Технологическая схема и описание технологического процесса подготовки воды

Технологическая схема водоподготовки в зависимости от качества исходной воды и вырабатываемого напитка включает следующие способы:

обезжелезивание;

осветление;

обеззараживание;

фильтрование;

умягчение.

Выбор способа водоподготовки зависит от качества исходной воды, принятой технологии производства, мощности предприятия и определяется индивидуально для каждого завода с учетом присущих ему особенностей. Для получения воды, соответствующей требованиям безалкогольного производства, допускается использование комбинированных схем водоподготовки, включающих несколько способов.

1.7.3.1. Обезжелезивание воды

Обезжелезивание воды осуществляют путем фильтрования ее через песочные фильтры без реагентов с добавлением реагентов для модифицирования кварцевого песка.

Способ основан на образовании каталитической пленки из окислов железа на поверхности зерен песка, интенсифицирующей процесс выделения из воды железа в виде гидрата окиси.

Данный способ рекомендуется применять для вод с содержанием железа до 10 мг/дм . В результате обработки воды на песочных фильтрах достигается 80%-ное снижение содержания железа.

Для проведения процесса обезжелезивания можно использовать песочные фильтры марки Ш3-ВФА (с уплотненным слоем мелкозернистого фильтрующего материала), одно- и двухпоточные фильтры.

В качестве дополнительного фильтра при обезжелезивании вод могут быть использованы фильтры марки ПЧВМ-2,5-001 ("Аква-электроника"), глубинные фильтры типа ФОЖ-2,5-011.

Песочный фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с крышкой и днищем, снабженный съемным перфорированным диском толщиной 4-5 мм, расположенным на расстоянии 100 мм от днища. На верхней поверхности перфорированного диска закреплена мелкоячеистая сетка со слоем кварцевого песка высотой 1-1,2 м, на которую уложен перфорированный диск толщиной 2-3 мм, равномерно распределяющий поток фильтруемой воды.

Обработка воды на песочных фильтрах происходит следующим образом: исходная вода по трубопроводу поступает в песочный фильтр. Через воронку или разбрызгивающее устройство вода равномерно распределяется по площади сечения фильтра и проходит слой кварцевого песка. Очищенная от железа вода при помощи трубчатой дренажной системы собирается в главный коллектор и отводится по трубопроводу в глубинные фильтры марки "Аква-электроника" для дополнительного обезжелезивания.

Движение воды через слой кварцевого песка происходит за счет разности давлений над фильтрующим слоем и под ним. Вследствие накопления на поверхности зерен песка взвешенных и коллоидных частиц и уменьшения свободного объема пор между зернами фильтрующего материала происходит увеличение гидравлического сопротивления фильтра, при этом для безнапорных фильтров сопротивление фильтрующего слоя повышается от 3,9 до 29,4 Па.

Разность давлений над фильтрующим слоем и под ним зависит от скорости фильтрования, размера зерен, высоты фильтрующего слоя, температуры воды и степени загрязнения фильтрующего материала. По достижении предельного сопротивления фильтра (29,4 Па) или увеличения содержания железа в обработанной воде более 0,1 мг/дм , производят промывку фильтра обратным током воды.

Требования к качеству кварцевого песка следующие.

Кварцевый песок должен иметь зернистую, остроугольную структуру с размером частиц от 0,5 до 2,5 мм. Суммарное содержание фракции с размером частиц от 0,8 до 1,0 мм должно составлять не менее 80% от общего количества загружаемого в фильтр песка.

Песок сортируют по гранулометрическому составу путем просеивания через калиброванные металлические сита с отверстиями, размер которых соответствует фракциям кварцевого песка.

Рекомендуется следующий размер зерен песка:

для фильтров Ш3-ВФА - 0,2-0,5 мм;

для одно- и двухпоточных фильтров - 0,5-1,0 мм (фракция I); 1,1-2,0 мм (фракция II); 2,1-3,0 мм (фракция III).

По химическому составу песок должен содержать не менее 98% SiO , 0,2% Fe O , 0,3% СаО и MgO.

Не допускается присутствие в песке глинистых, известковых и других включений. Микроэлементный состав кварцевого песка указывается в сопроводительных документах предприятий, поставляющих песок.

Перед загрузкой в фильтр отсортированный песок промывают водой, 2-3%-ным раствором соляной кислоты, после чего тщательно (при перемешивании) вновь промывают водой для удаления остатков кислоты (проверка по лакмусовому индикатору).

Вода для промывки кварцевого песка должна содержать не более 0,1 мг/дм железа. Расход воды 10-12 дм /с на 1 м при напоре 98-117 Па.

При частичном износе кварцевого песка (округлении и измельчении частиц) фильтр заполняют новой партией песка.

В песочных фильтрах следует использовать песок, измельчаемость которого не превышает 4%, а истираемость - 2,5%.

Проверку стойкости фильтрующего материала на истирание и измельчение производят путем встряхивания 100 г испытываемого материала в 150 см , дистиллированной воды в течение 24 ч на аппарате для встряхивания с частотой качаний платформы 100 мин .

Испытуемый материал рассеивают на ситах: 100 г материала, прошедшего через сито с отверстиями 1 мм и оставшегося на сите с отверстиями 0,5 мм, помещают в коническую колбу объемом 200 см , заливают 150 см дистиллированной воды, закрывают пробкой и встряхивают, как указано выше. Затем воду сливают, фильтрующий материал высушивают и рассеивают на ситах.

Масса материала, прошедшего через сито с отверстиями 0,25 мм, характеризует процент истираемости материала; масса материала, прошедшего через сито с отверстиями размером 0,5 мм, но оставшегося на сите с отверстиями размером 0,25 мм, характеризует процент измельчаемости материала.

Модифицирование кварцевого песка осуществляют с целью интенсификации процесса обезжелезивания воды. Для этого модифицирующими реагентами проводят дополнительную обработку кварцевого песка, заключающуюся в нанесении его на поверхности пленки из гидроокиси железа и двуокиси марганца.

Промытый кварцевый песок обрабатывают 1%-ным раствором сернистого железа (II) в течение 2-3 ч. Затем сливают раствор сернокислого железа и заливают песок 0,5%-ным раствором марганцевокислого калия на 4-5 ч, после чего песок отмывают водой до появления прозрачных промывных вод.

Модификацию кварцевого песка проводят через 1-3 цикла его промывки.

1.7.3.2. Осветление воды

Вода мутностью более 1,0 мг/дм должна быть специально обработана с целью ее осветления.

Осветление воды проводят способом отстаивания и коагулирования.

Способ отстаивания воды рекомендуется для заводов с производительностью 0,5-1,0 млн дал напитков в год.

Отстаивание проводится в отстойниках периодического или непрерывного действия. Периодически действующий отстойник представляет собой стальной или железобетонный резервуар, который наполняется водой. Продолжительность процесса отстаивания зависит от размера взвешенных частиц, ее устанавливают опытным путем. Вместимость резервуара рассчитывают из условий отстаивания воды в нем в течение 6-12 ч. После отстаивания осветленную воду сливают, резервуар очищают от осадка и промывают водопроводной водой.

Отстойник непрерывного действия представляет собой цилиндрический резервуар с коническим дном. В центре отстойника расположена труба, расширяющаяся на нижнем конце патрубком; по трубе вода поступает в отстойник. При выходе из патрубка скорость движения воды уменьшается, и она медленно поднимается (со скоростью 4-5 м/с) вверх. Скорость подъема воды меньше скорости осаждения взвешенных частиц, поэтому они движутся к конической части отстойника, из которой периодически удаляются в канализацию. Прозрачная вода отводится из сборных желобов, находящихся в верхней части отстойника.

Коагуляцией достигается ускорение процесса осаждения коллоидно-дисперсных примесей с частицами размером 0,1-10 мкм, содержащихся в воде. Наиболее типичными из этих примесей являются кремниевая кислота и гуминовые вещества.

Оборудование для проведения процесса коагулирования включает в себя баки, дозаторы коагулянтов и смесители.

Осветление воды способом коагуляции достигается добавлением коагулянта: сернокислого алюминия (Al (SO ) x18Н О), сернокислого железа (Fe (SO ) х9Н О), железного купороса (FeSO x7Н О), натрия карбоната (кальцинированной соды Na CO ), натрия гидроксида (едкого натра NaOH). Метод основан на протекании процесса гидролитической диссоциации указанных веществ и образовании хлопьев гидроксида алюминия или железа, выпадающих в осадок с находящимися в воде взвесями под действием силы тяжести.

Коагулянты вводят в воду двумя способами: в виде раствора при объемном соотношении коагулянт - обрабатываемая вода 1:100 или в виде сухого измельченного порошка.

Процесс коагуляции проводят в реакторах в течение 1,5-2 ч.

Количество вносимого в воду коагулянта зависит от состава обрабатываемой воды, качества коагулянта и требований стандарта. В среднем доза сернокислого алюминия составляет от 220 до 200 г/м , железного купороса - 180 г/м , натрия карбоната - 70 г/м , натрия гидроксида - 50 г/м .

1.7.3.3. Обеззараживание воды

Обеззараживание воды достигается фильтрованием ее через обеспложивающие фильтры, хлорированием, озонированием, обработкой ионами серебра, бактерицидным облучением, ультразвуковыми волнами.

При обеспложивающем фильтровании микроорганизмы, содержащиеся в воде, задерживаются фильтровальными материалами (фильтр-картоном, керамическими свечами) с порами диаметром 1,50-1,57 мкм.

Перед обеспложивающим фильтрованием воду пропускают через песочный фильтр или другой фильтр грубой очистки.

При эксплуатации керамического фильтра свечи промывают ежедневно в течение 10 мин водой в направлении, обратном потоку фильтрата при давлении не более 0,03 МН/м .

Дезинфекцию свечей производят не менее 2 раз в месяц.

При бактерицидном облучении воды стерилизация ее происходит вследствие фотохимического действия на протоплазму и воздействия ультрафиолетового излучения на ферменты клеток бактерий.

В результате воздействия ультрафиолетового излучения погибают вегетативные и споровые формы бактерий.

Основными факторами, влияющими на эффективность обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами, являются мощность потока, степень поглощения излучения водой и сопротивляемость бактерий действию бактерицидных лучей.

Вода, подлежащая обеззараживанию бактерицидным облучением, должна обладать малой цветностью, не содержать коллоидных и взвешенных веществ, поглощающих и рассеивающих ультрафиолетовые лучи.

Для бактерицидного облучения воды применяются аргонно-ртутные, ртутно-кварцевые лампы с оксидными электродами и аргонно-ртутным наполнением. Оксидный электрод изготовлен из вольфрамовой проволоки, покрытой хлоридами бария и стронция. Под действием тока ртутные пары дают свет, богатый ультрафиолетовыми лучами.

Для обеззараживания воды применяют установки с непогруженными и погруженными источниками бактерицидного излучения, в которых вода подвергается действию ультрафиолетовых лучей. Бактерицидные лампы располагаются на пути следования потока воды.

Хлорирование воды является наиболее распространенным способом ее обеззараживания. Растворение хлора в воде сопровождается его гидролизом с образованием хлористоводородной и хлорноватистой кислот. Хлорная известь разлагается в кислой среде с выделением свободного кислорода, а в нейтральной и щелочной - с образованием хлорноватистой кислоты, которая разлагается с выделением свободного хлора.

Свободный хлор и кислород воздействуют на протоплазму клеток микроорганизмов, инактивируя и дезинфицируя воду.

Хлор оказывает бактерицидное действие только на вегетативные формы микроорганизмов.

Для хлорирования воды применяют хлорную известь СаОСl , хлорноватистый кальций Са(ОСl) или натрий NaOCl.

Насыщение воды хлором производят в течение 2 ч.

Хлорную известь или гипохлорид кальция дозируют в воду в виде отстоенных 1-2%-ных растворов и выдерживают в течение 2 ч.

Вместимость резервуара для приготовления раствора хлорной извести или гипохлорида кальция ( в м ) определяют по формуле:

,

где - расход обеззараживаемой воды, м /ч;

- число часов работы, на которое заготовляется раствор (принимается равным 12-24 ч); - расчетная доза активного хлора, г/м ;

- концентрация раствора хлорной извести или гипохлорида кальция, %;

- содержание активного хлора в хлорной извести, принимаемое 25-33% по массе, или в гипохлориде кальция, принимаемое 35-40%.

Дехлорирование воды, т.е. удаление из нее избытка свободного хлора после обеззараживания хлорсодержащими веществами, производят фильтрованием воды через слои активного угля или аэрацией.

В фильтрах с активным углем происходит сорбция хлорсодержащих веществ (НОСl, NHCl, NH Cl), которые, окисляя уголь до СО , восстанавливаются до хлоридов.

Для дехлорирования воды применяют активные угли (березовый, торфяной, косточковый, антрацитовый), устойчивые против истирания и имеющие размер зерен 1-3 мм. Фильтр для активного угля представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный герметически закрывающимся люком для загрузки и выгрузки активного угля, перфорированным диском, на который помещается слой активного угля высотой около 2 м.

Фильтр должен иметь 30% свободного объема. В процессе эксплуатации фильтра активный уголь сорбирует из воды органические вещества, продукты неполного окисления которого блокируют поверхность активного угля, снижая его способность сорбировать и восстанавливать хлор.

Регенерация угля производится промывкой 2%-ными растворами щелочи и гипохлорида кальция температурой 60-65 °С.

Частота регенерации угля определяется степенью предварительной очистки дехлорируемой воды от взвешенных, коллоидных и растворенных органических веществ, и устанавливается для каждого предприятия экспериментальным путем.

Обработка активного угля острым паром должна производиться не реже 1 раза в месяц.

Содержание остаточного активного хлора в воде после дехлорирования должно быть равно нулю.

Обработка воды ионами серебра основана на его бактерицидном действии на плазму клеток микроорганизмов, содержащихся в воде. Ионы серебра проникают внутрь микробной клетки, соединяются с протоплазмой и разрушают ее. Кроме того, ионы серебра, адсорбируясь на микробной клетке, играют роль катализаторов в процессе окисления плазмы кислородом воздуха.

Ионы серебра оказывают бактерицидное действие только на вегетативные формы бактерий. Доза серебра при обработке воды азотнокислым серебром, а также при контакте воды с посеребренными песком или при анодном растворении серебра составляет 0,03-0,5 мг/дм , продолжительность процесса обработки воды - не менее 2 ч.

Для обработки воды ионами серебра применяют ионаторы - сосуды, снабженные поплавками, погружаемыми в обрабатываемую воду. На поплавках закреплены серебряные электроды, к которым подводится постоянный электрический ток. Образующиеся в результате электролиза ионы серебра поступают в протекающую через ионатор воду и дезинфицируют ее.

1.7.3.4. Фильтрование воды

Фильтрование воды проводят с целью удаления из нее грубодисперсных примесей с частицами размером более 1,0 мкм. Для фильтрования воды применяют открытые (самотечные) или закрытые (напорные) фильтры.

В открытые фильтры вода поступает самотеком, в закрытые подается насосом или из напорных баков под давлением, необходимым для преодоления сопротивления фильтрующего слоя и коммуникаций.

Фильтры закрытого типа в зависимости от фильтрующего материала или конструкции фильтрующего элемента подразделяют на песочные, угольно-песочные, пластинчатые, керамические.

Песочные фильтры - конструкция и принцип действия описаны выше (см. с.31). Песочные фильтры, используемые для фильтрования воды, должны иметь следующие фильтрующие слои кварцевого песка:

Производительность песочных фильтров определяется по формуле:

,

где Q - производительность фильтра, м /ч;

π - площадь поперечного сечения фильтра, м²;

r - скорость фильтрования, м/ч.

Песочные фильтры промывают с использованием специальной коммуникации обратным током воды 1 раз в сутки.

Дезинфекцию песочных фильтров проводят не реже 1 раза в месяц обработкой паром с давлением не более 0,03 МПа в течение 30 мин.

При включении фильтра после промывки, дезинфекции первые порции отфильтрованной воды сливают в канализацию. Высоту фильтрующих слоев и состояние внутренней поверхности фильтра контролируют не реже 1 раза в год.

Угольно-песочные фильтры используют для удаления из воды грубодисперсных примесей, красящих и запахообразующих веществ. Угольно-песочные фильтры по конструкции аналогичны песочным фильтрам. Фильтровальные материалы, очищенные и промытые, помещают на луженую медную сетку, расположенную на расстоянии 150 мм от днища фильтра. Последовательно насыпают слои гравия (100 мм), песка (350 мм), активного угля (150 мм), гравия (100 мм), оставляя сверху свободное пространство для обрабатываемой воды. Каждый слой фильтровального материала отделяют лужеными медными сетками и фильтровальной тканью.

Промывку и дезинфекцию угольно-песочных фильтров проводят аналогично песочным фильтрам.

Пластинчатые и керамические фильтры в зависимости от применяемых фильтрующих элементов можно использовать для обеззараживания воды. Фильтрование воды и обслуживание пластинчатых и керамических фильтров осуществляют в соответствии с инструкциями по их эксплуатации.

1.9.3.5.* Умягчение воды

________________

* Нумерация соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Умягчение воды проводят для снижения общего содержания солей в ней (обессоливание) и прежде всего для уменьшения концентрации солей жесткости. Процесс умягчения характеризуется снижением следующих показателей: жесткости, щелочности воды, содержания ионов Са , Mg , сухого остатка.

Умягчают воду реагентными, ионообменными, электродиализным и мембранным способами.

Реагентные способы умягчения воды (известковый и известково-содовый) основаны на связывании анионами содержащихся в воде ионов кальция и магния и катионами карбонат-ионов с образованием труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок.

Известково-содовый метод умягчения воды может быть периодическим или непрерывным.

При периодическом способе установка должна иметь резервную аппаратуру, что позволяет интенсифицировать процесс. В установку включено следующее оборудование: буферные резервуары для необработанной воды, сборники-смесители, отстойники, фильтры, резервуары для умягчения воды, насосы, система трубопроводов.

Сборники-смесители наполняют водой до 1/2 объема, добавляют расчетное количество извести и (или) соды, затем при перемешивании заполняют водой до полного объема.

После перемешивания перекачивают умягченную воду в отстойник и отстаивают ее в течение 6 ч. Осветленную воду фильтруют через песочный или другой фильтр и направляют в резервуар умягченной воды.

Необходимое количество реагентов рассчитывают, предварительно определив карбонатную и некарбонатную жесткость воды, содержание СаО в применяемой извести и Na CO в соде.

Количество химических чистых СаО и Na CO вычисляют по формулам:

,

,

где - карбонатная жесткость воды, мг-экв/дм ;

- некарбонатная жесткость воды, мг-экв/дм ;

- масса СаО, требуемая для устранения карбонатной жесткости 1 дм воды, мг;

- масса Na CO , требуемая для устранения некарбонатной жесткости 1 дм воды, мг;

- содержание солей магния в обрабатываемой воде в пересчете на MgO, мг/дм .

Учитывая, что технические реагенты содержат примеси, необходимо сделать пересчет на основное вещество:

,

,

где Q - содержание соответственно СаО и Na CO в технических препаратах, %;

P - масса технических препаратов, необходимая для умягчения 1 дм воды, мг.

Na₂CO₃ вносят в обработанную воду в виде сухого препарата по массе или в виде водного раствора по объему с учетом процентной концентрации.

СаО вносят в виде известкового молока, в котором предварительно определяют содержание активных СаО и MgO. Определение массовой доли активных СаО и MgO в известковом молоке приведено в приложении 5.

Электродиализный способ умягчения воды рекомендуется применять для обработки вод с содержанием солей выше 1500 мг/дм .

Обработку воды производят на электродиализных опреснительных установках типа ЭОУ-НИИПМ-25 (М)/БАУ (с фильтром БАУ) или типа ЭОУ-НИИПМ-25 (М) (без фильтра БАУ), выпускаемой ПО "Тамбовмаш".

Поиск по сайту: