ВОДА И ЕЕ ПОДГОТОВКА. ТРЕБОВАНИЯ К ВОДЕ ДЛЯ ЛИКЕРО-ВОДОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В ликероводочном производстве расходуется значительное количество воды: около 9—12 дал на 1 дал переработанного спирта в расчете на 100%-ный. Из этого количества 1,5—2,0 дал идет на приготовление водно-спиртовых растворов, 5—6 дал на мытье бутылок, около 1 дал — на получение пара и остальное количество — на хозяйственные цели.

Отработанную воду повторно не используют и обычно без очистки спускают в канализацию. Промышленные стоки ликеро-водочного завода характеризуются следующими данными: температура 15—37°С; рН 10,9—11,8; ХПК (химическое потребление кислорода) 60—260 мг О₂/л; БПК₅ (биологическое потребление кислорода за 5 суток) 62—260 мг О₂/л; сухой остаток 1200—1800 мг/л; взвешенные вещества 280—850 мг/л. Следовательно, промышленные стоки перед сбросом в водоемы необходимо подвергать очистке.

Наряду со спиртом вода является главной составной частью всех алкогольных напитков. От состава ее примесей в значительной мере зависят прозрачность, вкус и стойкость этих напитков при хранении. Поэтому понятно, что качеству воды в ликероводочном производстве уделяется большое внимание.

Поскольку ликероводочные заводы расположены в городах и крупных промышленных центрах, они обычно пользуются питьевой водой из коммунального водопровода, качество которой определяется требованиями ГОСТ 2874—54. Вода, получаемая из других источников, например из артезианских скважин, также должна удовлетворять этим требованиям.

Согласно ГОСТу вода должна быть прозрачной, бесцветной, не иметь посторонних привкусов и запахов, не содержать патогенных микроорганизмов.

Содержание тонкодисперсных веществ допускается не больше 2—3 мг/л. При определении прозрачности в специальном приборе шрифт Сиоллепа должен быть четко виден при высоте столба воды не менее 30 см. Окраска по платино-кобальтовой шкале должна быть не больше 20°. Запах и вкус, оцениваемые по 5-балльной системе, при температуре воды 20°С — не более 2 баллов. Хлорфенольные запахи в воде, обработанной хлором, не допускаются.

Общее число бактерий при посеве 1 мл воды на питательную среду после 24 часового термостатирования при 37° С не должно быть больше 100 колоний. Коли-титр, т. е. тот наименьший объем воды в миллилитрах, в котором обнаруживается кишечная палочка Вас. coli, — не меньше 300; коли-индекс (количество кишечных палочек в 1 л воды) — не больше 3.

Общая жесткость воды не должна превышать 7 мг-экв/л (в отдельных случаях допускается до 17 мг-экв/л). Содержание железа (суммарное) не больше 0,3 мг/л; содержание других элементов (в мг/л) следующее: свинца 0,1; мышьяка 0,05; фтора — 1,5;меди 3,0; цинка 5,0; активного хлора 0,5.

Кроме этих требований к питьевой воде предъявляются дополнительные. Она должна содержать минимальное количество продуктов распада органических азотистых веществ (нитраты, нитриты, аммиак), органических и легко окисляющихся неорганических примесей. Аммиака и нитритов допускаются лишь следы, нитратов — не больше 40 мг/л; окисляемость — не выше3 мг 0₂/л, или 0,759 мг КМn0₄/л.

Не по всем показателям качества, особенно по жесткости, питьевая вода удовлетворяет ликеро-водочное производство. Кроме того, как уже отмечалось, важное значение имеет вкус воды.

Жесткость воды обусловливается солями щелочноземельных металлов кальция и магния. Общая жесткость складывается из карбонатной, или временной, и некарбонатной, или постоянной.

В зависимости от содержания солей жесткости (в мгэкв/л) различают воду: очень мягкую (0—1,5), мягкую (1,5—3), среднежесткую (3—4,5), довольно жесткую (4,5—6), жесткую (6—10),очень жесткую (> 10).

Сырая питьевая вода, предназначенная для приготовления ликероводочной продукции, должна иметь общую жесткость не выше 1 мг-экв/л, а вода для бутылкомоечных машин — не выше 1,8 мг-экв/л. Вода рек и других источников в большинстве случаев очень жестка, поэтому ее умягчают.

При изготовлении ликеров и наливок Са- и Mg- соли реагируют с пектиновыми и дубильными веществами соков, образуя нерастворимые соединения. Эти процессы протекают медленно и последствия их иногда обнаруживаются лишь в готовой продукции при хранении.

При смешивании воды со спиртом осадок СаС0₃ выпадает вследствие смещения равновесия реакции:

Вкус воды зависит от растворенных в ней газов и со­лей. Установлено, что он улучшается с увеличением содержания кислорода, которое зависит от температуры воды. При парци­альном давлении кислорода в атмосферном воздухе 0,021 МПа и температуре 20° С в 1 л воды растворяется 9,09 мг кислорода. C понижением температуры растворимость кислорода возрастает, например, при 15° С она равна 10,06 мг/л.

Углекислый газ в зависимости от рН воды может находиться в свободном состоянии (при рН < 4,5), полусвязанном в виде гидрокарбонатных ионов НС0₃ (при рН 8,4) и связанном (при рН > 10,5). Свободный углекислый газ положительно влияет на органолептику некоторых спиртных напитков.

Азот, как инертный газ, на вкус воды не влияет.

Аммиак и сероводород вызывают неприятные вкус и запах. В водах поверхностных источников сероводород, как правило, не содержится, так как легко окисляется. Присутствие его в подземных водах объясняется восстановлением и разложением гипса, серного колчедана и др.

В воде имеются органические вещества.

Особенно большое влияние на вкус воды оказывают минеральные вещества. Присутствие в значительных количествах хлористого натрия придает ей солоноватый привкус, сульфатов натрия и магния — горьковатый, сульфата кальция и солей цинка —вяжущий, квасцов — кисловатый, солей двухвалентного железа —железистый, солей меди — металлический и т. д.

Единого мнения об оптимальном солевом составе воды еще нет, но несомненно, что гидрокарбонаты натрия и калия и в небольшом количестве гидрокарбонаты кальция и хлориды натрия и калия играют положительную роль.

Для получения воды с заданным солевым составом водопроводную воду нужно сначала полностью деминерализовать путем дистилляции или последовательного Н- и ОН-ионирования, а затем добавить в нее те или иные соли в определенных количествах. По-видимому, проще, дешевле и с достаточно высокими органолептическими показателями можно получить воду смешиванием деминерализованной и водопроводной воды с жесткостью около0,2 мг-экв/л. Такая вода по своему солевому составу будет ближе к природной и более привычной.

КОАГУЛЯЦИЯ КОЛЛОИДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

Некоторые воды загрязнены минеральными и органическими примесями в коллоидно-дисперсном состоянии, которые не задерживаются песочными фильтрами на городских водоочистительных станциях. Наиболее типичными из этих примесей являются кремниевая кислота, ее соли и гуминовые вещества. Поэтому при подготовке воды для технологических целей ее сначала осветляют коагуляцией и фильтруют через песочные фильтры, затем умягчают (снижают жесткость).

Устойчивость коллоидных частичек обусловливается главным образом электрокинетическим потенциалом, препятствующим им при броуновском движении столкнуться одна с другой и благодаря силам взаимного притяжения слиться в более крупные агрегаты (хлопья). Чтобы произошла коагуляция, необходимо или снять потенциал или понизить его до критического.

В качестве коагулянтов чаще используют сернокислый алюминий— A1₂(S0₄)₃ *18Н₂0 и железный купорос — FeSO₄*7H₂0.

Частицы гидроокиси алюминия заряжены положительно, частицы кремниевой кислоты, ее солей и гуминовых веществ — отрицательно, поэтому происходит нейтрализация зарядов и взаимная коагуляция.

Ионы водорода, освободившиеся при гидролизе сернокислого алюминия, вступают в реакцию с гидрокарбонатами воды

Н¹⁺ + HCO^1-₃↔Н₂0 + С0₂ ↑.

Таким образом, кроме осветления воды (на 0,7—1 мгэкв/л) понижается ее карбонатная жесткость при одновременном таком же повышении некарбонатной жесткости

Хлопья гидроокисей и скоагулированных коллоидов имеют сильно развитую поверхность, способную сорбировать растворимые органические вещества с большой молекулярной массой, например, соли гуминовых кислот, благодаря чему вода еще больше обесцвечивается и освобождается от неприятного привкуса.

Гидролиз сернокислого алюминия лучше протекает в слабо-щелочной среде (рН 7,5—7,8). При меньшей щелочности воды реакция не идет. В этом случае воду подщелачивают едким натром, кальцинированной содой или гашеной известью.

При высокой цветности воды достаточность дозы коагулянта проверяется по формуле

D_м=4√Z,

где D_м — доза безводного сернокислого алюминия, мг/л;

Z — цветность исходной воды по платино-кобальтовой шкале, град.

Процессы коагуляции и седиментации взвеси можно ускорить добавлением небольших количеств (до 1 мг/л) высокомолекулярных флокулянтов, в частности полиакриламида (ПАА). Макроион ПАА несет отрицательный заряд. Вследствие этого агрегатативнонеустойчивые частицы гидроокисей алюминия или железа быстрее образуют крупные хлопья, которые, осаждаясь, увлекают с собой тонкодисперсные коллоидные вещества. Продолжительность осветления уменьшается в 10—20 раз при сокращении расхода коагулянта в 2—3 раза.

ОБЕСЦВЕЧИВАНИЕ И ДЕЗОДОРИРОВАНИЕ ВОДЫ

Встречаются воды с повышенной цветностью и неприятным запахом и привкусом, которые полностью не устраняются при коагуляции. Для исправления воды применяют дополнительные методы обработки, рассматриваемые ниже.

Снижение цветности.Окраска воды вызывается главным образом соединениями железа или гуминовыми веществами. Железо чаще присутствует в виде карбоната закиси — Fe(HC0₃)₂,который под влиянием атмосферного кислорода окисляется, образуя нерастворимый гидрат окиси железа

4Fe (НС0₃)₂ + 0₂ + 2Н₂0 → 4Fe (ОН)₃ + 8С0₂ ↑

Аэрацию воды осуществляют в открытых градирнях или закрытых деферризаторах (цилиндрических резервуарах, в которые подается сжатый воздух). В обоих случаях осадок отделяют фильтрацией через слой песка.

Для удаления сернокислого железа (FeS0₄) воду подвергают известкованию в специальных установках. Железо, содержащееся в виде гуматов, полностью удаляется при коагуляции коллоидных примесей.

Остаточная окраска некоторых вод, подвергшихся коагуляционной обработке, вызывается гуминовыми веществами. Для адсорбции органических веществ из воды отечественной промышленностью выпускаются крупнопористые аниониты.

Дезодорирование. Устранение неприятных запахов и привкусов, вызываемых малыми концентрациями примесей, называемое дезодорированием, достигается окислением и адсорбцией их.

Окисление можно проводить хлором, двуокисью хлора, перманганатом калия, озоном. Применение хлора и его соединений нежелательно, так как они придают воде собственные неприятные запах и привкус. Современным универсальным окислителем является озон, улучшающий вкус воды. Однако озонирование стоит очень дорого.

Дезодорирование адсорбентами, в частности активным углем, дешево и находит все более широкое применение. Активный уголь можно использовать как порошкообразный, так и гранулированный (при фильтрации через слой угля в колонках). Расход порошкообразного угля марки А в зависимости от степени загрязнения воды колеблется от 10 до 250 мг/л.

Умягчение воды

КАТИОНИТОВОЕ УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ

Для умягчения воды в ликерно-водочном производстве обычно пользуются натрий-катионитовым способом. Поступающая вода должна иметь общую жесткость не выше 7 мг-экв/л и щелочность не выше 6 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты на 100 мл воды, что соответствует карбонатной жесткости 5,3 мг-экв/л. Вода с большей щелочностью подвергается предварительно известкованию, совместному Н—Na-катионированию; можно умягченную Na-катионированием воду нейтрализовать соляной или уксусной кислотой. Известково-содовый способ умягчения воды как самостоятельный применяется редко.

Сущность катионитового способа умягчения заключается в обмене ионов Са и Mg воды на ионы Na- или Н- катионитов.

Катиониты —высокомолекулярные органические соединения(твердые гели), содержащие ионогенные активные группы кислотного характера, способные к реакциям катионного обмена. Они нерастворимы в воде, растворах минеральных кислот, щелочей и в органических растворителях.

Катиониты получают сульфированием дробленых коксующихся каменных углей (концентрированной дымящей серной кислотой при высокой температуре с последующей промывкой и сушкой) или различных искусственных полимеров. Первые называются сульфоуглями, вторые — синтетическими катионитами (ионообменные смолы).

Все катиониты (и аниониты), применяемые для очистки воды, не должны выделять токсичных и дурнопахнущих веществ.

ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДЫ С ЗАДАННЫМ СОЛЕВЫМ СОСТАВОМ

Для получения воды с заданным солевым составом необходимо водопроводную воду предварительно полностью деминерализовать, а затем добавить соли в требующихся наборе и количествах.

Подлежащая деминерализации вода последовательно обрабатывается катионитом в Н-форме и анионитом в ОН-форме. Полностью деминерализованная вода имеет «пустой» вкус. Для придания желаемого вкуса в нее добавляют те или иные соли. По рецепту А. С. Егорова с сотр. хлористый натрий и гидрокарбонат натрия вносят непосредственно в воду, а затем для обогащения гидрокарбонатом кальция, воду фильтруют через колонку, заполненную мраморной крошкой с размером зерен 10—20 мм при продолжительности контакции 20—25 мин.