Современные методы очистки и обеззараживания воды

Министерство  образования Республики Башкортостан

ГБОУ СПО  «Уфимский механико-технологический  колледж»

 

 

 

 

 Отделение  пищевых производств

Специальность 260204

Защита ___________________

Оценка ____________________

 

 

 

 

 

Современные методы очистки  и обеззараживания воды

 

 

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Технология и организация  спиртового и ликероводочного производства»

 

 

 

ГБОУ  СПО « УМТК»260204.01.ПЗ

 

 

 

 

 

 

Разработал  ________________________________________ /Г.М. Нуртдинова/

 

Руководитель ______________________________________ /Т.А. Чеснокова/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Главной составной частью водок  и ликероводочных изделий  является вода. От ее состава зависят  органолептические показатели напитков и их стойкость при хранении.

Для производства водки  и ликероводочных изделий применяют воду, удовлетворяющую требованиям, предъявляемым к питьевой воде.

Важное значение для  качества спиртных напитков имеет жесткость  воды. Вода с общей жесткостью 1,61 мг·экв/дм³ и карбонатной не выше 0,36 мг·экв/дм³ может быть использована в производстве. Допускается содержание железа в воде до 0,15 мг/дм³; окисляемость не выше 5 мг О₂/дм³; содержание аммиака и нитратов – следы; щелочность не выше 6 мг·экв/дм³.

Для исправления состава  воды применяют следующие способы  ее обработки: осветление, умягчение и деминерализацию.

Для удаления взвешенных частиц воду осветляют путем отстаивания, коагуляции и фильтрования. Умягчение  воды проводят содово-известковым методом, натрий-катионированием, водороднатрий-катионированием.

Цель деминерализации воды – удалить вначале катионы, а затем аноионы минеральных солей. При деминерализации ионообменным методом вода проходит через Н-катионитовый фильтр, а затем через ОН-анионитовый фильтр. Этим методом можно понижать содержание солей до 0,1 мг/дм³ и регулировать щелочность воды.

Способ удаления ионов  солей из воды под действием давления (превышающего осмотическое) с помощью  полупроницаемых мембран находит  распространение на ликероводочных заводах. В результате очистки на обратноосмотической установке получают воду заданного качества.

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА  КАЧЕСТВО ПРОДУКТА

1. Жесткость воды

Жесткость является одним  из наиболее важных показателей для  воды в ликероводочном производстве. Общая жесткость воды равна сумме концентраций в ней катионов кальция и магния. Жесткость воды выражают в миллиграмм-эквивалентах ионов кальция и магния на один литр воды (мг-экв/л). 
В водно-спиртовых растворах растворимость солей жесткости ниже, чем в воде. Поэтому при смешивании жесткой воды со спиртом получаются перенасыщенные растворы, и соли жесткости выпадают в осадок.

Одной из главных причин осадкообразования является остаточное количество бикарбоната кальция  в умягченной воде. С повышением температуры и уменьшением давления содержание угольной кислоты в растворе понижается, что приводит к распаду бикарбоната кальция на угольную кислоту и карбонат кальция, малорастворимый в водно-спиртовом растворе. Карбонат кальция оседает в виде белого налета на горловине бутылки (так называемые кольца) и образует осадок на дне. Процесс этот протекает медленно – по мере наступления благоприятных для него условий.

Помимо этого соли жесткости могут вступать в реакцию  с пектиновыми и дубильными веществами настоев фруктовых и ягодных  плодов, используемых при изготовлении ликероводочной продукции, образуя нерастворимые соединения, выпадающие в виде осадка. Присутствие солей жесткости нежелательно и для воды, используемой для мойки бутылок. При использовании жесткой воды после сушки на бутылках могут оставаться разводы.

Таким образом, жесткая  вода значительно ухудшает товарный вид продукта. Поскольку процессы выпадения осадка происходят медленно, результат, как правило, проявляется  уже при хранении готового продукта. Согласно существующим нормативам, жесткость используемой воды не должна превышать 1 мг-экв/л, оптимально значение жесткости не выше 0,2 мг-экв/л.

2. Сухой остаток  (общая минерализация) и концентрации  отдельных ионов солей

Минеральные вещества, содержащиеся в воде, оказывают влияние на вкус и внешний вид напитка. Высокое содержание хлорида натрия придает воде солоноватый вкус. Сульфаты натрия и магния вызывают горечь. Сульфат кальция придает вяжущий вкус; медь и железо – специфический металлический привкус. 
Концентрации ионов солей и показатель сухого остатка регламентируются соответствующими нормативами. 

3. Окисляемость

Окисляемость определяет содержание в воде органических веществ  и выражается в миллиграммах кислорода, затраченного на окисление примесей в 1 литре воды (мг О₂/л). Наличие органических веществ может придавать воде привкус и запах. Нормативы допускают величину окисляемости воды не более 6 мг О₂/л. 

4. Цветность

Цветность воды обусловлена  присутствием в ней гуминовых  веществ, придающих воде желтовато-коричневатый цвет. Вода с повышенной цветностью отрицательно влияет на внешний вид напитка. Согласно нормативам, оптимально использование воды с цветностью, приближенной к нулю. 

5. Мутность

Наличие коллоидных и  взвешенных частиц в воде ухудшают внешний вид (прозрачность) напитка. При хранении может наблюдаться опалесценция. 
Величина мутности согласно нормативам не должна превышать 1,5 мг/л, оптимально минимальное значение показателя мутности воды.

Итак, вода для ликероводочной промышленности должна быть мягкой, слабоминерализованной, прозрачной, не иметь цвета и запаха. 
При производстве ликероводочных напитков может использоваться вода из городского водопровода, из скважин или колодцев. Как правило, такая вода насыщена минеральными солями, железом, солями жесткости, органическими примесями.

МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ

1. Умягчение  воды

Принцип умягчения воды основан на обмене ионов солей  жесткости (кальция и магния) на ионы пищевой поваренной соли при фильтровании воды через слой ионообменной смолы. Регенерация производится промывкой  раствором поваренной соли (NaCl) в автоматическом режиме.

Умягчитель  воды - предназначен для смягчения воды с понижением показателя жесткости воды до 0.1-0.5 мг-экв/л.

Жесткость воды – это объединение  химических и физических свойств  воды, связанных с содержанием  в ней растворенных солей щелочноземельных металлов кальция и магния (“солей жесткости”).

Умягчение воды происходит при удалении из жесткой воды солей  кальция и магния методом ионного  обмена – Na-катионирование. При очистке воды от солей жесткости, методом ионного обмена, осуществляется замещение ионов кальция и магния на ионы натрия.

Метод ионного обмена, является на сегодня самым распространенным методом умягчения воды, считается  простым и дешевым, применяется на станциях водоподготовки и в частных бытовых системах водоочистки.

Установка умягчения  воды содержит слой засыпки из высококачественной ионообменной смолы, на которой откладываются  соли металлов кальция и магния.

Применяются специально разработанные мелкозернистые ионообменные смолы, например немецкая смола Bayer Lewatit S 1567. Важным техническим показателем качества ионообменной смолы является обменная емкость.

Умягчение воды совершается  при прохождении воды через фильтр умягчитель воды. В процессе работы установки умягчения воды ионообменная

 

загрузка (катиониты) истощается. Для способности повторной работы загрузки, необходимо чтобы фильтр умягчитель воды проводил периодическую  регенерацию (промывку), при которой  ионообменная смола должна промываться раствором поваренной соли. При промывке смолы в нескольких автоматических режимах, происходит вымывание солей жесткости в дренаж.

Фильтр умягчитель воды работает при помощи специального электронного клапана управления. При регенерации, умягчитель воды работает в нескольких режимах: прямая промывка [RINSE], обратная промывка [BACKWASH], прямая промывка с раствором поваренной соли [dnBRINE], заполнение водой бака с солью [FILL]. Участие человека минимизируется, заключается только в пополнении бака для реагента таблетированной солью, обычно 1 раз в 2-3 месяца.

Установка умягчения  воды работает в автоматическом режиме, сама высчитывает время регенерации  ионообменной смолы. Время запуска  регенерации обычно программируется  на ночное время, длительность всех процессов  составляет 1.5-2 часа. Правильно рассчитанный фильтр умягчитель воды должен промываться не чаще одного раза в 5-7 дней.

При выборе фильтра  умягчения воды, необходимо:

1.Правильно выбрать  размер баллона, на котором  будет собрана Ваша система  очистки воды, в зависимости от  требований: производительности м³/час, жесткости воды и водопотребления м³ в сутки.

2. Выбрать автоматический  клапан управления из всего  перечня, что есть на рынке,  и собрать на нем свою установку  умягчения воды.

3. Рассчитать свой  правильный минимальный объем  ионообменной смолы: 

Vсмолы = Vв*Кж / 1.2,

Где Vв – объем потребления  воды за 7 суток в м³,

Кж – коэффициент  жесткости Вашей воды,

Vсмолы – объем ионообменной смолы в л.

4. Требовать подробную  пошаговую инструкцию для сборки  смягчителя воды, достаточную для  монтажа силами и знаниями обычного сантехника.

 

 

5. В поставку умягчителя  воды должен быть включен монтажный  комплект, у всех клапанов концовки  входа\выхода воды оригинальные, необходимы специальные переходники  для врезки в Вашу систему  водопровода.

6. Обязательно проконтролировать объем поставляемой ионообменной смолы, для каждого размера баллона идет фиксированный объем загрузки, нельзя меньше, нельзя больше, например для баллона 1054 должно быть 37-42л ионообменной смолы.

7. Защитить свой фильтр  умягчитель воды, должна быть предварительная механическая очистка воды, ячейка фильтра не больше 100мк.

8. Защитить свою систему  водоснабжения от попадания в  нее ионообменной смолы, после  смягчителя воды должен стоять  фильтр механической очистки  воды, ячейка не больше 100мк.

Система очистки воды засыпного типа состоит из:

1. Корпуса в виде  баллона из стеклопластика.

2. Блока управления (контроллера,  клапана управления) для автоматической  промывки фильтра. 

3. Входного и выходного  патрубков, а также дренажного  патрубка для слива промывной воды.

4. Центрального распределительного  стояка (водоподъемной трубы).

5. Нижнего распределителя (щелевой экранирующей фильеры).

6. Гравийной подложки (поддерживающего слоя из гравия).

7. Фильтрующей среды  (зернистой загрузки, засыпки).

8. Бака для реагента (соли).

Общий принцип действия фильтра умягчения жесткой воды - неочищенная жесткая вода через  входной патрубок поступает внутрь фильтра, проходит сверху вниз через  слой фильтрующей среды - очищается, далее, через нижнюю фильеру попадает в водоподъемную трубу, по которой уже движется вверх к выходному патрубку.

2. Деминерализация воды

Метод предназначен для  уменьшения минерализации воды, в  том числе общей жесткости, общей щелочности, содержания кремниевых соединений.

Ионообменный метод  деминерализации воды основан на последовательном фильтровании воды через водород-катионитный, а затем CO^3-, OH- или СО^3- – анионитный фильтр. В водород катионитных фильтрах катионы, содержащиеся в исходной воде, главным образом Са⁺², Mg⁺², Na⁺¹, обмениваются на водород-катионы по реакциям. В фильтрате образуется эквивалентное количество кислоты из анионов, с которыми были связаны катионы. Образовавшийся в процессе разложения гидрокарбонатов СО₂ удаляется в декарбонизаторах. В анионитных фильтрах (гидроксид-анионирование) анионы образовавшихся кислот обмениваются на ионы ОН- (задерживаются фильтром). В результате получается деминерализованная (обессоленная) вода. Этот метод фактически «несамостоятельный», синтетический. Он представляет собою схемный ряд вариантов сочетания разной степени сложности – в зависимости от цели обработки воды – водород-катионирования и гидроксиднионирования. В ионообменные установки должна подаваться вода, содержащая соли – до 3 г/л, сульфаты и хлориды – до 5 ммоль/л, взвешенные вещества – не более 8 мг/л, цветность – не выше 30 градусов, перманганатная окисляемость – до 7 мгО/л.

В соответствии с необходимой  глубиной обессоливания воды проектируются  одно-, двух- и трехступенчатые установки, но во всех случаях для удаления из воды ионов металлов применяют сильнокислотные водород-катиониты.