H总-A总
0
0
A总
H总=A总
H总
0
0
A总-H总
3.浊度和色度
通常用浊度和色度来定量表示水中的各种悬浮物和胶体。
浊度表示水中悬浮物对光线透过时发生的阻碍程度,通常把1L水中含有1mg高岭土((或硅藻土)表示为1浊度。
根据水质情况,采用凝聚沉淀和过滤、氯化等方法去除浑浊。
某些胶体物质的存在使水中带有一定的颜色,通常用氯铂酸钾和氮化钴溶液配成标准色列与水样进行比较,相当于1mg铂在1L水中所具有的颜色称为l度,即色度单位。
饮料用水要求浊度小于1.6度,色度为无色透明。
选择饮料用水,基本上要求符合我国“生活饮用水卫生标准(TJ20一1976)”,见表1-2。
表1-2生活饮用水卫生标准(摘自TJ20-1976)
项目
要求
说明
色
色度不超过15度,并不得呈现其他异色
这些指标过高后,不但给人嫌恶的感觉,也有可能是水中含有害物质和某些病毒的标志
嗅和味
在原水中或者煮沸后饮用时,保证无异臭和异味
浑浊度
不超过5度
肉眼可见物
无肉眼可见物
总铁
不超过0.3mg/L
人体必需的元素,过量时会使成品带有铁锈味,并影响成品色泽
锰
不超过0.1mg/L
铜
不超过1.0mg/L
锌
不超过1.0mg/L
挥发性酚类(以苯酚计)
不超过0.002mg/L
过量时会产生氯酚臭
阴离子合成洗涤剂(以烷基苯磺酸钠计)
不超过0.3mg/L
过量会使水产生异臭、异味和泡沫,并阻碍净水处理过程
氯化物
不超过200mg/L
过量会产生咸味,影响成品口味
硫酸盐
不超过250mg/L
过量会引起腹泻
总碱度
不超过25度
pH值
6.5~8.5
细菌总数(37℃,24h)
1mL水中不超过100个
保证水质卫生安全
大肠杆菌
1L水中不超过3个
游离性余氯(Cl2)
出厂水0.5~0.1mg/L,管网末梢0.05~0.1mg/L
余氯量过高,产生氯臭,影响产品风味
1.2饮料用水
生产软饮料时要用大量的水,它包括配料及相应的工艺用水、洗瓶机用水、锅炉用水及CIP(定位)清洗用水、卫生用水等。
1.2.1配料及相应的工艺用水
软饮料中大约有90%左右的水。
溶解白砂糖时需要用一部分水;溶解柠檬酸、甜味剂、防腐剂、食用色素时需要用少量的水;有些饮料还需要使要增稠剂及乳化稳定剂,在溶解CMC(羧甲基纤维素钠)、黄原胶、PGA(藻酸丙二醇酯)及果胶等时也需要用一部分水。
在生产碳酸饮料时,在气水混合机中进行碳酸化时也需要用大量的水。
在瓶子洗净后,还要用装瓶用水反冲洗后再灌装饮料,所有这些水都属于装瓶及相应的工艺用水。
1.2.2洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水
洗瓶机要用大量的水,玻璃瓶子要先用碱液洗涤干净,然后再用水将瓶子中的残余碱液冲洗干净。
每班在生产完毕后要将所有的设备及管道消洗干净,有的是通过CIP清洗。
洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水都是属于同一类型的用水。
1.2.3卫生用水
卫生用水是指车间地面及厕所等的用水。
水质的好坏对产品的质量及设备损耗的情况的影响都很大,不同的用水部门对水质的要求也各不相同。
装瓶及相应的工艺用水时水质的要求比较严格,要求其要达到生活饮用水的标准,而且对其浊度、色度、味及臭气、总固形物、总硬度、铁、锰、高锰酸钾消耗量、总碱度、游离氯及致病菌几项指标也都提出了特殊要求。
洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水对硬度指标的要求要高些,最好是没有硬度的水。
卫生用水应为清水。
1.3水处理方法的选择
水处理的目的即是利用化学或物理方法,将水中的各种悬浮物质、杂质及微生物除去,以降低水的硬度、浊度、碱度和色度等理化指标,和微生物指标。
总之,经处理的水必须符合饮用水的水质标准。
水处理的方法很多,一般将用反渗透处理的水称纯水;用微滤或超滤处理的水称纯净水;蒸馏取得的水为蒸馏水。
1.3.1蒸馏法
蒸馏法制取纯净水是利用水在100℃时沸腾变成气体,遇冷再变成液体的性质制成的。
水的这种形态的改变,使水中的杂质和有益物质不能随水分子一起变化,因此可以说这是一种只含水分子的最纯净的水。
1.3.2膜处理法
电渗析法、离子交换法、反渗透法及其他方法的生产制作原理很简单,即过滤掉杂质,它所使用的过滤膜是高科技的结晶,是用一种高分子材料制成的逆渗透膜,在高压情况下可截留水分子以外的杂质,更至水中对人体健康有益的溶解氧等有益物质透过。
这种过滤膜结构复杂,制造难度大。
由于这种水既过滤掉了杂质又保留了一部分有益物质,有人称之为“21世纪的水”。
蒸馏法制取的纯净水其纯水电导率比反渗透法制取的纯净水的电导率要低一些,但蒸馏法在降低低分子有机物含量方面没有反渗透有效。
而且蒸馏法制纯水约是反渗透法(二级工艺)能耗的9倍之多,生产成本极高。
膜处理(微滤膜、超滤膜、反渗透膜)、吸附(离子交换树脂、活性炭)、相变(蒸馏)和分解(紫外线)等方法去除各种杂质的能力各有不同,见表1-3。
表1-3各种方法去除杂质的能力
杂质
无机离子
有机物
热源
微生物
粒子
操作成本
膜
处
理
微滤(MF)
×
×
×
◎
◎
中
超滤(UF)
×
○
◎
○
○
中
反渗透(RO)
○
○
○
○
○
小
吸附
活性炭
△(除氯有效)
◎
△
×
×
小
离子交换
◎
△
×
×
×
小
相变
蒸馏
○
○
◎
◎
○
大
分解
紫外线(UV)
×
◎
△
○
×
-
注:
◎最好,○好,△可,×不可。
综合考虑,本设计采用反渗透法制取纯净水。
该方法的优点是脱盐率高,产水量大,化学试剂消耗少,劳动强度低,水质稳定,原水利用率可达75%~80%。
第2章工艺流程的确定
2.1工艺流程
絮凝剂还原剂 阻垢剂
↓↓↓
井水→原水泵→机械过滤器→炭滤器→保安过滤器→高压泵
↓
化学清洗系统→反渗透装置
↓
纯净水
↓
纯水泵
↓
紫外线消毒装置
↓用水点
2.2工艺流程说明
2.2.1预处理
1.砂过滤
砂滤的过滤介质是石英砂,当含有悬浮物的水经过砂滤层时,水中的悬浮物等被截留,水得到澄清。
砂滤层可用细砂、中砂和粗砂,也可用卵石,有时上面放滤砂,下面放卵石和碎石做垫层。
水中固体杂质的去除效果与过滤介质的形状与粒度有关。
选择砂粒大小时,不仅要考虑阻截悬浮颗粒的效果,还要使悬浮颗粒渗入滤层内一定深度,防止水的流速过快。
放砂粒直径为0.45~0.70mm,砂滤层厚度600~800mm,砂滤有慢滤和速滤之分,一般过滤速度8~12m/h。
在使用过程中,当水的净化效果变差或出水量变小时,需要定期将水反向流动或进行清洗。
2.活性炭过滤
活性炭过滤是为了去除水中的有机物、色度和余氯,也可以作为离子交换的预处理工序。
用氯处理过的水会损害饮料的风味,必须用活性炭脱氯,其原理并不是简单地吸附掉余氯,而是活性炭的“活性位”起催化反应,从而消除过多的氯。
主要技术条件如下:
(1)活怀炭过滤器的水流速度5~15m/h。
(2)活性炭过滤器的层高1000~2000mm,一般不低于1000mm
(3)活性炭滤料主要采用木质炭,粒径一般为2~3mm。
(4)反洗方式,反洗流速20~30m/h,反洗时间4~10min,3~6天反洗一次,滤层膨胀率为30~50%。
(5)活性炭使用寿命一般为2~3年,饱和炭需再生或更换。
(6)常用果壳活性滤料的比密度为0.4。
2.2.2絮凝剂计量泵、药箱
原水含有一定浊度、胶体等悬浮有机物含量也较高,系统设计必须加强絮凝效果,去除原水悬浮物及有机物含量,以使能减轻反渗透膜负荷。
为此絮凝剂采用聚合氯化铝无机絮凝剂,它的絮凝效果较好。
它能使原水中藻类、胶体、颗粒及部分有机物进行敖合、桥架、凝聚为较大的矾花以便被机械过滤器截留,降低进水悬浮物含量,提高进水水质本系统计量泵采用美国计量泵定量加药与原水泵同步。
2.2.3保安过滤器
在反渗透装置高压泵进水前增设保安过滤器,保安过滤器作为原水进入反渗透膜前的最后一道处理工艺,内装精密过滤滤芯(熔喷式)精度5um,确保污染指数FI,能更有效地防止前道过滤工序中有可能遗留的胶体、悬浮物等微小颗粒进入反渗透膜而划伤膜或使膜阻塞。
2.2.4脱盐
1.反渗透原理
图1反渗透原理图
渗透的定义是:
一种溶剂(即水)通过一种半透膜进入一种溶液或者是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。
反渗透的定义是;在浓液一边加上比自然渗透压更高的压力,扭转自然渗透方向,把浓溶液中的溶剂(水)压到半透膜的另一边稀溶液中,这是和自然界正常渗透过程相反的,因此称为反渗透。
2.进水水质要求
本设计采用醋酸纤维素膜螺旋卷式,其对水质的要求如下:
浊度﹤0.5
pH4~6.5
FI(污染指数)<3
水温(℃)0~35,降压后最大35
余氯/mg.L-1<0.5
Fe/mg.L-1<0.1
Al/mg.L-1<0.05
[Ca2+][SO42-]/mg.L-1浓水,<1.9×10-4
化学耗氧量COD/mg.L-1<2
总有机碳TOC/mg.L-1<5
生物耗氧量BOD/mg.L-1<5
SiO2 浓水不产生沉淀
Ba浓水不产生沉淀
Sr浓水不产生沉淀
2.2.5水的消毒
在水的前期处理过程中,大部分微生物随同悬浮物、胶体等被除去,但仍然要部分微生物存在于水中,为了达到饮料用水的微生物指标的要求,确保消费者的健康,应对经化学处理的水进行消毒。
水的消毒是指杀灭水里的致病菌及有害微生物,防止水传染病的危害,但水的消毒不能做到杀死全部微生物。
目前国内外常用的水的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒及紫外线消毒。
本设计采用紫外线消毒。
紫外线是一种低能量的电磁辐射,其能量只有5ev,穿透能力很差。
紫外线可分为长波段,中波段与短波段三组。
短波段中240nm~280nm波长的紫外线杀菌能力较强,一般都以253.7nm作为紫外线杀菌波长的代表。
当微生物受紫外光照射后,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。
紫外光对清洁透明的水具有一定的穿透能力,所以能使水消毒。
因此这种方法得到广泛的应用。
紫外线消毒有很多优点,如杀菌能力强、杀菌速度快、且不会改变水的物理化学性质、不会带来异味或其他杂质、设备简单,操作和管理方便、便于自动控制等。
而且不需要加热,也不需添加化学药物,但在使用时应定时抽样检查消毒情况,定期清洗石英玻璃管保持其透明度,以免影响紫外线通过。
同时还应经常检查紫外线灯管,如发现灯管发红应立即更换。
灯管紫外线发射率降低到初期的70%时,应更换。
如连续生产,最好有两台交替使用,以延长灯管使用寿命。
第3章工艺计算
3.1膜元件数量的计算
本设计以井水为主要用水,由表3-1和表3-2知平均水通量为18GDF,膜元件有效面积为325t2。
则单个膜元件的设计产水量
=平均水通量×膜元件有效面积
=18GDF×325t2
=5850gpd
折合成0.89t/h。
表3-1不同给水对应不同膜元件的水通量
RO给水类型
水通量(GDF)
市政废水
河水
井水
RO渗透水
8~12
10~14
17~20
20~30
表3-2不同膜元件规格所具有的膜表面积
膜元件类型
膜表面积
Φ4″×40″(长)
Φ4″×60″(长)
Φ8″×40″(长)
Φ8″×80″(长)
80
120
325
525
由公式:
膜元件数量
=系统产水量÷膜元件有效面积
=50t/h÷0.89t/h
=56.17
圆整到60支。
表3-3系统回收率及水流过长度
系统回收率(%)
50
75
87.5
水流过长度(m)
6
12
18
3.2膜组件排列组合的计算
本系统设计的回收率为75%,采用6个膜件的压力容器则:
60÷6=10
共有10个6米长的膜组件。
通过表3-3可知,设进水流量为qv,因6米长的膜组件回收率可为50%,则第一段浓水流量为1/2qv,第二段水流量为1/4qv,
因此,水经过两段处理的回收率为:
Y=
=
=1-
1/