Способи водопідготовки для виробництва алкогольних та безалкогольних напоїв

Надходження іонів  натрію і калію в природні води обумовлено вилужуванням їх при вивітрюванні корінних порід, які містять алюмосилікати натрію, і кислих порід вулканічного походження, які містять калій. Іони натрію з¢являються і в наслідок розчинення кухонної солі, присутньої в осадових породах у вигляді покладів.  

Твердість води.Твердість  природної води обумовлюється наявністю  в них солей кальцію та магнію.  

Загальна твердість  води це сума карбонатної (тимчасової) та некарбонатної (постійної) твердості.  

Карбонатна твердість, пов¢язана з присутністю у  воді в основному гідрокарбонатів кальцію або магнію, майже повністю видаляється при кип¢ятінні води. Гідрокарбонати при цьому розкладаються з утворенням вуглекисоти, в осад випадають карбонати кальцію та гідроксид магнію. 

Некарбонатна твердість  обумовлена присутністю кальцієвих та магнієвих солей сірчаної, соляної та азотної кислот і кип¢ятінням не усувається. 

Іон магнію за своїм  вмістом у воді займає друге місце  серед катіонів, поступаючись першим іону натрію. Однак мало зустрічається  вод, де домінуючим катіоном є іон магнію: в маломінералізованих водах перше місце належить іону кальцію, в сильномінералізованих – іону натрію.  

Залізо і марганець. Залізо в природних водах може знаходитись у вигляді іонів Fе2+ і Fе3+, неорганічних (Fе(ОН)3, Fе(ОН)2, FеS) і  органічних колоїдів, комплексних сполук (головним чином органічних комплексних сполук заліза) і тонко дисперсної зависі (Fе(ОН)3, Fе(ОН)2, FеS). В поверхневих водах залізо міститься у вигляді органічних комплексних сполук, колоїдів або дрібнодисперсної зависі. В підземних водах при відсутності розчинного кисню залізо може находиться у вигляді солей заліза (ІІ). Форма, в який присутні у природних водах залізо і марганець, залежить від значення рН и вмісту кисню. 

Вміст заліза і марганцю у воді не перевищує декілька десятків міліграм в 1 дм3. Вода з високим вмістом цих іонів для питних і промислових цілей непридатна, так як має неприємний чорнильний або залізистий присмак. Наявність у воді заліза і марганцю може призводити до розвитку у трубах залізистих і марганцевих бактерій, що використовують в процесі своєї життєдіяльності енергію, що виділяється при окисленні сполук з низькою в сполуки з вищою валентністю. 

Солі заліза як у  вигляді двовуглекислого закису, так і у вигляді сірчанокислих  і хлористих солей дуже несприятливо діють на воду та напої. 

Сполуки кремнію. Кремній  присутній у природних водах  у вигляді мінеральних і органічних сполук. Вилуження силікатних порід  збагачує природні води кремнієвою кислотою та її солями.  

При рН<7 у воді находиться тільки недисоційована кремнієва кислота. Частина кремнію може бути присутня у воді в колоїдному стані у вигляді SiO2 .H2O або у вигляді полі кремнієвої кислоти хSiO2 . уH2O. Найбільша кількість кремнію знаходиться у підземних водах.  

Сполуки фосфору  Сполуки фосфору представлені в природній воді речовинами мінерального (мінеральний фосфор) і органічного (органічний фосфор) походження; вони можуть бути в розчиненому стані або у вигляді зважених часток. Мінеральний фосфор, який знаходиться в розчиненому стані, представлений в основному іонами ортофосфорної кислоти: Н2РО4-, НРО42- і РО43- або органічного комплексу, а також у вигляді завислих часток органічного та мінерального походження.  

Концентрація їх залежить від рН середовища і значень  констант трьох ступеней дисоціації кислоти.  

Розчинні у воді гази З розчинних газів найбільш важливими для оцінки її якості є  вуглекислота, кисень, сірководень, азот. Вуглекислота, кисень і сірководень  при означених умовах надають  воді корозійні властивості по відношенню до металів та бетону. 

Кисень може знаходитись  в природних водах в різних концентраціях (0014,6 мг/дм3), що визначається інтенсивністю протилежно направлених  процесів, які впливають на вміст  кисню у воді. Збагачення води киснем проходить за рахунок розчинення його з повітря (у відповідності з парціальним тиском кисню і температурою води) та виділення водною рослинністю в процесі фотосинтезу. Окиснення деяких домішок води, гниття органічних залишків, зародження, дихання мікроорганізмів зменшують вміст кисню у воді. Різке зменшення вмісту кисню у воді в порівнянні з нормальним свідчить про її забруднення. 

Сірководень утворюється  в природних водах в результаті протікання в джерелі водопостачання біологічних процесів, гниття органічних залишків (сірководень органічного  походження) або з деякими мінеральними солями (відновлюються, розкладаються і виділяють сірководень - сірководень неорганічного походження). Наявність у воді сірководню органічного походження свідчить про забруднення вододжерела. У поверхневих джерелах присутність сірководню малоймовірна, так як він легко окислюється. Іноді сірководень зустрічається в придонних шарах поверхневих джерел.  

Азот попадає в  природні води при поглинанні його з повітря, відновленні сполук азоту  денітрифікуючими бактеріями, а також  в наслідок розкладу органічних залишків. 
 

2 Класифікація домішок  і забруднень води 
 

Речовини, що розчинені  у природних водах, умовно можна  розділити на п’ять груп: 

1 - головні іони, що  містяться у невеликій кількості  ( CL-, СО32-, НСО3-, SO42-, Na+, K+, Ca2+, Mg2+ та інш.); 

2 - розчинені гази ( кисень, азот, діоксид вуглецю, сірководень  та інш.); 

3 - біогенні гази (сполуки азоту, фосфору та  кремнію); 

4 - мікроелементи  - сполуки всіх інших хімічних  елементів; 

5- органічні речовини. 

Природні води характеризуються наступними критеріями якості:  

·     фізико-хімічними - мінералізація, твердість, кислотність, лужність, сухий залишок, вміст завислих речовин, температура, водневий показник (рН), густина, електропровідність, оптична  густина, поверхневий натяг, радіоактивність; 

·     санітарно-гігієнічними - розчинний кисень, біохімічне витрачання кисню (БВК), окислюваність перманганатна  та біхроматна, азот аміаку, нітритів та нітратів; 

·     органолептичними забарвленість, запах, смак та прозорість; 

·     бактеріальними - мікробне число, колі-індекс, наявність вірусів; 

·     біологічними - присутність водоростей і т.д. 

При різноманітті присутніх  у воді домішок і забруднень першорядне значення для розробки економічних  способів очищення води має обґрунтована класифікація, яка дозволяє об¢єднати їх за ознакою загальних властивостей в окремі групи.  

Для характеристики природних вод по вмісту розчинених речовин застосовується декілька класифікацій запропонованих гідрохіміками.  

За походженням  розрізняють: 

-         атмосферні води (осадові); 

-         підземні води (ключові и колодязні); 

-         поверхневі (річкові, озерні, морські,  болотні). 

За кількістю і  характером домішок води розділяють на прісні, солоні, м¢які, тверді, прозорі, безбарвні, опалесцентні, мутні, забарвлені, духмяні і ін. 

За принципом використання води поділяють на питні, господарські, технічні, охолоджуючі, лікувальні і  т.д. 

Система С.А. Щукарева включає 49 класів вод і передбачає використання в якості класифікаційного признака наявність в них іонів з концентраціями вище 12,5% їх загального вмісту (наприклад: хлоридно-натрієві, карбонатно-сульфатно-кальцієві і т.д.). 

Класифікація природних  вод за загальною мінералізацією наведена в таблиці 1.

 

Таблиця 1 - Класифікація природних вод за загальною мінералізацією Вода Характеристика 

Загальна мінералізація, мг/дм3 

Ультрапрісна 

Звичайна гідрокарбонатна 

Менше 200 

Прісна 

Звичайна гідрокарбонатна 

200 – 500 

З підвищеною мінералізацією 

Гідрокарбонатно-сульфатна 

500 – 1000 

Солонувата та солона 

Сульфатно-хлоридна 

300 – 10000 

З підвищеною солоністю 

Переважно хлоридна 

10000 – 35000 

Перехідна до розсолу 

Хлоридна 

35000 – 50000 

Розсоли 

Хлоридна 

50000 – 400000 
 
 

Класифікація природних  вод за твердістю наведена в таблиці 2.

Таблиця 2 - Класифікація природних вод за твердістю

Вода 

Твердість, ммоль/дм3 

Дуже м¢яка 

Менше 1,5 

М¢яка 

1,5 – 4,0 

Середньої твердості 

4-8 

Тверда 

8-12 

Дуже тверда 

Більше 12 
 
 

Класифікація вод  запропонована О.А. Альокіним сполучає принцип розподілу за переважаючим аніоном та катіоном з підрозділом за кількісним відношенням поміж ними. За переважаючим аніоном природні води підрозділяються на три групи: гідрокарбонатні та карбонатні, а також сульфатні та хлоридні. Кожна група в залежності від переважаючого катіона ділиться на три групи: кальцієву, магнієву і натрієву. Кожна група має чотири типи вод в залежності від еквівалентного співвідношення іонів: 
 

-         НСО3- > Са2+ + Мg2+; 

-         НСО3- < Са2+ + Мg2+ < НСО3- + SO42-; 

-         НСО3- + SO42- < Са2+ + Мg2+ або СІ- > Na+; 

-         НСО3- = 0 (для кислих вод). 
 

Класифікація домішок  води Л.А.Кульського основана на фізико-хімічних характеристиках: фазовому стані і  дисперсності. За цією класифікацією  домішки води за їх відношенню до дисперсного  середовища розділені на 4 групи. Домішки перших двох груп (крім високомолекулярних сполук) утворюють термодинамічно нестійкі гетерогенні системи, а двох інших - термодинамічно рівноважні і зворотні гомогенні системи. Перша група речовин являє собою нерозчинні домішки, які утворюють з водою суспензії, емульсії та піни. Ці домішки обумовлюють мутність води та в деяких випадках можуть надавати їй забарвленості. Друга група речовин об¢єднує гідрофільні і гідрофобні колоїдні домішки, а також високомолекулярні сполуки, які здатні утворювати з водою стійкі колоїдні системи. Третя група речовин включає розчинні у воді гази та органічні сполуки як біологічного, так і антропогенного походження. Четверта група об¢єднує речовини, які утворюють з водою розчини електролітів. 

Аналіз інформації про хімічний склад природних  вод з різних джерел показує, що ступінь  мінералізації природних вод  може суттєво відрізнятися в залежності від географічного положення, кліматичної  зони, геологічного походження джерела  т ін. Існуючі типи класифікацій природних вод не відображають всієї різноманітності хімічного складу вод, що визначаються колом завдань, що вирішуються на основі введеної класифікації. 

Необхідно відмітити, що запропоновані вище класифікації іонного складу природних вод  малопридатні для характеристики промислових вод, що використовуються для приготування напоїв. 

На підприємствах  лікеро-горілчаної промисловості України  в основному використовують пом'якшену водопровідну або артезіанську воду, вміст домішок в якій не завжди відповідає наведеним нижче критеріям оцінки якості. Технологічна підготовлена вода дуже різноманітна за складом, який залежить від географічного розташування підприємства, геологічного складу ґрунту, забруднення стічними водами, а також від застосовуваних способів водоочистки. 

УкрНДІспиртбіопрод  розроблено моніторингову систему  якості води, що використовується для  приготування горілки підприємствами-виробниками  лікеро-горілчаної продукції, яка складається зі: 

- спостереження за  станом джерел водопостачання  заводів-виробників, аналізу якості  проб вихідної та води після  установок водопідготовки;