势结合起来，在需要保留部分离子的行业得到完美的运用。饮料厂水处理成套设备2.6 水的处理2.6.3 消毒：1.氯消毒氯消毒：加氯量(自来水管网远端的余氯含量在0.10.3mg/L,一般总投量为0.52.0mg/L，)、方法（水质差，滤前加；水质好，有机物少，滤后加），它是第一次饮用水革命自来水的功臣（自来水纯净水功能水）。2.紫外线紫外线：3.臭氧消毒臭氧消毒：2.6 水的处理消毒：紫外线：臭氧消毒：思考题1.水源分布及其特点。2.水处理的主要方法及原理。3.硬度、碱度的概念及它们的关系。4.是比较MF、UF、RO、NF膜的异同。