MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI

UNIVERSITATEA “VASILE ALECSANDRI” din BACĂU

FACULTATEA de INGINERIECalea Mărăşeşti, Nr. 157, Bacău, 600115, Tel./Fax +40 234 580170

http://inginerie.ub.ro, decaning@ub.roProgram de studiu: Ingineria și protecția mediului în

industrie

Cerințe de apă și calitatea resurselor de apă

- Proiect -

Coordonator:Asist. univ. dr. ing. Irimia Oana

Student: Buhosu Răzvan Vasile

Grupa 321

Bacău2013 - 2014

1

Sistem de alimentare cu apă pentru industria băuturilor răcoritoare

Prepararea sucurilor limpezi

2

Cuprins

Cap. 1 Introducere..................................................................................................................4

Cap. 2 Tehnologia preparării sucurilor limpezi.....................................................................5

Cap. 3 Cerința de apă.............................................................................................................7

Cap. 4 Schema sistemului de alimentare................................................................................9

Cap. 5 Captarea apei din surse subterane.............................................................................10

Cap. 6 Tratarea apei.............................................................................................................12

Cap. 7 Transportul................................................................................................................16

Bibliografie..........................................................................................................................17

3

Cap. 1 Introducere

Apa reprezintă un element indispensabil vieţii, constituind un factor important în aproape toate procesele de producţie industrial. În industria alimentară apa are întrebuinţări multiple în procesul tehnologic ca: materie primă sau auxiliară; apă de spălare; apă de sortare; apă de răcire şi transport al diverselor materiale.

Necesarul de apă al diferitelor subramuri ale industriei alimentare, se stabileşte în funcţie de procesele de producţie şi diversitatea tehnologiilor de fabricaţie 

Apa potabilă este definită ca fiind acea apă care prezintă caracteristici proprii consumului şi care prin consumul său nu prezintă pericol pentru sănătatea consumatorului.

Apa folosită în procesele tehnologice ale industriei alimentare, trebuie să corespundă unor caracteristici care să asigure calitatea corespunzătoare a produselor alimentare, să fie potabilă şi să aibă caracteristici organoleptice corespunzătoare. Gustul şi mirosul apei depind de compoziţia chimică, temperatură şi prezenţa unor substanţe volatile.

Există 3 categorii de ape:- Apa brută, care este preluată dintr-o sursă înainte de a fi supusă

procesului de tratare sau folosire.- Apa tratată este apa care este supusă diferitelor procese de tratare

fizico – chimice, mecanice sau biologice.- Apa uzată este orice apă care a făcut obiectul unei folosiri și căreia în

urma procesului de utilizare i s-au modificat proprietățile fizice, chimice și biologice.

4

Cap. 2 Tehnologia preparării sucurilor limpezi

Pentru a obţine un randament bun la prelucrarea fructelor, respectiv cantitatea maximă de suc dintr-o anumită cantitate de fructe, în afară de rolul pe care îl are tehnologia aplicată, de mare importanţă este şi soiul de fructe şi starea lor de maturitate.

Fructele sunt materia primă pentru sucuri fiind recoltate atunci când sunt complet coapte, sănătoase şi neofilite. La această stare de maturitate ele conţin cantităţile maxime, de zaharuri, arome, sunt plăcute la gust, bine echilibrate din punct de vedere al compoziţiei, cu însuşirile specifice de soi. Incepând de la această stare de maturitate, fructele devin din ce în ce mai perisabile pentru transport şi pe perioada păstrării lor temporare.

Se apreciază că fiecare specie de fruct urmează o tehnologie specifică, dar toate tehnologiile, indiferent de fruct şi de calitatea sa, cuprind operaţiile de obţinere a sucului printr-un procedeu mecanic sau prin difuzie, de limpezire a sucului brut prin diferite procedee şi de conservare a acestuia.

Procesele fabricării sucurilor limpezi sunt:1) Presarea - este metoda cea mai folosită pentru obţinerea sucului.

Înaintea operaţiei de presare, majoritatea fructelor suferă o serie de tratamente preliminare, constând în divizarea mai mult sau mai puţin avansată şi, uneori, un tratament enzimatic preliminar, cu scopul distrugerii substanţelor polizaharide.

2) Centrifugare - în centrifugă, materialul este supus acceleraţiei centrifugale. Principalii factori care condiţionează extracţia sucului sunt: turaţia centrifugei, durata centrifugării, gradul de umplere a centrifugei şi gradul de mărunţire a materiei prime; în ceea ce priveşte randamentul în suc, s-a stabilit că durata centrifugării are o influenţă predominantă faţă de viteza de centrifugare.

3) Difuzia. Această metodă prezintă avantajele unui randament mare în suc şi al unei productivităţi ridicate. S-a constatat că sucurile de fructe obţinute prin difuzie sunt de bună calitate, compoziţia chimică nu diferă substanţial de a celor obţinute prin presare, dar se consideră necesară specificarea pe etichetă a acestui procedeu.

4) Limpezirea sucurilor de fructe. Sucul brut obţinut la presarea fructelor are o vâscozitate ridicată şi conţine o cantitate mare de particule în suspensie, care sedimentează încet. Pentru a obţine sucuri limpezi, este necesar să se elimine sedimentul din suc, operaţie care se poate realiza prin mai multe metode: autolimpezirea, limpezirea enzimatică, prin cleire, cu argile, prin încălzire rapidă, prin centrifugare etc.

5) Filtrarea sucurilor. După operaţia de limpezire, sucurile de fructe nu sunt perfect limpezi; de aceea, este necesară filtrarea care asigură transparenţa şi stabilitatea produsului. Ca materiale filtrante se folosesc: pânza, celuloza, azbestul şi pământul de infuzorii. Sucurile de fructe se filtrează la temperatura

5

camerei sau la rece, iar uneori se practică o încălzire la 50...60°C, pentru accelerarea procesului de filtrare.

În industria sucurilor de fructe se foloseşte o gamă mare de filtre: filtre cu umplutură de colmatare, filtre-presă care pot fi: cu rame şi cu plăci. În ultimul timp, pentru a asigura o eficacitate mai bună a procesului de filtrare, s-a realizat operaţia de polifiltrare, care constă într-o dublă filtrare a sucului în acelaşi aparat.

6) Conservarea sucurilor de fructe. Conservarea poate fi realizată prin diferite procedee: pasteurizare, sterilizare,concentrare, uscare, conservare chimică.

6

Cap. 3 Cerința de apă

Cerința de apă reprezintă acea cantitate de apă ce trebuie prelevată de la sursă în scopul utilizării ei într-un scop anume. În vederea fabricării sucurilor limpezi, apa este folosită pentru următoarele procese:

1) Spălarea materiei prime

Se realizează cu apă potabilă şi se efectuează cu scopul îndepărtării de pe suprafaţa fructelor a impurităţilor cum sunt : pământul, nisipul, resturile vegetale şi microorganismele. Este foarte important ca fructele să fie bine spălate şi de substanţele fito - sanitare cu care au fost tratate în livezi.

Pe suprafaţa fructelor se pot afla milioane de celule de drojdii diverse, bacterii şi mucegaiuri. Ele nu pot fi văzute cu ochiul liber, dar efectul lor de distrugere se poate constata cu uşurinţă acolo unde integritatea fructelor a avut de suferit, unde sunt loviri, crăpături. Prin spălare temeinică se poate îndepărta cea mai mare parte din încărcătura microbiană de pe suprafaţa fructelor.

Modul de spălare este determinat de specia de fructe ; merele, perele şi alte fructe cu textura tare se spală cu jeturi de apă sau prin scufundare repetată, cu schimbarea apei de câte ori este nevoie. Practic, spălarea continuă până când, prin compararea în două pahare a apei de la ultima spălare cu apa potabilă, nu se constată nici o diferenţă, în cazul fructelor perisabile, cum sunt zmeura, căpşunele, coacăzele şi altele, care nu pot suporta multe manipulări acestea se spală prin scufundarea de 2 - 3 ori, în apă proaspătă, cu ajutorul unui coş.

Fructele care plutesc, cum sunt fragii și altele sunt introduse în apă, se agită și apoi se scot cu o strecurătoare; pământul și nisipul de pe ele cad pe fundul vasului

Toate fructele se mai pot spăla punându-le în strecurători şi lăsând să curgă apă peste ele, de preferat sub formă de ploaie.  Atunci când nu se schimbă apa de spălare de câte ori este nevoie, astfel ca în final ultima apă de clătire să rămînă curată, se ajunge ca spălarea neglijentă să fie o sursă de murdărire şi de infectare a fructelor. După spălare, fructele sunt lăsate să se scurgă apa de pe ele. Este bine să fie puse pe site. In timpul spălării se urmăreşte ca să nu se distrugă integritatea fructelor, în caz contrar se vor înregistra pierderi de suc prin antrenarea lui de către apă.  In cazul fructelor foarte coapte sau plesnite, rupte din timpul transportului, acestea se vor spăla repede, cu grijă, evitându - se menţinerea lor în apă, pentru a nu avea pierderi de suc.

7

2) Pentru prepararea apei carbogazoase

Impregnarea apei se face cu atât mai bine cu cât temperatura ei este mai scăzută (aproape de 0°C), cu cât presiunea bioxidului de carbon este mai mare şi cu cât suprafaţa de contact între apă şi gaz este mai mare.

Apa potabilă circulă printr-un schimbător de căldură în contracurent cu saramură răcită la -15°C. Temperatura apei scade astfel la 3 - 4°C. Apa răcită se introduce apoi într-o coloană înaltă (saturator) de circa 2 m umplută cu inele de gresie, unde este împărţită în şuviţe şi stropi fini. Apa curge de sus în timp ce pe la partea inferioară pătrunde bioxidul de carbon sub presiune. Impregnarea se face la presiunea de 7 atm., ceea ce asigură un conţinut de minimum 0,4 g/100 ml.

3) Apa este deasemenea folosită la prepararea siropului de zahăr, la spălarea ambalajelor, utilajelor, pentru consumul angajaților etc; trebuie să îndeplinească condiţiile din STAS 1342-61, din punct de vedere organoleptic, fizico-chimic, biologic şi microbiologic.

8

Cap. 4 Schema sistemului de alimentare

Un sistem de alimentare cu apă poate fi considerat ca un complex de construcții și instalații inginerești prin care se asigură prelevarea apei din mediul natural, corectarea calității, înmagazinare, transportul și distribuția acesteia la presiunea, calitatea și necesarul solicitat de utilizator.

AAB AAB AAP AAP

Fig. 1 Schema generală sistem de alimentare cu apă

C – captarea, asigură prelevarea apei de la sursă;ST – stația de tratare;R – rezervoare care asigură înmagazinarea apei;RD – rețea de distribuție a apei;AAB, AAP – aducțiuni de apă brută sau potabilă care asigură transportul apei;SP – stații de pompare, asigură energia necesară transportului apei de la cote diferite.

Izvor

Rezervor

Rețea

Fig. 2 Schemă de alimentare cu apă în zone de munte

9

C2 SP1

SP2

SP3 R4 SP 3

RD5

Cap. 5 Captarea apei din surse subterane

Prin ape subterane se înțelege, straturile întinse de apă, care circulă în porii și fisurile rocilor, în interiorul scoarței terestre. În anumite condiții Hidrogeologice, apele subterane pot ieși la suprafața terenului sub forma de izovoare.

Apa subterană provine fie din infiltrația directă a precipitațiilor atmosferice, fie din infiltrarea apei de suprafața prin malurile permeabile ale râurilor și lacurilor; aceasta poartă denumirea de apă vădoasă. O mică parte din apă subterană provine din condensarea vaporilor de apă, în porii rocilor subterane; aceasta poarta denumirea de apă juvenilă.

5.1 Captări orizontale (cu drenuri și galerii)

Captările orizontale sunt ansambluri de construcții si instalații, care cuprind elementele de captare și colectare a apei (drenuri și galerii) și camera colectoare.

Fig. 3 Schema unei captări orizontale interceptoare: secțiune longitudinală,

plan1 – dren cu galerie de captare; 2 – cămine de vizitare; 3- camera colectoare;

4 – conducta de aducțiune

10

5.2 Clasificarea captărilor orizontale

Drenurile și galeriile sunt construcții pentru captarea apelor subterane, a căror dimensiune principală este pe orizontală. Drenurile și galeriile de captare pot fi interceptoare, dacă direcția lor reprezintă un front perpendicular sau oblic față de direcția curentului subteran, sau radiale dacă drenurile în număr mai mare, converg către camera colectoare a captării.

Drenurile reprezintă captări nevizitabile, iar galeriile, captări vizitabile. Captările orizontale interceptoare prin drenuri și galerii se aplică în cazul stratelor acvifere freatice de grosime mică (sub 2…5 m) care se află la o adâncime relativ mică sub nivelul terenului (sub 8…10m); captările cu drenuri radiale se aplică la stratele acvifere de capacitate mare, având grosimi ale stratului de apă pana la 30…40 m.

Spre deosebire de puțuri, care au numai rolul de captare, drenurile și galeriile au rolul de a prinde apa, cât și acela de a o conduce către camera colectoare. În figură este reprezentată schema unei captări orizontale, cu drenuri interceptoare. Pentru controlul drenului sunt prvăzute camine de vizitare la anumite distanțe. În mijlocul captării se afla camera colectoare.

Drenurile și galeriile interceptoare se construiesc cu panta către camera colectoare. Captările cu drenuri se folosesc pentru debite mici si mijlocii (pâna la 300…400 l/s), iar galeriile pentru debite mari sau în cazul in care calitatea apei subterane impune o întreținere permanentă a captării (de ex. Când se captează o apă care conține compuși de fier sau de mangan).

Pentru proiectarea oricărei captări de apă trebuie să se întocmească, în prealabil, o temă de proiectare care să cuprindă următoarele date: - mărimea debitului de apă necesar pentru satisfacerea folosinţei cerute de beneficiar cu asigurarea corespunzătoare categoriei sale importanţă;

Condiţiile generale ce trebuie să le îndeplinească o lucrare de captare a apei sunt următoarele: - furnizarea cantitativă a debitului de apă necesar folosinţei, ţinând seama de asigurarea de calcul şi verificare impusă de categoria de importanţă a acesteia; - asigurarea calităţii apei preluate prin prize pe întreaga durată de funcţionare a captării de apă, aceasta trebuie să aibă caracteristicile fizico-chimice, bacteriologice şi organoleptice cerute de folosinţa de apă, înaintea intrării sale în procesul de tratare.

11

Cap. 6 Tratarea apei

Tratarea apei reprezintă un ansamblu de procese și operații tehnologice prin care caracteristicile organoleptice, fizice, chimice și bacteriologice ale apei brute sunt colectate astfel încât apa obținută să asigure condițiile necesare folosinței de apă.

Schemele instalațiilor de tratare se aleg în funcție de natura și caracteristicile apei tratate precum și condițiile de calitate cerute de consumator urmărind cele mai bune soluții și sigure în exploatare.

Nr.crt

Denumire parametru Caract. apă brută Caract. impuse apă tratată

1. Fier total 0,2 – 2,0 0,22. Mangan 0,05 – 0,5 0,053. Azotați <= 50 504. Azotiți <= 0,5 0,55. Amoniu <= 0,5 0,56. Hidrogen sulfurat <= 0,1 0,1

Fig. 4 Variația parametrilor de calitate ai apei brute și tratate – sursa tip apă subterană ușor tratabilă

Apele subterane au mineralizare mai ridicată, conținutul în săruri minerale fiind peste 400 mg/l. Duritatea totală 10 – 20 grade germane, conțin cantități însemnate de fier, mangan, hidrogen sulfurat, sulfuri și compuși ai azotului.

12

Fig. 5 Stație de tratare pentru ape subterane ușor tratabile

a) Pre – oxidarea se face utlizând următorii oxidanți:- clorul gazos; - aer sau oxigen cu puritatea de 80-90%, provenit de la concentratoare de oxigen din aer; - dioxidul de clor; - ozonul; - oxidarea avansată.

Termenul de oxidare avansată a poluanţilor din apă, se atribuie acelor tipuri de reacţii în care se implică specii cu un potenţial ridicat de oxidare, a cărei valoare depăşeşte potenţialul de oxidare al ozonului (2.07 eV). Pentru obţinerea acestui lucru se apelează la tehnicile combinate de oxidare a poluanţilor apei cum ar fi ozon + lumină ultraviolet sau ozon + apă oxigenată.

13

Captare

Pre - oxidareProducere

agent oxidant

Filtrare rapidă pe strat de nisip

Stație de pompare apă de

spălare

Stație de suflante aer

spălare

Dezinfecție finală Stație de clor

Instalație de filtrare pe membrane

b) Filtrare rapidă pe strat de nisipFiltrele se pot utiliza atat in domeniul casnic, cat si industrial pentru

retinerea, eliminarea impuritatilor (nisip, mal) dar si in procese de declorinare, deferizarea, denitrificare. Toate filtrele sunt realizate din materiale non-toxice, ideale pentru apa potabila. Corpurile filtrelor sunt fie transparente, fie din fiberglass sau otel carbon ce permit verificarea elementului filtrant in scopul curatirii sau inlocuirii pentru modelele mecanice, sau spalarii automate pentru filtrele cu nisip curtos, carbune activ si deferizatoare.

Filtrarea apei printr-un strat de nisip cuartos permite inlaturarea particulelor solide de dimensiuni mici (pana la 20 microni) din apa. Cu cat viteza debitului de apa prin patul filtrant este mai mica cu atat procesul de filtrare este mai bun.

c) Dezinfecția finalăDezinfecția apei se poate face cu substanțe clorigene, ozon sau radiații

ultraviolete. Tehnologia de tratare trebuie să fie proiectată în așa fel încât să asigure timp de contact intre apa și substanța dezinfectantă de minimum 30 de minute. 

De asemenea, trebuie să existe posibilitatea controlului substanței dezinfectante reziduale. În cazul clorului, valoarea clorului rezidual liber, după dezinfecția finală trebuie să fie de >- 0,5 mg/l. 

Eficiența procesului de dezinfecție trebuie să fie de 99,5% exprimată în grade de turbiditate și în valorile coliformilor totali și coliformilor fecali din standardul național pentru apa potabilă.

Pentru a avea apă corespunzătoare pentru prepararea băuturilor răcoritoare, se cere ca apa potabilă să fie dezaerată şi dedurizată.

Dezaerarea- această operaţie se face în scopul îndepărtării aerului dizolvat în apă. În apa dezaerată se poate face o mai bună impregnare a bioxidului de carbon, iar odată cu îndepărtarea oxigenului se asigură o mai bună conservare a băuturii faţă de acţiunea microorganismelor şi conservarea aromelor specifice.

Operaţia se execută cu aparatul dezaerator care constă dintr-o coloană în care apa coboară sub formă de picături prin pulverizare, cu ajutorul unei pompe de vid se realizează cu aceasta un vid uşor care îndepărtează aerul din apă; apa este scoasă din aparat cu ajutorul unei pompe centrifuge. Pentru executarea acestei operaţiuni în condiţii bune trebuie respectate cu stricteţe temperatura apei, debitul şi vidul.

Dedurizarea - apa care se foloseşte la prepararea băuturilor răcoritoare trebuie să aibă o duritate de maximum 6 grade germane. Calitatea apei utilizate are o deosebită importanţă, aceasta contribuind la limpiditatea şi calitatea gustativă a băuturilor răcoritoare.

14

Operaţiunea de dedurizare se execută în instalaţii de dedurizare prevăzute cu schimbători de ioni cu capacitate de reţinere a cationilor. Pentru realizarea durităţii prevăzute se recomandă respectarea debitului şi regenerarea capacităţii de reţinere a cationilor.

15

Cap. 7 Transportul

Conductele folosite la alimentarea cu apă sunt din fontă sau oţel, mai rar din polietilenă, sticlă sau ceramică. Materialul trebuie testat şi autorizat, pentru a asigura că nu reacţionează cu apa sau nu cedează substanţă către aceasta. În multe ţări mai sunt reţele de apă din ţevi de plumb, şi pentru riscul de poluare sunt ţări în care legea prevede chirii mai mici la acele clădiri dacă se dovedeşte că apar concentraţii de plumb mai ridicate în apă sau chiar pentru simplul fapt că reţeaua e cu ţevi de plumb. În alte ţări utilizarea plumbului fusese interzisă încă din secolul XIX. De asemenea nu se admit ţevi de azbociment. Unele materiale plastice s-au dovedit atacabile de enzime bacteriene, devenind mediu de cultură pentru microorganisme. Trebuie ca materialul să fie absolut inert din punct de vedere biologic.

Principiul de construcţie a reţelei de apă potabilă poate fi cel terminal (ca ramurile unui copac) sau cel inelar, care are avantajul că o întrerupere pe o conductă nu înseamnă automat privarea de apă a tuturor celor situaţi distal de acel punct. Reţeaua trebuie să fie bine protejată, să nu îngheţe, să nu fie avariată la alte lucrări, să nu treacă paralel sau pe sub cea de canalizare, pentru a evita posibile exfiltraţii şi contaminări.

Ca principiu de funcţionare, o reţea de distribuţie a apei poate fi gravitaţională sau presională (bazată pe pompare). Totdeauna reţeaua trebuie să fie sub presiune, pentru ca în caz de neetanşietăţi apa să iasă din ea şi să nu se poată infiltra din exterior substanţe contaminante. Presiunea se asigură în reţea suplimentar cu unde e nevoie. Pe reţea se intercalează şi rezervoare. Acestea trebuie atent protejate, curăţate periodic etc.

16

Bibliografie

http://www.greenagenda.orghttp://www.scrigroup.comhttp://www.anpm.rohttp://www.scribd.comhttp://www.dreptonline.rohttp://ro.wikipedia.org

17