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酿造用水的处理

添加9,179字节, 2016年10月13日 (四) 13:47
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:每百升原水预降低1°d的碳酸盐硬度需要约0.8L的饱和石灰水,同时还要考虑到腐蚀性的碳酸所消耗的量。下列为具体公式。
:::处理每百升原水所需的饱和石灰水体积(L) = [欲降低的碳酸盐硬度 + 欲降低的美盐硬度 + CO2(mg/L) x 0.127] / 每升饱和石灰水所对应的氧化钙的克数
 
=离子交换法=
:离子交换法是啤酒厂普遍采用的水处理方法,处理成本较低,适用范围广,对不同水质均有较好的处理效果。例如可以用于镁离子含量较高的水的脱硬、硬水的脱盐以及用于去除水中不利的阴离子,如硝酸根和氯离子等。
 
*离子交换法的原理
:离子交换法是用一种离子交换剂和水中溶解的某些阴、阳离子发生交换反应,借以除去水中有害的离子。离子交换过程是可逆的,吸附水中阴阳离子的交换剂,在使用一段时间后可通过相应的酸、碱洗涤再生,使其重新恢复交换能力。
*离子交换树脂的种类
:离子交换树脂是一种人造树脂类的固体物质,球形颗粒状,其中装有由电解液中吸取的正或负离子物质。在离子交换过程中,这些离子将被具有相同电荷的其他等价离子所置换。即离子交换树脂从电解质溶液中摄取正离子或负离子并且把等质量的其他带有相同电荷的离子交换给电解质溶液。离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。其中阳离子交换树脂包括弱酸阳离子交换树脂和强酸阳离子交换树脂,阴离子交换树脂包括弱碱阴离子交换树脂和强碱阴离子交换树脂。
*常用离子交换树脂的使用性能
:*弱酸阳离子交换树脂:该树脂主要用于去除水中的碳酸盐硬度,即除去碳酸盐硬度中的钙镁离子,对碳酸盐硬度主要以去除钙硬度为主,对镁硬度低的水处理效果佳。使用该树脂处理后的水的非碳酸盐硬度不变。当原水中的非碳酸盐硬度较低时,处理后的水应该添加石膏或氯化钙以调整碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度的比值。
::弱酸阳离子交换树脂只能部分去除钠离子,要全部去除钠离子,需要使用强酸阳离子交换树脂。
::需要注意的是,在使用弱酸阳离子交换树脂进行交换的过程中会形成二氧化碳,应设置脱气塔配合以机械鼓风将其排除。弱酸阳离子交换树脂的交换原理如下
:::交换:
::::AH2 + Ca(HCO3)2 → ACa + 2CO2↑ + 2H2O
::::AH2 + Mg(HCO3)2 → AMg + 2CO2↑ + 2H2O
:::再生:
::::ACa + 2HCl → AH2 + CaCl2
::::AMg + 2HCl → AH2 + MgCl2
 
:*强酸阳离子交换树脂:该树脂可以用于去除水中各类盐类的阳离子,如钙离子、镁离子和钠离子等,并同时释放来自碳酸氢根的二氧化碳和来自其他盐类的无机酸。所以在水处理过程中容器和管道材料必须耐酸(塑料或硬质橡胶),不过由于后面的酿造设备不耐酸,这些无机酸必须全部中和掉。中和的方法有两种:第一种是使用饱和石灰水中和,由此形成的非碳酸盐硬度全部是钙硬度,既降低了残余碱度,又消除了镁离子对口味带来的不良影响。第二种是将原水与处理后的水混合,原水中的碳酸盐与处理后的水中的无机酸结合形成非碳酸盐和游离的钙离子。
:::H2SO4 + Ca(HCO3)2 → CaSO4 + 2CO2↑ +2H2O
:::2HCl + Mg(HCO3)2 → MgCl2 + 2CO2↑ +2H2O
::使用这种方法时只能处理60%的水,其余部分则用作中和水,这样就必须注意水中的镁硬度不能过高,防止混合后的水中残存较高的镁硬度而达不到工艺要求,实际生产中主要使用饱和石灰水中和法。
::强酸阳离子交换树脂的使用受到非碳酸盐硬度(硝酸盐含量高)的限制,当非碳酸盐硬度过高,大于2.14mmol/L或硝酸盐含量过高时,应考虑与弱碱阴离子交换树脂联合使用。为了延长使用寿命和节省再生成本,在强酸阳离子交换树脂前可安装一个弱酸阳离子交换树脂。强酸阳离子交换树脂的交换原理如下
:::交换:
::::AH2 + CaSO4 → ACa + H2SO4
::::AH2 + MgCl2 → AMg + 2HCl
::::AH + NaHCO3 → ANa + H2O + CO2↑
::::AH + NaNO3 → ANa + HNO3
:::再生:
::::ACa + H2SO4 → AH2 + CaSO4
::::ANa + HCl → AH + NaCl
 
:*弱碱阴离子交换树脂:该树脂主要用于非碳酸盐硬度的处理,可以降低或除去某些阴离子含量,也是去除硝酸盐的主要方法。它也可以用来中和强酸阳离子树脂处理后水中的无机酸。一般情况下,弱碱阴离子交换树脂采用支流连接,并与强酸阳离子交换树脂联合使用。这种组合能将水中的离子全部去掉,但在实际生产中,对于酿造用谁来说,既没有必要,也不希望这样做。因此通常在处理后的水中添加硫酸钙、氯化钙或与原水混合,从而将硬度调节到规定要求。弱碱阴离子交换树脂的交换原理如下
:::交换(经强酸阳离子交换树脂处理后):
::::AOH + HCl → ACl + H2O
::::AOH + HNO3 → ANO3 + H2O
::::A(OH)2 + H2SO4 → ASO4 + 2H2O
:::再生:
::::ACl + NaOH → AOH + NaCl
::::ANO3 + NaOH → AOH + NaNO3
::::ASO4 + 2NaOH → A(OH)2 + Na2SO4
 
:*强碱阴离子交换树脂:该树脂可以和阳离子树脂联用,也可以单独使用,用于除去硝酸盐。它可以用NaCl再生,也可用酸再生,具有使用方便、经济的优点。其缺点是所有阴离子都同氯离子交换,形成的非碳酸盐全部是氯化物,对啤酒口味不利,氯离子含量过高也容易腐蚀设备和管道。此法只适用于低盐水,使用时应采取防腐蚀措施并加强检测。强碱阴离子交换树脂的交换原理如下
:::交换:
::::ACl + NaNO3 → ANO3 + NaCl
::::ACl2 + CaSO4 → ASO4 + CaCl2
:::再生:
::::ANO3 + NaCl → ACl + NaNO3
::::ASO4 + 2NaCl → ACl2 + Na2SO4
 
=反渗透法=
 
*反渗透原理:
:渗透作用:两种不同浓度的溶液由一半渗透膜隔开的时候两溶液趋向于使浓度相等,因而稀溶液的溶剂将向浓溶液的一侧渗透,这种溶剂的转移过程最终导致版渗透膜浓度高的一侧的体积增大,或使该侧液柱压力升高。在一定时间后(取决于溶液的浓度和组成以及薄膜类型)版渗透膜两侧压力达到平衡,此时溶剂的扩散终止,这种平衡时的压力称为渗透压。参见[http://baike.baidu.com/link?url=F7lJUFCGjc-_-sV4jUwq-eWGDnFLANvNCZLLoT_PsE7KVH1izLj5WAk1kLqWf2Sc 百度百科]
 
:反渗透作用:两种不同浓度的溶液由一半渗透膜隔开,在浓缩溶液(浓溶液)一侧施加压力,该压力大于渗透压,从而使纯水(渗透液)通过半渗透膜方向扩散。压力是这一过程中唯一需要的能量,通常约为2.5MPa。参见[http://baike.baidu.com/link?url=OpiowDnMGQWz_-dVdstdYYOXAxIJjyt_TI-9CbGmYMkwmqSBLT3tSIWHGhGlv5Gq7095srdWqcF6PO9IiESMNMy9fl5Iyh3K6o5giRWUJ07mFrjM1mpxaTC_7_64evIDuCdAcnruXbMcTD26zjEzg_ 百度百科]
 
除离子外,反渗透法也可以将水中的有机物质、细菌、病毒等分离出去。
 
薄膜由醋酸纤维或聚酰胺材料制造,或空心纤维-聚酰胺薄膜的组合结构形式,空心纤维孔隙20~50μm。待处理的水流经中心分配器以辐射状向外围流动并通过空心纤维束和网栅。分子的自身体积比薄膜孔径要小。空心纤维在ph4~11有较高的稳定性,它对其他的化学作用和生物影响也不敏感。
 
薄膜对水中阴离子或阳离子的阻流能力是不同的,取决于离子的价和半径,如钠离子比钙镁离子具有更强的渗透性。盐的渗透取决于原水中的盐含量,低于1g/L时不会对设备造成影响。
 
操作步骤:原水经过过滤机,尽可能将胶体、悬浮物、无机或有机杂质、铁、锰等聚电解质除去,以减少滤膜的堵塞,在堵塞较少的情况下,运行几周后清洗可除去堵塞物。粗过滤后的水经一高压泵,流经一个精细过滤机(5~10μm)泵入反渗透设备中,适当利用废热将水加热。随处理进行,为避免盐浓度上升而使浓缩区水中内容物质析出,同时也为提高设备水处理能力,水中还加入硫酸或二氧化碳至ph6.5,使沉淀转化。游离出的二氧化碳喷淋排除。为使硬度成分稳定还可以加入六偏磷酸盐。出来的水可以和适量原水混合或通过添加饱和石灰水达到所需的残余碱度,或添加CaCl2改善。出水率85%~90%就可以,不可避免有较多的盐渗透。处理后的水,因离子渗透能力差异导致所有负硬度出现即碱性物质存在,可添加适量硫酸钙或CaCl2改善。浓水可作为冲洗水再利用。
 
反渗透处理法不污染环境,因为几乎没有使用化学药品;可除去离子交换树脂不能去除的化合物;没有细菌的污染;自动的工作方式——易操作控制,工作量小;所需空间小;可能比其他方法费用低。
 
=电渗析法=
水中的溶解盐类,多数以离子形式存在,在外加直流电场的作用下,利用水中离子具有选择透过性的特点,使水中阴阳离子在交换膜两侧迁移,从而达到除去盐类的目的。一般除盐率达到58%~68%,即可以降低水的硬度,ph值也能达到使用要求。食盐含量高(500~1000ml/L)和总硬度过高的水用此方法处理比较合适。
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