作者：杨红霞
出版社：重庆大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
饮料加工技术试读：
前言
Foreword中国饮料市场发展迅速，从20世纪80年代开始，仅用了20多年的时间就几乎走完了欧美国家80年的软饮料发展全过程。时至今日，已成长为一个庞大、成熟的市场。近年来，随着人们生活水平的提高、经济的快速增长、城乡消费者收入水平和消费能力的持续提高，促使饮料消费需求始终处于较快增长的阶段，但目前仍处于世界偏低水平，国内饮料行业拥有了巨大的市场基础和依托，随着社会稳步发展，我国人均消费软饮料量也在逐步提高，后期产量提升方面仍存在较大空间。
我国饮料市场已成为中国食品行业中发展最快的市场之一。仅2010年，面对国际市场需求不振、国内市场竞争激烈的经营环境，中国软饮料工业加大市场开拓力度，产品推陈出新，使行业保持了产销两旺的增长态势。全国软饮料累计产量9984万吨，同比增长18．27%。2013年1—11月，全国共生产软饮料1．37亿吨，同比增长13．03%。近年来，软饮料行业分布更加广泛的同时，国内产量也出现了明显的增多。
展望2014年以后的软饮料行业，仍将保持12%～15%的年均增速发展，行业整体规模将继续扩大。随着饮料市场需求结构的不断变化调整，软饮料行业生产结构会持续调整，茶饮料、蛋白饮料比重将有所提高，健康型饮料将形成新的产业结构主体。
本书由鹤壁职业技术学院杨红霞任主编，杨凌职业技术学院生物工程系姚瑞祺、河北交通职业技术学院粮食工程系王岩任副主编。本书的绪论、第2章、第5章由鹤壁职业技术学院杨红霞编写；第3章、第11章由杨凌职业技术学院生物工程系姚瑞祺编写；第1章、第4章由河北交通职业技术学院粮食工程系王岩编写；第6章、第9章由山东职业学院生物工程系吕映辉编写；第7章、第10章由湖北生物科技职业学院动物科学系李国平编写；第8章、第12章由郑州牧业工程高等专科学校食品工程系李和平编写；在本书的编写过程中，得到了重庆大学出版社的大力支持，在此深表感谢！
在本书编写过程中，参考了相关文献、资料、书籍，在此谨向参考文献的编著者表示诚挚的谢意。
由于现代饮料生产新工艺、新技术涉及内容非常广泛，难免存在疏忽与不当之处，请同行、专家与广大读者提出宝贵意见。编者2014年6月绪论1．饮料
饮料是以饮用水为基本原料，采用不同的配方，经过加工和制作，供人们饮用并提供保证人体正常生理功能所必需的水分和其他营养素，达到生津止渴和增进身体健康为目的的一类液态食品。
随着饮料工业的发展，饮料的种类越来越多，风味也各不相同，饮料概括起来可分为两大类：含酒精饮料（包括各种酒类）和不含酒精饮料。从组织形态来讲，饮料可分为固体、共态和液体饮料3种。2．软饮料
软饮料是指凡不含乙醇或乙醇含量不超过0.5％的饮料制品。具体包括瓶装饮用水、碳酸饮料、纯果汁与果汁饮料、蔬菜汁与蔬菜复合汁饮料、蛋白饮料、固体饮料、茶饮料、发酵型饮料和其他饮料等。
根据国家标准GB 10789—2007，饮料按原料或产品性状进行分类，可分为11个类别及相应的种类。
1）碳酸饮料类
碳酸饮料是指在一定条件下充入CO的软饮料，不包括由发酵法2自身产生CO的饮料，其成品为CO容量不低于2.0倍（20℃时的体22积倍数）。碳酸饮料又分为果汁型碳酸饮料、果味型碳酸饮料、可乐型碳酸饮料、其他型碳酸饮料等。
2）果汁和蔬菜汁类
用水果和（或）蔬菜（包括可食的根、茎、叶、花、果实）等为原料，经加工或发酵制成的饮料。主要包括果汁（浆）和蔬菜汁（浆）、浓缩果汁（浆）和浓缩蔬菜汁（浆）、果汁饮料和蔬菜汁饮料、果汁饮料浓浆和蔬菜汁饮料浓浆、复合果蔬汁（浆）及饮料、果肉饮料、发酵型果蔬汁饮料、水果饮料以及其他果蔬汁饮料。
3）蛋白饮料类
以乳或乳制品，或有一定蛋白质含量的植物的果实、种子或种仁等为原料，经加工或发酵制成的饮料。主要分为含乳饮料、植物蛋白饮料和复合蛋白饮料3种。
4）饮用水类
密封于容器中可直接饮用的水。我国GB 10789—2007将包装饮用水分为饮用天然矿泉水、饮用天然泉水、其他天然饮用水、饮用纯净水、饮用矿物质水和其他包装饮用水。
5）茶饮料类
以茶叶的水提取液或其浓缩液、茶粉等为原料，经加工制成的饮料。茶饮料类因为原料、辅料种类的不同和加工方法的不同可分为茶饮料（茶汤）、茶浓缩液、调味茶饮料、复（混）合茶饮料。
6）咖啡饮料类
以咖啡的水提取液或其浓缩液、速溶咖啡粉为原料，经加工制成的饮料。咖啡饮料类分为浓咖啡饮料、咖啡饮料、低咖啡因咖啡饮料。
7）植物饮料类
以植物或植物抽提物（水果、蔬菜、茶、咖啡除外）为原料，经加工或发酵制成的饮料。主要包括食用菌饮料、藻类饮料、可可饮料、谷物饮料、其他植物饮料。
8）风味饮料类
以食用香精（料）、食糖和（或）甜味剂、酸味剂等作为调整风味的主要手段，经加工制成的饮料。风味饮料类包括果味饮料、乳味饮料、茶味饮料、咖啡味饮料、其他风味饮料。
9）特殊用途饮料类
添加适量的食品营养强化剂，以满足某些人群特殊营养需要的饮料。包括运动饮料、营养素饮料、其他特殊用途饮料。
10）固体饮料类
用食品原料、食品添加剂等加工制成粉末状、颗粒状或块状等固态料的供冲调饮用的制品，如果汁粉、豆粉、茶粉、咖啡粉、果味型固体饮料、固态汽水（泡腾片）、姜汁粉。
11）其他饮料类
以上分类中未能包括的饮料。3．饮料的工业现状及发展趋势
1）我国饮料工业的发展现状
我国饮料工业是改革开放以后高速发展起来的新兴行业，饮料工业起步较晚，但近年来，我国饮料工业发展十分迅速，成为我国食品消费中的发展热点和新增长点。30多年来，饮料行业不断地发展和成熟，逐渐改变了以往规模小、产品结构单一、竞争无序的局面，饮料企业的规模和集约化程度不断提高，产品结构日趋合理，饮料行业生产量增长了近300倍，目前我国已超过日本成为第2大饮料生产消费国。
从行业产品品类结构来看，截至2012年9月末，在我国饮料行业中，饮用水、碳酸饮料、茶饮料、凉茶、果汁、功能饮料分别占据了25.65%、21.91%、16.36%、7.21%、22.24%、6.63％的销量份额。
从品类结构的变化看，近年来我国饮料行业产品结构不断优化，健康型饮料比重不断上升，碳酸饮料份额呈下降趋势。从各类饮料占比可见，饮用水、果汁、碳酸饮料的市场份额均超过了20%，构成了饮料行业中的主要产品；茶饮料、凉茶、功能饮料、饮用水所占份额较去年有所提高。
从品类结构看，不同市场、不同区域的竞争程度差异明显。罐装饮料市场前四强份额最低，凉茶市场前四强份额最高。
目前仍由果菜汁及果菜汁饮料、碳酸饮料、瓶（罐）装饮用水3类细分产业占据前三甲的位置。从近年来品类结构的变化趋势来看，碳酸饮料市场份额将呈逐步下降的态势，含乳饮料和植物蛋白饮料市场份额将表现出良好的增长性，果菜汁及果菜汁饮料产业的市场占有率将会有所提高，功能饮料与健康型饮料将得到较快的发展。
饮料工业已成为食品工业的重要组成部分，目前我国饮料行业的突出特点主要表现为：种类繁多、工艺性强、营养丰富等特点。饮料的发展趋势则是朝着批量化、规模化、自动化方向发展，更绿色、更健康的呼声成为主流。（1）产量大，增长速度快
近些年饮料工业发展十分迅速，2005年总产量为3 380万t，较上年增长24.08%，2006年总产量超过4 100万t，增幅约20%，2009年饮料工业生产总体保持了高速增长，全年共生产各类饮料8 086.2万t，比2008年增长24.33%。（2）质量稳步提高，产品结构不断调整
我国饮料生产的增长点主要集中在果蔬汁饮料、植物蛋白饮料和茶饮料等产品上，瓶（罐）装饮用矿泉水的生产也在同步发展，其生产与经营越来越规范。由于我国饮料业的迅速发展及其前景广阔的消费市场吸引了国际众多知名品牌饮料厂商，许多跨国公司凭借雄厚的财力和丰富的市场运作经验，通过收购、合资、独资经营等方式参与到国内饮料市场竞争中来，这便更加促进了我国饮料行业的快速发展，质量稳步提高，同时也加剧了企业间的竞争。（3）品种丰富多彩，包装不断更新，生产设备不断完善
饮料品种从单一的碳酸饮料发展成为果汁、蔬菜汁、矿泉水和各种饮用水齐头并进、全面发展的格局，如健力宝、椰树牌椰子汁、乐百氏奶、喜乐、津美乐、雪菲力、可口可乐、百事可乐、雪碧、芬达、益力矿泉水等。包装形式从单一的玻璃瓶发展到塑料瓶（PET瓶）、易拉罐、利乐包装、复合软包装等多种多样。饮料生产企业的技术装备水平有了显著提高。（4）饮料企业的规模化、集团化和名牌化初见成效
经过发展，在激烈的市场竞争中，一批规模化企业脱颖而出。
另外，在我国饮料工业在持续高速地发展的同时，我国饮料工业也存在一些问题：我国饮料行业还存在着企业地区分布不尽合理的现象，东部沿海省市较发达，年产量较高，消费水平高、消费量大；广大中西部地区丰富的资源没有得到充分利用；农村市场、国际市场尚未开拓，广大的农村市场只有一些地产地销的低档饮料；品牌众多，质量参差不齐；滥用、超量使用添加剂的现象屡屡发生。另外，还有很多地下工厂利欲熏心，生产假冒伪劣产品，危害消费者的身体健康和安全。
2）我国饮料工业的发展趋势
我国饮料行业的发展潜力巨大，发展前景诱人。饮料工业在今后一段时期内将会有如下发展趋势：（1）功能型向营养型转变
以红牛为代表的功能型饮料占据国内市场近10年，虽然品牌知名度非常高，但是一直不温不火，市场销售稳中有升，而后起之秀王老吉虽然与红牛定位不同，但是由于其独特定位，一夜之间红透大江南北。
因此随着生活水平的不断提高和保健意识的不断增强，未来饮料发展将从功能型向营养型转变，营养型饮料将更加受到消费者的欢迎和青睐。（2）儿童向中老年转变
从娃哈哈到蒙牛酸酸乳，虽然跨越了两代人，但是目前市场上仍是儿童型饮料占据市场主导地位，但是随着儿童型饮料竞争加强、产品同质化严重、产品缺乏创新等因素，随着老龄化人群消费、保健意识的增强，饮料市场在未来几年内这种格局将被逐渐打破，中老年饮料有望成为饮料市场的新宠和主流发展趋势。（3）解渴、避暑向健康、美容转变
随着市场消费需求的多样化和产品定位的多样化，消费者在考虑单纯解渴、避暑的同时，越来越注重产品的健康元素，使用产品后如果能带来身体上的健康，将更受欢迎，所以饮料在未来发展中，将从单一解渴、避暑逐渐向健康、美容等转变。（4）单一型向复合型转变
以汇源果汁饮料为主的饮料已成为国内果汁饮料的领导品牌和知名品牌，但是随着消费需求的多样化，将逐渐从单一型向复合型转变，比如，汇源集团现在市场销售非常好的果蔬复合型饮料，就非常受消费者欢迎。
如消费者都非常熟悉的承德露露杏仁饮料，虽然产品占据了国内植物蛋白饮料的半壁江山，但是如果再推出一款复合型饮料，企业的销售额一定会增加数倍，还有大寨核桃露也是如此。（5）个人消费向家庭消费转变
四川地震的发生对中国老百姓的消费观念有很大影响，中国消费者的消费意识将从过去保守型向开放型转变，大家更加强调和重视亲情，所以未来饮料发展，个人消费将向家庭消费逐渐倾斜，大包装、家庭型的产品将更受欢迎。（6）果味型向果蔬型转变
长期以来，各种果汁饮料一直是饮料市场的主导，而在国外，蔬菜饮料早已风靡。在我国，随着消费需求的多样化，生活元素的多元化，消费者对于健康元素的重新认识，能够给身体补充各种果汁所没有的维生素，比如铁锌钙，将更受欢迎。蒙虎营销策划机构2007年策划的一款黄瓜饮品就是这样，由于产品定位准确，所以一上市立即掀起热销，非常受消费者欢迎。
我国饮料工业本世纪末下世纪初的发展指导方针是：坚持“天然、营养、优质、多品种、多档次”的方针，在普及碳酸饮料的情况下，积极发展果蔬类饮料、植物蛋白饮料和饮用矿泉水，适当发展固体饮料和特种营养饮料。在发展生产的同时，强化营销工作，拓展国内外市场，特别是农村市场，以销售拉动生产，以搞好生产促进销售，最大限度地满足城乡居民日益增长的生活需要。
国家轻工业局已把饮料行业列为“十五”轻工业重点发展行业之一，要重点支持和帮助解决十强企业在发展中存在的问题，使十强企业更好地发挥骨干和龙头作用，推动全行业发展。据宇博智业市场研究中心饮料行业分析报告指出，到2020年，全球果汁及碳酸饮料将增至730亿L，未来产品品质及创新是饮料业企业获利的关键因素，企业间的并购也将是占有市场的良方。4．饮料加工技术的内容与学习方法
饮料加工技术是一门综合性的应用学科，是研究饮料生产中原辅料、半成品和产品的加工过程和方法以及饮料质量检验与控制的学科。
饮料加工技术的内容主要包括3方面：第一，饮料生产中所需的各种原辅料：主要研究原辅料的种类、性能、品质要求以及在加工过程中的变化；第二，各种饮料的生产技术：主要研究各类饮料的生产工艺、技术参数对产品品质的影响、生产所用设备及对工艺水平的适应性；第三，饮料质量及卫生管理：主要研究饮料生产过程中出现的质量问题及控制方法、饮料产品的质量分析、饮料生产中的卫生管理与要求等。
本课程的学习必须首先掌握化学、物理、数学、生物学、机械基础知识，以及食品生物化学、食品微生物学、食品添加剂和食品分析等专业基础知识。饮料生产技术发展很快，许多新知识、新技术、新产品、新工艺、新材料等均在不断地发展之中，因此学习本课程必须采用发展的观点，及时参阅新资料，补充新内容。只有这样，才能学好本课程，更好地掌握饮料的加工技术。复习思考题
1．什么叫软饮料？怎么分类？
2．论述我国饮料的现状及发展趋势。
3．饮料加工技术的内容有哪些？ 第1章饮料用水及水处理知识目标
通过本章知识的学习了解在饮料加工中对水质的要求，知道在水的处理中常用的方法，了解相关水处理的设备。能力目标
通过理论知识的学习，掌握饮料用水的基本方法与设备要求。1.1 饮料用水的水质要求1.1.1 饮料用水的来源
饮料用水的来源可以是井水、泉水、湖水、河水、自来水等，但大多是自来水（生活饮用水）。若选择水源，则应根据城乡远期、近期规划，历年来的水质、水文和水文地质资料，取水点及附近地区的卫生状况，同时考虑地方病等因素，从卫生、经济、技术、水资源等多方面进行综合评价，选择水质良好、水量充沛、便于防护的水源。宜优先选用地下水，取水点应设在城镇和工矿企业的上游。
作为生活饮用水水源的水质，应符合下列要求：
若只经过加氯消毒即供作生活饮用的水源水，总大肠菌群平均每升不得超过1 000个，经过净化处理及加氯消毒后供作生活饮用的水源水，总大肠菌群平均每升不得超过10 000个。
水源水的毒理学和放射性指标，必须符合国标要求。
在高氟区或地方性甲状腺肿地区，应分别选用含氟、含碘量适宜的水源水。否则应根据需要，采取预防措施。
生活饮用水的水源，必须设置卫生防护地带。集中式给水水源卫生防护地带的规定如下：
地面水的取水点周围半径100 m水域内，严禁捕捞、停靠船只、游泳和从事可能污染水源的任何活动并由供水单位设置明显的范围标志和严禁事项的告示牌。取水点上游1 000 m至下游100 m的水域，不得排入工业废水和生活污水，其沿岸防护范围内不得堆放废渣，不得设立有害化学物品仓库、堆栈或装卸垃圾、粪便和有毒物品的码头，不得使用工业废水或生活污水灌溉及施用持久性或剧毒的农药，不得从事放牧等有可能污染该段水域水质的活动。供生活饮用的水库和湖泊，应根据不同情况的需要，将取水点周围部分水域或整个水域及其沿岸划为卫生防护地带。受潮汐影响的河流取水点上下游及其沿岸防护范围，由供水单位会同卫生防疫站、环境卫生监测站根据具体情况研究确定。
以河流为给水水源的集中式给水，由供水单位会同卫生、环境保护等部门，根据实际需要，可把取水点上游1 000 m以外的一定范围河段划为水源保护区，严格控制上游污染物排放量。排放污水时应符合《工业企业设计卫生标准》（GBZ 1—2002）和《地面水环境质量标准》（GB 3838—2002）的有关要求，以保证取水点的水质符合饮用水水源水质要求。
水厂生产区的范围应明确划定并设立明显标志，在生产区外围不小于10 m范围内不得设置生活居住区和修建畜禽饲养场、渗水厕所、渗水坑，不得堆放垃圾、粪便、废渣或铺设污水渠道，应保持良好的卫生状况和绿化。单独设立的泵站、沉淀池和清水池的外围不小于10 m的区域内，其卫生要求与水厂生产区相同。
地下水的取水构筑物的防护范围，应根据水文地质条件、取水构筑物的形式和附近地区的卫生状况进行确定，其防护措施与地面水的水厂生产区要求相同。在单井或井群的影响半径范围内，不得使用工业废水或生活污水灌溉和施用持久性或剧毒的农药，不得修建渗透水厕所、渗水坑、堆放废渣滓或铺设污水渠道，并不得从事破坏深层土层的活动。如取水层在水井影响半径内不露出地面或取水层与地面水没有互相补充关系时，可根据具体情况设置较小的防护范围。取水构筑物的防护范围，影响半径的范围以及岩溶地区地下水的水源卫生防护，应由供水部门同规划设计、水文地质、卫生、环境保护等部门研究确定。
若使用自来水作饮料用水的水源，则应考虑管线的供水能力和管道内壁是否有材料污染等问题。1.1.2 饮料工业用水的水质要求
1）饮料用水的水质要求
水是饮料生产中的重要原料之一，水质的好坏，直接影响成品的质量，高质量的饮料是与高品质的水分不开的。目前大中型饮料厂均备有完善的水处理设备系统，这是许多名牌饮料质量稳定的关键因素之一。一些小厂直接采用自来水、井水等生产饮料，饮料易产生沉淀、变质、变色等现象。因此，饮料用水的来源及处理对饮料生产具有重要意义。饮料用水必须符合我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—1985），但饮用水的理化指标并不能满足生产饮料的要求，特别是蛋白饮料、果汁饮料。
根据饮料工艺用水的特殊要求，需强调下列指标，例如硬度，生活饮用水要求总硬度应≤25度（德国度），而一般饮料用水应≤8.5度，蛋白饮料则要求硬度≤4度。水的硬度有两种衡量方法：一是毫摩尔每升（mmol/L），即每升水中含有CaO的毫摩尔数；二是德国度。二者的换算方法：1 mmol/L＝5.6德国度，或1德国度＝0.178 6 mmol/L。又如浊度指标，生活用水应≤5度，而饮料用水应≤2度；色度指标生活用水为≤15度，饮料用水则要求无色透明，色度≤5度。
随着饮料工业生产的科学化和现代化，饮料加工工艺越来越精细，对水质提出了越来越高的要求。因此，分析与研究饮料用水，将对产品质量的稳定和经济效益的提高具有重要的意义。但一般经过砂芯过滤、紫外线灭菌、离子交换树脂软化等水处理工序可满足饮料生产的需要。
2）水质硬度高、碱度高对生产饮料的危害
饮料一般是以柠檬酸作为酸味剂的，如果生产饮料用水中硬度和碱度偏高，则必将会中和一部分柠檬酸，而使饮料的酸甜比失调，饮料偏甜，降低了饮料滋味的美感。还由于酸度的降低，pH值升高，为细菌的繁殖提供了条件，导致饮料变质。
为了抵消水中硬度和碱度对酸度的影响，在设计产品配方时，必须将饮料用水的这一自然状况考虑进去，采取多加酸的办法来保证产品的质量，这就说明，作为酸味剂的柠檬酸有一部分是消耗在水中了。1.2 饮料用水的处理
对水处理的目的是除去水中固体物质，降低硬度和含盐量；杀灭微生物及排除所含的空气，从而把生活饮用水处理成纯净水、超纯水、软化水、医药用纯水、蒸馏水、矿泉水等，应用于食品饮料、电子、医药、化工、电力、电镀、光学玻璃等。一般需要对水源来水进行净化、软化、除盐及消毒处理。但并不是对每一种水源（如井水、泉水、湖水、河水、自来水等）都需要进行这几种处理，对水质较差的水源，如湖水、河水的处理就较复杂，而对较洁净的自来水，处理就较简单。总之，应根据水源的具体情况，各饮料厂对所用的水质要求不同，来选择不同的处理流程和设备。
饮料用水的总体水处理工艺流程图一般如下：
原水→净化（澄清、过滤）→软化→消毒→成品水1.2.1 水的净化处理
一般来说，水的净化处理包括澄清和过滤。澄清主要用于一些水质较差水源的预处理（如河水、湖水），它们内含多量细小悬浮物和胶体物质，水质混浊。而对一些水质较好的水源，其浊度较低，用过滤即可达到目的。
1）澄清处理
水的净化处理，是将水中的不溶性杂质除去。这些杂质包括悬浮物、有机物和胶体，如泥沙、黏土、微生物、原生动物、藻类等，主要是10 μm以下的固体物质颗粒（其中1 nm～0.1 μm的颗粒属于胶体粒），包括绝大多数的黏土颗粒（粒度上限为4 μm）、大部分细菌（0.2～80 μm）、病毒（10～300 nm）和蛋白质（1～50 nm）等。它们使水质混浊、产生异味和影响卫生，并将极大地影响饮料质量。澄清净化的目的是去除水中的悬浮物、有机物和胶体，主要方法有澄清（凝聚沉淀）和过滤。
水中胶体颗粒一般具有保持分散的稳定性。这些胶体颗粒可分为憎水和亲水两大类。水中黏土等无机物属于憎水性胶体，而有机物如蛋白质、淀粉和胶质等属于亲水胶体。胶体表面是带电的，其中黏土、细菌、病毒等均带负电，Al（OH）、Fe（OH）等的微晶体都是带33正电的胶体。
凝聚沉淀是在原水中添加凝聚剂与助凝剂，水和水中胶体表面的电荷被破坏，胶体的稳定性丧失，使胶体颗粒发生凝聚并包裹悬浮颗粒而沉降，从而使水得以澄清的方法。水处理中大量使用的凝聚剂可分为铝盐和铁盐两类。铝盐凝聚剂有明矾、硫酸铝、碱式氯化铝等。铁盐凝聚剂主要有硫酸亚铁、硫酸铁和三氯化铁。用于调整水的pH值、促进凝聚的助凝剂有消石灰、氢氧化钠、藻酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、氢氧化淀粉等。硬度高的水广泛使用硫酸铝或硫酸亚铁的凝聚沉淀法。碳酸盐硬度每降低1度大致需要的凝聚剂量如下：33硫酸铝Al（SO）用20.5 g/m；硫酸铁Fe（SO）用23.7 g/m；2432433三氯化铁FeC1用19.3 g/m。常见的凝聚沉淀原理如下：3（1）明矾法
明矾是无色晶体或白色结晶性粉末，易溶于水，略有涩味，有收敛性，学名为十二水合硫酸钾铝，分子式为KAl（SO）·12HO。它422是一种由两种不同金属离子和一种酸根离子组成的复盐。在水中Al（SO）水解生成氢氧化铝，其水溶液呈酸性。氢氧化铝的溶解243度小，聚合后以胶体状态从水中析出。氢氧化铝带正电荷，天然水中的胶体大都带负电荷，两者具有中和凝聚作用。与此同时，由于氢氧化铝胶体吸附能力很强，可以吸附水中的胶体和悬浮物，随之凝聚成粗大絮状物而沉降，使水澄清。因此，明矾作为一种较好的净水剂广泛使用。明矾用量一般为0.001%～0.02%。（2）硫酸铝法
硫酸铝水溶液（pH值为4.0～5.0）在水中的反应原理与明矾相同。由于硫酸铝是强酸弱碱形成的盐，为了能从硫酸铝形成氢氧化铝的凝胶，原水必须具有一定的碱度。
反应生成氢氧化铝，形成凝胶，同时反应中消耗了碱度并降低了硬度。硫酸铝的有效添加量为20～100 mg/L，同时添加的石灰（CaO）量一般为硫酸铝用量的一半。
此外，水的澄清还有硫酸亚铁法和石灰软化法。
2）水的过滤
过滤是一种净化水的有效而重要的处理工艺过程，即使已达到饮用水要求的自来水，在作饮料用水的处理中，过滤仍是一种必不可少的处理过程。因为当今的过滤不再是仅仅只除去水中的悬浮杂质和胶体物质。采用最新的过滤技术，还能除去水中的异味、颜色、铁、锰及微生物等物质，从而获得品质优良的水。
通过过滤可以除去以自来水为原水中的悬浮杂质、氢氧化铁、残留氯及部分微生物。自来水中的杂质，对采用敞开式配水的绝大多数自来水厂来说，这些杂质主要是来自大气环境、蓄水池，还有一些是人为的因素。过滤也可以除去以井水（或矿泉水、泉水）为原水中的悬浮杂质、铁、锰及部分细菌。
一般的地下水都是很清澈洁净的。但也有为数不多的杂质，是在取水或输水过程中所带入的。含铁量偏高的地下水，可以在过滤前采用曝气的方法，使空气氧化二价铁变成高价的氢氧化铁沉淀，然后通过过滤加以除去。当原水中含锰量达0.5 mg/L时，水具有不良的味道，会影响饮料的口感，所以必须去除。除锰的方法很多：可以先用氯氧化，使锰以二氧化锰的形式沉淀；也可添加氧化剂（KMnO或O）43使锰快速氧化，以二氧化锰形式沉淀。如果水中的含锰量不太高，可采用在滤料上面覆盖一层一定厚度的锰砂（即软锰矿砂）的处理方法，能获得很好的除锰效果。1.2.2 水的软化
硬度大的水（一般是地下水），未经处理不能作饮料生产和冷却等的用水，不然会产生大量水垢，使清洁的玻璃瓶发暗、堵塞洗瓶机的喷嘴和降低换热器的传热效率等，因此使用前必须进行软化处理，使原水的硬度降低。水的软化常采用以下方法。
1）离子交换法
当硬水通过离子交换剂层即可软化。离子交换剂有阳离子交换剂与阴离子交换剂两种，用来软化硬水的为阳离子交换剂。阳离子交换剂常用钠离子交换剂和氢离子交换剂。离子交换剂软化的原理，是软＋＋2＋2＋化剂中Na或H能与水中的Ca、Mg等离子进行交换，把水中2＋2＋的Ca、Mg交换出来，硬水就被软化了。2＋2＋+
硬水中Ca、Mg被Na置换出来，残留在交换剂中，当钠离＋2＋2＋子交换剂中的Na全部被Ca、Mg代替后，交换剂层就失去了继续软化水的能力，这时就要用较浓的食盐溶液进行交换剂再生。食盐＋2＋2＋中的Na仅能将交换剂中的Ca、Mg交换出来，再用水将置换出来的钙盐和镁盐冲洗掉，离子交换剂又恢复了软化水的能力，可以继续使用。
2）电渗析法
采用电渗析处理，可以脱除原水中的盐分和提高其纯度，从而降低水质硬度并可提高水的质量。
电渗析广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、海水淡化、环境保护等领域；近年来更推广应用于氨基酸、蛋白质、血清等生物制品的提纯和研究。它在水的淡化除盐、海水浓缩制盐、精制乳制品、果汁脱酸精制提纯、锅炉给水的初级软化脱盐，食品、轻工等行业制取纯水，电子、医药等工业制取高纯水的前处理都得到应用。
电渗析水处理设备是利用离子交换膜和直流电场，使溶液中电介质的离子（带电溶质粒子，如离子、胶体粒子等）产生选择性的迁移，从而达到使溶液淡化、浓缩、纯化或精制的目的。工作时，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻挡阴离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部分离子迁移到另一路离子水中去。
3）反渗透法
反渗透是采用膜分离的水处理技术，膜分离是利用膜的选择透过性进行分离和浓缩的方法，它涉及流体力学、传质学、热学、高分子物理学、高分子材料等多门学科，膜分离技术包括电渗透、超过滤、反渗透、微孔过滤、自然渗透和热渗析等，数十年来，随着膜分离的工业化和膜分离的发展，一批有效的膜分离装置在环境领域得到应用，并已逐步成为水源开发、城市和工业废水处理与回用的一种经济有效的技术手段。随着膜科学和制造技术的进步，反渗透水处理技术得到了迅速的发展。
反渗透设备的系统可从水中除去90％以上的溶解性盐类和99％以上的胶体、微生物、微粒和有机物等，除盐率常达98%～99%，这样的除盐率在大部分情况下是可以满足制水要求的，反渗透技术常用于纯水制备、废水处理、水的软化处理、饮料和化工产品的浓缩、回收工艺等多个领域。还用于海水、苦咸水的淡化，食品、医药工业、化学工业的提纯、浓缩、分离等方面。不仅在饮料工业中，在电子工业、超高压锅炉补给水、制药行业及对纯水要求更高的行业也普遍应用，它是高纯水制备中应用最广泛的一种脱盐技术，系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。1.2.3 水的消毒
原水经以上各项处理后，水中绝大多数的微生物已被除去。但是仍有部分微生物留在水中（反渗透处理除外），为了保证产品质量和消费者的健康，对水要进行严格的消毒处理。水的消毒方法很多，其中以紫外线消毒最适用于饮料用水的消毒。因为，用紫外线消毒具有很多优点，它不会改变水的物理化学性质，无毒性，杀菌能力强，可连续处理，时间短，设备简单，操作方便等，因而得到饮料厂商广泛应用。
1）紫外线消毒
电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线都是电磁波，波长比可见光中最长的红光还长的是不可见红外光，而波长比可见光中最短的紫色光还短的就是不可见的紫外线，所以紫外线是指波长范围为100～400 nm的电磁波。从太阳发出的电磁波到达地表时，其波长一般大于290 nm，即地表的日光极少含有产生臭氧和杀菌作用强的紫外线，否则就会影响地球上生物的生存，所以近年来臭氧层被破坏（出现孔洞，杀菌力强、对人体有害的紫外线就会照射到地表），引起人们的普遍关注。（1）紫外线杀菌原理及其作用
紫外线的波长不同，具有的作用也不一样。315～400 nm的紫外线，有附着色素及光化学作用，称为化学线。波长为280～315 nm的紫外线有促进维生素生成的作用，称为健康线（特别有促进维生素D生成作用）。波长为100～230 nm的紫外线能使空气中的氧气氧化成臭氧，称为臭氧发生线。而波长为200～280 nm的紫外线具有杀菌作用，称为杀菌线。杀菌线之所以具有杀菌效果，是因为在各种波长的电磁波中，微生物最易吸收的是紫外线，微生物吸收的紫外线可使维持生命的细胞内核蛋白质分子结构发生变化，产生蛋白质变性，结果会带来微生物新陈代谢的障碍，不能增殖并产生细胞破坏作用，特别是250～260 nm的紫外线最易被微生物细胞内的核酸吸收，所以它也最具杀菌效果，被用于生产车间、实验室的空气清毒和饮用水的杀菌。（2）紫外线杀菌特点
紫外线杀菌不像化学杀菌法会带来二次污染，其设备简单、操作方便，用于净水效率高，杀菌时对菌和病毒的选择性很小，几乎能杀死所有的菌和病毒。紫外线对水有一定的穿透能力，故能杀灭水中的微生物，使水得以消毒。紫外线的杀菌效果受水的色度、浊度以及微生物等因素的影响。因此，对原水的水质要求较高。原水必须无色，浊度在1.6度以下，微生物数很少，否则影响杀菌的效果。
在用15 W紫外灯对敏感的革兰阴性无芽孢杆菌杀菌时，在空气中距离50 cm，照射1 min，或距离10 cm，照射6 s，可把大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌全部杀死。而杀死革兰阳性球菌还需将照射量增大5～10倍。
紫外线还可用于对固体表面进行杀菌。在对液体杀菌时，由于穿透力弱，照射液体时会迅速衰减，穿透率低，所以液体过深时达不到良好的杀菌效果（液体中含脂肪或蛋白质较多，照射能量过大，有时会产生异臭味）。穿透率还随水中悬浮物质及铁离子等吸收紫外线物质的含量不同而不同，穿透率从高到低的液体依次是蒸馏水、饮料水、澄清的海水、工业用水、无色糖液、啤酒及牛奶等。
2）水的加氯消毒
水的加氯消毒，是当前世界各国最普遍使用的用水消毒法。由于此法操作简单，费用低，无须专用设备，适宜处理大容量水，而且杀菌能力很强，因此在生产实际中得到广泛的应用。此消毒法只适于某些没有采用自来水的饮料厂，用来处理自取的地下水为生产及生活用水的水消毒。经氯化消毒的水中会存在一定的残余氯，它会使水带有程度不同的氯味和其他异味，并且过量的氯还会与饮料中的色素和香料发生氯氧化作用，影响其质量。因此，氯化法不能用在直接配制饮料用的水消毒。水的加氯消毒常用的氯有液氯（钢瓶装）、次氯酸钠、漂白粉和高效漂白粉。水的加氯消毒时，最好在pH值7以下的环境中进行。
一般的地下水都比较洁净，所含的微生物也较少，这些地下水如硬度、含铁量、含锰量等均符合生活饮用水标准，可直接使用，不需进行水处理和水的消毒。如果细菌指标超标，必须对这些地下水进行严格的消毒处理。通常采用漂白粉的澄清液对水进行消毒。漂白粉的消毒作用仍然是由于在水中产生次氯酸的结果。加氯是将漂白粉澄清液通过塑料管滴入储水池进水口的水流中，使漂白粉液与水能充分混合，并保持较长的接触时间，从而取得好的杀菌效果。滴奎的量按余氯比色来定，以出水口的余氯控制在0.25 mg/L为宜，小于0.1 mg/L时不安全，大于0.3 mg/L时则水含有明显的氯味。漂白粉澄清液的浓度为1%～2%，容器要加盖封严，避免分解挥发而失效。
3）臭氧消毒
臭氧分子由3个氧原子组成，是氧气的同素异形体，很不稳定，在水中易分解成氧气和一个活泼的氧原子。这一活泼的氧原子是一种很强的氧化剂，能与水中的微生物或有机物作用，使其失去活性。因此，臭氧是很强的杀菌剂。
臭氧消毒的方法是在水中直接加入臭氧，其作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。原水的浊度对其消毒效果有显著影响。一般多用于浊度较小的水消毒。臭氧工作中不会产生二次污染，这正是人类环保所追求的，也是应用臭氧技术的最大优越性。由于臭氧是用空气通过臭氧器进行无声放电制成，耗电量大，价格较高，所以使用受到一定限制。（1）臭氧水处理技术
原理臭氧水处理中臭氧处理单元包括碱催化臭氧氧化、光催化臭-氧氧化、多相催化臭氧氧化3种形式。碱催化臭氧氧化是通过OH催化，生成OH·自由基，然后氧化分解有机物。光催化臭氧氧化是以紫外线UV为能源、O为氧化剂，利用臭氧在紫外线照射下分解产生的3活泼的次生氧化剂氧化有机物。一般认为，利用光催化氧化法处理难降解有机废水时，部分难降解有机物在紫外线的照射下，提高了能级，处于激发状态，与OH·自由基发生羟基化或羧基化反应，从而改变这些物质的分子结构，生成易于生物降解的新物质。多相催化臭氧氧化是近年来发展起来的新技术，其金属催化的目的是促进O分解，以3产生活泼自由基，强化其氧化作用。
臭氧虽然能氧化水中许多难降解有机物，但它与有机物的反应选择性差，且不易将有机物彻底分解为CO和HO，其产物常常为羧酸22类，易于生物降解有机物，如一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸类有机小分子。因此，处理工业废水一般是采用臭氧与其他处理方法联合的工艺去除难以生物降解的有机物。（2）臭氧处理饮用水的特点
在饮用水处理中，臭氧主要用于杀菌、除臭、除味、脱色、除铁、除锰、除微量有机物等。其他消毒剂，如氯气或次氯酸，虽然能有效地杀死水中细菌，但与原水中的有机污染物作用，会生成有机卤化物，这些物质有的是“三致”物质。臭氧具有很强的杀菌消毒作用，且不易引起二次污染，作为饮用水的消毒杀菌剂在许多欧洲国家得到了广泛应用。
臭氧溶于水后形成的臭氧水溶液具有很强的杀菌作用，可以去除水中的微污染物。臭氧在水中发生氧化还原反应的瞬间，能破坏和分解细菌的细胞壁，迅速地扩散入细胞里，氧化破坏细胞内酶，致死病原体。当其浓度达到2 mg/L时，作用1 min就可以把大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、细菌的芽孢、黑曲菌、酵母等微生物杀死，同时降低水的色度、浊度、悬浮固体，去除水中异味和臭味。
臭氧的杀菌效果主要取决于水中臭氧含量。当通入水中的臭氧气体浓度越高、水温越低、臭氧在水中的分散程度越高，臭氧与水的混合就越充分，其在水中的浓度就越高，杀菌消毒的效果也就越好。
臭氧的强氧化、杀菌消毒性能及无残余污染的特点，方便的发生和使用方法已经成为目前生活饮用水处理技术中不可替代的物质。随着国内外对臭氧反。应机理和相关工艺的深入研究，臭氧与其他方法的连用技术也正在大量实验中。
臭氧属强氧化剂，可将果蔬等食品中的残留农药氧化成二氧化碳、水和其他较简单的化合物，从而消除农药残留，确保人体健康。臭氧水是经“富来尔”臭氧水消毒杀菌器处理过的水，其原理为采用高频放电，电离空气产生臭氧，使用时将杀菌器与自来水龙头连接，使产生的臭氧溶于水中，即得臭氧水。据试验，经臭氧水冲淋5 min，可杀灭99.9％以上的金黄色葡萄球菌；冲淋10 min，可杀灭99.9％以上的大肠杆菌。1.3 水处理设备1.3.1 水净化处理设备
1）悬浮澄清池
悬浮澄清池是利用上升水流与絮体（由混凝剂与悬浮颗粒产生的凝聚物）产生重力平衡，使絮体处于既不沉淀又不上浮的悬浮状态，形成絮体悬浮层。当原水通过时水中部溶性杂质又充分机会与絮体碰撞接触，并被絮体悬浮层中的絮体吸附，成为较大颗粒而逐渐沉淀下来，原水也就得到了澄清。（1）基本结构
如图1.1所示为悬清池的结构。它主要由进出水系统、悬浮层、清水层和排泥系统等组成。澄清池的池体9呈长方形，用混凝土砌成，其底部倾斜。钟形反应罩7处于底部中央，进水管6在反应罩内，原水在反应罩内可以进行混合和反应。出水槽10在澄清池的上部，当清水溢入出水槽时，即可由连接出水槽的穿孔排水管（图中未示出）排出。在侧板2的中部，即悬浮层与清水层的分界处开有排泥孔，以供带有絮体的水排往浓缩室3。在浓缩室的底部装有排泥管4，以排除浓缩室中的污泥。其上部安有孔板，通往强制出水槽1。该设备从结构上将澄清池分为3部分，即第一反应室（反应罩7内）、第二反应室8（反应罩外）和浓缩室3。图1.1 悬浮澄清池1—强制出水槽；2—侧板；3—浓缩室；4—排泥管；5—泄水管；6—进水管；7—反应罩；8—第二反应室；9—池体；10—出水槽（2）工作过程
原水在加注混凝剂后，由底部的进水管6经密集分布的小孔高速喷出，分布于反应罩7内，由于反应罩内容积较小，混凝剂与水能充分均匀地混合，然后从反应罩下的间隙进入第二反应室8。由于截面逐渐变大，流速也就逐渐变小，原水与混凝剂得以充分混合和反应。
在第二反应室中，原来就有悬浮的絮体，当原水由于水泵的压力上升经过悬浮层时，经过接触絮凝、吸附和过滤等作用，杂质便被悬浮层截留，清水上升漫过出水槽10，再由排水管排走。
当悬浮的絮体由于吸附水中的悬浮颗粒而不断增加时，多余的絮体便由侧板2上的排泥孔进入浓缩室3。在浓缩室中，流速更低，絮体迅速沉降、浓缩，然后由底部的排泥管4排走。在浓缩室中分离出来的清水，经过上面安置的孔板进入强制出水槽1，再排往池外。（3）悬浮层的形成和稳定
由工作过程可以看出，悬浮层的存在是该设备正常工作的关键。它是这样形成的：当加注混凝剂的原水进入第二反应室8中时，混凝剂即与悬浮颗粒反应产生絮体，颗粒逐渐增大，受重力作用有下沉的趋势，但由于水流方向自下而上，具有一定的流速，使絮体受到顶托而处于悬浮状态。由于加混凝剂的原水不断进入，新鲜絮体不断产生。当悬浮层达到一定高度和一定浓度时，就形成一个起净水作用的悬浮层。悬浮层中的絮体具有活性，是一种特殊的吸附剂，能够大量地吸附原水中的杂质，使原水变清。
因此，为使原水净化过程顺利进行，必须保证悬浮层工作的稳定。为此，该设备采取了两个措施：一是澄清池的截面自下而上由小到大，水流的流速逐渐减小，水流上冲的能量得以减小；二是应使进入澄清池的原水中的空气尽量少，防止空气在上升时搅乱悬浮层，并把絮体带入清水层。为此，有的设备外安置了一个空气分离器，它是将加注混凝剂的原水在一个敞开的水槽中静置几秒钟，再泵入澄清池。（4）使用注意事项
①事先要取样化验原水水质，确定杂质的成分和含量，再选取合适的混凝剂及用量。
②原水在进入澄清池以前，应使其中所含空气尽量少，必要时应经空气分离器处理。
③原水进入的流速应合适。流速太大，悬浮层难以形成；流速太小，悬浮层中的絮体会沉淀下来，也破坏了悬浮层。
④要随时注意水温的改变和进水量的变化，它们都可使悬浮层工作不稳定。
⑤定期检查清水水样，清水浊度应控制在5 mg/L左右，否则不符合要求。
⑥定期开放排泥管排放污泥，一般工作48 h排放1次，每次4～5 min。
⑦若进水量太大，可关小进水阀，或开启反应罩内的泄水穿孔管，以稳定流量。
⑧若是初次使用，为有利于悬浮层的形成，可加入少量细黏土，并将混凝剂的投放量增大2～3倍。
⑨定期检查反应罩的位置，其出水间隙应适当，且保持均匀一致。
⑩随时注意水质的变化，若水质发生改变，则改变混凝剂的品种或投放量。
2）过滤器
机械过滤器广泛用于饮用水、游泳池水、工业用水的过滤，制取软化纯水，高纯水的预过滤。过滤器的滤料一般为石英砂、无烟煤、颗粒多孔陶瓷等，是反渗透（Ro）、电渗析（ED）、离子交换器等水处理系统不可缺少的前处理设备。过滤常用砂石过滤器、砂滤棒过滤器等。（1）砂石过滤器
①砂石过滤的原理。以砂石、木炭作过滤层，滤层的厚度依水的混浊度而定，一般滤池从上至下的填充料为小石、粗砂、木炭、细砂、中砂等。滤层总厚度70～100 cm。过滤速度一般为5～10 m/h（线速度）。以上对原水的过滤处理，可去除原水中的悬浮杂质、胶体物质、铁、锰、部分微生物和余氯，能取得优良效果。砂石过滤器的过滤原理属深层过滤原理，过滤包括阻力截留、重力沉降和接触凝聚等作用。
②砂石过滤器的结构。砂石过滤器的结构及填料形式很多，举一例，如图1.2所示。图1.2 沙石过滤器的结构1—放空气口；2—原水进口；3—壳体；4—滤料层；5—承托板；6—支座；7—净水出口
壳体3呈圆柱形，底部封头与壳体焊接在一起，顶部封盖用法兰连接在壳体上。封盖上安有原水进口2（也是冲洗水出口）、放空气口1和压力表等。净水出口7（也是冲洗水进口）安在封头底部。整个壳体由支座6支撑。壳体内主要是滤料层4和承托板5。承托板的作用是支撑滤料层。它是一块多孔合金铝板，安在壳体下部。由于滤料粒度不同，其孔眼也不一样，以不堵塞、不漏料为宜。承托板上孔眼面积之和与其总面积的比值叫开孔率。开孔率大，阻力小、流量大；反之，阻力大、流量小。应当兼顾阻力和流量。孔眼的排列一般以正三角形排列为好。
在承托板的上面，是完成过滤作用的滤料层4。良好的滤料应满足下列要求：有足够的化学稳定性、足够的机械强度、适宜的级配和足够的孔隙率。但这些条件并不总能同时具备。如极细的砂粒能阻留絮体，但会增加阻力，粗砂则与之相反。目前是采用较粗的砂粒和大的厚度，以兼顾滤速和过滤质量。
该过滤器的滤料层分两部分：上部为砂粒层，下部为砾石层。各层滤料粒径也不同，一般是上细下粗，孔隙上小下大。这种结构在工作时（水流自上而下），悬浮物截留在上层滤料表面，下层滤料未充分利用，滤层含污能力较低，使用周期较短。滤料层还有其他结构形式。
③使用与注意事项：
a．操作砂石过滤器的操作主要由过滤和反洗两个过程循环组成。过滤是产生清水的过程，而反洗是恢复过滤器的净化和生产能力的过程。过滤时，原水在泵压下由上部原水进口2进入过滤器。由于泵压及水的重力，由上而下经过滤料层。滤料层对其悬浮杂质实施阻力截留、重力沉降和接触凝聚等作用，将原水中的悬浮物除去，清水穿过滤料层，从下面的净水出口排出。
经过一段时间（视原水水质而定）工作后，滤料层中充满了悬浮物，此时，过滤速度大为降低，就需要进行反洗。利用反洗，将滤料吸附的悬浮物剥离下来。若反洗不及时，则会使过滤能力下降，水头损失增大，且滤料表面的悬浮物会结成块，越来越牢固地附着在滤料上，以致难以清除。
反洗多采用逆流水力冲洗。即压力水反向从底部净水出口7，以一定的流量进入过滤器，水流的冲力应能使滤料成悬浮状。此时，由滤料间高速水流产生的剪切力，便把悬浮物剥离下来，随着水流从上部原水进口2排出。
反洗的效果取决于适宜的冲洗强度。强度过小，不能使滤料“松散”，也不能达到从滤料表面剥离杂质所需要的剪切力。强度过大，则会减少滤料间的碰撞，并使细小砂粒流失和浪费冲洗水。
b．注意事项：
•工作前，应检查封盖的密封情况，将紧固螺栓上紧，并检查各阀门接头是否完好。
•对原水水质应先取样化验，当浊度大于50 mg/L时，过滤效果较差，不宜使用该设备。
•滤料的级配应适当。在装填滤料前，应将滤料洗净，再用稀盐酸浸泡，之后用清水洗净。
•装填滤料时，动作要轻，特别是最下层的砾石层，以免损伤合金铝承托板。
•过滤时，应控制进水量。一般应根据原水水质来决定流量大小。
•定期检查出水水样，浊度应小于3 mg/L，否则，应停机冲洗。（2）砂滤棒过滤器
饮料用水在水消毒前进行砂滤棒过滤，可使原水中存在的少量有机物及微生物被砂滤棒的微小孔隙吸附截留于表面而除去一部分。尤其是机械杂质含量较少时，如自来水，可用砂滤棒过滤器。这是一种在饮料用水处理中应用十分广泛的过滤设备。
①工作原理。砂滤棒过滤器的主要工作部件是砂棒，又称砂滤棒或砂芯。它是采用细微颗粒的硅藻土和骨灰等物质，成型后在高温下焙烧，使其熔化，可燃性物质变成气体逸散，形成2～4 mm的小孔。当具有一定压力的原水进入容器，通过砂棒上的微小孔隙时，水中存在的有机物、微生物等杂物即被隔滤在砂棒表面，经过滤后的净水由砂棒内腔流出，完成过滤过程。砂滤棒过滤器已是我国水处理设备中的定型产品，可根据处理的水量选择其适用的型号。同时，考虑到生产的连续性，至少有两台并联安装。当一台清洗时，可用另一台。
②基本结构。砂滤棒过滤器主要有101型和106型两类。虽然这两个的型号不同，但其在构造上都可以分为两个区，即原水区和净水区。两区中间用一块经过精密加工的、带有封闭性能的隔板（又称箅子）隔开，四周用定制橡胶圈密封。隔板中间钻有很多孔，孔径及其数量视不同型号而异，隔板既是固定砂棒的器件又是原水区和净水区的分界线，如图1.3所示。图1.3 101型砂滤棒过滤器1—放气阀；2—原水进口；3—排污阀；4—净水出口；5—下盖；6—隔板；7—砂棒；8—拉杆；9—器身；10—上盖
在使用中，由于砂滤棒过滤器的材料较脆，当水压太高时很容易破碎，造成污染。所以，在操作中要严格注意表压，如表压突然下跌，应立即停用，待检修后方能使用。当砂滤棒使用一段时间后，表压逐渐升高，那是因为砂滤棒外壁积垢较多，滤水量下降所引起。当表压升至一定值时，应立即停止使用。将砂滤棒卸出，用水砂纸轻轻擦去表面的污垢层，经刷洗冲净恢复至砂滤棒原色，即可安装重新使用。若使用洗涤剂，也可以不用卸出砂滤棒作封闭冲洗。
砂滤棒在使用前均需消毒处理，一般用75％的酒精或0.25的新洁尔灭或10％的漂白粉液，注入砂滤棒内，堵住出水口，使消毒液与内壁完全接触，数分钟后倒出。安装时凡是与净水接触的部分都要进行消毒。（3）活性炭过滤器
有些水中含有余氯和异臭杂味，将极大地影响饮料口感。为了使水质无色、无臭、无味，可进行活性炭过滤处理。活性炭过滤器主要用于去除水中有机物、胶体硅、余氯（Cl）等。对臭味、色度、重2金属离子的吸附能力强。
①工作原理。活性炭是一种以木炭、木屑、果核壳、焦炭等为原料制得的高纯度具有高吸附性能的炭。其颗粒可分为粉状和粒状两类。前者粒度为10～15 μm，后者粒度为0.4～2.4 mm。粒状活性炭按其形状又可分为圆柱形、球形、无定形等。活性炭为黑色固体，无臭、无味，具有多孔结构，表面积十分庞大，对气体、蒸汽或胶状固体有2强大的吸附力，1 g粉状活性炭的总表面面积可达1 000 m。
活性炭在水溶液中能吸附溶质分子（杂质分子），是由于溶质分子的憎水性和对溶质分子的吸引力所致。某溶质分子的亲水性越强，向活性炭表面运动的可能性就越小，该溶质分子就越难被吸附。活性炭与溶质分子间的吸引力，是由于静电吸附、物理吸附和化学吸附3种力联合作用的结果。
活性炭过滤器之所以能将杂质除去，除了上述的吸附作用外，还因为过滤器有厚厚的一层活性炭，同时兼有机械过滤的作用。
②基本结构。活性炭过滤器有固定床式和膨胀床式两类。膨胀床式是炭层在工作中处于膨松状态，层高发生改变。固定床式在工作中炭层层高不发生变化。膨胀床式的处理效果较好，但炭粒易于流失，而固定床式则较稳定。在饮料水处理中，多采用固定床式。小型活性炭过滤器如图1.4所示，大型活性炭过滤器如图1.5所示。图1.4 小型活性炭过滤器图1.5 大型活性炭过滤器
固定床式活性炭过滤器有一个圆柱形的器身，上、下封头与器身用法兰联结，中间垫有橡胶密封圈，以免泄漏。上、下封头与器身均用不锈钢制造，以防锈蚀。
在器身内部，从上到下依次是盖板、滤料层、承托层和支撑板。支撑板6为一多孔金属板，用以支撑滤料层。金属板上面覆盖一层金属网，其上装填一层石英砂作为承托层，高度为0.2～0.3 m（约占总高度的1/8），上面再装上5倍承托层高度的活性炭滤料层，粒径为0.2～1.5 mm。滤料层上压了一块多孔盖板2，其作用是固定滤料层的高度，以免在反洗时炭粒随水流流失。
经过一段时间工作后，炭粒表面为污物覆盖，失去吸附能力，这时需要进行清洗，以除去污物。清洗时，由反向通入原水，冲洗滤料，经原水进口排污，历时10～15 min即可。清洗周期视过滤水量，一般为3～7 d，待排出的水质较为清洁后即可。但不得频繁清洗，以免影响活性炭寿命。
③再生。活性炭经过较长时间工作后，光靠清洗已不能使其恢复工作能力，这时需要进行再生处理。
④注意事项。活性炭必须是符合食用标准的植物性活性炭，以保证饮料质量。在进行过滤时，要求原水中无大颗粒悬浮杂质，否则易于堵塞炭粒微孔。在安装过滤器后，应用饱和蒸汽对进出水管及阀门零件进行消毒处理。正式投入使用前，应开足进水阀冲洗20 min，取样化验后方可投入正常使用。每次使用时，刚流出的水若是黑水，属正常现象，顷刻就会洁净。原水流量应与过滤器的设计能力相适应，否则水质难以达到要求。活性炭的吸附作用，与温度和流速有关，水温高，流速低，净化效果好，反之则差。活性炭的使用期限随水质而异，正常运转可用3年，此时，再生也无济于事，应予以更换。
另外，钛棒过滤器作药液脱炭过滤效果最佳，钛棒由钛经特殊工艺烧结而成，主要用于过滤压力小于0.3 MPa的加压过滤，过滤粗度为5 μm以下，耐滤、预滤等。按需要流量大小，选用不同规格。（4）净水器
净水器是一种将混凝、澄清、过滤3道工序集于一体的综合水处理设备。
①工作原理。净水器的工作原理与悬浮澄清池相似。原水加混凝剂后，经过充分接触反应，悬浮颗粒失去稳定，形成絮体析出。但它不是像悬浮澄清池，穿过自身悬浮絮体形成的过滤层进行过滤，而是通过一种由悬浮塑料珠组成的过滤层，将絮体阻隔分离，净水便穿过过滤层经出水管流出。由于该净水器采用了塑料珠组成的过滤层，故工作起来比悬浮澄清池要可靠得多，效果也好。
②基本结构。图1.6所示为净水器的结构示意图。器身2为圆筒形，用钢板卷焊而成。由于它在压力下工作，故对焊接要求较高。器身上部是带法兰的锅形封头，用螺栓与器身紧固在一起。封头顶部装有压力表和排气管8，分别观察工作压力和排放器身内空气。器身侧面有入孔6和下视孔5、上视孔7，分别用于维修和观察筒内工作情况。器
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]