Требования к воде, предъявляемые в различных бродильных производствах




Вода в бродильных производствах

 

Предприятия бродильной промышленности потребляют большое количество воды. Она используется для технологических целей, для транспортировки и мойки сырья, тары, инвентаря, технологического оборудования, для охлаждения и нагревания жидкостей. Предприятия пищевой промышленности используют преимущественно воду из городских водопроводов, а также из артезианских скважин, рек и водохранилищ.

 

Показатели качества воды производственного назначения

Вода, используемая на предприятиях бродильной промышленности для технологических целей, оказывает большое влияние на протекающие процессы, качество продукции и поэтому должна соответствовать определенным требованиям. Показатели качества воды делят на три группы: органолептические, физико-химические, бактериологические.

Органолептические показатели – запах, цвет, вкус, мутность (прозрачность). Вода должна быть бесцветной, прозрачной, без запаха, с приятным вкусом. На органолептические свойства воды влияют различные химические вещества (железо, сульфаты, хлориды и т.д.), входящие в ее состав.

Физико-химические показатели.

Важное значение для нормального протекания технологических процессов имеет показатель жесткости воды, которая обусловлена содержанием в ней солей кальция и магния. Жесткость выражается в ммоль Са2+ или Mg2+, содержащихся в 1дм3 воды. Различают жесткость общую, временную, постоянную.

Общая жесткость характеризуется суммарным содержанием ионов кальция и магния. Она равна сумме временной и постоянной жесткости.

Временная (карбонатная, устранимая) жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Эта жесткость исчезает при кипячении. Гидрокарбонаты превращаются в карбонаты, выпадающие в осадок.

Ca(HCO3)2 →CaCO3 ↓+ CO2 + H2O

Постоянная (некарбонатная, неустранимая) жесткость характеризуется присутствием в воде преимущественно сульфатов, хлоридов, нитратов и других солей кальция и магния, кроме гидрокарбонатов. При кипячении не выпадают в осадок.

С другой стороны жесткость можно подразделять на кальциевую и магниевую.

По жесткости вода классифицируется следующим образом:

очень мягкая – до 1,5 мг-экв/дм3;

мягкая – 1,5-3,0 мг-экв/дм3;

средней жесткости - 3,0-6,0 мг-экв/дм3;

жесткая - 6,0-10,0 мг-экв/дм3;

очень жесткая - более 10,0 мг-экв/дм3.

В соответствии с последними стандартами жесткость измеряют в градусах жесткости, соответствующих мг-экв/дм3.

Жесткая вода не пригодна для ряда производств и использования в котельных, поэтому такую воду умягчают.

Щелочность - характеризует способность воды связывать кислоты и выражается количеством содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов, реагирующих с сильными кислотами.

Окисляемость воды – количество окислителя (или О2), который расходуется на окисление содержащихся в воде примесей. По этому показателю судят о загрязненности воды органическими примесями. Окисляемость питьевой воды должна быть не более 3 мг О2/дм3 (или не более 12 мг КМnО4/дм3).

Сухой остаток растворенных веществ. Определяется выпариванием до постоянной массы. Взвешенные вещества не входят в этот показатель (т.е. проба воды должна быть предварительно отфильтрована).

Реакция воды. рН должен лежать в пределах 6,5-9,0.

Содержание других химических веществ в воде производственного назначения должно быть следующее (не более):

железо – 0,3 мг/ дм3; марганец – 0,1 мг/ дм3;

медь –1,0 мг/ дм3; мышьяк – 0,05 мг/ дм3;

цинк – 5,0 мг/ дм3; свинец – 0,1 мг/ дм3;

хлориды – 25 мг/ дм3; сульфаты – 200 мг/ дм3.

Кроме этого, в воде должны отсутствовать аммиак и сероводород, которые указывают на загрязнение ее гниющими отбросами

Бактериологические показатели характеризуют безвредность воды и оцениваются общим числом микроорганизмов и числом бактерий группы кишечной палочки. Общее число микроорганизмов в 1 см3 воды не должно превышать 100.

Наличие в воде бактерий группы кишечной палочки свидетельствует о фекальном загрязнении. Этот показатель характеризуется коли-индексом и коли-титром.

 

Требования к воде, предъявляемые в различных бродильных производствах

Общие требования к питьевой воде регламентирует СанПиН 2.1.4.1074-01. В отдельных отраслях бродильной промышленности предъявляют дополнительные требования к воде, используемой на технологические нужды. Требования к воде, используемой для производства того или иного напитка (за исключением бутилированной питьевой воды и минеральной воды), регламентируются различными технологическими инструкциями.

Производство этилового спирта.

Разваривание крахмалсодержащего сырья протекает тем быстрее и полнее, чем ниже рН. Слабокислая среда благоприятна для спиртового брожения, а в щелочной среде брожение направлено в сторону образования глицерина. Кроме этого, слабощелочная среда способствует развитию кислотообразующих бактерий. Применение жесткой воды для приготовления солодового молока снижает его ферментативную активность.

Высокая карбонатная жесткость воды повышает расход кислоты на подкисление мелассы. Качество воды, идущее на разведение мелассы, влияет на качество ректификованного спирта. С водой могут попадать маслянокислые, гнилостные бактерии и другие микроорганизмы, а также сероводород, аммиак, фенолы, которые даже в ничтожных количествах заметно ухудшают качество спирта.

Производство хлебопекарных дрожжей.

Жесткость воды должна быть невысокой, но в тоже время нельзя применять и очень мягкую воду из-за недостатка магния и микроэлементов, что приводит к снижению выхода дрожжей. Кроме того, вода не должна содержать нитратов и повышенное количество железа, так как они являются ядом для дрожжей и приводят к их дегенерации.

В пивоваренном производстве.

Используется мягкая вода. Жесткость и щелочность воды оказывают влияние на процесс затирания, выход экстракта и качество готового пива. Натриевые соли ухудшают состав и качество пива.

Окисляемость не должна превышать 2 мг/дм3. Не допускается присутствия в воде сероводорода и аммиака, которые ухудшают органолептические показатели пива.

В производстве солода.

Высокая карбонатная жесткость воды, применяемой для замачивания зерна, задерживает последующее его прорастание, снижает ферментативную активность солода. Поэтому, по жесткости к воде предъявляются такие же требования, как в производстве пива.

В производства безалкогольных напитков.

Используется очень мягкая вода. Соли кальция и магния, содержащиеся в воде, взаимодействуют с лимонной и другими кислотами, тем самым уменьшают кислотность напитков, вызывают перерасход лимонной кислоты. Кроме этого, соли кальция и магния образуют выпадающие в осадок нерастворимые комплексы с фенольными и пектиновыми веществами соков, морсов и вин, входящих в состав напитков.

В ликероводочном производстве.

Общая жесткость – не более 1 мг-экв/дм3, временная – не выше 0,3 мг-экв/дм3. Более жесткая вода не пригодна для приготовления водки и ликероводочных изделий, так как при смешивании со спиртом растворимость солей кальция и магния снижается, и они выпадают в осадок, водно-спиртовая смесь становится мутной. Жесткая вода придает водке неприятный вкус. Отрицательно влияют соли кальция и магния на стабильность готовых ликероводочных напитков, т.к. способствуют образованию осадков с белковыми, фенольными, пектиновыми веществами

Поэтому, если качество воды не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ней в конкретном производстве, то проводят исправление ее состава.

Способы водоподготовки

В зависимости от качества исходной воды на производстве для придания ей (воде) требуемых характеристик используют различные методы водоподготовки.

 

Отстаивание и фильтрацию используют для освобождения воды от взвешенных частиц. Отстаивание проводят в резервуарах. Процесс осаждения частиц идет медленно. Способ требует больших отстойных резервуаров и площадей, поэтому применяется редко. Более распространена фильтрация через песочные и угольно-песочные фильтры.

Деодорация – обработка воды, устраняющая неприятные запахи, привкусы, которые обусловлены наличием примесей в незначительных количествах. Применяют озонирование (дорогой способ) или обработку активным углем. При фильтровании воды через слой активного угля органические соединения адсорбируются на его поверхности. После такой обработки удаляются из воды не только запахи и привкусы, но снижается ее цветность и окисляемость.

Обезжелезивание. Вода с высоким содержанием железа имеет неприятный вкус и запах и ее использование отрицательно сказывается на процессах брожения, качестве готовой продукции. В природной воде, особенно в воде подземных источников, в больших количествах в растворенном виде содержится железо в основном в виде двухвалентных ионов (Fe2+). Ему часто сопутствует марганец. Процесс удаления железа и марганца из воды называют соответственно обезжелезиванием и деманганацией. Для извлечения растворенных двухвалентного железа и марганца сначала необходимо их окислить и перевести в нерастворимую форму. Для окисления можно использовать кислород воздуха, хлор, озон, перманганат калия. Частицы окисленных железа и марганца в виде гидроокисей отфильтровываются на гранулированной загрузке. Эффективность песчаных, угольных фильтров в данном случае довольно низкая. В последнее время в таких фильтрах применяют специальные каталитические загрузки – например, Бирм (Birm), пиролюзит и др. Воду аэрируют и подают в фильтр с каталитической загрузкой – происходит окисление Fe2+ до Fe3+ и образующаяся гидроокись железа (Fe(ОН)3) отфильтровывается на слое загрузки.

Умягчение состоит в удалении из воды солей кальция и магния. Осуществляется несколькими способами: реагентным, ионообменным, обратноосмотическим, электродиализным.

Реагентный способ – основан на связывании ионов кальция и магния и переводе их в нерастворимые соединения. Разновидности реагентного способа - известковый и содово-известковый.

Известковый способ заключается в обработке воды раствором гашеной извести:

Са(HCO3)2 + Са(ОH)2 → 2СаСО3 ↓+ Н2О

Mg(HCO3)2 + Са(ОH)2 → Mg(OH)2 + 2СаСО3 ↓+ 2Н2О

Содово - известковый способ заключается в последовательной обработке воды растворами гашеной извести и соды:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 + Na2CO3 → 2CaCO3 ↓ + 2NaOH + H2CO3

Mg(HCO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2 ↓ +2NaHCO3

После реакции осадок удаляют. Этот способ прост в исполнении, относительно дешев, можно умягчать воду при любой исходной жесткости до остаточной величины 0,5-1,8 ммоль/дм3, однако требует больших производственных площадей и значительного расхода реагентов. В настоящее время практически вытеснен способами ионообмена.

Ионообменный способ умягчения состоит в удалении из воды ионов кальция и магния при помощи ионитов.

Иониты – твердые, практически не растворимые в воде и органических растворителях материалы, способные обменивать свои ионы на ионы, находящиеся в воде. По характеру активных групп иониты делят на катиониты (замещают в растворе катионы на ионы Н2, Nа+ или другие катионы) и аниониты (замещают анионы в растворе на ионы ОН- или другие анионы).

В качестве ионитов применяют синтетические смолы, природные алюмосиликаты (цеолиты, глаукониты), сульфоугли.

Для умягчения воды чаще всего используют сульфоуголь в Na+-форме (Na-катионит), реже в Н+-форме.

Умягчение воды путем ионообмена проводят в вертикальных колонках. Вода проходит через слой катионита и происходит замещение ионов Na+ или Н+ ионами Са2+ и Mg 2+ , содержащихся в воде.

При этом протекают следующие реакции:

2NaR + Ca(HCO3)2 →CaR2 + 2NaHCO3

2NaR + Mg(HCO3)2 → MgR2 + 2NaHCO3

2HR + Ca(SO4) → CaR2 + H2SO4

R – комплекс катионита.

Постепенно объемная емкость катионита уменьшается. Для ее восстановления Na+-катионит регенерируют путем пропускания раствора поваренной соли, Н+-катионит – растворами серной или соляной кислоты.

Недостатком Na-катионирования является подщелачивание воды, увеличение сухого остатка. При Н-катионировании данный недостаток отсутствует, т.к. образуются кислоты, снижающие щелочность воды.

Если временная жесткость более 5 мг-экв/дм3, то часто используют комбинированный способ, например, Na-Н-катионирование (последовательное или параллельное).

Обессоливание

Электродиализный способ служит для обессоливания воды. Заключается в переносе растворенных веществ через ионитовые мембраны под действием электрического поля. При этом катиониты движутся к катоду, проходят через катионитовые мембраны и задерживаются анионитовыми. Аниониты движутся в обратном направлении – к аноду, проходят через анионитовые мембраны и задерживаются катионитовыми.

Недостатками метода являются закупорка мембран вследствие осаждения слаборастворимых солей (поэтому воду предварительно надо очищать), большие затраты электроэнергии.

Метод обратного осмоса наиболее перспективный. Он заключается в фильтровании воды под давлением, превышающим осмотическое, через полупроницаемые мембраны. При этом мембраны пропускают растворитель (воду), но задерживают растворенные вещества (ионы солей, молекулы органических соединений). Мембраны при этом меньше загрязняются, так как вещества на них не сорбируются

Обеззараживанию подвергается вода, которая имеет отклонения по бактериологическим показателям. Существуют следующие способы обеззараживания: хлорирование, обработка ультрафиолетовыми лучами, озонирование, обработка ионами серебра и ультразвуком.

Хлорирование – применяется газообразный хлор, хлорная известь (СаСl2), гипохлорид кальция Са(ОСl)2. При обычных условиях хлорирования действие хлора распространяется лишь на вегетативные формы микроорганизмов. Для спорообразующих микроорганизмов требуется большие дозы хлора и длительный контакт с водой. Кроме того, хлор, соединяется с органическими соединениями, например с фенолами, и вода приобретает «аптечный» привкус. Вода с высоким содержанием хлора не пригодна для обработки дрожжей.

Озонирование. Сущность способа заключается в том, что до соприкосновения с водой воздух подвергается воздействию электрического разряда. При этом часть кислорода превращается в озон. Молекула озона очень нестойкая и распадается на молекулярный и атомарный кислород (О2 и О+). Атомарный кислород, действуя как окислитель, приводит к гибели бактерий. Одновременно снижается цветность воды, она приобретает приятный вкус и запах. Метод дорогой, применяется ограниченно. По бактерицидному действию не отличается от хлорирования.

УФ-облучение. Обеззараживающее действие является мгновенным и распространяется на вегетативные и споровые формы микроорганизмов. Эффективность бактерицидного воздействия ультрафиолетовых лучей зависит от продолжительности и интенсивности облучения, а также от наличия взвесей и коллоидов в воде, рассеивающих свет и препятствующих проникновению лучей в толщу воды.

Обработка ионами серебра. Ионы серебра даже в малых дозах обладают бактерицидным действием, но распространяется оно только на вегетативные формы микроорганизмов и очень незначительно - на споровые формы. Эффект бактерицидного действия достигается при продолжительном (двухчасовом) контакте ионов серебра с водой. Обогащают воду ионами серебра методом контактирования с посеребренным песком; непосредственным растворением в воде солей серебра; электролитическим способом с помощью ионизаторов.

Применение ультразвука. При большой мощности ультразвуковых волн вблизи поверхности источника волн происходит как бы взрыв жидкости и образование пустот. Этот процесс называется «кавитация». Под действием кавитации клетки микроорганизмов разрываются на части. При обработке ультразвуком в течение 5 мин достигается полная стерилизация воды. Метод дорогой и еще не нашел широкого применения в промышленности.

Удаление органических загрязнений. Органические загрязнения могут быть удалены из воды двумя методами: окислением и извлечением.

Окисление органических веществ производится с помощью сильных окислителей – хлор, кислород, озон, перманганат калия. После окисления воду необходимо отфильтровать через специальный каталитический слой.

Извлечение органических веществ может быть осуществлено сорбцией, коагуляцией и мембранными методами.

При сорбции в качестве сорбентов используют активные угли различного типа

Обычной фильтрацией нельзя освободиться от коллоидов. В этом случае проводят коагуляцию. Воду обрабатывают веществами (коагулянтами), которые вызывают укрупнение коллоидных частиц и выпадение их в осадок. В качестве коагулянтов применяют сульфат алюминия и сульфат железа. В водном растворе сульфат алюминия подвергается гидролизу с образованием малорастворимой гидроокиси алюминия.

Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 ↓+ 3H2SO4

Хлопья гидроокиси алюминия имеют сильно развитую поверхность, которая способна адсорбировать растворимые органические вещества большой молекулярной массы (гуминовые вещества, кремневую кислоту и ее соли и т.д.). В результате этого вода осветляется и освобождается от неприятных привкусов. Для ускорения процесса коагуляции и снижения расхода коагулянтов в воду добавляют флокулянты (например, полиакриламид), способствующие хлопьеобразованию.

Поскольку при коагуляции механизм извлечения органики состоит в ее сорбции на образующихся хлопьях, этот метод также может быть отнесен к сорбционному извлечению.

Мембранные методы. При пропускании воды через полупроницаемую мембрану на ней задерживаются органические вещества, имеющие молекулярную массу:

-при ультрафильтрации более 10000,

-при нанофильтрации более 200,

-при обратном осмосе практически любую.

Дехлорирование. Использование хлорированной водопроводной воды может повлиять вкусовые характеристики напитка. Дехлорирование обычно осуществляется при пропускании воды через активный уголь.

 

Чаще всего на предприятиях проводят комплексную обработку воды, включающей несколько ступеней очистки, что зависит от качества исходной воды.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-30 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: