Различные методы подготовки воды на предприятиях

При существенных отклонениях в составе воды от рекомендуемых показателей необходимо проводить водоподготовку.

В данном проекте для очистки воды в производстве безалкогольных напитков используют следующие способы:

· очистка воды от грубых и тонких взвесей и обезжелезивание;

· улучшение вкусовых достоинств воды;

· обеззараживание воды;

· умягчение воды;

Отстаивание воды производят для предварительной очистки ее от грубодисперсных примесей. Необходимость удаления из воды грубодисперсных примесей на первых стадиях очистки вызвана тем, что эти примеси снижают эффект очистки на последующих стадиях. При отстаивании взвешенные частицы под действием силы тяжести осаждаются, при этом происходит как свободное, так и сопряженное осаждение частиц. В верхних слоях отстаиваемой воды, где концентрация взвешенных частиц мала, наблюдается свободное осаждение, при котором исключается влияние частиц друг на друга. В нижних слоях, где концентрация взвешенных частиц увеличивается за счет частиц, движущихся из верхних слоев, происходит сопряженное осаждение. При сопряженном осаждении одни частицы увлекают другие, образуя облако хлопьев. При достаточном сгущении такое облако действует почти как фильтр, задерживая самые малые частицы.

В процессе отстаивания могут образовываться два типа осадков: грубые и тонкие суспензии. Осадки первого рода, т.е. крупнозернистые частицы суспензии, обычно ложатся на дно плотным слоем, граница которого резко отделяется от слоя осветленной воды. Такой осадок легко отделяется при фильтрации, а осветленная вода сливается почти полностью (декантация).

Осадки второго типа, образуемые тонкими суспензиями и даже мутями при осаждении на дне, в сгущенном слое взвесей не образуют резкой границы перехода от осадка к жидкости; твердые частицы их всегда разделены водой и поэтому легко подвижны. Этот тип осадков отделяется при фильтрации плохо; декантация с них воды также затруднена.

Коагуляция представляет собой способ ускорения процесса осаждения взвесей воды. Сущность процесса коагуляции заключается в следующем. В результате гидролитической диссоциации, соответственно реакциям взаимодействия с солями воды, коагулянты образуют в воде нерастворимые вещества коллоидного характера. В процессе коагуляции понижается степень дисперсности коллоидно-растворимых примесей в результате агломерации коллоидных частиц с образованием макрофазы. Агломерация вызывается нарушением агрегативной устойчивости коллоидной системы.

Скорость установления гидролитического равновесия соли железа зависит от температуры. В чистых растворах при 20°С гидролиз заканчивается за 5-8 мин. При более низкой температуре гидролитическое равновесие устанавливается через большой период времени.

Образуемые коагулянтами хлопья имеют большую поверхность, которая способна адсорбировать и органические примеси воды с большим молекулярным весом, например гуминовые вещества. Поэтому очень часто в результате коагуляции взвесей вода не только обесцвечивается, но и достаточно полно освобождается от посторонних запахов и привкусов.

Фильтрация воды основана на отделении от нее механических примесей в виде взвесей различного характера, остающихся после очистки методами отстаивания, с целью их удаления.

Сущность фильтрования состоит в распределении и осаждении взвешенных частиц в порах зернистого фильтрующего материала. Задержание взвесей в слое фильтрующего материала обуславливается двумя причинами: адгезией частиц взвеси на поверхности зернистого слоя (силами межмолекулярного притяжения) и механическим задержанием взвешенных частиц в щелях, образующихся в точках контакта зерен фильтрующего слоя.

Фильтрующий материал должен обладать определенной механической прочностью, быть химически стойким по отношению к фильтрующей воде, а зерна его должны быть однородны по размеру.

При фильтрации достаточно чистой воды скорость фильтрации увеличивается, а при фильтрации мутных вод – снижается. Эффективность фильтрации зависит от характера и толщины слоя фильтрующего материала, его поверхности, давления, скорости фильтрации и вязкости фильтруемой жидкости. В качестве фильтрующего материала применяется смесь гидроантроцита и кварцевого песка.

Умягчение воды, или полное обессоливание, преследует цель исправить, улучшить солевой состав и вкусовые достоинства исходной воды, используемой на производство напитков.

Умягчение производят методом обратного осмоса (мембранный метод), для этого используют установки обратного осмоса.

При работе этих установок используется явление осмоса, т.е. самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией в более концентрированный раствор. В связи с тем, что осмотическое давление для реальных растворов достигает больших величин, для осуществления этого процесса необходимо создать большое давление (3,4-13,7 МПа).

При обессоливании воды этим методом жидкость нагнетается через полупроницаемые мембраны. Они пропускают растворитель (воду), но задерживают растворенные вещества (гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений). В процессе обратноосмотической обработки исходная вода под давлением, превышающим осмотическое, подается в аппарат, из которого выходят два потока: фильтрат, очищенный от растворенных веществ, и концентрат с увеличенным содержанием растворенных веществ. Чтобы предотвратить загрязнение полупроницаемых мембран, от них отводят задерживаемые вещества, которые не сорбируются ни на их поверхности, ни в их объеме.

Через мембраны происходит молекулярная диффузия молекул воды по направлению к противоположному их давлению при нормальном осмосе, т.е. молекулы воды перемещаются из области высоких концентраций растворенных в ней солей в область низких концентраций. В результате такого перемещения вода обессоливается. Одновременно из воды кроме солей эффективно удаляются и микроорганизмы.

Обработка углем. Привкусы и запахи, обусловленные наличием в воде органических веществ растительного и животного происхождения, устраняются фильтрацией воды через активированный уголь [4]. Угольные фильтры служат также для удаления мути, вкусовых веществ (например, свободного хлора, образующегося при хлорировании воды, хлорфенола и т.д.), красителей.

Принцип действия активированного угля основывается на его большой поверхности (площадь 1 г активированного угля составляет 500 м²), результатом чего становится каталитическое разложение гипохлоритов и снижение их содержания.

Адсорбционные свойства активных углей тесно связаны с их пористой структурой. Различают следующие разновидности пор активных углей: макропоры, переходные и микропоры.

Основная роль в адсорбции принадлежит наиболее мелким порам угля — микропорам, так как у них более развитая внутренняя поверхность, чем у макропор или переходных, и потому они отличаются особым механизмом происходящих в них адсорбционных или капиллярных процессов.

Так, для микропор характерно объемное заполнение адсорбционного пространства, а для переходных и макропор — последовательное образование адсорбционных слоев. Это свидетельствует о том, что уголь с большим содержанием микропор обладает большей адсорбционной (поглотительной) способностью. Однако, выбирая мелкопористый уголь как более активный, следует учитывать, что его поры могут оказаться более мелкими, чем молекулы примесей, которые он должен сорбировать, и это может значительно затруднить процесс.

Сверхтонкая очистка. При сверхтонкой очистке вода проходит сквозь особые фильтрующие слои. Эти слои задерживают угольную пыль, которая образуется при фильтровании воды через угольные фильтры, так как такая пыль может привести к несоответствию напитков необходимым стандартам.

Обеззараживание. Для биологической очистки воды применяют обработку ультрафиолетовыми лучами.

Биологическая очистка воды ультрафиолетовыми лучами основана на свойстве лучей с длинами волн 200-295 нм уничтожать все виды бактерий и спор за несколько минут облучения. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей объясняют фитохимическим действием их на белковые коллоиды протоплазмы клеток, вызывающим изменение их структуры и дисперсности, в результате чего клетки погибают.

УФ - обработка не оказывает влияния на качество воды. Обработка проводится в тонком слое, эффективность бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей зависит от продолжительности и интенсивности облучения, а также от наличия взвесей и коллоидных примесей в воде. Взвешенные и коллоидные частицы рассеивают свет и препятствуют проникновению лучей в толщу воды. Из бактерий наибольшей сопротивляемостью бактерицидному облучению обладают бактерии группы кишечной палочки. Поэтому наличие или отсутствие кишечной палочки может служить показателем эффекта обеззараживания воды, загрязненной патогенными неспорообразующими бактериями.