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反渗透纯水在酿酒工艺中的应用
发布时间:2010-9-3   浏览次数:1816次

      酿酒工艺当今不断创新,极品酒产能不断扩张,酒品消费水准直线上升,酒质已成为影响市场销售量增长的最基本要素,高质高价高享受,低质低价低品味,已成为酿酒与品酒人的共识。用酒质说话,用酒质让消费者品味消费,提高酒质就成为酒业商家的全力动作。提高酒质有多种工艺途径,但水是最基本、最关键的要素。
  常言道,一方水酿一方酒,全国各族各地区都有自己的地方酒类品味,保留提升代表地域的酒品是发展地方名酒品牌的主轴。科学发展、技术进步、工艺的换代,品味习惯的提高都不断展现出酒品工艺对酒质的影响。酒业商家和品酒人经常能遇到水对酒品的影响。
  浑浊:酒本身是成胶状体的溶液。若无其他物质,酒液自身稳定性极好,无任何悬浮物、杂质沉淀,酒液清澈透明。当酒中醇类、酸根与水中金属离子相迂,会出现正负电荷中和,胶体化解,颗粒物质即显现,酒中就会出现浑浊。这种浑浊来源于水中含有金属离子,矿物质离子等造成。
  咸味:主要因水中硬度太高,携带钠等金属盐,不经处理即酿酒,可造成酒呈咸感,再或在当前常用的水处理工艺设备中,操作失误造成残留的钠同水混合进行工艺过程,也造成酒呈咸感。
  腥味:也称铁腥、铁锈味,原因是水中铁、锰、锡等金属离子含量超标,特别是北方地区,酿酒用水大多来自于井水,北方地区井水铁、锰含量都超标准,未经处理的或处理不彻底,水看似清澈透明,但水中铁、锰含量还很高,都会对酒味产生影响。   苦味:也称苦口,在酒类生产中因水质出现的苦味一般是因为水中碱度高、暂硬度高、硫酸盐类等物质含量过高,这样的水不经处理或水处理设备操作环节出现失误,直接会给酒味加重。
  其它由于水对酒质的影响,就不详细阐述,本文将主要对酿造工艺中新的水处理工艺技术进行详细介绍。
  制酒工艺中,水处理的常用技术有软化、离子交换、电渗析、超滤等工艺。但由于水处理操作人员毕竟不属于专业人员,在使用中往往把握不好处理量,加上设备管理不严格,批酒会出现酒质不同的现象,再加上各种水处理方法各有利弊,不可能水含量全部进行处理,不可能根本上改善酒用水的质量,鉴于多年来上述技术出现的问题,本文介绍一种新的工艺水处理技术,反渗透膜法水处理设备。本文所介绍的设备已在哈尔滨北大荒酿酒集团得到了切实的应用,用户反映积极。
  反渗透工艺技术是采用膜分离的水处理技术。随着膜科学研究和制造工艺的进步,反渗透水处理技术得到了迅速的发展。
  从1950年美国弗罗里达大学的Reid和Hassler等人提出了反渗透海水淡化,1953年Reid和Bretom在实验室证实了醋酸纤维素膜的脱盐能力后,于1960年,美国加里福尼亚大学的Loed和Sourirajan研制出世界上第一张不对称醋酸纤维素膜,后来反渗透膜新产品不断得到开发,从初期的醋酸纤维非对称膜发展到用表面聚合技术制成的交联方香族聚酰胺复合膜。经历了从高压醋酸纤维素膜到低压复合膜以至超低压复合膜、纳滤膜,膜的形式也逐渐呈现多样化的趋势。
  反渗透水处理技术的发展使之在所有水的淡化方式中占有领先地位,目前全世界范围内的反渗透装置容量每天已超过1200万/吨,20世纪90年代以来,每年仍在以20%的速度递增。反渗透除在苦咸水、海水淡化中使用外,还广泛用于纯水制备、废水处理及饮水、饮料和化工产品的浓缩、回收工艺等多种领域。
  反渗透水处理技术基本属于物理方法,它借助物理化学过程,在许多方面具有传统的水处理方法所没有的优点:

·  反渗透是在室温条件下,采用无相变的物理方法使水得以淡化、纯化。 

·  水的处理仅依靠压力作为推动力,其能耗在许多处理方法中最低。

·  不用大量的化学药剂和酸、碱再生处理。 

·  无化学废液及废酸、碱排放、无废酸、碱的中和处理过程,无环境污染。 

·  系统简单,操作方便,产品水质稳定,可以取得较高的纯水。 

·  适用于较大范围的原水水质,既适用于苦咸水、海水及污水的处理,又适用于低含盐量的淡水处理。 

·  设备占地面积小,需要的空间少。 

·  运行维护和设备维修量极低。 

      反渗透用于许多纯水使用部门均有明显的优势,更具有常规的离子交换处理方式难以比拟的优异特色,如:

o  脱出水中二氧化硅效果好,除去率可达99.5%,避免了天然水中硅给离子交换树脂带来的再生困难、运行周期短的影响。

o  脱除水中有机物及胶体物质,脱除率可达95%。

o  反渗透水处理系统可连续产水,无运行中停止再生等操作。 

      我国从20世纪60年代中期开始研制反渗透膜,与国外相距不远,但由于原材料及基础工业条件限制,生产的膜元件性能偏低,生产的成本高。近年来已有数条引进的生产线陆续生产,使国内膜生产水平有较大的提高。国内反渗透水处理技术始于20世纪70年代后期,目前已在以下几个方面得到开发应用。

·  现代化生产企业普遍应用大型反渗透装置。国内在此领域已积累了丰富的设计、施工和运行经验。 

·  以海水或苦咸水为原水,用反渗透解决淡水缺乏和饮用水的需求。我国沿海地区已陆续出现海水反渗透淡化厂,已建成240吨/小时以上的大容量淡化装置,为发电厂、石油化工、饮用水厂供水。 

·  饮用水处理的应用有很大发展。国外超大型反渗透或纳滤装置多用于城市供水系统。国内在饮用水用途方面的反渗透装置还都是每小时数十吨以下的中小规模。随着经济的发展和膜技术的普及,城市社区、宾馆、饭店已出现反渗透集中供水系统,预计这一领域的应用将有很好的前景。 

      反渗透膜孔径很小,它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物,如细菌、病毒、热源等。广泛用于海水淡化、电子、生物医药用纯水、纯净水、蒸馏水制备、酒类制造及降硬度水、化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水、锅炉补给除盐软水、造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。

      反渗透出水为脱盐率大于98%,所以反渗透进水指标直接决定着膜的脱盐效果及膜的使用寿命。
  为保证反渗透膜的进水要求,反渗透膜进水必须进行膜前的标称处理。预处理作为膜进水前的标准处理,主要为保护膜的正常工作压力、产水量、膜寿命而设置,预处理的目的是去除水中各种悬浮物、胶体以及达到后续反渗透水处理设备装置进水要求。
  目前常用的预处理工艺主要有:混凝沉淀、多介质过滤、活性炭过滤、离子交换软化或加药阻垢、温度与PH值的调节、保安过滤等。
  特殊的预处理工艺还需降低水中金属离子的含量(如铁、锰、铜等)、微生物杀菌、二氧化硅的去除等。
  混凝剂添加:主要是除去水中微小粒径的悬浮物胶体。因为这些微小的颗粒在水中不会受重力的作用而沉降,也难在后续的过滤器中去除,因而需要对原水进行混凝处理。它是通过在原水中投加混凝剂,使之与水中悬浮物及胶体生成较大絮片,然后通过多介质过滤器过滤去除。当原水中铁的含量小于0.3mg/L、悬浮物的含量小于20 mg/L时,预处理可以不采用此装置。当水中悬浮物及胶体物质的含量比较高时,一般需要使用混凝剂添加装置。
  多介质过滤器:多介质过滤器是必不可少的预处理设备,其作用是滤除原水中细小颗粒、悬浮物、胶体等杂质。
  活性炭过滤器:其可以除去水中游离氯和有机物以保护反渗透设施。
  游离氯可以氧化破坏反渗透膜,反渗透一般要求进水余氯<0.1ppm;有机物不仅是微生物的饵料,而且当其浓缩到一定程度后,可以溶解有机膜材料,使膜性能劣化。水中有机物种类繁多,不同的有机物对反渗透膜的危害也不一样,因而在反渗透预处理系统设计时,如果水中总有机碳(TOC)的含量超过2mg/L,一般需要进行处理,对于以自来水为水源的净化系统,活性炭吸附是必要的,因为地表水中有机物含量较高。
  由于活性炭吸附法设备简单,投资小,运行操作简单,处理效果容易控制等优点,所以广泛的应用于水处理净化系统中。
  软化与阻垢剂设施:防止难溶盐在反渗透膜表面结垢。
  软化是利用离子交换树脂与水中的钙镁等离子进行交换,将水中的钙镁离子去除。软化的优点是可以比较彻底地去除水中钙镁离子,避免这些离子在反渗透装置中结垢,其缺点是设备投资高,运行到一定时间后需要进行再生。
  添加阻垢剂可以延缓盐晶体成长来推迟沉淀过程,采用此方法也可防止反渗透的结垢污染。但是由于钙镁离子仍然存在于水中,反渗透出水的钙镁离子会比使用软化要高,而采用加药阻垢的方式较易实现自动化控制,且设备简单成本较低。另外使用阻垢剂还可以减低硅沉淀,而软化则不能,这一点非常适合地下水水源处理。软化设施的成本与流量成正比关系,而阻垢剂添加设施的成本与流量关系不大,因此,双级反渗透和器型系统,多采用阻垢剂添加系统。
  热交换器:调节反渗透给水温度,保证反渗透的产水量和保护反渗透膜。
  由于在一定范围内,反渗透膜的出水量与入水温度成正比,温度每下降1℃,出水量下降3-5%,同时反渗透膜的入水温度小于5℃时会破坏反渗透膜的结构,且生产厂家对此不做质量保证。而有些地区冬季寒冷,原水水温影响了反渗透的正常出水量,故此需要添加该装置保证出水量和保护反渗透膜。
  精密过滤器:又称保安过滤器,其作用是截留原水中的大于5微米的颗粒,以保证反渗透膜不被大颗粒的悬浮物划伤。
  因为反渗透膜的厚度约为10微米左右,原水中较大的颗粒经高压泵加速后极易划伤反渗透膜表面的脱盐表皮层或可能击穿反渗透组件,因而一般反渗透设备前都要安装5微米精密过滤器。
  反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端,水分子透过反渗透膜表面,从原水侧到达另一侧,而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长,水分子不断从原水中取走,留在原水中的含盐量逐步增大,即原水逐步得到浓缩,而最终成为浓水,从装置中排出,浓水经浓缩后各种离子浓度将成倍增加。自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、SiO2、SO42-、HCO3-等倾向于产生结垢的离子深度积一般都小于其平衡常数,所以不会有结垢出现,但经浓缩后,各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数,因此会产生严重的结垢。
  经过上述处理后的水才能达到反渗透膜的进水标准,进水在压力作用下,水透过反渗透膜成为纯水;水中的杂质被反渗透膜截留并被浓水带出,利用反渗透技术可以有效地去除水中的无机盐类离子、胶体、细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质。反渗透系统除盐率一般为95-99%。一级反渗透设备出水在线监测电导率一般在1-10us之间。所产纯水各项指标均达到国家纯净饮水标准GB17323。
  目前还有一种新型反渗透膜,称为纳滤膜,其使用同上述标准相同,但脱盐率低,标称脱盐率80%,出水电导率约在20us左右,目前还没有国家标准衡量其产水水质。
  在酿酒工艺中,全部采用反渗透纯水,作为混合、冲洗用水,因水质造成酒品不稳定的现象将彻底杜绝。相信随着反渗透水处理技术在酿酒行业的普及应用,必将给精品酒乃至整个行业酒品带来新的发展机遇。