Подбор оборудования для водоподготовки при производстве напитков

А.Н. Гречушкин, к.т.н.,
инженер по водоподготовке ООО "Экодар"

В производстве напитков, как безалкогольных, так и ряда алкогольных, вода является наибольшей по массе составляющей частью сырья. Качество воды, используемой для производства, может оказывать существенное влияние на качество конечного продукта. По этой причине грамотный выбор технологической схемы водоподготовки и соответствующего водоочистного оборудования, обеспечивающего в течение всего срока эксплуатации необходимую степень очистки, может играть ключевую роль.

Вода для производства должна удовлетворять определённым требованиям. Состав воды, используемой для производства пива и безалкогольных напитков, регламентируется ТИ 10‑5031536-73-10 "Технологическая инструкция по водоподготовке для производства пива и безалкогольных напитков" [1], утвержденной НПО напитков и минеральных вод. Показатели технологической воды для приготовления водок на экспорт представлены в ТИ 10-04-03-07-90, пределы допустимого содержания компонентов воды, используемой для приготовления водок – в ТР 10-04—03.09-88. В некоторых случаях могут предъявляться дополнительные требования, определяемые регламентом производства.

Как правило, изготовление, поставку и монтаж водоочистного оборудования осуществляют специализированные организации. Однако окончательный выбор варианта предложения системы водоподготовки ложится на предприятие - заказчика. По этой причине заказчику целесообразно иметь представление об исходных данных, необходимых для подбора водоочистного оборудования, а также о принципах составление схемы водоподготовки и факторах, оказывающих влияние на стоимость её реализации и эксплуатационные затраты при обслуживании готовой системы.

Из-за того, что в качестве источников водоснабжения при производстве напитков используются источники с водой, сильно отличающейся по химическому составу: артезианские скважины, вода городского водопровода, в некоторых случаях воды из поверхностных источников, существует большое многообразие технологических схем водоподготовки.

На выбор технологических схем и оборудования существенное влияние оказывает также и величина потребления воды. К определению величины потребления и требуемой степени очистки следует относиться очень внимательно, поскольку исправление ошибок исходных данных по этим позициям зачастую сопряжено со значительными издержками. В качестве примера можно привести потребление воды в пивоваренном производстве (в литрах воды на литр пива) [2]:

Наименование подразделения Потребность в воде:
(л воды на л пива)
Оптимальная потребность
Приёмка сырья до весов 0,16 – 0,26 0,13
Варочный цех до входа в отделение брожения 1,95 – 3,11 1,53
Отделение брожения и перекачка молодого пива 0,44 – 0,70 0,34
Отделение дображивания 0,50 – 0,80 0,39
Фильтрование 0,47 – 0,76 0,37
Розлив в бутылки 1,79 – 2,86 1,40
Розлив в кеги 0,56 – 0,90 0,44
Розлитое пиво до входа в экспедицию 0,48 – 0,77 0,38
Экспедиция, сбыт и т.п. 0,37 – 0,59 0,29
Административное здание; мастерские 0,55 – 0,87 0,43
Котельная 0,40 – 0,64 0,31
Цех выработки сжатого воздуха 0,45 – 0,71 0,35
Холодильное отделение 0,32 – 0,51 0,25
Технические службы 1,17 – 1,86 0,91
Безалкогольные напитки 2,00 – 2,50 1,70
Получение рекуперированной углекислоты 0,70 0,55
 

Таким образом, при производстве пива на один литр готовой продукции расходуется от 3 до 10 литров воды с различной степенью очистки. При производстве других напитков структура потребления, конечно же, иная, но общее водопотребление на единицу продукции имеет тот же порядок.

После уточнения исходных данных, таких как анализ исходной воды, требования к подготовленной воде, расходные характеристики, особенности помещения под водоподготовку, а также ряд других, можно приступать к составлению технологической схемы водоподготовки и подбору оборудования. Обычно это производится технологом специализированной компании.

Решение задачи доведения исходной воды до заданных требований часто может быть многовариантным как по технологической схеме, так и по оборудованию. Потребителю водоочистного оборудования при закупке приходится рассматривать несколько альтернативных вариантов схем водоподготовки и выбор лучшего предложения не всегда является простой задачей. На что же следует обращать внимание при оценке предложений водоочистного оборудования?

Для ответа на этот вопрос вначале кратко рассмотрим некоторые основные технологические процессы, используемые при очистке воды для нужд пищевой промышленности.

Фильтрование через засыпные фильтрующие загрузки (напорное фильтрование) чаще всего выступает в качестве первой стадии в компаниях водоподготовки. Исходная вода, как правило, имеет повышенные концентрации взвешенных веществ, растворённых железа и марганца, растворимых органических соединений. Для удаления этих загрязнений из воды чаще всего осуществляют процесс фильтрования через слой специальных материалов, в том числе обладающих каталитическими или сорбционными свойствами. В ряде случаев вода перед подачей на данную стадию обрабатывается специальными реагентами, например окислителями, коагулянтами, флокулянтами и др. Некоторые фильтрующие загрузки требуют периодической регенерации реагентами для восстановления своих первоначальных свойств. Данный процесс в настоящее время реализуется на автоматических напорных фильтрах, выполненных из коррозионно-стойких материалов и практически не требующих обслуживания. Стоимость очистки воды в процессе фильтрования обычно невысока.

Процесс мембранного фильтрования на ультрафильтрационных установках решает практически те же задачи, что и процесс фильтрования через засыпные фильтрующие загрузки, но отличается от последнего значительно более компактной реализацией. Ультрафильтрационные установки обычно используют при подготовке воды из поверхностных источников водозабора. Ввиду высокой стоимости ультрафильтрационных мембран, сложной приборной реализации системы автоматизации и управления и отсутствия в достаточном количестве специалистов, глубоко разбирающихся в особенностях производства и применения процесса ультрафильтрации, данный процесс очистки пока не получил широкого распространения и в настоящее время используется почти исключительно на объектах с крупным водопотреблением. Несомненно, что стоимость ультрафильтрационных систем со временем будет снижена и они существенно увеличат свою долю на рынке.

Процесс ионного обмена служит для корректировки солевого состава воды: умягчения, обессоливания, удаления из воды нитратов, кремния и т.д. Иногда процесс используется также для снижения концентрации органических соединений. При подготовке воды для нужд пищевого производства процесс осуществляется почти исключительно на ионообменной зернистой загрузке (синтетические смолы, цеолиты и др.). Ионный обмен, как и процесс фильтрования через засыпные загрузки, является периодическим. Для восстановления ионообменных свойств загрузочных материалов необходима их периодическая регенерация соответствующими реагентами. Для обеспечения непрерывности процесса используют несколько параллельно работающих ионообменных колонн, последовательно выводимых в режим регенерации.

Мембранное обессоливание на обратноосмотических и нанофильтрационных установках используется для обессоливания (обратноосмотические установки) или умягчения и частичного обессоливания воды (нанофильтрационные установки). На мембранах установок, обеспечивающих данный процесс очистки, вода делится на два потока: очищенная вода (пермеат) – от 60% до 85% первоначального расхода неочищенной воды и концентрат – от 40% до 15%, сбрасываемый в канализацию. В некоторых случаях концентрат можно тем или иным способом использовать. Так реализованная компанией «Экодар» система водоподготовки для ЗАО «Мултон» (производство соков «Добрый», «Nico», «Rich») на базе обратноосмотических установок общей производительностью 110 м3/час, имеет выход пермеата 75%, а концентрат используется в качестве хладагента. Установки включают в себя насос высокого давления, обеспечивающий протекание процесса, блоки дозирования реагентов и блок промывки, продлевающие срок службы мембран, а также автоматику. Основным затратным расходным элементом в данных установках являются обратноосмотические или нанофильтрационные мембраны, срок службы которых в грамотно подобранной установке составляет обычно от двух до четырёх лет.

article6.jpg
Обратноосмотическая установка. Модуль производительностью 50 м³/час по пермеату (ЗАО «Мултон», Московская обл., г. Щёлково)

Обеззараживание является составной частью практически любой системы водоподготовки и конечно же занимает важное место в системах водоподготовки для нужд пищевых производств. Наибольшее распространение в настоящее время получили установки ультрафиолетового облучения, основой которых являются лампы с длиной волны облучения около 254 мм. Используются также установки с совместным действием ультрафиолета и ультразвука, применяемые для жёстких вод и вод, содержащих стойкие к ультрафиолету формы. В ряде случаев для обеспечения процесса обеззараживания используют реагентный метод. Он осуществляется путём введения химических веществ, вызывающих гибель микроорганизмов и препятствующих их дальнейшему росту. В водоподготовке для индустрии напитков распространение получили озон, перекись водорода, соединения серебра, активный иод и некоторые другие.

Озонирование также нередко используется в водоподготовке пищевых производств. Причём его применение не ограничивается обеззараживанием: при введении на начальных стадиях озон обеспечивает протекание окислительных процессов, например обезжелезивания, деманганации, снижения концентрации органических загрязнений и пр. Озонаторы требуют высокой культуры обслуживания, поскольку озон является токсичным веществом, что обуславливает достаточно жёсткие нормы на допустимые концентрации озона в воздухе рабочей зоны.

Помимо вышеперечисленных, в водоподготовке пищевых производств могут применяться и иные процессы, однако значительно реже.

Конечно же, потребителя интересует требуемое качество воды на выходе и приемлемая цена оборудования. Однако следует, в частности, обращать внимание на ряд других моментов: эксплуатационные затраты, степень автоматизации, количество и качество сточных вод от системы водоподготовки, которые могут потребовать модернизации очистных сооружений завода или дополнительных согласований с надзорными органами и т.д. Рассматривая вариант предложения по системе водоподготовки можно сделать некоторое представление об уровне эксплуатационных затрат и требуемой квалификации обслуживающего персонала.

В качестве примера рассмотрим процесс умягчения воды. Наиболее распространённым способом умягчения в настоящее время является умягчение на сильнокислотных катионообменных смолах. Оборудование для реализации этого процесса широко представлено на рынке, обладает относительно низкой стоимостью, реагент для регенерации (таблетированная соль) легко доступен на рынке. Альтернативой умягчению на катионообменных смолах, в частности, является умягчение на нанофильтрационных установках. Нанофильтрационные установки дороже катионообменных фильтров, однако их эксплуатационные затраты существенно ниже в связи с минимизацией расхода реагентов, кроме того, в процессе работы они не образуют высокосоленых стоков. С другой стороны, эксплуатация нанофильтрационных установок требует большей культуры обслуживания. Практика показывает, что при высокой производительности системы водоподготовки и, в особенности, обработке вод с высокой жесткостью, применение нанофильтрационной установки экономически оправдано. В конкретном случае на выбор метода умягчения влияет анализ исходной воды, в частности её общее солесодержание, требуемая жёсткость на выходе, вид и пропускная способность канализации и ряд других моментов.

Уточнение подобных данных по особенностям работы водоочистного оборудования поможет избежать проблем и неоправданных затрат при его эксплуатации. Отдельное внимание необходимо обращать на уровень предоставляемого сервисного и технического обеспечения. Обращение в компанию, длительно и успешно работающей на рынке водоподготовки для пищевых производств дает гарантию стабильной работы оборудования, отвечающего всем предъявляемым технологическим требованиям.

Литература

  1. Сборник основных правил, технологических инструкций и нормативных материалов по производству безалкогольной продукции. (под ред. Н.Г. Саришвили), М.: Пищепромиздат, 2000 г.
  2. Кунце В., Мит Г. Технология солода и пива: пер. с нем. – СПб., Изд-во «Профессия», 2003. – 912 с.



Дата публикации: 16.11.2011