Главная Основные направления Водоподготовка и водоочистка Производство бутилированной воды

Водоподготовка для производства бутилировнной воды

Вода является уникальным пищевым продуктом. Усвояемость организмом человека различных необходимых веществ из жидкой среды на порядок и более превосходит их усвояемость из твердой пищи. В значительной степени это касается набора микро- и макроэлементов, содержащихся в природной воде.

Особенности состава воды

Основной природный химический состав воды связан с растворенными в ней минеральными компонентами: макро- и микроэлементами. Первые - ионы кальция, магния, натрия, калия, хлориды, сульфаты, бикарбонаты в зависимости от преобладания тех или иных веществ, определяют гидрохимический класс вод. Однако, вкусовые особенности воды могут быть обусловлены и присутствием в ней микроэлементов, например, железа, марганца, цинка, меди. Органолептические свойства и особенно вкус воды имеют важное физиологическое значение для поддержания водно-солевого баланса организма человека и в значительной степени определяют процесс её подготовки.

Вкусовые качества воды обусловлены в первую очередь содержанием и соотношением катионов кальция и магния, бикарбонат-ионов, а также концентрацией и соотношением сульфатов, хлоридов и карбонатов. Эти макроэлементы воды в первую очередь определяют физиологическую полноценность воды для организма. Органолептические свойства воды влияют на секреторную деятельность желудка, а изменение вкусовых ощущений воды оказывает действие на чувствительность ахроматического зрения и частоту сердечных сокращений. Так, содержание солей жесткости в питьевой воде в пределах 1 - 4 мг-экв/л не только улучшает её вкусовые качества, но и способствует протеканию нормальных обменных процессов в организме. С питьевой водой человек получает (согласно норм) 1-2 г минеральных солей в сутки, а в связи с тем, что в отличие от многих пищевых продуктов ионы в воде находятся в гидратированном состоянии, их усвояемость организмом увеличивается на порядок.

К настоящему времени отечественными и зарубежными исследователями установлены оптимальные параметры макро-минерального состава питьевой воды, которые в значительной степени совпадают с требованиями СанПиН 2.1.4.1116-02, «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости».

Требования к подготовке воды для бутилирования

В подготовке воды для производства бутилированной воды могут применяться практически все существующие технологии очистки и водоподготовки. В данной статье мы не будем заострять внимание на технологиях и оборудовании предварительной очистки воды таких как: механическая фильтрация, осветление/обезжелезивание, деманганация, удаление сероводорода, снижение содержания органических веществ, снижение окисляемости и т.п., а рассмотрим методы финишной водоподготовки, так как именно они определяют химический состав, органолептические свойства и санитарную безопасность подготовленной воды.

Технологии и методы очистки

Основная "проблема" природных вод заключается в том, что они способны вызывать накипеобразования, даже при относительно небольших уровнях жесткости. Жесткость в большинстве природных вод присутствует в виде гидрокарбонатов кальция и магния Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2, которые обусловливают временную жёсткость воды. Для предотвращения накипеобразования необходимо снижать гидрокарбонатную щелочность товарной воды. Декарбонизация и нанофильтрация применимы при относительно низком содержании солей жесткости - до 10 мг экв. /л, щелочности - до 5 мг экв. /л и общей минерализации до 900 мг/л. В случае если исходная вода высоко минерализована, в качестве ключевой технологии, следует рассматривать технологию обратного осмоса или альтернативные ей методы обессоливания воды

Декарбонизация. Припомощи технологии удаляются ионы кальция и магния, образующие карбонатную жесткость (заменяются на водородные ионы), некарбонатная жесткость - называемая также "остаточная" жесткость - при этом остается. В процессе декарбонизации также удаляется "временная" щелочность (HCO3) связанная с ионами кальция и магния.
Н-катионирование. На эффект очистки воды с голодной регенерацией влияет присутствие в исходной воде ионов натрия. Когда в исходной воде много натрия, щелочность фильтрата от начала рабочего цикла снижается, затем возрастает и в среднем за цикл составляет 0,7-0,8 мг экв. /л. В начале и конце рабочего цикла получается глубоко умягченный фильтрат, появление некарбонатной жесткости наблюдается в средней части фильтроцикла. "Усреднение" химического состава фильтрата в этом случае можно произвести в промежуточном накопительном резервуаре системы хранения подготовленной воды.
Нанофильтрация. При использовании технологии нанофильтрации применяются мембранные элементы с определенным размером пор, что обеспечивает их селективность к многозарядным и "крупным" ионам. Одновалентные ионы (катионы и анионы) в основном не задерживаются мембраной. Реально при селективности по MgSO4 на уровне 98-99%% селективность по NaCl для различных нанофильтрационных мембран составляет 20-70%. При пропускании воды через такую нанофильтрационную мембрану удаляются все взвеси, коллоиды, бактерии и вирусы, катионы тяжелых металлов и часть органических загрязнений. Происходит достаточно глубокая очистка от солей жесткости - в 10-50 раз. Концентрация солей натрия уменьшается незначительно. В результате вода умягчается и частично обессоливается.

Степень умягчения воды определяется характеристиками применяемых мембран и, поскольку селективность нанофильтрационных мембран к катионам Ca2+ и Mg2+ различна, и зависит от состава воды.

Использование технологии обратного осмоса целесообразно при высоком, более 1500 мг/л, солесодержании исходной воды. Селективность мембраны установки обратного осмоса, по основным ионам, составляет 99 - 90%, то есть происходит глубокое обессоливание воды.

Если производимая вода должна отвечать требованиям СанПин 2.1.4.1116-02, «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости» - Первая категория, то дальнейшая корректировка солевого состава в общем не требуется. В случае, когда планируется производить воду "Высшей категории" солевой состав товарной воды будет необходимо изменять.

Способы улучшения вкуса воды

Для улучшения вкусовых свойств воды и приведения показателей ее химического состава в соответствие СанПин 2.1.4.1116-02, «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости» - Высшая категория в большинстве случаев потребуется корректировать содержание отдельных минеральных веществ или солевого состава в целом в предварительно частично обессоленной воде. Также может возникнуть необходимость в коррекции значения водородного показателя (pH).

Выбор метода, посредством которого будет осуществляться коррекция зависит от химического состава воды подаваемой на установку снижения общего солесодержания и применяемой для обессоливания технологии.

Подмес целесообразно использовать, в случаях, когда в исходной воде отсутствуют критичные превышения ПДК химических веществ, регламентированных нормативом. К критическим превышениям можно отнести превышения в более чем десять раз, от ПДК, по отдельным ионам. Технически подмес реализуется путем объединения потока воды подаваемой на оборудование частичного обессоливания и потока обессоленного фильтрата, с ограничением скорости первого потока. Вода, подаваемая для коррекции не должна содержать вещества, допустимое содержание которых обозначено в нормативе как - "Отсутствие" или "Следы".
Дозирование растворов необходимых веществ в обессоленную воду наравне с технологией подмеса, является одним из самых распространенных методов коррекции солевого состава воды разливаемой в бутыли. В отличии от последнего, коррекция дозированием позволяет "точечно" изменять химический состав воды, хотя и является более дорогостоящим решением, как в капитальных, так и в эксплуатационных затратах.
Ввод раствора в частично обессоленную воду производится посредством насоса дозатора из реагентного резервуара, в котором раствор готовится и хранится. Управление насосом дозатором и соответственно количеством вводимого реагента осуществляется - либо пропорционально потоку фильтрата (по водосчетчику), либо приборами, контролирующими содержание определенных ионов в воде или измеряющими общее солесодержание фильтрата после ввода корректирующего раствора.
Фильтрование через частично растворимые загрузки применимо при уровне pH ниже 6. В процессе фильтрования воды через такие загрузки, материал фильтра постепенно растворяется, насыщая воду различными минералами. Одновременно с увеличением солесодержания, повышается значение pH подготавливаемой воды. Подобные материалы как правило обладают самолимитирующими свойствами, по мере нормализации pH растворение материала прекращается. Типичной загрузкой применяемой для коррекции солевого состава и pH воды является CALCITE, производства компании CLACK CORP (USA). Гранулы CALCITE в основном состоят из природного карбоната кальция и, в меньшей степени, хлорида кальция. Постепенно растворяясь, CALCITE переходит в воду в виде гидрокарбоната кальция и хлоридов. Кроме этого, в межзерновом пространстве и на поверхности гранул происходит нейтрализация содержащегося в воде свободного диоксида углерода. Конструктивно установка коррекции солевого состава на базе частично растворимых загрузок, представляет собой "обычный" скорый напорный фильтр.

Особенности хранения бутилированной воды

Система хранения продуктовой воды предназначена для сбора и накопления подготовленной воды. Резервуар входящий в систему хранения позволяет компенсировать пиковые расходы продуктовой воды при ее розливе, а также обеспечивает работу оборудования водоподготовки с постоянной (оптимальной) производительностью.

Система хранения должна обеспечивать санитарную безопасность хранимой воды и исключать возможность попадания в нее механических, химических, органических и других загрязнителей. Накопительный резервуар системы должен быть изолирован от прямого контакта с окружающей его атмосферой. На дыхательной системе резервуара необходимо установить механические фильтры, а в некоторых случаях, например, если в качестве стерилизующего воду агента применяется озон (O3), фильтры катализаторы. Также для стерилизации воздуха, попадающего в резервуар при «дыхании», иногда используются воздушные ультрафиолетовые стерилизаторы.

Вода, разливаемая в бутылку должна быть не только стерильной, но и обладать антисептическими свойствами. Выполнение последнего условия необходимо для того чтобы обеспечить стерильность тары и пробки с целью максимально увеличить срок хранения бутилированной воды. Данную задачу в полной мере решает озонирование воды перед подачей ее на розлив.

Озонирование представляет собой единственный современный метод обработки воды, который действительно универсален, поскольку он проявляет своё действие одновременно в бактериологическом, физическом и органолептическом отношении. Озон является одним из наиболее сильных окислителей, уничтожающих бактерии, споры и вирусы. Механизм обеззараживания воды озоном основан на его способности инактивировать сложные органические вещества белковой природы, содержащиеся в животных и растительных организмах. При озонировании, одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение вкусовых качеств. Обесцвечивающее действие озона объясняется окислением соединений, вызывающих цветность воды; они превращаются в более простые молекулы, не имеющие окраски.

Озонирование придаёт воде отчётливый голубой оттенок. Озон не придает воде привкусов и запахов и обладает весьма ценным свойством самораспада - после окончания обработки, через некоторое время (до 12 часов с учетом распада газовой фазы), озон превращается обратно в кислород. Благодаря этому передозировка озона не является проблемой. По своей сути очистка воды озоном эквивалентна многократно ускоренной процедуре природной очистки воды, протекающей в естественных условиях под действием кислорода воздуха и солнечного излучения.

Для получения озона применяется специальное оборудование - озоногенератор, который вырабатывает озон из окружающего, предварительно осушенного, воздуха или из чистого кислорода. Полученный на озоногенераторе озон вводят либо в резервуар системы хранения продуктовой воды, либо в специальный смеситель (сатуратор), установленный непосредственно перед блоком розлива воды в бутыли.