1、軟飲料工藝學1第二章 水及水處理教學目的、要求:了解水中的雜質及其分類了解水中雜質的處理方法及原理掌握飲料用水的水源處理方法的選擇原則 教學重點及難點：重點軟飲料的概述和分類；難點軟飲料用水的處理 軟飲料用水的水質要求水是飲料生產中的重要原料之一，水質的好壞，直接影響成品的質量，因此，全面了解水的各種性質，對于飲料用水的處理工作具有重要意義。 軟飲料用水的水質要求 ：水占飲料8595 天然水的分類及其特點1、地表水包括河水、江水、湖水和水庫等。由于地表水是在地面流過，礦物質較少，這類水的硬度約為1.08.0毫克當量升。但河水不一定是地表水，也有的是地下水穿過土層而流入大河。所以河水除含有泥沙、

2、有機物外，還有多種的可溶性鹽類，我國江河水含鹽量通常為70990mg/l。 近年來，由于工業的發展，大量含有有害成分的廢水排入江河，引起地表水污染，也增加了飲料工業用水的困難2、地下水地下水主要是指井水、泉水和自流井等 。由于經過地層的滲透和過濾而溶入了各種可溶性礦物質，如鈣、鎂、鐵的碳酸氫鹽等，其含量多少取決于其流經的地質層中的礦物質含量。地下水一般含鹽量為1005000mg/l。硬度約為210克當量升，有的高達1025克當量升。但由于水透過地質層時，形成了一個自然過濾過程，所以它很少含有泥沙、懸浮物和細菌，水質比較澄清。3、自來水水質好且穩定，但水價高天然水中的雜質天然水源中雜質分類 天然

3、水源 中的雜質，按其微粒分散的程度，大致可分為三類：懸浮物、膠體、溶解物質。（）懸浮物質天然水中凡是料度大于0.2um的雜質統稱為懸浮物。這類雜物使水質呈混濁狀態，在靜置時會自行沉降。懸浮雜質主要是泥土、砂料之類的無機物質，也在浮游生物（如藍藻類、綠藻類、硅藻類）及微生物。懸浮物質在成品飲料中能沉出來，生成瓶底積垢或絮狀沉的蓬松性微粒。有害的微生物不僅影響產品風味，而且還會導致產品變質。（2）膠體物質 膠體物質的大小大致為0.0010.20m。具有兩個很重要的特性： （）光線照射上去，被散射而呈混濁的丁達爾現象。 （）因吸附水中大量離子而不能自行下沉，即具有穩定性。膠體物質多數是粘土性無機膠體

4、，它造成水質混濁。高分子有機膠體是分子量很大的物質，一般是動植物殘骸經過腐蝕分解的腐植酸、腐植質等，是造成水質帶色的原因。（3）.溶解物質 這類雜質的微粒在0.001um以下，以分子或離子狀態存在于水中。溶解物主要是溶解氣體、溶解鹽類和其它有機物。溶解氣體：天然水源中的溶 解氣體主要是氧氣和二氧化碳，此外是硫化氫和氯氣等。這些氣體的存在會影響碳酸氣飲料中CO2的溶解量及產生異味。溶解鹽類：天然水中常含的無機鹽離子,所含溶解鹽的種類和數量，因地區不同差很大。這些無機鹽構成了水的硬度和堿度。飲料用水的水質要求 選擇飲料用水，基本上要求符合我國“生活飲用水衛生（TJ2076）”,除此之外，還應參照輕

5、工業部部頒汽水工藝用水水質要求（補充件）。軟飲料用水的水處理 要去除水中細小懸浮物和膠體物質，需進行水處理。水處理過程中有兩種途徑。一種是在水中加入混凝劑，使水中細小懸浮物及膠體物質互相吸附結合成較大的顆粒，從水中沉淀出來，此過程稱混凝（凝聚）。另一種方法是細小懸浮物和膠體物質直接吸附在一些相對巨大顆粒表面而除去，這就是過濾。若兩種途徑并用時，則過濾過程在混凝過程之后。混凝膠體物質在水中能保持懸浮分散不易沉降的穩定性。其原因是同一種膠體的顆粒帶有相同電性的電荷，彼此間存在著電性斥力，使顆粒之間相互排斥。這樣它們就不可能互相接近并結合成大的團粒，因而也就不易沉降下來。添加混凝劑后，膠體顆粒表面電

6、被中和，破壞了膠體穩定性，促使小顆粒變成大顆粒而下降，從而得到澄清的水。常用的鋁鹽有明礬 KAl(SO4)212H2O或K2SO4Al2(SO4)324H2O，它是一種復鹽。在水中Al2(SO4)3發生水解作用生成氫氧化鋁，氫氧化鋁帶正電荷，而天然水中的膠體物質大都帶負電荷，因此，兩者發生電性中和作用。同時，氫氧化鋁的膠體又能吸附水中的自然膠體和懸浮物，在中和與吸附的共同作用下，水中的膠體微粒逐漸凝聚成大的絮狀物沉淀下來，在沉淀過程中，水逐漸變得澄清透明。 明礬的加入量一般為0.0010.02，為了加速混凝，加入前需把明礬塊弄碎，并在加入后用木棒攪12min。堿式氯化鋁 堿式氯化鋁（PAC）又

7、稱羥基氯化鋁或聚合氯化鋁，其分子式為Al2(OH)nCl6nm，其中n5，10。精品為白色或黃色固體，也有無色或黃褐色的透明液體。堿式氯化鋁的一般用量0.0050.01%,pH值范圍為59，溫度適宜性較強，反應迅速，沉淀較快，在相同的效果下，其用量僅為硫酸鋁的0.250.5，從目前發展情況來看，有代替前述明礬和硫酸鋁而成為主要的無機凝聚劑的趨勢。鐵鹽常用的是硫酸亞鐵(FeSO47H2O)，另外也用氯化鐵(FeCl36H2O)和硫酸鐵。國內用于水處理的是前兩種，鐵鹽在水中發生水解產生了Fe(OH)3膠體。Fe(OH)3的混凝作用及過程與鋁鹽相似。助凝劑 為了提高混凝的效果，經常需要加入一些輔助藥

8、劑，稱助凝劑。助凝劑本身不起凝聚作用，僅幫助凝絮的形成,如用來調節pH值的堿、酸、石灰等。有時水中混濁度不高，為了加速完成這一過程，可以投入粘土。 近來發展的有機混凝劑，多為丙烯酸的化合物，有帶正電荷和帶負電荷的兩種。加速凝聚 適當的攪拌，可以加速凝聚和沉淀的過程。電凝聚 用鋁電極在適宜pH值的水中產生鋁離子，從而形成膠體而凝聚的一種方法。水的過濾過濾原理及工藝過程過濾原理原水通過粒狀料層時，其中一些懸浮物和膠體物質被截留在孔隙中或介質表面上，這種通過粒狀介質層分離不溶性雜質的方法稱為過濾。過濾過程是一系列不同過程的綜合，包括阻力截留（篩濾）、重力沉降和接觸凝聚。（）阻力截留：單層濾料層中粒狀

9、濾料的級配特點是上細下粗，也就是，上層孔隙小，下層孔隙大，當原水由上而下流過濾料層時，直徑較大的懸浮雜質首先被截留在濾料層的孔隙間，從而使表面的濾料的孔隙越來越小，攔截住后來的顆粒，在濾層表面逐漸形成一層主要由截留的顆粒組成的薄膜，起到過濾作用。（）重力沉降：當原水通過濾層時，眾多的濾料顆粒提供了大量的沉降面積，例如1克球形砂粒，可供懸浮物沉淀的有效面積約400m2。當原水經過濾料層時，只要速度適宜，其中的懸浮物就會向這些沉淀面沉淀。（）接觸凝聚：砂粒等物質具有巨大的表面積，它和懸浮物的微小顆粒之間有著吸附作用，因此砂粒在水中時帶有負電荷，能吸附帶正電的微粒（如鐵、鋁的膠體微粒及硅酸），形成帶

10、正電荷的薄膜，因而能使帶負電荷的膠體（粘土及其它有機物）凝聚在砂粒上。 接觸凝聚和重力沉淀是發生在濾料深層的過濾作用，而阻力截留主要發生在濾料表層。過濾的工藝過程過濾的工藝過程基本上由兩個過程組成，即過濾和沖洗兩個循環過程。過濾為生產清水的過程，而沖洗是從濾料表面沖洗掉污物，使之恢復過濾能力的過程。多數情況下，沖洗 和過濾的水流方向相反，因而一般把沖洗稱為反沖或反洗。硬水軟化石灰軟化法 前面已論及，水中Ca+、Mg+含量的總和叫水的總硬度，含有鈣、鎂鹽類的水稱硬水。隨著水溫、壓力的升高，鈣、鎂的碳酸氫鹽的溶解度因其發生化學變化而下降，到了1000C，它們將以CaCO3和Mg(OH)2的形式沉淀

11、出來。這些化合物溶解度很小，分別為13mg/l和5mg/l。因此，水中大部分的鈣、鎂離子都可隨CaCO3和Mg(OH)2沉淀而除去，但大量的工業用水不可能靠加熱方法使其軟化，而且也不可能解決非碳酸鹽的硬度問題。在水中加入化學藥劑如石灰（CaO）等，可以在不加熱條件下除去鈣、鎂離子，達到水質軟化的目的。這種方法稱之為石灰軟化法，是工業上常用的一種軟化水的方法。軟化方法主要有間歇法、渦流反應法和連續法三種。離子交換軟化法離子交換法即用離子交換劑，把原水中人們所不需要的離子暫時占有，然后再將它釋放再生液中，使水得到軟化。離子交換劑的種類很多，按來源的不同可分為：三大類礦物質離子交換劑:如泡沸石(Na

12、2O.nAl2O3.Fe2O3.xSiO2.yH2O)碳質離子交換劑:如磺化煤有機合成離子交換樹脂 前兩類一般用于水質軟化處理，如鍋爐用水、冷卻水及洗瓶水的水質軟化。 飲料生產用水的水處理都采用有機合成離子交換樹脂。離子交換樹脂是一種形網妝固體的高分子共聚物，不溶于酸，堿和水，但吸水膨脹。樹脂分子含有極性基團和非極性基團兩部分，膨脹后，極性基團上可擴散的離子與溶液的離子起交換作用，而非極性基團則為離子交換樹脂的骨架。 電滲析法、反滲透法水處理 許多國家飲料廠愿意采用反滲透法，因為反滲透膜能除去膠體。一、電滲析法 電滲析技術常用于海水和咸水的淡化，或用自來水制備初級純水。它是通過具有選擇透過性和

13、良好導電性的離子交換膜，在外加直流電場的作用下，根據異性相吸、同性相斥的原理，使原水中陰、陽離子分另通過陰離子交換膜和陽離子交換膜而達到凈化作用的一項技術。二、反滲透 反滲透是六十年代發展起來的一項新型膜分離技術，近年來在工藝研究方面取得很大進展。反滲透和電滲析都屬于膜分離范疇，電滲析是通過離子交換膜把溶液中鹽份分離出來；反滲透是通過反滲透膜把溶液中的溶劑(水)分離出來。水的消毒在水質處理過程中，會有相當數量的致病微生物被除去。例如：混凝、沉淀、過濾、石灰法軟化等都能除去一定量的致病微生物。消毒是指殺滅水里面的致病菌，防止因水中的致病菌導致消費者產生疾病。消毒并非將所有微生物全部殺滅。水的消毒

14、方法很多，而目前國內外常用的是： 氯消毒 臭氧消毒 紫外線消毒 一、氯消毒（一）基本原理氯在水中反應如下： Cl2+H2O HOCl +H+Cl- HOCl OCl +H+ HOCl為次氯酸，OCl為次氯酸根。以上二個反應很快達到平衡。由于H能被水中堿度中和掉，因此反應極易向右進行，最后水中只剩下次氯酸HOCl和次氯酸根OCl對于氯所能起到的消毒作用，有不同的看法。比較合理的看法是： 氯的消毒作用是通過它產生的次氯酸HOCl的作用，而不是氯氣的本身，也不是氫離子或次氯酸根（OCl）的作用。加氯方法和加氯量、加氯方法濾前加氯：原水水質差，有機物多，可在原水過濾前加氯，可防止沉淀池中微生物繁殖，但

15、加氯量要多。濾后加氯：原水經沉淀和過濾后加氯，加氯量可比濾前添加的少，且消毒效果好。、加氯量 加入水中的氯分為兩部分，即作用氯（吸氯）和余氯。作用氯是和水中微生物、有機物及有還原作用的鹽類（如亞鐵、亞硝酸等）起作用的部分；余氯是為了保持水在加氯后有持久的殺菌能力、防止水中微生物萌發和外界微生物侵入的部分。我國水質標準規定，在管網端自由性余氯保持在0.10.3mg/l之間，小于0.1mg/l時不安全，大于0.3mg/l時則水含有明顯的氯臭。為了要使管網最遠點保持0.1mg/l的余氯量，一般總投氯量為0.52.0mg/l。幾種常用氯消毒法、氯胺 氯胺是水中的氨和氯化合產生的，是一種有效的氯消毒試劑

16、。在實際進行消毒時，是在投氯前或者投氯后，在水中按比例加入少量氨或胺鹽生成氯胺。、漂白粉 漂白粉是由氯氣與熟石灰反應而得。習慣上，常用氧氯化鈣CaOCl2來表示漂白粉的分子式。在漂白粉的成分中，起消毒作用的只有氧氯化鈣CaOCl2一種。、次氯酸鈉 次氯酸鈉在水溶液中可分解成次氯酸，因而具有消毒作用。它一般可采用電解氯化鈉溶液，由電極產物反應而制得，反應式如下： 2NaOH+Cl2=NaOCl+NaCl+H2O次氯酸鈉殺菌能力強，水溶液很純凈，不增加水的硬度，所以比漂白粉好。主要缺點是成本高。臭氧消毒臭氧（O3）是特別強烈的氧化劑。臭氧瞬時的滅菌性質優越于氯。在歐洲，臭氧已廣泛用于水的消毒中，同時用于去除水臭、水色以及鐵和錳。臭氧在常溫下是略帶藍色的氣體。通常看上去是無色的，液態臭氧是暗藍色的。它比氧易溶于水，但由于只能得到分壓低的臭氧，所以濃度都比較低。臭氧的氧化力很強，所以水中的無機和有機物質（包括微生物）均易被臭氧氧化。臭氧消毒特點