1、軟飲料工藝學(xué)1第二章 水及水處理教學(xué)目的、要求:了解水中的雜質(zhì)及其分類了解水中雜質(zhì)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(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)軟飲料的概述和分類；難點(diǎn)軟飲料用水的處理 軟飲料用水的水質(zhì)要求水是飲料生產(chǎn)中的重要原料之一，水質(zhì)的好壞，直接影響成品的質(zhì)量，因此，全面了解水的各種性質(zhì)，對(duì)于飲料用水的處理工作具有重要意義。 軟飲料用水的水質(zhì)要求 ：水占飲料8595 天然水的分類及其特點(diǎn)1、地表水包括河水、江水、湖水和水庫(kù)等。由于地表水是在地面流過，礦物質(zhì)較少，這類水的硬度約為1.08.0毫克當(dāng)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(jī)物外，還有多種的可溶性鹽類，我國(guó)江河水含鹽量通常為70990mg/l。 近年來，由于工業(yè)的發(fā)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(yè)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(jīng)過地層的滲透和過濾而溶入了各種可溶性礦物質(zhì)，如鈣、鎂、鐵的碳酸氫鹽等，其含量多少取決于其流經(jīng)的地質(zhì)層中的礦物質(zhì)含量。地下水一般含鹽量為1005000mg/l。硬度約為210克當(dāng)量升，有的高達(dá)1025克當(dāng)量升。但由于水透過地質(zhì)層時(shí)，形成了一個(gè)自然過濾過程，所以它很少含有泥沙、懸浮物和細(xì)菌，水質(zhì)比較澄清。3、自來水水質(zhì)好且穩(wěn)定，但水價(jià)高天然水中的雜質(zhì)天然水源中雜質(zhì)分類 天然

3、水源 中的雜質(zhì)，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(zhì)。（）懸浮物質(zhì)天然水中凡是料度大于0.2um的雜質(zhì)統(tǒng)稱為懸浮物。這類雜物使水質(zhì)呈混濁狀態(tài)，在靜置時(shí)會(huì)自行沉降。懸浮雜質(zhì)主要是泥土、砂料之類的無機(jī)物質(zhì)，也在浮游生物（如藍(lán)藻類、綠藻類、硅藻類）及微生物。懸浮物質(zhì)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(chǎn)品風(fēng)味，而且還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)。（2）膠體物質(zhì) 膠體物質(zhì)的大小大致為0.0010.20m。具有兩個(gè)很重要的特性： （）光線照射上去，被散射而呈混濁的丁達(dá)爾現(xiàn)象。 （）因吸附水中大量離子而不能自行下沉，即具有穩(wěn)定性。膠體物質(zhì)多數(shù)是粘土性無機(jī)膠體

4、，它造成水質(zhì)混濁。高分子有機(jī)膠體是分子量很大的物質(zhì)，一般是動(dòng)植物殘骸經(jīng)過腐蝕分解的腐植酸、腐植質(zhì)等，是造成水質(zhì)帶色的原因。（3）.溶解物質(zhì) 這類雜質(zhì)的微粒在0.001um以下，以分子或離子狀態(tài)存在于水中。溶解物主要是溶解氣體、溶解鹽類和其它有機(jī)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(huì)影響碳酸氣飲料中CO2的溶解量及產(chǎn)生異味。溶解鹽類：天然水中常含的無機(jī)鹽離子,所含溶解鹽的種類和數(shù)量，因地區(qū)不同差很大。這些無機(jī)鹽構(gòu)成了水的硬度和堿度。飲料用水的水質(zhì)要求 選擇飲料用水，基本上要求符合我國(guó)“生活飲用水衛(wèi)生（TJ2076）”,除此之外，還應(yīng)參照輕

5、工業(yè)部部頒汽水工藝用水水質(zhì)要求（補(bǔ)充件）。軟飲料用水的水處理 要去除水中細(xì)小懸浮物和膠體物質(zhì)，需進(jìn)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(xì)小懸浮物及膠體物質(zhì)互相吸附結(jié)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(xì)小懸浮物和膠體物質(zhì)直接吸附在一些相對(duì)巨大顆粒表面而除去，這就是過濾。若兩種途徑并用時(shí)，則過濾過程在混凝過程之后。混凝膠體物質(zhì)在水中能保持懸浮分散不易沉降的穩(wěn)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(jié)合成大的團(tuán)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(wěn)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(fù)鹽。在水中Al2(SO4)3發(fā)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(zhì)大都帶負(fù)電荷，因此，兩者發(fā)生電性中和作用。同時(shí)，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(qiáng)，反應(yīng)迅速，沉淀較快，在相同的效果下，其用量?jī)H為硫酸鋁的0.250.5，從目前發(fā)展情況來看，有代替前述明礬和硫酸鋁而成為主要的無機(jī)凝聚劑的趨勢(shì)。鐵鹽常用的是硫酸亞鐵(FeSO47H2O)，另外也用氯化鐵(FeCl36H2O)和硫酸鐵。國(guó)內(nèi)用于水處理的是前兩種，鐵鹽在水中發(fā)生水解產(chǎn)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(jīng)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(diào)節(jié)pH值的堿、酸、石灰等。有時(shí)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(fā)展的有機(jī)混凝劑，多為丙烯酸的化合物，有帶正電荷和帶負(fù)電荷的兩種。加速凝聚 適當(dāng)?shù)臄嚢?，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(chǎn)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(shí)，其中一些懸浮物和膠體物質(zhì)被截留在孔隙中或介質(zhì)表面上，這種通過粒狀介質(zhì)層分離不溶性雜質(zhì)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：?jiǎn)螌訛V料層中粒狀

9、濾料的級(jí)配特點(diǎn)是上細(xì)下粗，也就是，上層孔隙小，下層孔隙大，當(dāng)原水由上而下流過濾料層時(shí)，直徑較大的懸浮雜質(zhì)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(dāng)原水通過濾層時(shí)，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(dāng)原水經(jīng)過濾料層時(shí)，只要速度適宜，其中的懸浮物就會(huì)向這些沉淀面沉淀。（）接觸凝聚：砂粒等物質(zhì)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(shí)帶有負(fù)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(fù)電荷的膠體（粘土及其它有機(jī)物）凝聚在砂粒上。 接觸凝聚和重力沉淀是發(fā)生在濾料深層的過濾作用，而阻力截留主要發(fā)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(gè)過程組成，即過濾和沖洗兩個(gè)循環(huán)過程。過濾為生產(chǎn)清水的過程，而沖洗是從濾料表面沖洗掉污物，使之恢復(fù)過濾能力的過程。多數(shù)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(fā)生化學(xué)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(yè)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(xué)藥劑如石灰（CaO）等，可以在不加熱條件下除去鈣、鎂離子，達(dá)到水質(zhì)軟化的目的。這種方法稱之為石灰軟化法，是工業(yè)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(yīng)法和連續(xù)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(shí)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(zhì)離子交換劑:如泡沸石(Na

12、2O.nAl2O3.Fe2O3.xSiO2.yH2O)碳質(zhì)離子交換劑:如磺化煤有機(jī)合成離子交換樹脂 前兩類一般用于水質(zhì)軟化處理，如鍋爐用水、冷卻水及洗瓶水的水質(zhì)軟化。 飲料生產(chǎn)用水的水處理都采用有機(jī)合成離子交換樹脂。離子交換樹脂是一種形網(wǎng)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(tuán)和非極性基團(tuán)兩部分，膨脹后，極性基團(tuán)上可擴(kuò)散的離子與溶液的離子起交換作用，而非極性基團(tuán)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(guó)家飲料廠愿意采用反滲透法，因?yàn)榉礉B透膜能除去膠體。一、電滲析法 電滲析技術(shù)常用于海水和咸水的淡化，或用自來水制備初級(jí)純水。它是通過具有選擇透過性和

13、良好導(dǎo)電性的離子交換膜，在外加直流電場(chǎng)的作用下，根據(jù)異性相吸、同性相斥的原理，使原水中陰、陽(yáng)離子分另通過陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜而達(dá)到凈化作用的一項(xiàng)技術(shù)。二、反滲透 反滲透是六十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新型膜分離技術(shù)，近年來在工藝研究方面取得很大進(jìn)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(zhì)處理過程中，會(huì)有相當(dāng)數(shù)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(dǎo)致消費(fèi)者產(chǎn)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(guó)內(nèi)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(yīng)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(gè)反應(yīng)很快達(dá)到平衡。由于H能被水中堿度中和掉，因此反應(yīng)極易向右進(jìn)行，最后水中只剩下次氯酸HOCl和次氯酸根OCl對(duì)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(chǎn)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(zhì)差，有機(jī)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(jīng)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(jī)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(fā)和外界微生物侵入的部分。我國(guó)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在管網(wǎng)端自由性余氯保持在0.10.3mg/l之間，小于0.1mg/l時(shí)不安全，大于0.3mg/l時(shí)則水含有明顯的氯臭。為了要使管網(wǎng)最遠(yuǎn)點(diǎn)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(chǎn)生的，是一種有效的氯消毒試劑

16、。在實(shí)際進(jìn)行消毒時(shí)，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(yīng)而得。習(xí)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(chǎn)物反應(yīng)而制得，反應(yīng)式如下： 2NaOH+Cl2=NaOCl+NaCl+H2O次氯酸鈉殺菌能力強(qiáng)，水溶液很純凈，不增加水的硬度，所以比漂白粉好。主要缺點(diǎn)是成本高。臭氧消毒臭氧（O3）是特別強(qiáng)烈的氧化劑。臭氧瞬時(shí)的滅菌性質(zhì)優(yōu)越于氯。在歐洲，臭氧已廣泛用于水的消毒中，同時(shí)用于去除水臭、水色以及鐵和錳。臭氧在常溫下是略帶藍(lán)色的氣體。通?？瓷先ナ菬o色的，液態(tài)臭氧是暗藍(lán)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(qiáng)，所以水中的無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)（包括微生物）均易被臭氧氧化。臭氧消毒特點(diǎn)