МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХТЕХНОЛОГІЙ
КАФЕДРА ПРОДУКТІВБІОТЕХНОЛОГІЇ
КУРСОВА РОБОТА
Способи водопідготовки длявиробництва алкогольних та безалкогольних напоїв
Виконала:
студент технологічногофакультету
V курсу групи Б
Гордієнко О. Н.
Науковий керівник
доцент кафедри Варейко М. В.
Київ – 2004
Вступ
Традиційно напідприємствах лікеро-горілчаної та безалкогольної промисловості Українивикористовують пом¢якшену водопровідну чи артезіанську воду, вміст домішок у якійне завжди відповідає необхідним вимогам. Необхідно відмітити, що вода, якувикористовують підприємства, дуже різноманітна за складом, який залежить відгеографічного розташування заводу, геологічного складу ґрунтів, забрудненостістічними водами, а також способів водоочистки, які функціонують на заводі.
1. Природна вода та її домішки
Джерелапромислового водокористування розділяють на води підземних родовищ та відкритихводойм. До перших відносяться артезіанські та ґрунтові води, до других – водирічок, озер та штучних водоймищ.
Артезіанські водив надрах землі знаходяться на значній глибині. Як правило, такі води незазнають безпосередньої дії зовнішнього середовища, атмосферних опадів і різнихпромислових стоків. Тому вони мають більш стабільний склад солей і газів, тамайже не містять органічних речовин. Такі води збагачені мінеральними солямиголовним чином за рахунок вилужування з порід: вапняків, доломітів, гіпсу, кам¢яної солі і т.д. Ці водимайже завжди безбарвні, прозорі, мають приємний стійкий смак та не мають запаху.Загальна мінералізація артезіанських вод, тобто вміст в них мінеральних солей,достатньо значна, у середньому вона коливається від 50 до 1500 мг/дм3і більше; вміст органічних домішок в артезіанських водах не перевищує 4 мг О2/дм3.
Ґрунтові водизалягають неглибоко, над першим від поверхні землі водонепроникним шаром землі.Вони утворюються головним чином від інфільтраційних вод: атмосферних осадів,паводкових вод і вод відкритих водойм. Сольовий і газовий склад таких вод упорівнянні з артезіанськими водами менш постійний та стійкий. Мінералізаціяґрунтових вод коливається в межах 100 — 200 мг/дм3, а вмісторганічних домішок досягає 8 мг О2/дм3.
Води відкритихводойм – найбільш поширені джерела промислового водопостачання. Сольовий складцих вод і характер домішок, як правило, не постійний і протягом року змінюєтьсяв залежності від атмосферних осадів, паводкових води і змішування їх зповерхневими стоками. Ці води менш мінералізовані, ніж підземні. Вміст солей вбільшості річкових вод коливається в межах 40 – 500 мг/дм3. Окремірічки та озера характеризуються високою мінералізацією води.
Вміст органічнихдомішок у водах відкритих водойм значний і коливається в межах 2-100 мг/дм3.Близько промислових центрів і в паводкові періоди року вміст органічних речовинв річкових водах значно збільшується.
1.1Характеристика органолептичних показників якості води
Якість води привикористанні її на приготування напоїв визначається органолептичнимипоказниками, хімічним складом та ступенем бактеріальної чистоти.
1.1.1Забарвленість води
Чиста вода, якувзято в малому об¢ємі, безбарвна. В товстому шарі вона має блакисно-зеленийвідтінок. Інші відтінки свідчать про наявність в ній різних розчинних тазважених домішок.
Зміну забарвленняводи в основному обумовлюють органічні сполуки. Які в природних водах дужерізноманітні. Деякі з них входять в склад мікроорганізмів, або є продуктами їхжиттєдіяльності або розкладу. В природній воді встановлена присутністьгумусових та дубильних речовин, білково- та вуглеводоподібних сполук, жирів,органічних кислот. Іноді джерелом забарвлених органічних сполук в водоймах слугуютьпромислові та побутові стічні води. Колоїдні залізисті сполуки надають водівідтінки від жовтуватих до зелених.
При цвітінніводойм в залежності від виду мікроорганізмів вода набуває світло-зеленого,зеленувато-бурого забарвлення. Забарвленість природних вод відкритих водоймобумовлений гумусовими речовинами, які забарвлюють воду в різні відтінкижовтого та бурого забарвлення. Гумусові речовини утворюються в результатірозкладу нестійких органічних речовин до більш простих хімічних сполук танаступного синтезу нових, стійких сполук. В природних водах гумусові сполукипредставлені фульво- та гуміновими кислотами, а також їх солями.
Присутністьорганічних речовин в воді обумовлює не тільки прозорість, але впливає на їїпрозорість, запах и смак, показник заломлення світла, поверхневий натяг,біохімічну потребу в кисні та його розчинність. Іноді домішки, які знаходятьсяу воді і складені з органічних і неорганічних речовин. Хімічно або адсорбційнопов¢язаніміж собою. Так, відомі стійкі сполуки гумусу з глиною, комплексніоргано-мінеральні сполуки з алюмінієм, фосфором, кремнієм, залізом и т.д.
Стійкістьгумусових речовин до дії окислювачів та адсорбентів зростає в ряду: гуміновікислоти — колоїдно-розчинні фульвокислоти — істинно розчинні фульвокислоти.Тому при очистці води поряд з забарвленістю обов¢язково повинен бутиврахований фракційний склад, обумовлюючих її гумусових речовин. Забарвленістьводи виражається в градусах та визначається фотометрично — шляхом порівнянняпроб досліджуваної рідини з розчинами, які імітують забарвленість природноїводи.
1.1.2 Смак тазапах води
Присмаки тазапахи, характерні для води природних джерел, з¢являються внаслідок природного або зовнішнього забруднення. Розрізняють чотири види смакуприродної води: солоний, гіркий, солодкий та кислий. Найбільш розповсюдженийсолоний смак води, який обумовлений розчиненим хлоридом натрію, гіркий –сульфатом магнію, кислий смак мають води, що містять надлишкову кількістьрозчиненої вуглекислоти.
Всі інші видисмакових відчуттів називають присмаками. Так, солі заліза (ІІ) та марганцюнадають воді чорнильного або залізистого присмаку, лужний присмак – сода, поташі луги; сульфат кальцію — в¢яжучий. Інтенсивність смаку таприсмаку визначається органолептично за температури 20оС іоцінюється за п¢яти бальною шкалою.
Запахи водибувають натурального або штучного походження. Причиною виникнення запахівнатурального походження може бути хімічний склад води, специфічні сполуки, щовиділяються мікроорганізмами, рослинними залишками. До цих запахів відносять:ароматичний, гнильний, деревний, землистий, запах плісняви, рибний, трав¢яний, невизначений, а такожзапах сірководню, часто обумовлений присутністю останнього у воді.
Сполуки, якіобумовлюють запахи натурального походження, є складними сумішами ароматичнихвуглеводнів та кисневмісних сполук (спирти, альдегіди, кетони, складні ефіри).Вони леткі, руйнуються сильними окислювачами та добре поглинаються активованимвугіллям. Запахи штучного походження, викликаються домішками промисловихстічних вод називають по відповідним речовинам: фенольний, хлорфенольний,нафтовий і т.д.
Характер таінтенсивність запаху води визначають органолептично при температурі 20 та 60 оС(при дегустації холодної та підігрітої води запах підсилюється) та оцінюєтьсяза п¢ятибальноюсистемою.
1.2Характеристика хімічних показників якості води
Хімічний аналізприродної води має велике значення в практиці водопідготовки. На основіпорівняння результатів аналізу природної води з вимогами, які пред¢являються споживачем, можнасудити про те, яким процесам очистки необхідно піддати цю воду для покращеннятих або інших показників її якості.
Активнареакція води — ступінь її кислотності або лужності. Визначаєтьсяконцентрацією водневих іонів, їх активністю. Визначення величини рН в практиціводопідготовки дозволяє встановити форму присутності солей вугільної такремнієвої кислот. А також сполук сірководню, слугує для контролю деякиханалітичних визначень, відіграє велику роль при проведенні ряду процесівобробки води, наприклад при реагентному пом¢якшенні, знезалізненні,видаленні марганцю і т.д. Для більшості природних вод величина рН коливається вмежах 6,5 — 8,5. Ця реакція більш або менш постійна завдяки впливу буфернихсумішей; вона найбільш сприятлива для хімічних та біохімічних процесіввиробництва напоїв. Відхилення значення рН від цих меж свідчить про збільшенняу воді різних домішок, крім того на значення рН води впливає підвищенаконцентрація гумусових кислот та забруднення стічними водами.
Окислюваністьводи і органічні речовини
Наявність вприродних водах органічних (у вигляді гумінових речовин, продуктів розкладубілків) і деяких легкоокислюючих неорганічних домішок (сірководню, сульфідів,нітратів, заліза (ІІ) та інш.) обумовлює окислюваність води. Ступіньокислюваності визначається кількістю кисню в міліграмах, що витрачається наокиснення органічних домішок в 1 дм3 води.
Азотовмісніречовини.Сполукиазоту в природних водах представлені крім аміаку, присутнього у вигляді іону NH4+, нітритами і нітратами, які єпродуктами його окислення під впливом фізико-хімічних і біохімічних факторів.Азотовмісні речовини (іони NH4+, NO2-,NO3-) утворюються у воді головним чином в результатірозкладу сечовини та білків, які в воду попадають з стічними водами. Білкові речовинипід дією мікроорганізмів зазнають розпаду, кінцевий продукт якого — аміак.Наявність останнього свідчить про забруднення води стічними водами
Сухийзалишок Прокількість солей, які містяться у воді, судять по величині сухого залишку івтраті маси при прожарюванні. Сухий залишок, який утворюється при випарюванніозначеного об¢єму води, попередньо профільтрованої крізь паперовий фільтр,складається з мінеральних солей і нелетких сполук. Органічна частина сухогозалишку води визначається втратою його при прожарюванні.
Визначення втратипри прожарюванні використовується для контролю вмісту органічних сполук, хочадостовірні результати отримують для води з малим вмістом солей. Для вод зпідвищеною кількістю солей отримані дані звичайно перевищують істинний вмісторганічних речовин в наслідок часткового розкладу та звітрювання припрожарюванні мінеральних солей деяких азотовмісних сполук, карбонатів, а такожкристалізаційної води.
Хлориди ісульфативолодіють високою розчинністю і присутні у водах більшості джерелводопостачання. Розчинність у воді хлориду натрію складає 360 г/дм3,хлориду магнію — 545 г/дм3. Значна кількість хлоридів може попадатив воду в наслідок вимивання хлористих сполук з ґрунту, а також при попаданні вводу промислових та побутових стічних вод
Крім хлорид-іонівСІ — в природних водах часто зустрічаються іони SO42-.Звичайно в мало- та помірномінералізованих водах сульфатні іони домінують надхлорид-іонами. У морській воді та воді солоних озер концентрація хлорид-іонівзначно вище концентрації сульфат-іонів. У воді річок та прісних озер вмістсульфат-іонів, як правило не перевищує 100 мг/дм3; в підземних водахконцентрації може бути дещо вище, але на великій глибині із-за протікання тамвідновлювальних процесів вони часто зовсім відсутні. В місцях, де породизбагачені гіпсами, вміст сульфатних іонів в поверхневих і підземних водах можедосягати(і іноді і перевищувати) 1000 мг/дм3. Сульфат-іони попадаютьв воду в основному при розчиненні осадових порід, в склад яких входить гіпс.Іноді іони SO42- утворюються у воді в результатіокислення сульфідів та самородної сірки, а також внаслідок забруднення водипромисловими та побутовими стічними водами. При відсутності кисню іони SO42-під дією сульфатредукуючих бактерій відновлюються до Н2S.
Наявність у водісульфатів кальцію та магнію підвищують некарбонатну твердість води.
Сульфати тахлориди в певних концентраціях є причиною корозійної активності води. Сульфатнакорозійна активність виникає при наявності у воді іонів сульфату в кількостібільше 300 мг/дм3.
Лужністьводи.Підзагальною лужністю води розуміють суму гідроксильних іонів (ОН-) тааніонів слабких кислот, наприклад вугільної (іонів НСО3-,СО32-), які містяться у воді. Так як у більшостіприродних вод переважають вуглекислі сполуки, розрізняють гідрокарбонатну такарбонатну лужність. При деяких прийомах обробки води та при рН її вище 8,5виникає гідратна лужність.
Лужніметали.Зіонів лужних металів в природних, особливо у морських, водах розповсюджені такіметали як натрій Na+ та калій К+. За розповсюдженістю вприродних водах натрій займає перше місце, складаючи більш половини усіхкатіонів, які містяться в ній. Кількість калію звичайно складає 4-10% числаприсутніх у воді іонів натрію (в маломінералізованих водах – більший процент).В прісних водах концентрація натрію і калію звичайно не перевищує декількохміліграмів на літр; зі збільшенням мінералізації вміст натрію різкозбільшується.
Надходження іонівнатрію і калію в природні води обумовлено вилужуванням їх при вивітрюваннікорінних порід, які містять алюмосилікати натрію, і кислих порід вулканічногопоходження, які містять калій. Іони натрію з¢являються і в наслідокрозчинення кухонної солі, присутньої в осадових породах у вигляді покладів.
Твердістьводи.Твердістьприродної води обумовлюється наявністю в них солей кальцію та магнію.
Загальнатвердість води це сума карбонатної (тимчасової) та некарбонатної (постійної)твердості.
Карбонатнатвердість,пов¢язаназ присутністю у воді в основному гідрокарбонатів кальцію або магнію, майжеповністю видаляється при кип¢ятінні води. Гідрокарбонати при цьомурозкладаються з утворенням вуглекисоти, в осад випадають карбонати кальцію тагідроксид магнію.
Некарбонатнатвердістьобумовлена присутністю кальцієвих та магнієвих солей сірчаної, соляної таазотної кислот і кип¢ятінням не усувається.
Іон магнію засвоїм вмістом у воді займає друге місце серед катіонів, поступаючись першиміону натрію. Однак мало зустрічається вод, де домінуючим катіоном є іон магнію:в маломінералізованих водах перше місце належить іону кальцію, всильномінералізованих – іону натрію.
Залізо імарганець.Залізо в природних водах може знаходитись у вигляді іонів Fе2+ і Fе3+, неорганічних (Fе(ОН)3, Fе(ОН)2, FеS) і органічних колоїдів, комплекснихсполук (головним чином органічних комплексних сполук заліза) і тонко дисперсноїзависі (Fе(ОН)3, Fе(ОН)2, FеS). В поверхневих водах залізоміститься у вигляді органічних комплексних сполук, колоїдів абодрібнодисперсної зависі. В підземних водах при відсутності розчинного киснюзалізо може находиться у вигляді солей заліза (ІІ). Форма, в який присутні уприродних водах залізо і марганець, залежить від значення рН и вмісту кисню.
Вміст заліза імарганцю у воді не перевищує декілька десятків міліграм в 1 дм3.Вода з високим вмістом цих іонів для питних і промислових цілей непридатна, такяк має неприємний чорнильний або залізистий присмак. Наявність у воді заліза імарганцю може призводити до розвитку у трубах залізистих і марганцевихбактерій, що використовують в процесі своєї життєдіяльності енергію, щовиділяється при окисленні сполук з низькою в сполуки з вищою валентністю.
Солі заліза як увигляді двовуглекислого закису, так і у вигляді сірчанокислих і хлористих солейдуже несприятливо діють на воду та напої.
Сполукикремнію.Кремній присутній у природних водах у вигляді мінеральних і органічних сполук.Вилуження силікатних порід збагачує природні води кремнієвою кислотою та їїсолями.
При рН
СполукифосфоруСполуки фосфору представлені в природній воді речовинами мінерального(мінеральний фосфор) і органічного (органічний фосфор) походження; вони можутьбути в розчиненому стані або у вигляді зважених часток. Мінеральний фосфор,який знаходиться в розчиненому стані, представлений в основному іонамиортофосфорної кислоти: Н2РО4-, НРО42-і РО43- або органічного комплексу, а також у виглядізавислих часток органічного та мінерального походження.
Концентрація їх залежить від рН середовища і значень констант трьохступеней дисоціації кислоти.
Розчинні уводі гази Зрозчинних газів найбільш важливими для оцінки її якості є вуглекислота, кисень,сірководень, азот. Вуглекислота, кисень і сірководень при означених умовахнадають воді корозійні властивості по відношенню до металів та бетону.
Кисень може знаходитись в природнихводах в різних концентраціях (0014,6 мг/дм3), що визначаєтьсяінтенсивністю протилежно направлених процесів, які впливають на вміст кисню уводі. Збагачення води киснем проходить за рахунок розчинення його з повітря (увідповідності з парціальним тиском кисню і температурою води) та виділенняводною рослинністю в процесі фотосинтезу. Окиснення деяких домішок води, гниттяорганічних залишків, зародження, дихання мікроорганізмів зменшують вміст киснюу воді. Різке зменшення вмісту кисню у воді в порівнянні з нормальним свідчитьпро її забруднення.
Сірководень утворюється в природних водахв результаті протікання в джерелі водопостачання біологічних процесів, гниттяорганічних залишків (сірководень органічного походження) або з деякимимінеральними солями (відновлюються, розкладаються і виділяють сірководень — сірководень неорганічного походження). Наявність у воді сірководню органічногопоходження свідчить про забруднення вододжерела. У поверхневих джерелахприсутність сірководню малоймовірна, так як він легко окислюється. Інодісірководень зустрічається в придонних шарах поверхневих джерел.
Азот попадає в природні води припоглинанні його з повітря, відновленні сполук азоту денітрифікуючимибактеріями, а також в наслідок розкладу органічних залишків.
2 Класифікаціядомішок і забруднень води
Речовини, щорозчинені у природних водах, умовно можна розділити на п’ять груп:
1 — головні іони,що містяться у невеликій кількості ( CL-, СО32-, НСО3-,SO42-, Na+, K+, Ca2+, Mg2+та інш.);
2 — розчиненігази ( кисень, азот, діоксид вуглецю, сірководень та інш.);
3 — біогенні гази(сполуки азоту, фосфору та кремнію);
4 — мікроелементи- сполуки всіх інших хімічних елементів;
5- органічніречовини.
Природні водихарактеризуються наступними критеріями якості:
· фізико-хімічними- мінералізація, твердість, кислотність, лужність, сухий залишок, вмістзавислих речовин, температура, водневий показник (рН), густина,електропровідність, оптична густина, поверхневий натяг, радіоактивність;
· санітарно-гігієнічними- розчинний кисень, біохімічне витрачання кисню (БВК), окислюваність перманганатната біхроматна, азот аміаку, нітритів та нітратів;
· органолептичнимизабарвленість, запах, смак та прозорість;
· бактеріальними- мікробне число, колі-індекс, наявність вірусів;
· біологічними- присутність водоростей і т.д.
При різноманіттіприсутніх у воді домішок і забруднень першорядне значення для розробкиекономічних способів очищення води має обґрунтована класифікація, яка дозволяєоб¢єднатиїх за ознакою загальних властивостей в окремі групи.
Для характеристики природних вод по вмістурозчинених речовин застосовується декілька класифікацій запропонованихгідрохіміками.
Запоходженням розрізняють:
- атмосферніводи (осадові);
- підземніводи (ключові и колодязні);
- поверхневі(річкові, озерні, морські, болотні).
За кількістю і характером домішок води розділяють на прісні, солоні, м¢які, тверді, прозорі, безбарвні, опалесцентні, мутні,забарвлені, духмяні і ін.
Запринципом використання води поділяють на питні, господарські, технічні,охолоджуючі, лікувальні і т.д.
Система С.А.Щукарева включає 49 класів вод і передбачає використання в якостікласифікаційного признака наявність в них іонів з концентраціями вище 12,5% їхзагального вмісту (наприклад: хлоридно-натрієві, карбонатно-сульфатно-кальцієвіі т.д.).
Класифікація природних вод за загальною мінералізацією наведена в таблиці1.Таблиця 1 — Класифікація природних вод зазагальною мінералізацією Вода Характеристика
Загальна мінералізація, мг/дм3 Ультрапрісна Звичайна гідрокарбонатна Менше 200 Прісна Звичайна гідрокарбонатна 200 – 500 З підвищеною мінералізацією Гідрокарбонатно-сульфатна 500 – 1000 Солонувата та солона Сульфатно-хлоридна 300 – 10000 З підвищеною солоністю Переважно хлоридна 10000 – 35000 Перехідна до розсолу Хлоридна 35000 – 50000 Розсоли Хлоридна 50000 – 400000
Класифікаціяприродних вод за твердістю наведена в таблиці 2.Таблиця 2 — Класифікація природних вод затвердістю Вода
Твердість, ммоль/дм3 Дуже м¢яка Менше 1,5 М¢яка 1,5 – 4,0 Середньої твердості 4-8 Тверда 8-12 Дуже тверда Більше 12
Класифікаціявод запропонована О.А. Альокіним сполучає принцип розподілу за переважаючим аніоном такатіоном з підрозділом за кількісним відношенням поміж ними. За переважаючиманіоном природні води підрозділяються на три групи: гідрокарбонатні такарбонатні, а також сульфатні та хлоридні. Кожна група в залежності відпереважаючого катіона ділиться на три групи: кальцієву, магнієву і натрієву.Кожна група має чотири типи вод в залежності від еквівалентного співвідношенняіонів:
- НСО3-> Са2+ + Мg2+;
- НСО3-
- НСО3-+ SO42- Na+;
- НСО3-= 0 (для кислих вод).
Класифікація домішок води Л.А.Кульського основана на фізико-хімічних характеристиках:фазовому стані і дисперсності. За цією класифікацією домішки води за їхвідношенню до дисперсного середовища розділені на 4 групи. Домішки перших двохгруп (крім високомолекулярних сполук) утворюють термодинамічно нестійкігетерогенні системи, а двох інших — термодинамічно рівноважні і зворотнігомогенні системи. Перша група речовин являє собою нерозчинні домішки, якіутворюють з водою суспензії, емульсії та піни. Ці домішки обумовлюютьмутність води та в деяких випадках можуть надавати їй забарвленості. Другагрупа речовин об¢єднує гідрофільні і гідрофобні колоїднідомішки, а також високомолекулярні сполуки, які здатні утворювати з водоюстійкі колоїдні системи. Третя група речовин включає розчинні у воді гази таорганічні сполуки як біологічного, так і антропогенного походження. Четвертагрупа об¢єднує речовини, які утворюють з водою розчиниелектролітів.
Аналіз інформації про хімічний склад природних вод з різних джерелпоказує, що ступінь мінералізації природних вод може суттєво відрізнятися взалежності від географічного положення, кліматичної зони, геологічногопоходження джерела т ін. Існуючі типи класифікацій природних вод не відображаютьвсієї різноманітності хімічного складу вод, що визначаються колом завдань, щовирішуються на основі введеної класифікації.
Необхідно відмітити, що запропоновані вище класифікації іонного складуприродних вод малопридатні для характеристики промислових вод, щовикористовуються для приготування напоїв.
На підприємствахлікеро-горілчаної промисловості України в основному використовують пом'якшенуводопровідну або артезіанську воду, вміст домішок в якій не завжди відповідаєнаведеним нижче критеріям оцінки якості. Технологічна підготовлена вода дужерізноманітна за складом, який залежить від географічного розташуванняпідприємства, геологічного складу ґрунту, забруднення стічними водами, а такожвід застосовуваних способів водоочистки.
УкрНДІспиртбіопродрозроблено моніторингову систему якості води, що використовується дляприготування горілки підприємствами-виробниками лікеро-горілчаної продукції,яка складається зі:
— спостереженняза станом джерел водопостачання заводів-виробників, аналізу якості проб вихідноїта води після установок водопідготовки;
- обліку тасистематизації інформації про стан якості води;
- розробкарішень за класифікацією у відповідності з якістю води, що використовується дляприготування алкогольних напоїв.
3 Аналіз вимогдо води за органолептичними, фізико-хімічними та токсичними показниками
На сьогоднінормуванню якості води приділяється підвищена увага. Це обумовлено постійнимвиявленням в джерелах водопостачання нових токсичних речовин, а такожотриманням від медичних працівників нових факторів про зв¢язок захворювань людини зприсутністю у воді різних сполук, нормативи допустимого вмісту яких невизначені.
Вимоги до якості питної води Всесвітньої організаціїохорони здоров¢я
Максимальнодопустимі концентрації забруднень у питній воді, воді технічного призначення тастоках регулюються національними стандартами. Враховуючи особливу важливістьдля здоров¢я населення якості питної води, спеціалісти Всесвітньоїорганізації охорони здоров¢я (ВОЗ) розробляють базові нормативиякості води, що публікуються на сторінках “Руководства по контролю качества питьевой воды”. Вимоги до якості питноїводи Всесвітньої організації охорони здоров¢я опубліковані в Керівномудокументі за 1997.
Вимоги до якості питної води в Європейському Союзі(ЄС)
Перша Директивапо питній воді ЄС була прийнята в 1980 році. Остання Директива Ради ЄС 98/83/ЕСвід 3 листопада 1998 року по якості питної води передбачає нові основніпараметри, які мають велике значення для якості води і здоров¢я людей. Наприклад, упорівнянні зі старою Директивою норматив для свинцю знижений з 50 до 10 мкг/л,введені нормативи для трихлорметану, бромату, акриламіду.
В таблиці 3наведено нормативи для питної води за мікробіологічними показниками для країнЄС.
Таблиця 3 – Нормативидля питної води за мікробіологічними показниками в Європейському Союзі (ЄС)Мікроорганізми
Норматив, од/100 см3 Примітка Питна вода Термотолерантні та інші коліформи
Не повинні виявлятися в кожний пробі об¢ємом 100 см3 - Вода в розподільній системі після обробки Термотолерантні та інші коліформи
Не повинні виявлятися в кожний пробі об¢ємом 100 см3 В системах водопостачання при постійному контролі не повинні виявлятися в 95% зразків протягом року.
В таблиці 4 наведено порівняльні дані нормативів дляводи питної за окремими показниками ВОЗ, країн ЄС, США, Росії та України.
Таблиця 4 – Нормативидля питної води за окремими показникамиПоказник
Норматив, мг/дм3, не більше Примітка ВОЗ США ЄС Росія Україна Забарвленість 15 15 15 20 20 Зовнішній вигляд РН 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,0-9,0 6,0-9,0 Низький рН збільшує корозійність, високий рН викликає мильний присмак Окислюваність - - 5,0 - - - Алюміній 1,5 0,05-0,2 0,05-0,2 0,5 0,5 Осад (завись) та зміна кольору Амоній 1,5 - 0,5 - - Запах та присмак Залізо 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 Запах, присмак, забарвленість, осад Марганець 0,1 0,05 0,05 0,1 0,1 Запах, присмак, забарвленість, осад Нітрати 50 10 50 45 45 Присмак Нітрити 3 1 0,5 - 2 Присмак Натрій 200 - 200 - - Присмак Сульфати 250 250 250 500 500 Присмак Сірководень 0,05 - - - - Запах та присмак Свинець 0,01 0,015 0,025 0,3 0,03 Хлориди 250 250 250 350 350 присмак, викликає корозію Фтор 1,5 2,0 2,0 1,5 1,5 Ртуть 0,001 0,002 0,0005 0,0005
Патентно-інформаційнийпошук показав, що в ряді країн, наприклад Англії, США, Польщі та інших, дляприготування горілок і горілок особливих використовують знесолену воду абонавіть дистильовану. Однак напої за дегустаційними показниками мають«порожній смак» і поступаються перед напоями, приготованими на воді здеякою кількістю солей.
При виробництві лікеро-горілчаних, слабо- табезалкогольних напоїв вода є одним з основних компонентів. Від якості води взначній мірі залежить якість напоїв та їх стійкість при зберіганні. Взалежності від походження вода містить різні розчинені речовини, головним чиномкисень, двоокис вуглецю, мінеральні солі, органічні та неорганічні сполуки.Мінеральні речовини впливають на процес інверсії сахарози при приготуванніцукрового сиропу, беруть участь в створенні смаку, крім того, вони обумовлюютьрозчинність двоокису вуглецю на стадії розливу напоїв та створенні колоїдноїсистеми. Від лужності технологічної води залежить витрата лимонної кислоти.Наявність домішок заліза та марганцю в воді сприяє зміні забарвленняслабоградусних напоїв, а при їх взаємодії з дубильними речовинамиплодово-ягідних соків спостерігається випадання осадів. Значна кількістьорганічних сполук негативно впливає на смакові якості і сприяє випаданню осадуколоїдного характеру при зберіганні напоїв.
Для виробництва напоїв використовують в основному пом¢якшену водопровідну або артезіанську воду згідно звимогами «Технологічної інструкції по виробництву безалкогольнихнапоїв» та ГОСТ 2874 «Вода питьевая.Гигиенические требования и контроль за качеством». Спирт етиловий ректифікований, двоокисвуглецю, вода та інші компоненти слабоградусних напоїв при взаємодії специфічновпливають на фізико-хімічні та біохімічні процеси, які проходять прикупажуванні та розливі напоїв.
Вимоги до водидля виробництва напоїв в нашій країні змінювалась зі зміною вимог до горілок.Так, в вітчизняному лікеро-горілчаному виробництві в 1960 році регламентувалисятри показники якості води: твердість, лужність та органолептичні показники, авже в 1985 році цих показників стало п’ятнадцять.
На сьогодні немає вимог до води, використання якої приприготуванні слабоградусних напоїв забезпечує їх якість і стійкість.
В таблиці 5наведено порівняльну характеристику вимог до якості води підготовленої длявиробництва горілок, горілок-особливих і лікеро-горілчаних напоїв: Производственныйтехнологический регламент на производство водок и ликеро-водочных изделий,Россия ТР 10-04-03-09-88, 10-2292-99, ТР 10-04-03-07-87, Технологічногорегламенту на приготування горілок і лікеро-горілчаних напоїв ТР 18 Україна4180-93, фірм виробників горілок “Абсолют” та “Фінляндія”.
Таблиця 5 — Порівняльнахарактеристика вимог до якості води підготовленої для виробництва горілок,горілок-особливих і лікеро-горілчаних напоїв
Найменування
показника Нормативне значення показника для виготовлення горілок і лікеро-горілчаних напоїв згідно ТР 10-04-03-09-88
ПТР
10-2292-99 ТР 18 Україна 4180-93 ТР 10-04-03-07-87
“Абсолют”
**
“Фін-ляндія”
** 1 2 3 4 5 6 7 ОРГАНОЛЕПТИЧНІ ПОКАЗНИКИ
Запах при 20оС і при нагріванні води до 60оС, бал
Смак та присмак при 20оС, бал Забарвленість, градуси не регламент-тується не регла-мент. не регла-мент. не регла-мент. не регла-мент. не регла-мент. Мутність, D(l-400 нм, S-50,0 мм) не регламент. не регла-мент £0,02 не регла-мент £0,005 £0,005
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ПОКАЗНИКИ
Твердість, мг.екв/дм3 £0,2 £0,2 £0,1 £0,1 £0,05 £0,1
Лужність, мг.екв/дм3 · загальна £4,0 £4,0 £2,0 £2,0 £2,0 £2,0 · вільна не регламент. не регла-мент. не регла-мент не регла-мент *не допус-кається *не допус-кається
Окислюваність, мгО2/дм3 £6,0 £4,0 £2,0 £6,0 £2,0 £2,0
Сухий залишок, мг/дм3 £500 £500 £250 £250 - - Водневий показник, рН £7,8 £7,8 6,5-7,5 6,5-7,5 6,0-8,0 6,0-8,0
ВМІСТ ІОНІВ, мг/дм3: · кальцію £1,3 £1,3 £1,0 £1,0 - - · магнію £1,3 £1,3 £1,0 £1,0 - - · заліза £0,15 £0,10 £0,10 £0,10 £0,05 £0,05 · натрію+калію не більше 100 не регла-мент. не регла-мент не регла-мент - - · марганцю £0,1 £0,1 £0,1 £0,1 £0,05 £0,05 · сульфатів £100,0 £100,0 £25,0 £50,0 £50,0 £25,0 · хлоридів £80,0 £80,0 £30,0 £30,0 10-80 10-50 · карбонатів не регламент. не регла-мент. не регла-мент. не регла-мент. *не допус-кається *не допус-кається · гідрокарбонатів £244,0 £244,0 £122,0 £122,0 £122,0 £122,0 · силікатів £7,0 £7,0 £5,0 £5,0 £2,5 £2,5 · ортофосфатів не регламент не регла-мент не регла-мент не регла-мент £0,05 £0,05 · поліфосфатів £0,1 £0,1 £0,1 £0,1 £0,05 £0,05 · нітратів £45,0 £45,0 не регла-мент не регла-мент £5,0 £5,0 · нітритів не регламент. не регла-мент. не регла-мент не регла-мент £0,5 £0,5 · азоту аміаку не регламент не регла-мент. не регла-мент не регла-мент *не допус-кається *не допус-кається /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
*)Результатвипробувань в межах чутливості даного методу
**) Вимоги зарезультатами лабораторних досліджень
4 Аналіз методів очистки водидля безалкогольного та лікеро-горілчаного виробництва
Водопідготовка – початкова стадія процесу одержаннягорілки. В основному задачею водопідготовки є пом'якшення води, видалення з їїмеханічних включень, колоїдних речовин, що впливають на стійкість іорганолептичні показники готового продукту. У залежності від складу вихідноїводи застосовують способи водопідготовки: термічний, іонообмінний,зворотноосмотичний, електродіаліз, нейтралізацію бікарбонатів, відстоювання ікоагуляцію, фільтрування, а також вапняно-содовий спосіб.
Існує проблемапорівняння устаткування водоподготовки по продуктивності і якості очищеноїводи. Це обумовлено різноманітністю складу вихідної води і відсутністю єдинихпоказників якості очищеної води для різних типів устаткування. Продуктивністьроботи пом¢якшувачів води і демінералізаторів визначається робочоюшвидкістю потоку води через катионит, а якість вихідної води – швидкістю потокучерез фільтруючий матеріал, так концентрацією і витратою регенеранту.
Фільтруванняводи.Наявність у воді механічних забруднень вимагає установки фільтра механічногоочищення. Як завантаження такого фільтра використовують кварцовий пісок.
На підприємствахзастосовують фільтрування води через керамічні фільтруючі патрони з пористоїкераміки з порами розміром не більш 1,57 мкм, фільтри тонкого фільтрування зпорогом затримки часток від 0,2 до 100 мкм.
Видаленнязаліза і марганцю
Установкизнезалізнення досить різноманітні. Видалення заліза з води проводятьбезреагентними способами (аеруванням і фільтруванням на каркасних фільтрах) іреагентными (аэруванням-окисненням-фільтруванням як з наступнимкоагулюванням-флокулюванням-відстоюванням-фільтруванням, так і без них, а такожвапнуванням-відстоюванням-фільтруванням). Використання в напірних фільтрахзнезалізнення каталізаторів дозволяє досягти більш високих швидкостей обробкиводи. Як фільтруючі матеріали використовуються Manganese Greensand, Birm, Aqua Mandix).
Способизниження вмісту органічних речовин у воді. Усунення неприємних запахіві присмаків, органічних забруднень, активного хлору досягається окислюванням ісорбцією. Органічні домішки води добре сорбуються активним вугіллям іруйнуються сильними окислювачами. Окислювання проводять хлором, діоксидомхлору, перманганатом калію, озоном. Застосування хлору і його сполук небажано,тому що вони додають воді властиві їм неприємні запах і присмак. Озонуваннякоштує дорого. Діоксид хлору практично не реагує з органічними речовинами уводі і не утворює шкідливі для здоров'я людини хлорорганические сполуки, атакож виявляє сильно виявлений дезинфікуючий ефект у широкому діапазоні рН.
Дезодораціяадсорбентами, зокрема активним вугіллям, є дешевим способом і знаходить широкезастосування. Використовують як порошкоподібне, так і гранульоване активневугілля. Враховують, що пропускна здатність вугільних фільтрів для видаленняорганічних сполук з води в 2 рази нижче, ніж їх пропускна здатність привидаленні хлору.
При обробці водиактивним вугіллям підвищується дегустаційна оцінка напоїв, приготовлених натакій воді, що є наслідком зниження вмісту домішок органічних речовин іпідвищення ефективності дії активного вугілля при обробці сортировок угорілчаному виробництві.
Показаноможливість використання відновленого активного вугілля марки БАУ-А і БАУ-МФ.Якщо ефективність очищення води новим активним вугіллям цих марок досягає95-97%, то відновленим 85-88%. Можливість використання відновленого вугілляпісля очищення сортування для обробки води порозумівається тим, що адсорбційнаактивність вугілля стосовно домішок знижується у водно-спиртовому розчині впорівнянні з водою. Для збільшення ступеня очищення води від органічних домішокїї пропускають через вугільне завантаження марки АГ-3 (АГ-5) чи ДАК.
Для очищення водиз неприємним запахом, підвищеним вмістом хлору і кольоровістю використовуютьустановки з гранульованим активним вугіллям КАС.
Для забезпеченнязниження концентрації вільного хлору в підготовленій воді до рівня не більш0,02 мг/дм3 і видалення більшої частини розчинених органічних сполукзастосовується вугілля активний марки GAC-A 8009 зі шкарлупи кокосових горіхів,спеціальних твердих порід. Вугілля має високу пористість і низький коефіцієнтстирання.
Адсорбційнеочищення води є однієї з найбільш ефективних для видалення органічних і деякихнеорганічних з'єднань. До переваг адсорбційного методу відносяться: можливістьвидалення забруднень практично до мінімальної залишкової концентрації незалежновід їхньої хімічної стійкості, відсутність вторинних забруднень.
Зараз напідприємствах використовують як адсорбенти активне вугілля марок БАУ-А, АГ-3,АГ-5, КАД. Однак, активне вугілля даних марок має низьку механічну міцність,невеликий обсяг сорбційного простору, вимагає частої заміни, після регенераціїне цілком відновлює свою адсорбційну активність. Після обробки води активнимвугіллям даних марок поліпшуються її органолептичні властивості, але майже незменшується масова концентрація заліза, марганцю, нітратів, нітритів,сірководню, аміаку.
Для очищення води також застосовують активне вугіллямарок Filtrasorb F-300, Filtrasorb F-500, Filtrasorb F-600 виробництва фірми“Chemviron Carbon”.
Пом'якшенняводи.
Установкапом'якшення води слугує для видалення солей твердості (в основному кальцію імагнію). Сучасні установки пом'якшення гарантують зниження змісту солейфактично до 0,05 моль/м3. У вітчизняній практиці в якостіионообменных матеріалів застосовують сульфовугілля та іонообмінні смоли.Закордонні установки пом'якшення води обладнані механізмами автоматичноїрегенерації іонообмінної смоли.
Зменшеннялужності води
Для зменшеннялужності води використовують три методи, засновані на вапнуванні, використаннііонообмінних смол і установок зворотного осмосу. Застосування того чи іншогометоду залежить від показників вихідної води і конкретних вимог до вихідноїводи. При виборі конкретного методу зменшення лужності керуються: показникамивихідної води, ПДК і рН води, а також наявною технологією водопідготовки напідприємстві.
Висока лужністьводи, тобто зміст у ній бікарбонатів, може бути скоректована шляхом введеннясоляної або оцтової кислот. Після установки пом¢якшення води додаткововстановлюють блок дозування кислоти. Кількість соляної кислоти, що додається,не повинна перевищувати 80 мг/дм3, крім того, рН води не повиннийбути менш 6,0 (при приготуванні горілок і лікеро-горілчаних напоїв). Відповіднознизити лужність таким способом можна не більше ніж на 2 одиниці.
Вапнування води –процес одночасного зменшення лужності і пом'якшення води заснований на хімічнійреакції вапна Са(ОН)2 з бікарбонатами й осадженні СаСО3.Для покрашання процесу осідання у воду додають коагулянт і видержують увідстійних освітлювачах, а потім пропускають через пісочний фільтр. Рівеньлужності обробленої води складає від 0,04 до 0,08 ммоль/дм3. Цейметод відносно дешевий, але не допускає високих робочих швидкостей потоку ітому вимагає устаткування великих габаритів.
Застосуванняіонообмінних смол передбачає декілька методів зменшення лужності води. Передзастосуванням цих методів необхідно попередньо видалити з вихідної води вільнийхлор.
Зменшеннялужності катіонітом у водневій формі. Метод включає пом'якшення води вкатіонітовому фільтрі і видалення вуглекислого газу в дегазаторі. Віддаляєтьсякарбонатна твердість і знижується лужність на 80-90% (залишкова лужністьскладає 0,5-1,0 ммоль/дм3). Вихідна вода має знижене значення рН,тому в разі потреби підвищення рН за допомогою дозування в неї лугу. Недолікметоду полягає в тім, що для регенерації фільтра використовується розчинсірчаної або соляної кислоти, що вимагає корозійностійкого устаткування. Длявидалення вуглекислоти, що утворилася, у буферних ємкостях бажано встановлюватирозпушувачі або голівки ежектори-декарбонізатори.
Зменшеннялужності катіонітом у натрієвій формі. Метод включає пом¢якшення води в катіонітовомуфільтрі, дозуванням у пом'якшену воду кислот (соляний чи оцтовий) і видаленнявуглекислого газу в дегазаторі. Недолік методу полягає в тому, що підготовленавода має підвищений зміст хлоридів на величину, еквівалентну зменшеннюлужності.
Зменшеннялужності аніонітом у ОН-формі. Метод полягає у видаленні аніонів кислот, у томучислі і вуглекислоти за допомогою фільтра, що містить аніонітну смолу вОН-формі. Видаляється лужність до рівня 0,05 ммоль/дм3.
Зменшеннялужності за схемою паралельного Н-Nа-катіонування. Схема включає паралельнопрацюючі фільтри з катіонітом у водневій або натрієвій формі і дегазатор.Вихідну воду подають на катіонітові фільтри, де розділяють на два потоки. Вобох фільтрах вода пом¢якшується, але на виході фільтра з катіонітом у водневійформі вода має кислу реакцію. Потім після обробки катіонітами пом'якшену водузмішують і подають на дегазатор, де віддаляють вуглекислий газ. Технологіяподілу води по катіонітам у відповідній пропорції з наступному їх змішуваннямдозволяє одержувати пом'якшену воду з різним рівнем лужності. Ця схемазменшення лужності застосовується при великому вмісті у вихідній водібікарбонату натрію. Недолік цього методу полягає в тому, що потрібно три видиустановок (два види фільтрів і дегазатор), а також обмеження по складу вихідноїводи.
Зменшеннялужності води за схемою послідовного Na-CI-іонування. Схема включає послідовнопрацюючі фільтри з катіонітом у натрієвій формі та аніонітом у CI-формі. Такасхема дозволяє одержати пом'якшену воду зі зменшеним рівнем лужності, і прицьому в обох фільтрах для регенерації витрачається один реагент – хлориднатрію, що не вимагає антикорозійного захисту устаткування. Недолік схеми втому, що підготовлена вода має підвищений вміст хлоридів на величину,еквівалентну зниженню лужності.
Описанітехнологічні прийоми дозволяють одержати воду заданої і високої якості звихідної, що має різний склад і солевміст не більш 500 мг/дм3. Увипадках, коли солевміст більш 500 мг/дм3 застосовують методдемінералізації на установках зворотного осмосу і значно рідше – іонногообміну. В перших схемах відсутня необхідність використовувати великі кількостікислоти і лугу, а других є менші вимоги до попередньої підготовки води, меншавартість, а також краща якість води підготовленої.
Застосуванняустановок зворотного осмосу.
У деяких країнахдля приготування горілки використовують цілком знесолену воду. Домогтисявисоких смакових якостей таких напоїв складно, тому що хімічно чиста воданесмачна. Тому для лікеро-горілчаного виробництва рекомендують частковознесолювати воду або додавати солі після її повного знесолення для наданнябажаного смаку технологічній воді.
Змінюватисолевміст води можна іонообмінним, вапняно-содовим чи зворотноосмотичнимметодами.
Деякі вітчизняніфірми роблять установки зворотного осмосу (продуктивність до 500 м3/ч)з використанням в основному закордонних мембран і устаткування. Установкиздатні забезпечити солевміст до 10 — 15 мг/дм3 і лужність до 0,5ммоль/дм3. У багатьох схемах для одержання води заданого солевмістуі визначених органолептичних властивостей у пермеат додають зм'якшену воду.Вода, подавана на установку зворотного осмосу, вимагає перед підготовки.Необхідно видалити суспензії, активний хлор, залізо і, бажано, солі твердості.Тому установку зворотного осмосу розташовують після описаних вище установок.Воду знесолюють на мембранному апараті з плоскокамерними чи трубчастими(рулонними) фільтруючими елементами і з мембранами у виді порожніх волокон. Взворотноосмотичній установці застосовують спеціальні напівпроникні мембрани, щоволодіють здатністю пропускати іони розчинника і затримувати іони розчиненоїречовини. В зворотноосмотичних установках у найбільш розповсюдженій конструкціївихідну воду подають над мембраною по каналу малої висоти (менше 1 мм), такаконструкція в сполученні з деякими особливостями матеріалу мембран і специфікоюзворотноосмотичного поділу розчинів призводить до визначених вимог по якостіподаної на установку води.
Особливе значення для стабільної експлуатаціїзворотноосмотних установок має технологічний вузол по запобіганню кристалізаціїсолей твердості. У залежності від вихідних умов використовують установкипом'якшення (видаляються катіони малорозчинних солей), дозування кислоти(збільшує розчинність карбонату кальцію – основного накипутворюючого елементу),дозування інгібітору (запобігає кристалізації малорозчинних солей з розчину).Кращий спосіб – іонообмінне пом'якшення. Однак ця технологія вимагаєвикористання реагентів (хлориду натрію) і капітальних витрат. Дозування кислотиприводить до зменшення рН як вихідної, так і пермеату зворотноосмотичної установки.У залежності від складу води кількість кислоти, що витрачається, можезмінюватися від 5 до 200 мг/дм3.
Дозування інгібітору вимагає меншої кількостіреагентів (4-10 мг/дм3). Однак вітчизняні постачальники інгібіторівне дають рекомендацій з їх використанню, а імпортні реагенти дуже дорогі.Використання інгібітору не вирішить усі проблеми з попереднім очищенням води,тому що вони мають обмежену область застосування по концентраціях малорозчиннихсолей. Зі збільшенням концентрації малорозчинних солей необхідно підвищуватидозу інгібітору, що економічно недоцільно.
У сьогоденнявикористовують три типи мембран в залежності від їх селективності:ацетатцелюлозні, поліамідні або тонкоплівчасті і полісульфонові. Тип мембранвибирають відповідно до складу вихідної води і вимог до якості підготовленоїводи.
Ефективність процесу обробки води визначається якістюмембран, що повинні задовольняти наступним вимогам: мати високу селективність іпроникність, хімічну стійкість до дії оброблюваної води і механічну міцність.
В даний час налікеро-горілчаних підприємствах використовують мембранні установки виробництвафірми «ROCHEM» (Німеччина), баромембранні установки «Аква» (Україна), установкирулонного типу Тамбовського заводу хімічного машинобудування, фільтрелементи«Hydronautics, «Film Tec», «Osmonics», «ИСВ».