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XX食品饮料有限公司 培训课程,水处理工艺,XXX 09/20/2006,1.为什么我们要处理水 2.水中存在的杂质 3.工艺流程介绍,课程概要,1.用于生产产品的水必须达到一定要求的质量标准，这样能保证口味和质量。 2.处理水就是用最合理的操作方式以及最经济的成本消耗用不同的水处理设备除去水中的杂质。,水处理的目的,为什么我们要处理水,微生物污染 细菌病原或非病原的； 热原质使发烧、发热的一种物质； 硬度 硬度： 钙离子(Ca2) 和镁离子(Mg2)导致形成锅垢； 碳酸盐硬度(碳酸钙（CaCO3)和碳酸镁(MgCO3)； 非碳酸盐硬度(氯化物(Cl-)或硫酸盐(SO42-）。,水中存在的杂质,微生物污染/硬度,铁离子（Fe3+)使水变成黄褐色； 硫酸盐（SO42-) 高浓度时水有苦味，一些二价金属硫酸盐低浓度时也能沉淀； 氯化物(Cl-)高浓度时有咸味，能腐蚀供应水管道； 碱度碳酸盐（CO32-)、碳酸氢盐(HCO3-)和氢氧化物(OH-)与硬度离子在一起时容易形成锅垢； 硝酸盐(NO3-)/亚硝酸盐(NO2-)低浓度都对人体有毒； 氯（Cl) 具有杀菌功效，氯和其所形成的化合物有一种不舒服的味道，形成的 THMs 是公认的致癌物质;,水中存在的杂质,普通离子,铝（Al） 在冷却和锅炉系统里能导致结垢，通常对人的身体健康有影响； 钠（Na) 由于盐的溶解而被引入，例如氯化钠（NaCl)，氢氧化钠(NaOH)，硝酸钠(NaNO3)，硫酸钠(Na2SO4)等,软化水时加入的就是这些物质。当其与氯化物和氢氧化物结合时可以腐蚀锅炉，浓度较高时甚至可以腐蚀不锈钢； 硫酸盐（PO43-) 阻垢剂中可见。大部分水源中存在这种物质，超纯水中没有，该盐无害，贮水罐水面与空气接触藻类容易生长。,水中存在的杂质,普通离子,溶解的气体 二氧化碳（CO2) 溶解在水中形成碳酸（H2CO3)，降低pH值，腐蚀供水管，特别是在蒸汽管路和冷凝管路里； 氧气（O2) 溶解的氧腐蚀管路、锅炉和热交换板； 硫化氢（H2S) 腐烂臭鸡蛋味道，有腐蚀性； 重金属 重金属例如铅（Pb) 、镉（Cd)，硒(Se)，铬(Cr) 达到某种程度 时，对人体危害性很大。,水中存在的杂质,溶解的气体/重金属,水,糖,单糖,水,浓缩液,终糖,水,饮 料,CO2,水的质量至关重要！,工艺流程介绍,饮料生产,浊 度 : (NTU)小于0.5NTU 颜 色 : (5RBU）无 气 味 : 无 味 觉 : 无异味 氯 : 纯净水中浓度为0 硬 度 ： (450mg/l)依据工艺和产品不同 碱 度 : 大于0小于85 ppm 铁 : (0.3ppm)小于 0.1 ppm 氯化物 : (250 mg/L)小于 250 ppm 微生物 大肠杆菌 : (3个L) 0/100 ml 菌落总数 : (100个ml)小于25个/ 10 ml,必须考虑到当地标准！,工艺流程介绍,水质量标准,工艺流程介绍,水处理设备,工艺流程介绍,化学溶液注入装置,工艺流程介绍,工艺流程介绍,反渗透膜的二级进水口处调节pH值,NaOH,结合不稳定的胶体物质成为大颗粒，便于砂罐过滤,絮凝剂,防止水中矿物质在浓缩时产生沉淀污染膜组件，在RO膜上形成一层光滑薄膜,可保证反渗透系统回收率,阻垢剂,使得水中胶体颗粒物质变得不稳定,助凝剂,减少水中NaClO的含量,NaHSO3,作用,原料,NaClO,13ppm可以限制水中细菌的生长,工艺流程介绍,化学溶液注入装置,水处理系统中去除悬浮固体最有效的处理设备； 正常状态下存在压力时操作，但通常是按自流式设计； 通常式由不锈钢材料制成，圆柱体状。,工艺流程介绍,砂滤罐,工艺流程介绍,砂滤罐,过滤介质,1-2mm 无烟煤,0.51 mm 石英砂,12mm石英砂,通风口,空隙,进水口,出水口,侧管分配口,蘑菇状滤口 （水帽）,至少50的现有砂高度空间,过滤介质,垫层,为了移去已经沉积的悬浮固体，要反洗以及正洗砂滤罐； 通过测试出、口水的浊度以及砂滤罐进、出口压力差来确定是否反洗： P5 psi（0.035MPa) 浊度0.5 NTU 反洗时，因床层膨胀要求至少50%的床层空隙（现有砂层高度）。,工艺流程介绍,砂滤罐,工艺流程介绍,砂滤罐,生产,排污口,1,2,5,3,4,进水口,出水口,工艺流程介绍,砂滤罐,反洗操作,排污口,1,2,5,3,4,进水口,工艺流程介绍,砂滤罐,排污口,正洗操作,进水口,1,2,5,3,4,工艺流程介绍,砂滤罐,活性炭过滤,以棕榈壳为主 以椰子炭为主CO2净化 以烟煤为主水处理 以木炭为主糖净化,工艺流程介绍,活性炭的类型,含有活性炭，砂层，用来除去有机物，氯以及难闻气味。 每克活性炭的表面积能达到5001400m2。 反应过程是吸附操作，采用手动阀控制水流速和方向。,活性炭过滤,作用原理 物理 - 主要是借助于范德华力进行吸附操作 化学 - 碳颗粒表面的氧化作用 例如: 除氯 （碳）Carbon + ClO- = （碳）(Carbon)O + Cl- 生物学 形成生物膜,活性炭过滤,吸附 只发生在吸附孔径区域； 饱和状态下所有孔径区域会被填充满； 石墨板间的缺口，裂缝占到粒子空隙体积的40； 粒子空隙内由足够的分子间作用力造成吸附。,1-2mm活性炭颗粒,通风口,空隙,进水口,出水口,侧管分配口,蘑菇状滤口 （水帽）,工艺流程介绍,活性炭过滤,石英砂,滤层,垫层,再生操作可以恢复活性炭的吸附能力，通过检测余氯含量和微生物决定何时进行再生操作； 步骤： 1.反洗 15mins 2.注入蒸汽，温度达到85，保持该温度达两个小时，然后自然冷却； 3.正洗 15mins 4.再反洗和正洗一遍 5mins 活性炭可能成为细菌和热源性生物的滋生地，应该定期更换以避免细菌生长。,工艺流程介绍,活性炭过滤,工艺流程介绍,活性炭过滤,生产,水,排污,1,2,5,3,4,出水口,反洗,排污,1,2,5,3,4,正洗操作,水,排污,1,2,5,3,4,离子交换离子从一相转移到另一相。水处理系统中，固相上的离子与液相上的离子交换。 水软化就是水通过负载钠离子的交换树脂，水中Ca2+ , Mg2+与树脂上的Na+进行交换。 树脂是用高浓度的普通盐水再生。,用于处理水的主要离子交换系统,工艺流程介绍,软化床,工艺流程介绍,砂滤后的水,工艺流程介绍,软化床,软化床,H2O,CaSO4 MgSO4 MgCl2 NaCl Na2SO4 SiO2,软化水,Ca (HCO3)2,软化工艺流程 (中性交换),NaHCO3 Na2SO4 SiO2,CaCl2 MgCl2,排掉,软化过程,Mg (HCO3)2,Ca(HCO3)2 + Na2Z CaZ + 2NaHCO3,Ca Ca HCO3 + Na2R = R + NaHCO3 Mg / Mg / Ca Ca SO4/Cl + Na2R = R + NaHCO3 + 2NaCl Mg / Mg /,注明: R = 离子交换树脂,工艺流程介绍,软化水时的离子交换,耗尽的树脂软化剂,Ca CaCl2 R + salt = Na2R SALT 排掉 Mg / (NaCl) MgCl2 /,工艺流程介绍,再生软化床时的离子交换,再生后的树脂软化剂,每过两个小时，检测硬度，若10ppm, 必须再生。,再生步骤： 反洗 15mins 化学溶液注入45mins (NaCl: 10 - 12%) 缓慢冲洗30mins 快速冲洗10mins -在下次生产之前，用软化水冲洗10mins.,软化床再生步骤,工艺流程介绍,软化床工作图,包括5um、1um过滤器。 确保除去透过的残余活性炭以及水中的垢片，铁锈之类的物质，一道安全屏障。 维护包括用氯消毒和定期更换滤芯。,工艺流程介绍,精密过滤器,进、出口水的压力差5psi(0.035MPa),考虑更换或反洗滤芯。 如果QA报告过滤器出口处水微生物指数超标，必须对过滤器进行消毒； 1.用50ppm的氯液浸泡滤芯达30mins; 2.用水冲洗过滤器直至无氯。 每个星期都要进行消毒。,工艺流程介绍,精密过滤器,进水,出水,工艺流程介绍,精密过滤器,工艺流程介绍,精密过滤器,反渗透是交叉流动膜过滤的一种方式（超滤、纳滤以及反渗透）； 交叉流动膜过滤方式中第一个被广泛应用于商业化中； 可移去大部分有机化合物； 离子去除率达到99； 病毒、细菌和热原质的去除率大于99； 确保后续用水溶解总固体（TDS)小于10ppm。,工艺流程介绍,反渗透,工艺流程介绍,反渗透,工艺流程介绍,反渗透操作,正常情况下每36个月CIP一次，每次持续12小时； 步骤： 1.用反渗透水 化学物质（具体情况决定）,当反渗透膜元件上存在污染时，必须停机对膜进行清洗。,清洗溶剂,2.泵启动循环一段时间； 3.浸泡反渗透膜； 4.用反渗透水冲洗,工艺流程介绍,反渗透清洗过程,反渗透膜采用美国海德能(HYDRANAUSTCS)公司的低压复合膜CPA3和CPA2. 第一级反渗透进水压力 17.0kg/cm2 第一级反渗透排放浓水流量 4.80m3/hr 第二级反渗透进水压力 15.5kg/cm2 第二级反渗透浓水流量 4.30m3/hr 第二级反渗透产水流量 9.0m3/hr,供应商初步建议反渗透操作控制数据,工艺流程介绍,定义应用化学物质、热、特殊光线以及过滤网筛等控制微生物的生长。 消毒的类型,氧化性灭菌 非氧化性灭菌 氯(Cl) 甲醛（HCHO) 氯胺（NH2Cl) 季铵化合物 二氧化氯(ClO2) 臭氧（O3) 阴离子表面活性剂 过氧化氢(H2O2) 溴(Br) 物理方式 碘（） 热 紫外线灯 使用微滤,工艺流程介绍,消毒,氯化加入氯毁坏水中细菌、有机物质和别的产生难闻气味、味觉和难看颜色的物质。 1.氯使用最广泛的消毒剂，低成本，高效率。 2.氯气氯化时最有效的消毒剂，价格昂贵。 杀菌作用氯与细菌的胞状结构起反应从而形成氯化物，破坏了碱性酶，微生物不能存在，也不能再生。,工艺流程介绍,消毒氯,作用机理 1.通过改变细胞壁渗透性的方式破坏细胞的功能，从而影响微生物的生长； 2.干扰某种酶，例如氢硫基团（-SH); 3.破坏细胞中的DNA; 氯很容易与一些核酸反应。,工艺流程介绍,消毒氯,Cl2 + H2O = HCl + HClO 氯气 水 盐酸 次氯酸 NaOCl + H2O = Na+ + HClO + OH- 次氯酸钠 水 钠离子 次氯酸 羟离子 Ca(OCl)2 + H2O = Ca+ + 2HClO + 2OH- 次氯酸钙 水r 钙离子 次氯酸 羟离子,工艺流程介绍,基本化学反应,8,14,工艺流程介绍,pH值对氯存在形式的影响,什么是臭氧(O3) ?,由三个氧原子组成； 非常强的氧化剂，能氧化有机物、不活泼的细菌以及病毒等 ； 在线对空气放电即可生产得到： 电流 3 O2 （空气中） - 2 O3 O3化学性质很活泼，不稳定； 必须持续注入水中，因为其存在周期很短（常温为20mins)； 长时间能自然降解为O2，不会增加离子污染；,工艺流程介绍,消毒臭氧,臭氧有毒，达到某种程度危害到人的健康； O3氧化性是氯的两倍（一说只高2); 理论上必须在工作环境安装臭氧破坏装置除去多余的臭氧； 通常用紫外线分解臭氧成氧气。,工艺流程介绍,消毒臭氧,工艺流程介绍,臭氧典型工艺流程图,能量越大，生产的O3越多； 由O2 生产O3 要应用外在能量(电压)； 冷却水用于去除多余的热量。,接地,高压电极,冷却水,氧气,+,+,+,+,-,-,-,-,臭氧,玻璃绝缘体,高压,工艺流程介绍,臭氧产生示意图,以电磁能或者辐射能的形式存在； 辐射能以波的形式传播.波长从比较长的无线电波到比较短的x射线不等; 辐射能光谱中最熟悉的部分是低波段的,且人肉眼可见,紫外线波长比可见光短,肉眼不可见;. 波长 : 2000 - 3900 (1=11010m),工艺流程介绍,消毒紫外线辐射,长波 UV: 3250 - 3900 A 杀菌效果甚微; 中波 UV: 2950 - 3250 A 达到太阳爆晒效果,有一些杀菌效果; 短波 UV: 2000 - 2950 A 达到最大的杀菌效果, 毁灭细菌、病毒、真菌、孢子。 短波UV在地球表面不