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關于軟飲料用水及水處理2.1水資源的狀況

水是生命之源,地球雖然有70.8%的面積為水所覆蓋,但其中97.5%的水是咸水,無法飲用。在余下的2.5%的淡水中,有87%是人類難以利用的兩極冰蓋、高山冰川和永凍地帶的冰雪。人類真正能夠利用的水僅占地球總水量的0.26%。目前(2002)世界上有80個國家約15億人口面臨淡水不足,其中29個國家的4.5億多人口完全生活在缺水狀態中。此外,全世界每年排放的污水達4000多億噸,從而造成5萬多億噸水體被污染,致使地球上每年有700多萬人因飲水不凈引起的疾病而死亡。●世界各國地區按水資源量大小排隊,前幾名依次是:巴西、俄羅斯、加拿大、中國、美國、印度尼西亞、孟加拉國、印度。若按人口平均,中國人均水資源量只相當于世界人均量的1/4。●巴西并不缺水,擁有的淡水資源約占世界淡水總量的13.8%。但巴西仍呼吁人們舉手之勞去節水,如縮短沖澡時間,隨手擰緊水龍頭等。●德國也不缺水,但許多德國家庭往往將煮面水省下刷油碗,洗衣服的水拿來再拖地。第2頁,共32頁,2024年2月25日,星期天第3頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2001年3月22日,錢正英、張光斗等近300位專家在舉行的《中國可持續發展水資源戰略研究報告集》首發式上警告說,如果未來不解決洪水、缺水和水污染三大問題,水資源將成為我國社會經濟發展的最大“瓶頸”之一。

專家們預測到2030年人口增至16億時,人均水資源量將降到1760立方米。按照國際上一般承認的標準,人均水資源量少于1700立方米為用水緊張的國家。我國未來水資源的形勢是嚴峻的。防洪減災、農業用水、城市和工業用水、防污減災、生態環境建設、水資源的供需平衡、北方的水資源問題、西部地區的水資源問題等八個方面實行戰略性的轉變。第4頁,共32頁,2024年2月25日,星期天解決辦法節水:主要是農業節水:這樣一組數據,可以證明農業節水才是節水的關鍵:美國年取水量不足5000億立方米,國民生產總值超過8萬億美元,而我國年取水量在6000億立方米以上,國民生產總值卻不到2萬億美元。我國用水總量中,70%屬農業用水,北方還高達80%,農業用水的90%是灌溉用水,這90%的灌溉用水,利用率僅45%左右,利用系數不到0.45,不足世界上最缺水國家———以色列的50%。防止水污染提高水的利用率節水1T花費6元,開源1T花費8元,制污1T花費10元防洪:洪水災害損失日趨嚴重。1993年—1998年全國洪災的直接經濟損失為9000億元,相當于同期財政收入的1/5;1998年洪災直接經濟損失2551億元。第5頁,共32頁,2024年2月25日,星期天圖1閘口阻斷洪湖和長江的聯系,也切斷了湖泊的生命線圖2圍欄養殖削弱了水體自凈能力,藻化現象日趨嚴重圖3從空中俯瞰,示范區植被恢復良好,其他區域是過度養殖后留下的一片白水茫茫,對比鮮明第6頁,共32頁,2024年2月25日,星期天

水是軟飲料生產中重要的原料之一,直接影響到成品的質量。因此全面了解水的性質具有重要意義。

2.2水源分類及其特點--地表水:來源:包括江水、河水、降水、湖水、水庫水等,特點:常含有粘土、砂、腐殖質、鈣鎂鹽類、其他鹽類及細菌,另外易受工業廢水污染。--地下水:井水、泉水和自流井等。特點:硬度較大、鹽含量較大。一般鹽含量100--5000mg/L,硬度2-10mg當量/升。--城市自來水:是指地表水經過適當的水處理工藝,水質達到一定要求并儲存在水塔中的水。特點:水質好、穩定,符合生活飲用水標準;水處理設備簡單,容易處理,一次性投資小;但水價高,使用時要注意控制氯、鐵離子含量及堿度、微生物量。第7頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.3天然水中的雜質(1)懸浮物質d>0.2微米,主要有細菌--有致病的和對人體健康無妨的;藻類及原生動物--嗅、為、色、混濁;泥沙粘土--混濁。對飲料的影響:出現沉淀、影響二氧化碳的溶解、微生物的存在影響產品的風味甚至敗壞。(2)膠體物質在0.001~0.20微米,包括溶膠--如硅酸膠體(無機);引起水渾濁,高分子化合物--腐殖質、腐殖酸膠體(有機),造成水質帶色。

第8頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.3天然水中的雜質(3)溶解物質①鹽類--鈣鎂鹽、鈉鹽、鐵鹽及錳鹽—硬度H(總硬度、暫時硬度、永久硬度)、堿度A及其關系;A總>H總,水中存在OH-、碳酸根,屬于堿水;A總<

H總,水中存在鈣鎂離子的氯化物,基本沒有OH-、碳酸根,屬非堿性水;A總=

H總,水中只含有鈣鎂的碳酸氫鹽。H總過大,飲料出現沉淀、鹽味、增加洗滌劑的用量成本增加;A總過大,出現水垢、改變果汁糖酸比、影響二氧化碳的溶解、有利于微生物的繁殖、沉淀、②氣體--氧、二氧化碳、硫化氫、氮氣。它們影響碳酸飲料中二氧化碳的溶解度、其它飲料的風味和色澤。第9頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.4飲料用水的標準生產高質量的飲料就必須有高質量的飲料用水。而飲料用水必須符合我國《生活飲用水標準GB5749--85》。除此以外還得滿足軟飲料用水的標準,二者的差別見表1。指標飲用水飲料用水濁度/度<3<2色度/度<15<5溶解性總固體/mg/L<1000<500總硬度/以CaCO3計mg/L<450<100鐵/mg/L<0.3<0.1高錳酸鉀消耗量/mg/L--<10總堿度/mg/L--<50游離氯/mg/L0.3<0.1致病菌--不得檢出第10頁,共32頁,2024年2月25日,星期天

表2軟飲料用水標準第11頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.5飲料用水的水質要求--色度、濁度--嗅和味--堿度:--硬度:水中離子沉淀肥皂的能力。美國1度=1mg/L碳酸鈣,德國1度=10mg/L氧化鈣,法國1度=10mg/L碳酸鈣,英國1度=14.28mg/L碳酸鈣,--毒理學指標:鉛、汞等--細菌學指標--放射性指標第12頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.1混凝沉淀1.混凝是指在水中加入某些溶解鹽類,使水中的細小懸浮物或膠體微粒互相吸附結合而成較大的顆粒,從水中沉淀下來的過程。2.混凝劑:明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵和堿式氯化鋁。(1)明礬:一般用量0.001~0.02%注意使用的條件--pH值,一般要求被處理的水pH值6.5-7.5,太高或太低都會使氫氧化鋁溶解,另外,換會影響它的帶電性,pH值<5,帶負電荷,>5帶正電荷。--溫度,水溫要求25~35度,>50度失去混凝作用。--攪拌,有利于混凝。第13頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.1混凝沉淀2.混凝劑:明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵和堿式氯化鋁。(2)硫酸鋁:水溶液偏酸,使用時應調pH值6.5-7.5,是生成的氫氧化鋁最多。根據實驗確定使用量。(3)硫酸亞鐵:對于富含有機質的水不合適,因為當水的pH值<6,鐵離子和腐殖酸能生成不沉淀的有色物質。氫氧化鐵的生成需要pH>8,所以,用綠礬處理水時,須用調pH。(4)堿式氯化鋁:一般用量0.005~0.01%,pH值6-8,溫度20~30度。第14頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.1混凝沉淀3.助濾劑:能提高混凝效果,加速沉淀的輔助藥劑。主要有活性的硅酸、海藻酸鈉、CMC、聚丙烯胺、PMA、聚丙烯等混凝劑一般采用精制或粗制硫酸鋁、明礬或三氯化鐵等。用量為5-10毫克/升。如水中出現藻類,則可投加硫酸銅,用量為1-5毫克/升。為提高水中污物凝聚效果,應適當地向池中投加一定量的純堿(NaOH)或堿性鹽(Na2CO3,)以維持水的PH值在7.2-7.6左右。用量為5—10毫克/升(泳池的水處理)第15頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.2過濾:1.原理:阻力截流、重力沉降、接觸凝聚。2.池式過濾:濾料選擇原則,化學穩定、不溶于水、無有害物、足夠的機械強度、適宜的級配和足夠的空隙率。級配濾料的粒徑范圍及在此范圍內各種粒徑的數量比例,空隙率濾料的空隙體積和整個濾層體積的比例。3.砂濾棒過濾:用細微顆粒的硅藻土和骨灰等可燃性物質,成型后在高溫下焙燒而成---砂芯(孔徑0.002-0.004微米)。4.活性碳過濾等:主要去處水中的余氯(吸附、催化)。活性碳有腐蝕性,存放時注意。第16頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.2過濾鋼制重力式無閥過濾器(池式過濾)

廣泛應用于地表水凈化、地下水除鐵除錳、循環水旁流過濾、生產廢水除懸浮雜質、有機污水經生化處理和二次沉淀池處理之后的后續過濾以及室內游泳池水的過濾,是一種理想的水處理設備。原水由進水管送入濾池,經過濾層自上而下地過濾,清水即從連通管注入存水箱內貯存,水箱充滿后,水通過出水管入清水池,濾層不斷截留懸浮物,造成濾層阻力的逐漸增加,因而促使虹吸管內的水位不斷升高。當水位達到虹吸輔助管管口時,水自該管中落下,通過抽氣管借以帶走虹吸下降管中的空氣,當真空度達到一定值時,便發生虹吸作用。這時水管中的水自下而上地通過濾層,對濾料進行反沖洗。當沖洗水箱水面下降至虹吸破壞管時,空氣進入虹吸管,破壞虹吸作用。濾池反沖洗結束,進入下一周期工作,應而無需象其它過濾器那樣,必須設置反沖洗水泵和反沖洗水塔。第17頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.3軟化(Intenerate):為什么?產品出現沉淀、洗滌液增多,噴嘴堵塞、玻璃瓶發暗、鍋爐爆炸。

1.石灰軟化法(石灰軟化法、石灰-純堿軟化法、石灰-純堿-磷酸三鈉軟化法三種)軟化方法:間歇法、渦流反應器、連續法

2.離子交換(IonExcgange):選擇原則,外觀、膨脹度、交聯度、顆粒度、交換容量;常見的裝置,固體床(單床、多床、復床、混合床、雙層床)和連續床(移動床、流動床)

3.反滲透(ReverseOsmosis):反滲透脫鹽的機理(氫鍵理論、優先吸附理論)分離溶劑(水)。

4.電滲析法(ElectroDialysis):依靠電勢,把離子交換樹脂制成薄膜,阻斷溶質,分離溶質,缺點:水利用率低50%,出現極水和濃鹽水。第18頁,共32頁,2024年2月25日,星期天有機玻璃離子交換裝置時間型自動軟化器小型全自動復床純水系統水力驅動全自動軟化器離子交換裝置及全自動軟化器大型自動軟化器

第19頁,共32頁,2024年2月25日,星期天圖1海水淡化圖2硬水軟化第20頁,共32頁,2024年2月25日,星期天反滲透膜第21頁,共32頁,2024年2月25日,星期天超濾上海正光和40T/h二級反滲透鈉濾第22頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.3軟化5.膜分離技術及其特征膜分離法:用天然或人工合成的高分子膜,以外界壓力或化學位差為推動力,對雙組分或多組分的溶液進行分離、分級、提純和富集的方法。常用來進行水處理和純凈水的生產。常用的膜有4種:(1)微濾膜(microfilteration,MF):孔徑0.1-10μm,主要去除微粒、細微物質,能有效的去除細菌,對稱膜(孔徑大小相等),操作壓力0.01-0.2MPa,靜態過濾.與一般深層過濾介質相比具有的特征:--孔徑均勻,過濾精度高,一般作為反滲透的保安過濾。--空隙率高,流速快,微孔濾膜上有千百萬個微孔,微孔體積占膜總體積的70~80%。--膜薄(厚度0.1~0.15mm),吸附少--無介質脫落,但易堵塞。第23頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.3軟化5.膜分離技術及其特征(2)超濾膜(ultrafilteration,UF):孔徑0.001-0.1μm,主要去除分子量大于500μ的大分子和膠體,能去除全部的病毒和高分子物質,非對稱膜(孔徑大小不等),操作壓力0.1-0.5MPa,動態過濾。理想的超濾篩分,應盡量避免溶質在膜的表面和膜孔壁上的吸附與阻塞,應選擇與被分離溶質之間相互作用弱的超濾膜。(3)反滲透膜(reverserosmosis,RO)

:孔徑0.0001-0.001μm,主要去除鹽分,對氯化鈉去除95%以上,操作壓力1-10MPa脫鹽的機理:氫鍵理論(1953,USA,Ried)、優先吸附理論(20世紀60年代,Canada,Sourirajan)第24頁,共32頁,2024年2月25日,星期天2.6水的處理2.6.3軟化5.膜分離技術及其特征(4)鈉濾膜(nanofilteration,NF):是由反滲透膜發展起而來的一種超低壓膜,分離范圍介于反滲透膜和超濾膜之間,操作壓力0.5-2.0MPa,對氯化鈉去除率50~70%,對鈣的去除率40~60%,對有機物的去除率在90%以上,高度脫除水中總有機碳(TOC)類有毒有害雜質。主要是去除低分子有機物和鹽類。

是脫除地表水和地下水中的有

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