饮料用水及水处理(课堂PPT).ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,第1章 饮料用水及水处理,1,本章主要解决三个问题：,（,1,）饮料生产用水为什么要处理,？,（,2,）饮料生产用水怎样处理,？,（,3,）处理后的水应达到什么标准,？,2,第一节：软饮料用水的水质要求,第二节：软饮料用水的水处理,3,1.1,饮料用水的水质要求,地表水,地下水,城市自来水,地 下 水,地 表 水,自来水,1.1.1,水源的分类及其特点,4,地表水,来源：,地球表面所存积的天然水,包括江水、河水、湖水、水库水、池塘水和浅井水等。,特点：,水量丰富，矿物质含量较少，硬度为,1-8mmol/L,。,但是地表水水质不稳定，受自然因素影响较大。,污染物：,主要有黏土、砂、水草、腐殖质、昆虫、微生物、无机盐等，,有时,还会被有害物质,(,如工业废水等,),污染。,5,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,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Fe,3+,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,。,6,城市自来水,来源：,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。,特点：,水质好且稳定，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，经常性费用大。,污染物：,Cl,-,，,Fe,3+,含量及碱度、微生物量。,7,1.1.2,水中杂质对饮料生产的影响,水处理的目的,消除悬浮物、颜色、,过高的碱,度和硬度,，脱盐，杀菌。,澄清过滤、沉降,混凝、絮凝和过滤,石灰纯碱、离子,交换、,ED,或,RO,悬浮杂质,胶体,溶解性杂质,8,水的硬度,水中离子沉淀肥皂的能力。,硬脂酸钠,+,钙或镁离子,硬脂酸钙或镁,(,肥皂,)(,含量,)(,沉淀物,),总硬度,=,碳酸盐硬度,+,非碳酸盐硬度,饮料用水的水质，要求硬度小于,?,德国度,找一找吧？,永久性硬度,暂时硬度,9,水硬度过大对饮料的影响,当水的硬度过大时，会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，对饮料生产会产生一些不良影响，例如,Ca(HC0,3,),2,等会与有机酸反应产生沉淀，影响产品感观品质,;,非碳酸盐硬度过高时，还会使饮料出现盐味；,另外，在洗瓶时，在浸瓶槽上形成水垢，会增加烧碱的用量。,10,水的碱度,是指水中能与,H,+,结合的,0H,-,，,C0,3,2-,和,HC0,3-,的含量，以,mmol,L,表示。,水中,0H,-,，,C0,3,2-,和,HC0,3,-,的总含量为水的总碱度。,天然水中通常不含,0H,-,，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，,C0,3,2-,的含量也很小。,因此，天然水中以,HC0,3-,存在为多,，只有在含,Na,2,C0,3,或,K,2,C0,3,的碱性水中，才存在有,C0,3,2-,离子。,天然水中的总碱度通常与该水中的暂时硬度大小相符合。,11,碱度过大时对饮料生产的影响,和金属离子反应形成水垢，产生不良气味；,和饮料中的有机酸反应，改变饮料的糖酸比与风味；,影响,CO,2,的溶入量；,造成饮料酸度下降，使微生物容易在饮料中生存；,生产果汁型碳酸饮料时，会与果汁中的某些成分发生反应，产生沉淀等。,12,1.1.3,饮料用水的水质要求,饮料用水，除应符合我国“生话饮用水卫生标准,(GB57492006)”(,表,1-5),外，还应符合表,1-6,所列的指标。,13,1.2,饮料用水的水处理,目的,：保持水质的稳定性和一致性；,除去水中的悬浮物和胶体等杂质；,去除有机物等，以消除异味和异色；,降低硬度和含盐量；杀灭微生物；驱除异气。,过程,：分析水质；选择处理方法和程序；决定工艺设备,原则,：先易后难；先大后小；,先不溶后溶解物；先过滤后软化消毒。,一般方法,：,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,14,1.2.1,混凝沉淀,自然沉淀,水的沉淀,加药物混凝沉淀,除去水中较大的不溶性悬浮性杂质,溶解性或悬浮于水中,（浑浊、颜色、臭味）,的细小粒子,(,胶体,),水处理,15,混凝机理,胶体在水中保持悬浮,不易沉降的原因,通过添加混凝剂后，胶体颗粒表面,电荷被中和，破坏了胶体稳定性，,促使小颗粒变成大颗粒而下降，,从而得到澄清。,同一种胶体的颗粒带有,相同电性的电荷，彼此,排斥，不能结合成大颗粒,16,常用的混凝剂,常用的有铝盐和铁盐,作用机理,自身先溶解形成胶体，在与水中杂质作用，以,中和或吸附,的形式使杂质凝聚成大颗粒而沉淀。,铝盐：明矾、硫酸铝、碱式氯化铝。,铁盐：硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁。,17,明矾,明矾是硫酸钾铝，是一种复盐,KAl(SO,4,),2,12H,2,O,或,K,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,24H,2,O,在水中,A1,2,(SO,4,),3,发生水解作用生成氢氧化铝胶体：,A1,2,(SO,4,),3,2A1,3+,+3SO,4,2-,A1,3+,+H,2,OAl(OH),2+,+H,+,Al(OH),2+,+H,2,OAl(OH),2,+,+H,+,Al(OH),2,+,+,H,2,OAl(OH),3,+H,+,18,Al,（,OH,）,3,凝聚机理,1,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,2,氢氧化铝胶体可,吸附,水中的自然胶体和悬浮物,19,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,明矾的加入量：一般为,0.001,-0.02,20,碱式氯化铝（,PAC,）或聚合氯化铝，,Al,2,(OH),n,Cl,6-n,m,其中：,n=1-5,，,10,碱式氯化铝是一种新型的混凝剂。,为我国多数水处理厂所采用,碱式氯化铝,21,作用机理,在水中由于羟基的架桥作用而和铝离子生成多核络合物，能使微生物吸附沉淀。,带大量正电荷，能有效地吸附水中带有负电荷的胶粒，中和，因而与吸附的污物在一起形成大的聚体而沉淀除去。,22,碱式氯化铝优点,一般用量,0.005-0.01%,pH,值范围为,6-8,；,温度适宜范围,20-30,从目前发展情况来看，有代替前述明矾和硫酸铝而成为主要的无机凝聚剂的趋势。,23,助凝剂,为了提高混凝的效果，,加速沉淀,，有时需加入一些辅助药剂，称助凝剂。,助凝剂本身不起凝聚作用，仅帮助絮凝的形成。,常用的助凝剂有：,活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠,(CMC),及化学合成的高分子助凝剂，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺,(PMA),、聚丙烯等,。,此外，还有用来,调节,pH,值的碱、酸、石灰,等。,有时水中浑浊度不足，为了加速完成混凝过程，还可以投入黏土。,新技术、新产品还在不断的创新发展中,24,混凝条件的确定,原水的状况，包括水的温度，PH值及其物理、化学性质,混凝剂的性状及添加量,助凝剂的性状及添加量,混凝沉淀的装置,混凝沉淀工艺，包括混凝剂、助凝剂等的添加顺序、搅拌强调及时间等,25,1.2.2,水的过滤,过滤是使水中的胶粒、悬浮物被截留在滤层的孔隙中或表面。,过滤的方法适合于,混浊度低、污染比较轻,的水的处理。,26,阻力截留（滤料表层）,重力沉降（滤料深层）,接触凝聚（滤料深层）,过滤的原理,27,过滤的工艺过程,过滤过程,过滤,冲洗,生产清水,滤料再生,方法反冲,28,1.,砂滤池过滤法,无烟煤,细砂,中砂,粗砂,小卵石,大卵石,滤料层,垫 层,过滤的形式,含污能力大，产水能力高,防止滤料进入配水系统,29,30,应用,31,2.,砂滤棒过滤器,适用于用水量较少，原水中只含少量有机物、细菌及其它杂质。,砂滤棒又名,砂芯,；,采用,硅藻土和骨灰,等可燃性物质，在高温下焙烧，溶化，可燃性物质变为气体逸散，形成直径,2-4,m,的小孔；,32,可达到基本无菌,33,砂芯过滤器的结构,外壳：金属铸成锅形的密封容器；,内部：一至数根砂芯。,34,3.,活性炭过滤（,PAC,）,特点,能除去水中的,异色、异味,；,能除去水中的汞、铅、镉、锌、铁、锰、铬等重金属物质，除去氢化物、硫化物、余氯等高分子有机化合物，除去锶、镭等放射性物质和其它一些致癌物质；,设备体积小，不耗能，效率高。,主要用于除去水中的有机物、余氯、不良气味，降低色度等。,实际生产中常把活性炭过滤和砂滤器串联使用,35,4.,超滤膜过滤（,UF,）,基本原理,超滤是通过膜表面的,微孔结构,对物质进行选择性分离的方法。,当液体混合物在一定,压力,下流经膜表面时，溶剂及其它小分子溶质透过膜（超滤液），而大分子物质则被截留，使其在原液中的浓度逐渐提高（浓缩液），从而,实现大、小分子间的分离、浓缩和净化。,36,37,38,39,40,1.2.3,硬水软化,溶解性杂质包括,：,六种含量大的离子,：,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Na,+,、,HCO,3,-,、,SO,4,=,、,Cl,-,两种含量小的离子,：,Fe,2+,SiO,3,=,两种气体,：,O,2,CO,2,41,Ca,2+,、,Mg,2+,含量的总和叫,水的硬度,；,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Na,+,、,HCO,3,-,、,SO,4,=,、,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：,第一：只降低水中,Ca,2+,和,Mg,2+,含量的处理，叫,水的软化,；,第二：降低全部阴、阳离子含量的处理，叫,水的除盐,。,42,石灰软化法,原理,将生石灰配成石灰乳：,CaO+H,2,0Ca(0H),2,将石灰乳加入待处理水中，水中的,C0,2,首先形成,CaCO,3,沉淀,Ca(OH),2,+C0,2,CaC0,3,+H,2,0,43,之后去除水中的重碳酸钙,Ca(HCO,3,),2,、重碳酸镁,Mg(HC0,3,),2,，产生大量的碳酸钙和氢氧化镁沉淀，其反应,：,Ca(OH),2,+Ca(HC0,3,),2,2CaC0,3,+2H,2,0,Ca(OH),2,+Mg(HC0,3,),2,Mg(0H),2,+CaC0,3,Ca(OH),2,+MgCO,3,CaC0,3,+Mg(OH),2,Ca(0H),2,+2NaHC0,3,CaC0,3,+Na,2,C0,3,+2H,2,0,石灰乳法不仅能除去水中的碳酸盐硬度，还可以除去水中部分铁和硅的化合物。,44,离子交换法,1.,过程：,利用离子交换树脂交换离子的能力，将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，使水得到软化的处理方法。,45,2.,原理：等电荷反应的过程,46,47,48,49,50,51,反渗透法（,Reverse Osmosis,简称,RO,）,1.,应用：,海水淡化,、,硬水软化、,化工制药领域、,食品领域（果汁、牛乳、咖啡的浓缩）,造纸工业（有机及无机物的分离）,2.,基本原理,:,以,半透膜,为介质，对被处理水一侧施加压力，使溶剂穿过半透膜，而达到脱盐的目的,.,52,反渗透原理示意图,（,a,）水分子扩散经过半透膜进入浓溶液侧，以平衡溶液的离子强度，在 平衡点，浓溶液和稀溶液间的高度差对应两侧建的渗透压差。,（,b,）施加超过渗透压的压力反向水分子的流动方向，因而定义为反渗透。,反渗透作用的结果是，使浓溶液变得更浓，稀溶液变得更稀，最终达到脱盐,。,53,54,55,56,电渗析法,(ED),(1),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。,57,58,59,1.2.4,水的消毒,氯消毒,紫外线消毒,臭氧消毒,目的：,杀灭水里治病菌和有害微生物，,防止水传染疾病。,消毒方法：,60,氯消毒：,1.,原理,次氯酸中性分子，扩散到带负电的细菌表面，进入菌体，破环酶系，使其死亡。,2.,常用的氯消毒剂,氯胺,漂白粉,次氯酸钠,3.,适用范围,饮用水消毒；,没有采用自来水为水源的饮料厂的水处理；,氯消毒,61,紫外线消毒,1.,原理,微生物的蛋白质和核酸吸收紫外线光谱能量，导致蛋白质变性，引起微生物的死亡。,2.,杀菌装置,高压汞灯、,紫外线杀菌器,62,臭氧消毒,1.,原理,O,3,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,经过一段时间后，臭氧全变成氧气，要防止二次污染。,63,水处理工艺流程,64,水处理工艺流程,65,66,67,68,69,