Вода. Состав и свойства природной воды. Растворимые и взвешенные вещества воды.

В пивоваренном производстве, при приготовлении безалкогольных и слабоалкогольных напитков вода является технологическим сырьем. Общий расход воды на 1 м³ конечного продукта составляет 20-25 м³ в производстве пива. Кроме того вода используется для замачивания зерна, мойки оборудования, тары и др. Поэтому к качеству воды предъявляются повышенные требования.

Вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и обладать качествами питьевой воды, быть прозрачной, бесцветной, без запаха и привкуса.

В чистой природной воде всегда содержатся растворимые соли, которые оказывают влияние на вкус, а также на ферментативные процессы. В хорошей воде не должны присутствовать такие вещества, как NaHCO_3, NH_2, CO₂, HNO_3. Для питьевой воды существуют ограничения по микробиологическим, токсикологическим показателям и по компонентам, ухудшающим ее органолептические свойства. Общее микробное число, т.е. число микроорганизмов в 1 см³, не должно превышать 50, бактерии группы кишечных палочек в 100 см³ должны отсутствовать. В процессе обработки воды в системе водоснабжения допустимо поступление вредных веществ не более (мг/дм³): хлороформа (при хлорировании)- 0, 2; формальдегида (при озонировании)- 0, 05; полиакриламида -2; активированной кремнекислоты- 10.Компонентов, ухудшающих органолептические показатели воды, должно быть не более, мг/дм³ : железа 0, 3; марганца 0, 1; меди (суммарно) 1; сульфатов 500; хлоридов 350; цинка 5; нитратов 45; полифосфатов 3, 5; озона остаточного 0, 3; хлора остаточного свободного 0, 3-0, 5, связанного 0, 8-1, 2. Присутствие солей железа в больших количествах нежелательно, т.к. они взаимодействуют с полифенольными веществами сырья и ухудшают цвет и вкус пива и напитков. Растворенные в воде соли кальция и магния характеризуют ее жесткость, которая выражается в миллимолях Са и Мg, содержащихся в 1дм³ воды. Один моль/ дм³ жесткости соответствует 40, 08 мг Са²⁺ или 24, 32 мг Мg²⁺ в 1 дм³ воды.

 

Общая, постоянная и устранимая жесткость воды.

Различают жесткость временную, постоянную и общую. Временная (карбонатная, устранимая) жесткость обусловлена присутствием растворимых в воде гидрокарбонатов / Са(НСО₃)₂ и Мg(НСО₃)₂ /, которые при кипячении переходят в нерастворимые в воде карбонаты СаСО₃ и МgСО₃ :

Са(НСО₃)₂ -> CaCО₃ v + CO₂ ^ + H₂O;

Мg(НСО₃)₂-> МgCО₃ v + CO₂ ^ + H₂O,

Карбонаты выпадают в осадок, диоксид углерода улетучивается и вода умягчается.

Постоянная жесткость (некарбонатная) характеризуется содержанием сульфатов кальция и магния, хлоридов, нитратов и других, кроме гидрокарбонатов, солей. При кипячении эти соли остаются в растворе. Общая жесткость слагается из временной и постоянной. По требованиям санитарных норм общая жесткость питьевой воды должна быть не более 7 ммоль/дм³ . Требования технологии более строгие: жесткость воды, используемой для приготовления пива и безалкогольных напитков не выше 3. Воду следует умягчать до жесткости 0, 35 ммоль/дм³. Органические соединения, содержащиеся в воде, определяются количеством кислорода, требуемого для их окисления. Этот показатель характеризует окисляемость перманганатная, которая должна быть не более 5.Общая минерализация (сухой остаток) – не выше 1000 мг/дм³.

 

Влияние солевого состава на свойства воды.

Соли, содержащиеся в воде, влияют на вкус, аромат, цвет, органолептические показатели пива, то есть они химически активны или химически неактивны в зависимсоти от их способности реагировать с солями солода. Карбонаты и особенно гидрокарбонаты, обладая щелочными свойствами, понижают кислотность пивного затора, что очень отрицательно сказывается на последующих стадиях приготовления пива. Сульфаты и хлориды придают пиву полноценную и тонкую хмелевую горечь, магния – терпкий вкус, натрия быстроисчезающую хмелевую горечь, хлорид-ионы – определенную сладость. Некоторые вещества на ход технологического процесса, как например нитрит-ионы. В концентрации более 2 мг/см^3 они являются ядом для дрожжей, на которые отрицательно влияет медь. Присутствие силикат-ионов после их взаимодействия с ионами кальция и магния вызывает оксалатное помутнение пива. Для приготовления светлых сортов пива используют в основном мягкую воду. Для темного пива жесткость может быть выше. Некоторые специалисты считают, что для светлого пива вода должна иметь карбонатную жесткость около 0, 4 и некарбонатную 0, 2-0, 4 ммоль/дм куб., для темного пива карбонатную – 1, 5-2, 4, а некарбонатную – незначительную. В жесткой воде хмель дает грубую горечь, цвет сусла получается темным.

 

Способы улучшения химического состава воды.

Перед использованием воду фильтруют и при необходимости хлорируют, избегая при этом получения избытка хлора. Перед хлорированием из воды должны быть удалены органические вещества, т.к. могут образоваться вредные хлорорганические соединения. Воду можно обеззараживать микрофильтрованием, хлорированием, озо­нированием или обработкой перекисью водорода. Для снижения жесткости применяют несколько способов: кипячение, подкисление, известкование, обработку ионитами. Если вода не удовлетворяет технологическим требованиям, то в зависимости от ее состава применяют следующие способы водоподготовки: термический, ионообменный, обратноосмотический, электродиализный. Кро­ме того, при подготовке воды, предназначенной для производства безалкогольных напитков — отстаивание и коагуляцию, фильтрование, а также известково-содовый способ. Отстаивание и коагуляция. Если вода содержит суспендированные неорганические и органические вещества, то перед последующей обработкой ее отстаивают в течение 6—12 ч. Под действием силы тяжести взвешенные частицы осаждаются.. По закону Стокса скорость осаждения взвешенной частицы (V, м/с)V = (ро1 – ро₂)d²g/18«ню» где: ро₁, и ро₂ плотность частиц и жидкой среды, кг/м³; d - диаметр частицы, м; g — ускорение свободного падения, м/с²; ню — динамический коэффициент вязкости жидкой среды, Пас.

Осветление воды проводится в отстойниках периодического и непрерывного действия...В тех случаях, когда примеси гуминовые вещества, кремниевая кислота, ее соли и др., находятся в коллоидном состоянии, то при добавлении соответствующего химического соединения происходят коагуляция коллоидных частиц и осаждение образующихся хлопьев. В качестве коагулянтов используют сульфаты апюминия A1₂(S0₄)₃*18H₂0, сульфаты железа Fe₂(S0₄)₃*7H₂0 или FeS0₄*9H₂0 в сочетании с гашеной известью.Оборудование для очистки воды этим способом включает реактор для растворения коагулянта, оборудованный мешалкой или систе­мой перфорированных труб для подачи сжатого воздуха, дозатор, смеситель и отстойник.Фильтрование воды. Для удаления взвешенных частиц воду фильтруют на песочных и угольно-песочных фильтрах. Керамические фильтры и фильтр-прессы используют в основном для биологи­ческой очистки. Песочный фильтр представляет собой стальной цилиндри­ческий сосуд внутри которого укреплена решетка с отверстиями диаметром 1 мм. На решетку уложен слой мелкого гравия (5—7 см), слой крупного песка (5—10 см) и слой мелкого песка (около 40 см). Песок предварительно отмывают от глины. Воду подают в фильтр че­рез распределительную голов­ку, она проходит сверху вниз через слой песка, филь­труется и отводится по пат­рубку. К патрубку при­креплен воздушник для уда­ления воздуха при заполнении фильтра водой. Для обеспече­ния притока воды под посто­янным давлением воду на фильтр подают из водонапор­ного сборника.Угольно-песочные фильт­ры используют для очистки воды с неприятным запахом, повышенными содержанием хлора и цветностью. Фильтрующие материалы представле­ны четырьмя слоями (в см): гравий10, песок35-40, активныйуголь15, гравий10. Слои один от другого отделяют коррозионно стойкими сетками. Угольные колонки применяют с той же целью для очистки вод.Обезжелезивание воды. Соединения железа удаля­ют из воды аэрированием, коагулированием, известкованием, катионированием. Наиболее эффективным способом является хлорирование воды.Также можно обезжелезивать воду фильтрованием ее через песоч­ный фильтр, в котором песок предварительно модифицируют. Мо­дификация песка заключается в нанесении на поверхность песка плен­ки из гидроксида железа и диоксида марганца. Для этого кварцевый песок обрабатывают 1%-ным раствором сульфата железа (II) в тече­ние 2—3 ч. Затем сливают раствор сульфата железа и на 4—5 ч залива­ют песок 0, 5%-ным раствором перманганата калия. Затем песок от­мывают водой до прозрачной промывной воды.Для умягчения воды используют следующие способы водоподготовки. Электродиализный способ. Электродиализ представляет собой пе­ренос ионов через ионитовые мембраны под действием приложен­ного к ним электрического поля. Ионитовые мембраны изготавливают из смеси измельченного ионита и связующего материала (по­ни этилена, полистирола). В электродиализном аппарате катионитовые и анионитовые мембраны чередуются, образуя обессоливающие (дилюатные) и концентрирующие (рассольные) камеры.Технологическую воду для производства безалкогольных напитков для удаления болезнетворных бактерий, содержащихся в ней, обеззараживают фильтрованием через керамические обеспложивающие фильтры, хлорированием, гораздо реже- озонированием, воздействием ультрафиолетовых лучей, обработкой ионами серебра.

Термический способ.

Жесткую воду подвергают умягчению нагре­ванием. При температуре кипения происходит разложение гидрокар­бонатов с образованием почти нерастворимых в холодной воде кар­бонатов и выделением диоксида углерода: Са(НС0₃)₂ = СаС0₃ + С0₂ + Н₂0. Гидрокарбонат магния значительно медленнее и не полностью распадается с образованием карбоната магния, растворимость кото­рого повышается при охлаждении воды. Для удаления карбоната маг­ния рекомендуют горячее фильтрование. При продолжительном ки­пячении карбонат магния гидролизуется с образованием малораство­римого гидроксида магния: MgC0₃ + Н₂0 = Mg(OH)₂ + С0₂. Этот способ даст положительный эффект в случае превышения содержания в воде ионов кальция и магния над гидрокарбонат-ионами. Эффект умягчения и расход пара зависят от состава воды. Известково-содовый способ. Для устранения постоянной жесткости воды ее обрабатывают кальцинированной содой (карбонатом натрия), а временной жесткости — известью. Соли постоянной жесткости — сульфаты, хлориды кальция и магния реагируют с карбонатом натрия: CaS0₄ + Na₂CO = CaC0₃ + Na₂S0₄, MgS0₄ + Na₂C0₃ = MgC0₃ + Na₂S0₄.Аналогичные реакции протекают между содой и хлоридами каль­ция и магния.Карбонат магния взаимодействует с известью по уравнению MgC0₃ + Са(ОН)₂ = CaC0₃ + Mg(OH)₂.Остаточная жесткость умягченной воды составляет 0, 7—0, 9 ммоль/ дм³ или 1, 4—1, 8 мг-экв/дм³ из-за частичной растворимости СаС0₃ и Mg(OH)₂.Установки для умягчения воды включают запасные резервуары для воды, сборники-смесители, отстойники, фильтры и сборники. Сборники-смесители и отстойники имеют коническое дно с задвиж­кой для удаления осадка и снабжены мешалками.Вначале сборник-смеситель наполняют до половины водой, добав­ляют требуемое количество раствора извести концентрацией 1, 3 г/дм³, а через 15—20 мин — 6%-ный раствор соды, затем остальную воду и тщательно перемешивают. Воду спускают в отстойник и оставляют в покое на 6 ч для формирования осадка. Осветленную воду пропуска­ют через песочный фильтр и направляют в сборник.

Умягчение воды методом ионообмена.

При этом способе для умягчения воды используют высокоэффективные синтетические ионообменные смолы, которые представляют собой высокополимерные, нерастворимые в воде органические вещества - гранулы полимерной смолы размером 0, 5-2 мм, обладающие способностью поглощать из раствора ионы растворенных веществ и отдавать в раствор эквивалентное количе­ство своих ионов. Они состоят из трехмерной пространственной сет­ки (матрицы), содержащей ионогенные группы. В воде активные груп­пы ионитов диссоциируют на неподвижные, связанные с матрицей ионы и подвижные противоионы.В зависимости от знака заряда противоиона иониты подразделя­ются на катеониты, аниониты и амфолиты. В катионитах обменивающимся ионом является катион, в анионитах — анион, в амфолитах — ионы обоих знаков зарядов.Катиониты применяют в основном для умягчения воды и удаления других катионов, которые содержатся в небольших количествах, а анионитами удаляют из воды кислоты и кислотные остатки. Для умяг­чения воды используют Н- и Na - катиониты, в которых катионы натрия и водорода обмениваются на катионы кальция и магния солей жесткости. При Н-катионировании происходят следующие реакции: 2[Кат]Н + Са(НС0₃)₂ = [Кат]₂Са + 2CO₂ + 2Н₂0; 2[Кат]Н + CaCL₂ = [Кат]₂Са + 2НСl; 2[Кат]Н + CaS0₄ = [Кат]₂Са + H₂S0₄. Аналогично протекают реакции с солями магния. В результате Н-катионирования соли карбонатной жесткости разрушаются. При этом выделяется свободный диоксид углерода, а вместо солей некарбонат­ной жесткости образуются соответствующие анионам кислоты и по­вышается кислотность умягченной воды.При умягчении Na-катионированием в воде будут накапливаться гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды натрия. Вследствие образования бикарбонатов натрия возрастет щелочность воды. В безалкогольном производстве используют параллельное и последовательное Na- катионитовое и Н- катионитовое умягчение.Ионообменный способ целесообразно использовать при содержании солей в воде до 1, 5 г/дм³, а при концентрации 1, 5—10 г/дм³ экономически оправдан электродиализный способ.

 

Декарбонизация известью.

Обработку воды проводят гидроксидом кальция, который получают из свежеобожженой извести после ее гашения

CaO+H2O=Ca(OH)2

Гидроксид кальция при обычных температурах (без нагревания) реагирует с солями временной жесткости и диоксидом углерода:

CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O

Ca(HCO3)2+CA(OH)2=2CaCO2+2H2O

Образующийся при взаимодействии гидракарбоната магния монокарбонат является легкорастворимой солью, и только последующая его реакция с гидроксидом кальция позволяет получить труднорастворимые соединения CaCO3 и Mg(OH)2.

Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2=2CaCO3+Mg(OH)2+2H2O

Следовательно, более полное удаление гидрокарбоната магния требует двойной дозы извести, поэтому данный способ эффективен для обработки воды с высокой кальциевой и низкой магниевой жесткостью.

Декарбонизацию воды можно проводить в два этапа: на первом добавляют расчетное количество известковой воды, на втором – ее избыток для осаждения карбоната кальция и части магния. Затем воду фильтруют и направляют в запасной блок.

 

Химический состав. Требования к химическому составу воды.

предназначенной для пивоварения, после водоподготовки (показатели в ммоль/дм^3, не более): жесткость общая 1-2; щелочность 0, 25-0, 75; кальций 1-2, магний – следы; (показатели в мг/дм³, не более): сухой остаток 500; марганец 0, 1; железо 0, 1; алюминий 0, 5; сульфаты 100-150; хлориды 100-150; медь 0, 5; цинк 5; нитраты 10, кремний 2; рН 6-6, 5. В воде не должно содержатся нитритов, а сероводорода и аммиака может содержатся ничтожно малое количество. Общее микробное число не должно превышать 20 микроорганизмов в см³ неразбавленной воды, предназначенной для пива по «плотному пивоварению».

 

Сточные воды. Очистка.

Сточные воды заводов: 1-теплообменные, 2- после гидравлического транспортирования и мойки, 3- после замачивания зерна, дезинфекции и гидроподачи солода, мойки технол-го оборуд-я, помещений, лютерная вода, хоз-но-бытовые стоки. Сточные воды меласно-спиртовых заводов: 1- теплообменные, 2- после продувки паровых катлов и регенерации фильтров химич-ой водоочистки, 3- люторная вода, кондесаты вторичного пара, образ-ся при упаривании барды, 4- после мойки оборуд-я, промывные и фильтр-прессные воды дрожжевых цехов, хоз-но-бытовые стоки, первич-ые и вторич-ые барда. Степень загрязненности сточных вод опред-ют по физико-химич и биологич-им показ-ям- цветности, прозрачности, запаху, содержания сухого остатка, рН, биологич-му потреблению кислорода ( БПК- показ-т, какое кол-во кислорода в м/г надо затратить на биологич-ое окисление органич-их в-в в 1л стоков при темп-ре 20С), химическому потреблению кислорода(ХПК- кол-во кисрода в м/г, ктр надо для окисления органич-их соединений в 1 л воды р-ром бихромата или перманганата калия ). ХПК выше, чем БПК. От величины рН зависит возможность прямого сброса сточных вод в естественные водоемы или необходимость их предварительной нейтрализации. Теплообменные воды в производственном цикле не загрязняются, поэтому их состав зависит от кач-ва воды источника водоснабжения, но если технологич-ое оборуд-ие неисправно, охлаждаемые жидкости попадают в воду и загрязняют ее. Наиболее загрязнена послеспиртовая и последрожжевая барда меласно-спиртовых заводов. Органич-ие в-ва после спиртовой меласной барды: глицерин, а-к, бетаин, редуцирующие в-ва, органич-ие к-ты, минеральные в-ва-хлориды и сульфаты калия, натрия и кальция. Органич-е в-ва после дрожжевой барды: глицерин, бетаин, редуцирующие и жироподобные в-ва. Сущ-ет 4 катнгории сточных вод, стоки 1-2 категорий явл условно-чистыми и могут направляться в естественные водоемы после предварительного охлаждения и насыщения кислородом. Сильно-загрязненные сточные воды 3-4 кат подвергают очистки. Способы очистки сточных вод: 1-механические( механич-ое удаление из сточных вод, взвешенных и плавающих частиц, применяют решетки, сито, песколовушки, отстойники, жироловушки. 2-химические( происходят взаимодействие химич реагентов с загрязнениями и выделение из раствора взвешенных, коллоидных и растворенных соединений. в рез-те снижается цветность, стоки обеззараживаются. Способ обычно сочетают с механич-ми или биологич способами. В кач-ве коагулянтов исп-ют хлориды и сульфаты окисного и закисного железа, глинозем, известь). 3-физико-химич-ие ( процессы адсорбции, дестиляции, ионного обмена, электродиалеза, осмоса.) 4- биологич-ие ( орошение почвы сточными водами, очистка их в биологический прудах и фильтрах, обработка активным илом, анаэробное брожение сточных вод.). Выбор метода очистки зависит от кол-ва стоков, конц-ции и вида загрязнений, требуемой степени очистки, размера водоема, в ктр сбрасывают сточные воды. Очистить сточные воды от загрязнений можно на 85-95%, в них остается лишь некоторое кол-во поверхностно-активных в-в, растворимых минеральных солей и др. соед-ний. Очиска сточных вод заводов, перерабат-их зернокартофельное сырье: применяют механич-ие, биологич физико-химич способы.Технологич-ая схема очистки сточных вод предусматривает разделение стоков на 2 потока с учетом характера загрязнения- транспортерно-моечные воды и остальные производственные, включая хозяйственно-бытовые воды, первые подвергают механич очистке и затем многократно исп-ют в производстве, вторые двуступенчатому окислению органич в-тв с помощью активного ила. Очистка сточных вод заводов, перерабатывающих мелассу: в основном заводы сточные воды сбрасывают на поля фильтрации. Есть два варианта технологических схем очистки сточных вод. Одна из схем предназначена для спиртовых заводов, на ктр последрожжевую барду упаривают или исп-ют для произ-ва кормового концентрата вит. В12, другая схема для предприятий, не утилизирующих мелассную барду. Первая схема: механич. очистка с пом. решеток и песколовушек, усреднение стоков, первичное отстаивание и обработка осадка, аэробное окисление, вторичное отстаивание, транспортирование активного ила и возвратной воды, хлорирование очищенной воды и спуск ее в водоем.

 

Обеззараживание воды, хлорирование, охонирование, введение йонов серебра, обработка УЗ, ультрафильтрация

Питьевая вода д. б. прозрачной, бесцветной и без запаха, соответ. исходным и предельным значениям по своему содерж-нию и составу растворенных в воде в-в(цветность, мутность, t, рН, хлориды, сульфаты, Ca, Mg, Na, K, Al, Fe, Mn, Cu, Zn, P, общ. жесткость, сух. остаток, окисляемость, ПАВ, аммиак, пестициды и др.). Высокие требования предъявл. к микробиол. св-вам воды, вода почти всегда сод-т хотя бы несколько м/о, не должно быть бакт. гр. кишечной палочки, общее микробное число не должно превышать 25 м/о в 1 см 3 воды. Сп-бы биологич. очистки пит. воды(сп-бы обеззараж-ния): 1) добавл. хлора(в дозир. до 1, 2 мг/л), двуокиси хлора(до 0, 4 мг/л), ионов серебра. Введ. хлора- сп-б дешевый и простой, но образ. вредные в-ва. ClO2-нестаб. газ, получ. из HCl и гипохлорида Na (NaClO2) и сразу дозируемый в воду, в общем неплохой м-д, т. к. не вызыв. измен. вкуса воды, образ. меньше хлороформа, недорогой, безопасный, хор. обеззаражив., но треб. контроля, точности дозировки, с ростом t стабильность двуокиси хлора сниж. Ионы серебра облад. бактерицидными действ., струю воды пропускают м-ду серебр. электродами.2) ультрафиолетов. излучением.УФ лучи с λ =295-200 нм облад. способностью обеззараж-ть, сущ-ют аппараты открытого (с непогружными источн. облучения) и закрытого (с погружными ист. изл.) типа-это ап-ты, в ктр смонтированы источники излуч. аргоно-ртутные лампы низкого давл. и ртутно-кварцевые лампы высокого давл.Сп-б экологич. чист и надежен, но бол. затраты на аппаратуру. 3) стерилизующее фил-ние. Исп-ют фильтры разной конструкции, в кач-ве фильтр. средств исп-ют кизельгур, фильт-картон.Керамические фильтры 4) мембранные сп-бы (микрофил-ция, ультрафил-ция, обратный осмос).При микрофил. вода получ. стерильной, не сод-т ни мертвых, ни жизнеспособн. м/о, исп. пористая мембрана с разм. пор 10(-1) до 10(-2) мкм, движ. силой явл. разность р(так же при ультрафил. и обр. осмосе). При этих сп-бах обеззараж. воды достиг. оч. хор. результат, сейчас имеют широкое распространение. Фил-ние идет вдоль мембран тангенсально. Отличие в сп-бах это размер пор фильтр. элемента, прикладываемое давл.(0, 2-0, 3 МПа-микрофил., 0, 4-0, 6МПа-ультрафил., 2-8 МПа- обр. осмос) ; 5) озонирование(мах дозировка 10мг/л).Озон получ. из кислорода возд. с пом. электрич. разряда, озон действ. как окислитель, разрушая тем самым клеточные мембраны. Сп-б надежен и экологич. чист, но оч. дорогой, по эффективности превосходит все остальные сп-бы.

 

4.2.3 Технология солода

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: