Подготовка
воды для пищевого производства (продолжение)
Растворенные
в воде газы и летучие органические вещества (легкие нефтепродукты, некоторые органические
сернистые соединения и т. п.) свободно удаляются аэрацией, а также обработкой
воды соответствующими химическими реагентами. Для удаления сероводорода воду в
основном обрабатывают хлором, а для связывания избытка угольной кислоты - раствором
известняка, мелом или фильтрацией сквозь мраморную крошку. При избытке кислорода
его удаляют фильтрованием через железную стружку, обработкой сульфитом натрия
и другими реагентами. Растворенные в воде одноатомные и многоатомные фенолы, гуминовые
вещества и фульвокислоты разлагаются под действием различных сильных окислителей.
Многие загрязнения, относящиеся к третьей группе, удаляют из воды с помощью активированного
угля и диоксида кремния. Этот способ очистки основан на том, что примеси воды
вступают в молекулярное взаимодействие с поверхностью угля, где происходят окислительно-восстановительные
реакции. На активированном угле хорошо сорбируются гидрофобные соединения, к которым
относятся углеводороды нефти, ароматические углеводороды и их производные, хлорированные
углеводороды и другие малорастворимые в воде соединения. Для
освобождения воды от низкомолекулярных соединений используют мелкопористый уголь,
для удаления веществ с более крупными молекулами (сульфокислоты и гуминовые вещества)
- крупнопористый уголь. Удаление запахов и привкусов производят физическими способами,
в зависимости от их происхождения. Неприятные запахи и привкусы природного происхождения
(продукты жизнедеятельности микроорганизмов и их отмирания) удаляют обработкой
воды медным купоросом. Аналогичные результаты можно получить действием сильных
окислителей (озон, хлор) или различных адсорбентов. К
четвертой группе примесей воды относятся электролиты (менее 10-8 см), удаление
которых основано на связывании ионов в малорастворимые и слабодиссоциированные
соединения. Для удаления примесей этой группы широко используют ионообменные реакции
на поверхности ионообменных смол. Данные процессы используются в случаях, когда
удаляемые ионы необходимо удержать на нерастворимом материале, заменяя их ионами,
не опасными для дальнейшего использования технологической воды. Воду
можно освободить от нежелательных ионов и путем ее выпаривания в специальных теплообменниках,
переведением в твердую фазу (вымораживание, получение газогидратов) или добавлением
растворителя, который не смешивается с водой для образования двух фаз, используя
неравномерность распределения ионов между этими фазами, т.е. экстракцию. Умягчение
воды (удаление из нее катионов кальция и магния, которые обусловливают общую жесткость
воды) производят термическими, реагентными. ионообменными и электрохимическими
способами. Термические методы умягчения воды основаны на переводе гидрокарбонатов
кальция и магния в малорастворимые карбонаты, которые полностью осаждаются при
кипячении. Реагентными методами умягчения воды растворимые соли кальция и магния
с помощью химических реактивов переводятся в нерастворимые соединения, образуя
взвеси, которые удаляются отстаиванием и фильтрованием. Наиболее распространенным
способом такого умягчения воды является известняково-содовый. Умягчение
воды ионообменным способом производят фильтрованием через Na+ или Н+-катионит,
при этом ионы Са+ и Мg+, которые находятся в воде, заменяются ионами Na+ или Н+.
В последнее время широко внедряется новый способ обработки воды, основанный на
ее пропускании через магнитное поле. В результате такой обработки осадок из воды
выпадает в виде мелких кристалликов подвижного шлама, который не концентрируется
на поверхности нагревания. В целом обессоливание воды можно достичь термической
обработкой, электрохимическим путем, методом ионного обмена, газогидратным способом,
экстракцией, обратимым осмосом и др.
При наличии в воде железа в виде гидрокарбоната
его удаляют с помощью аэрации с последующим отстаиванием и фильтрованием. Коллоидные
органические соединения железа удаляются хлорированием с последующей обработкой
коагулянтами. Если вода содержит железо в виде некарбонатных солей, осуществляют
фильтрованием ее через Н+-, Na+-, Са+-катиониты. Соединения
марганца (II) окисляют кислородом воздуха, переводя его в марганец (III). Марганец
(II) также удаляется
фильтрованием через песок или пиролюзит с предварительной
обработкой воды известью для повышения основности, обработкой железными коагулянтами
или фильтрованием через Мn3+-катионит. Для удаления тяжелых металлов (свинца,
меди и др.), а также ядовитых и отравляющих веществ, обладающих высоким токсическим
действием, используют подобранные комбинированные способы очистки, основанные
на процессах дистилляции, фильтрования, коагуляции, окисления, осаждения, адсорбции,
ионного обмена, а также на процессах метаболизма специальных иммобилизованных
микроорганизмов. Зная особенности, характеризующие каждую группу примесей, можно
найти эффективные способы их удаления, изменить ионный состав воды и освободить
ее от микроорганизмов. Самым
эффективным способом подготовки технологической воды в пищевой промышленности
является мембранный. Мембранным разделением называют процесс отделения определенного
компонента или компонентов из смеси с помощью полупроницаемой мембраны. Смесь
разделяется на концентрат и пермиат. Концентрат содержит компоненты, которые удерживаются
мембраной, а пермиат - компоненты, которые проходят сквозь нее. Способность мембраны
задерживать составляющие концентрата называется селективностью. Движущей силой
переноса вещества сквозь мембрану является разность потенциалов:
- гидростатического
давления (микрофильтрация, ультрафильтрация, обратимый осмос);
- концентрации
(диффузионное разделение газовых смесей, испарение сквозь мембрану, осмос, диализ);
-
электрических потенциалов (электродиализ).
В пищевой промышленности используют
в основном мембранные установки, в которых движущей силой является разница гидростатического
давления до и после мембраны. В зависимости от диаметра пор мембраны различают
обратимый осмос (0,5-5 нм), ультрафильтрацию (5-50 нм) и микрофильтрацию (50-10000
нм). Таким образом, при обратимом осмосе фильтрование происходит на уровне ионов
и недиссоциированных молекул, при ультрафильтрации - высокомолекулярных соединений
и коллоидов, а при микрофильтрации - коллоидных соединений и микроорганизмов. Явление
осмоса характеризуется самопроизвольным переходом воды сквозь полупроницаемую
мембрану и задержкой растворенных веществ (ионы солей). Давление, при котором
наступает равновесие, называется осмотическим. При этом, если со стороны раствора
повысить давление большее осмотического, то перенос растворителя будет происходить
в обратном направлении. В этом случае речь идет об обратимом осмосе. Мембраны
должны удовлетворять таким требованиям: иметь высокую разделяющую способность
(селективность), удельную продуктивность (проницаемость), химическую стойкость,
достаточную механическую прочность и быть безопасными для организма человека.
При использовании обратноосмотических мембран можно практически полностью освободиться
от растворенных в воде веществ (если их небольшое количество). Однако обычная
питьевая вода имеет достаточно высокое содержание солей, их использование целесообразно
только после предварительной водоподготовки общепринятыми способами (реагентный,
ионообменный и др.). Использование установок с мембранами на уровне микрофильтрации
позволяет освободиться от грубой зависи и некоторых видов вредных микроорганизмов.
|
