软饮料工艺学ppt课件.ppt
软饮料工艺学,仲恺农业工程学院,第二章 水及水处理,教学目的、要求:了解水中的杂质及其分类了解水中杂质的处理方法及原理掌握饮料用水的水源处理方法的选择原则 教学重点及难点：重点软饮料的概述和分类；难点软饮料用水的处理,软饮料用水的水质要求,水是饮料生产中的重要原料之一，水质的好坏，直接影响成品的质量，因此，全面了解水的各种性质，对于饮料用水的处理工作具有重要意义。软饮料用水的水质要求：水占饮料8595,天然水的分类及其特点,1、地表水包括河水、江水、湖水和水库等。由于地表水是在地面流过，矿物质较少，这类水的硬度约为1.08.0毫克当量升。但河水不一定是地表水，也有的是地下水穿过土层而流入大河。所以河水除含有泥沙、有机物外，还有多种的可溶性盐类，我国江河水含盐量通常为70990mg/l。近年来，由于工业的发展，大量含有有害成分的废水排入江河，引起地表水污染，也增加了饮料工业用水的困难,2、地下水地下水主要是指井水、泉水和自流井等。由于经过地层的渗透和过滤而溶入了各种可溶性矿物质，如钙、镁、铁的碳酸氢盐等，其含量多少取决于其流经的地质层中的矿物质含量。地下水一般含盐量为1005000mg/l。硬度约为210克当量升，有的高达1025克当量升。但由于水透过地质层时，形成了一个自然过滤过程，所以它很少含有泥沙、悬浮物和细菌，水质比较澄清。3、自来水水质好且稳定，但水价高,天然水中的杂质,天然水源中杂质分类 天然水源 中的杂质，按其微粒分散的程度，大致可分为三类：悬浮物、胶体、溶解物质。,（）悬浮物质天然水中凡是料度大于0.2um的杂质统称为悬浮物。这类杂物使水质呈混浊状态，在静置时会自行沉降。悬浮杂质主要是泥土、砂料之类的无机物质，也在浮游生物（如蓝藻类、绿藻类、硅藻类）及微生物。悬浮物质在成品饮料中能沉出来，生成瓶底积垢或絮状沉的蓬松性微粒。有害的微生物不仅影响产品风味，而且还会导致产品变质。,（2）胶体物质 胶体物质的大小大致为0.0010.20m。具有两个很重要的特性：（）光线照射上去，被散射而呈混浊的丁达尔现象。（）因吸附水中大量离子而不能自行下沉，即具有稳定性。胶体物质多数是粘土性无机胶体，它造成水质混浊。高分子有机胶体是分子量很大的物质，一般是动植物残骸经过腐蚀分解的腐植酸、腐植质等，是造成水质带色的原因。,（3）.溶解物质 这类杂质的微粒在0.001um以下，以分子或离子状态存在于水中。溶解物主要是溶解气体、溶解盐类和其它有机物。溶解气体：天然水源中的溶 解气体主要是氧气和二氧化碳，此外是硫化氢和氯气等。这些气体的存在会影响碳酸气饮料中CO2的溶解量及产生异味。溶解盐类：天然水中常含的无机盐离子,所含溶解盐的种类和数量，因地区不同差很大。这些无机盐构成了水的硬度和碱度。,饮料用水的水质要求 选择饮料用水，基本上要求符合我国“生活饮用水卫生（TJ2076）”,除此之外，还应参照轻工业部部颁汽水工艺用水水质要求（补充件）。,软饮料用水的水处理,要去除水中细小悬浮物和胶体物质，需进行水处理。水处理过程中有两种途径。一种是在水中加入混凝剂，使水中细小悬浮物及胶体物质互相吸附结合成较大的颗粒，从水中沉淀出来，此过程称混凝（凝聚）。另一种方法是细小悬浮物和胶体物质直接吸附在一些相对巨大颗粒表面而除去，这就是过滤。若两种途径并用时，则过滤过程在混凝过程之后。,混凝胶体物质在水中能保持悬浮分散不易沉降的稳定性。其原因是同一种胶体的颗粒带有相同电性的电荷，彼此间存在着电性斥力，使颗粒之间相互排斥。这样它们就不可能互相接近并结合成大的团粒，因而也就不易沉降下来。添加混凝剂后，胶体颗粒表面电被中和，破坏了胶体稳定性，促使小颗粒变成大颗粒而下降，从而得到澄清的水。,常用的铝盐有明矾 KAl(SO4)212H2O或K2SO4Al2(SO4)324H2O，它是一种复盐。在水中Al2(SO4)3发生水解作用生成氢氧化铝，氢氧化铝带正电荷，而天然水中的胶体物质大都带负电荷，因此，两者发生电性中和作用。同时，氢氧化铝的胶体又能吸附水中的自然胶体和悬浮物，在中和与吸附的共同作用下，水中的胶体微粒逐渐凝聚成大的絮状物沉淀下来，在沉淀过程中，水逐渐变得澄清透明。明矾的加入量一般为0.0010.02，为了加速混凝，加入前需把明矾块弄碎，并在加入后用木棒搅12min。,碱式氯化铝 碱式氯化铝（PAC）又称羟基氯化铝或聚合氯化铝，其分子式为Al2(OH)nCl6nm，其中n5，10。精品为白色或黄色固体，也有无色或黄褐色的透明液体。碱式氯化铝的一般用量0.0050.01%,pH值范围为59，温度适宜性较强，反应迅速，沉淀较快，在相同的效果下，其用量仅为硫酸铝的0.250.5，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。,铁盐常用的是硫酸亚铁(FeSO47H2O)，另外也用氯化铁(FeCl36H2O)和硫酸铁。国内用于水处理的是前两种，铁盐在水中发生水解产生了Fe(OH)3胶体。Fe(OH)3的混凝作用及过程与铝盐相似。,助凝剂 为了提高混凝的效果，经常需要加入一些辅助药剂，称助凝剂。助凝剂本身不起凝聚作用，仅帮助凝絮的形成,如用来调节pH值的碱、酸、石灰等。有时水中混浊度不高，为了加速完成这一过程，可以投入粘土。近来发展的有机混凝剂，多为丙烯酸的化合物，有带正电荷和带负电荷的两种。,加速凝聚 适当的搅拌，可以加速凝聚和沉淀的过程。电凝聚 用铝电极在适宜pH值的水中产生铝离子，从而形成胶体而凝聚的一种方法。,水的过滤,过滤原理及工艺过程过滤原理原水通过粒状料层时，其中一些悬浮物和胶体物质被截留在孔隙中或介质表面上，这种通过粒状介质层分离不溶性杂质的方法称为过滤。过滤过程是一系列不同过程的综合，包括阻力截留（筛滤）、重力沉降和接触凝聚。,（）阻力截留：单层滤料层中粒状滤料的级配特点是上细下粗，也就是，上层孔隙小，下层孔隙大，当原水由上而下流过滤料层时，直径较大的悬浮杂质首先被截留在滤料层的孔隙间，从而使表面的滤料的孔隙越来越小，拦截住后来的颗粒，在滤层表面逐渐形成一层主要由截留的颗粒组成的薄膜，起到过滤作用。,（）重力沉降：当原水通过滤层时，众多的滤料颗粒提供了大量的沉降面积，例如1克球形砂粒，可供悬浮物沉淀的有效面积约400m2。当原水经过滤料层时，只要速度适宜，其中的悬浮物就会向这些沉淀面沉淀。,（）接触凝聚：砂粒等物质具有巨大的表面积，它和悬浮物的微小颗粒之间有着吸附作用，因此砂粒在水中时带有负电荷，能吸附带正电的微粒（如铁、铝的胶体微粒及硅酸），形成带正电荷的薄膜，因而能使带负电荷的胶体（粘土及其它有机物）凝聚在砂粒上。接触凝聚和重力沉淀是发生在滤料深层的过滤作用，而阻力截留主要发生在滤料表层。,过滤的工艺过程,过滤的工艺过程基本上由两个过程组成，即过滤和冲洗两个循环过程。过滤为生产清水的过程，而冲洗是从滤料表面冲洗掉污物，使之恢复过滤能力的过程。多数情况下，冲洗 和过滤的水流方向相反，因而一般把冲洗称为反冲或反洗。,硬水软化,石灰软化法 前面已论及，水中Ca+、Mg+含量的总和叫水的总硬度，含有钙、镁盐类的水称硬水。随着水温、压力的升高，钙、镁的碳酸氢盐的溶解度因其发生化学变化而下降，到了1000C，它们将以CaCO3和Mg(OH)2的形式沉淀出来。这些化合物溶解度很小，分别为13mg/l和5mg/l。因此，水中大部分的钙、镁离子都可随CaCO3和Mg(OH)2沉淀而除去，但大量的工业用水不可能靠加热方法使其软化，而且也不可能解决非碳酸盐的硬度问题。在水中加入化学药剂如石灰（CaO）等，可以在不加热条件下除去钙、镁离子，达到水质软化的目的。这种方法称之为石灰软化法，是工业上常用的一种软化水的方法。软化方法主要有间歇法、涡流反应法和连续法三种。,离子交换软化法,离子交换法即用离子交换剂，把原水中人们所不需要的离子暂时占有，然后再将它释放再生液中，使水得到软化。离子交换剂的种类很多，按来源的不同可分为：三大类矿物质离子交换剂:如泡沸石(Na2O.nAl2O3.Fe2O3.xSiO2.yH2O)碳质离子交换剂:如磺化煤有机合成离子交换树脂 前两类一般用于水质软化处理，如锅炉用水、冷却水及洗瓶水的水质软化。,饮料生产用水的水处理都采用有机合成离子交换树脂。离子交换树脂是一种形网妆固体的高分子共聚物，不溶于酸，碱和水，但吸水膨胀。树脂分子含有极性基团和非极性基团两部分，膨胀后，极性基团上可扩散的离子与溶液的离子起交换作用，而非极性基团则为离子交换树脂的骨架。,电渗析法、反渗透法水处理 许多国家饮料厂愿意采用反渗透法，因为反渗透膜能除去胶体。,一、电渗析法 电渗析技术常用于海水和咸水的淡化，或用自来水制备初级纯水。它是通过具有选择透过性和良好导电性的离子交换膜，在外加直流电场的作用下，根据异性相吸、同性相斥的原理，使原水中阴、阳离子分另通过阴离子交换膜和阳离子交换膜而达到净化作用的一项技术。,二、反渗透 反渗透是六十年代发展起来的一项新型膜分离技术，近年来在工艺研究方面取得很大进展。反渗透和电渗析都属于膜分离范畴，电渗析是通过离子交换膜把溶液中盐份分离出来；反渗透是通过反渗透膜把溶液中的溶剂(水)分离出来。,水的消毒,在水质处理过程中，会有相当数量的致病微生物被除去。例如：混凝、沉淀、过滤、石灰法软化等都能除去一定量的致病微生物。消毒是指杀灭水里面的致病菌，防止因水中的致病菌导致消费者产生疾病。消毒并非将所有微生物全部杀灭。水的消毒方法很多，而目前国内外常用的是：氯消毒 臭氧消毒 紫外线消毒,一、氯消毒,（一）基本原理氯在水中反应如下：Cl2+H2O HOCl+H+Cl-HOCl OCl+H+HOCl为次氯酸，OCl为次氯酸根。以上二个反应很快达到平衡。由于H能被水中碱度中和掉，因此反应极易向右进行，最后水中只剩下次氯酸HOCl和次氯酸根OCl对于氯所能起到的消毒作用，有不同的看法。比较合理的看法是：氯的消毒作用是通过它产生的次氯酸HOCl的作用，而不是氯气的本身，也不是氢离子或次氯酸根（OCl）的作用。,加氯方法和加氯量,、加氯方法滤前加氯：原水水质差，有机物多，可在原水过滤前加氯，可防止沉淀池中微生物繁殖，但加氯量要多。滤后加氯：原水经沉淀和过滤后加氯，加氯量可比滤前添加的少，且消毒效果好。,、加氯量 加入水中的氯分为两部分，即作用氯（吸氯）和余氯。作用氯是和水中微生物、有机物及有还原作用的盐类（如亚铁、亚硝酸等）起作用的部分；余氯是为了保持水在加氯后有持久的杀菌能力、防止水中微生物萌发和外界微生物侵入的部分。,我国水质标准规定，在管网端自由性余氯保持在0.10.3mg/l之间，小于0.1mg/l时不安全，大于0.3mg/l时则水含有明显的氯臭。为了要使管网最远点保持0.1mg/l的余氯量，一般总投氯量为0.52.0mg/l。,几种常用氯消毒法,、氯胺 氯胺是水中的氨和氯化合产生的，是一种有效的氯消毒试剂。在实际进行消毒时，是在投氯前或者投氯后，在水中按比例加入少量氨或胺盐生成氯胺。、漂白粉 漂白粉是由氯气与熟石灰反应而得。习惯上，常用氧氯化钙CaOCl2来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钙CaOCl2一种。,、次氯酸钠 次氯酸钠在水溶液中可分解成次氯酸，因而具有消毒作用。它一般可采用电解氯化钠溶液，由电极产物反应而制得，反应式如下：2NaOH+Cl2=NaOCl+NaCl+H2O次氯酸钠杀菌能力强，水溶液很纯净，不增加水的硬度，所以比漂白粉好。主要缺点是成本高。,臭氧消毒,臭氧（O3）是特别强烈的氧化剂。臭氧瞬时的灭菌性质优越于氯。在欧洲，臭氧已广泛用于水的消毒中，同时用于去除水臭、水色以及铁和锰。臭氧在常温下是略带蓝色的气体。通常看上去是无色的，液态臭氧是暗蓝色的。它比氧易溶于水，但由于只能得到分压低的臭氧，所以浓度都比较低。臭氧的氧化力很强，所以水中的无机和有机物质（包括微生物）均易被臭氧氧化。,臭氧消毒特点：臭氧的杀菌作用比氯快1530倍。臭氧处理方法，应用不很普遍，主要是制造臭氧的设备较复杂，基建费用大，成本比较高。,紫外线消毒,（一）基本原理 光线从光谱的蓝绿色开始，波长为49001400时具有杀菌能力，以2600 效果最好。微生物受紫外线照射后，微生物的蛋白质和核酸吸收紫外光谱能量，导致蛋白质变性，引起微生物死亡。紫外线对清洁透明的水有一定穿透能力，所以能使水消毒。,紫外线消毒特点：紫外线消毒时间短，接触时间短，杀菌能力强，设备简单，操作管理方便，便于自动控制。但它没有持续杀菌作用，灯管使用寿命较短，成本略高。,
