Инструменты пользователя

Инструменты сайта


water_treatment

Различия

Здесь показаны различия между двумя версиями данной страницы.

Ссылка на это сравнение

water_treatment [2014/03/16 23:33] (текущий)
evgen создано
Строка 1: Строка 1:
 +====== Водоподготовка:​ методика,​ подходы и расчеты ======
 +//Карл Кинг//
 +
 + ​Химические расчеты для водоподготовки могут отпугнуть тех, кто не является химиком по профессии. Электронная таблица и простой подход проясняют процесс.
 +
 +Мы часто принимаем воду как данность,​ но ее состав - то, что вызывает особое беспокойство при пивоваренной водоподготовке - далеко не прост. Полный охват водоподготовки выходит за пределы данной статьи. Я представил здесь упрощенный способ вычислить исправления,​ основанные на добавлении солей, кислот и разбавлении водой.
 +
 +Производители экстрактов исправляют свою воду, и Вы получаете те соли, которые остались в экстракте после затирания и концентрации. Нормальной общей практикой является использование мягкой или дистиллированной воды для приготовления раствора. Водоподготовка наиболее важна при затирании,​ идет ли речь о чистозерновом или заторно-экстрактном способе.
 +
 +Если вы стараетесь соответствовать классическому стилю, вода, которую Вы используете,​ должна по составу близко соответствовать воде данного стиля, используемой местными пивоварами. Как ни странно,​ вода, используемая во многих классических стилях едва ли идеальна для пивоварения;​ рецепты часто приспособлены к недостаткам производственной воды. Например,​ в местах,​ где вода содержит высокую концентрацию карбонатов,​ часто используются темные солода,​ потому что их естественная кислотность нейтрализует избыток карбонатной щелочности.
 +
 +Возможно,​ Вам не хочется соответствовать классическому стилю, а вместо этого хочется заняться водоподготовкой для пива собственной разработки. Какой бы ни была Ваша цель, первым делом стоит проверить,​ является ли вода, которую Вы хотите использовать,​ подходящей для пивоварения.
 +
 +Первое и самое простое испытание:​ проверить,​ хороша ли она на вкус? Каков химический состав воды? Сколько хлора она содержит?​ Исправлять воду, которая насыщена металлами и хлором – все равно, что взбираться в гору. Содержит ли вода биологическое загрязнение,​ следы пестицидов или радиоактивность?​ Чтобы найти ответы на эти вопросы,​ получите пробу из водоисточника или сделайте профессиональный анализ вашей воды.
 +
 +Ключевым нормативом пригодности воды для пивоварения является количество некоторых электролитов в частях на миллион (ppm): кальция,​ магния,​ натрия,​ сульфата,​ хлорида и хлора. Вы также должны знать pH, жесткость в промилле и щелочность карбоната кальция в промилле. Полезно измерить в промилле железо,​ марганец,​ медь, цинк и калий. Качество воды для пивоварения ставится под сомнение,​ если значительно превышены одна или более концентраций,​ показанных в Таблице 1. (Пиво, возможно даже великое пиво, может быть произведено с этими ионами в более высоких концентрациях,​ но если бы я обнаружил дефект вкуса, я бы задался вопросом,​ а не вызвано ли это слишком большим количеством одного из этих ионов. Поэтому,​ я бы рекомендовал достаточно низкие уровни).
 +
 +==== Таблица 1. Рекомендованные максимальные концентрации металлов в воде ====
 +^  Металл ​ ^  Концентрация (ppm) промилле ​ ^
 +|  Железо ​ |0,05  |
 +|  Марганец ​ |0,1  |
 +|  Медь ​ |0,1  |
 +|  Цинк ​ |0,5  |
 +|  Калий ​ |10,0  |
 +|  Хлор ​ |0,1  |
 +
 +Количество металлических микроэлементов может быть уменьшено применением деионизации,​ обратного осмоса,​ дистилляции или разбавлением более чистой водой. Хлор может быть удален кипячением,​ фильтрацией активированным углем, восстановлением витамином C, или облучением прямым солнечным светом в течение 10 мин.
 +
 +===== Методика водоподготовки =====
 +
 +Многие дискутируют о том, как уменьшить жесткость и щелочность воды кипячением,​ чтобы ускорить осаждение карбоната кальция,​ и последующим сливом воды с осадка (1, 2). Этот метод работает,​ но предварительное кипячение всей заторной и промывочной воды дорого. Дистиллированная вода обычно продается в больших универсамах. Покупайте оптом по лучшей цене. Можно поговорить с менеджером магазина о закупках крупных партий. Деионизированную воду обычно можно купить в лабораториях по номинальной стоимости. Некоторые компании,​ занимающиеся розливом воды, продают дистиллированную или деионизированную воду в 5-галлонных бутылях. Для проживающих в отдаленных местах стоимость транспортировки может быть достаточно высокой,​ что делает предварительное кипячение менее дорогим.
 +
 +Я использую метод, который состоит в подкислении воды (если она слишком щелочная) или разбавлении дистиллированной или деионизированной водой; в некоторых случаях могут использоваться оба подхода.
 +
 +Соль добавляют по мере необходимости. Хотя может использоваться множество солей, я выбрал только те, которые легко достать и с которыми легко обращаться. Используемые мною кислоты также легко достать. С концентрированными кислотами работать опасно,​ их трудно отмерять без специального оборудования;​ Вы можете избежать значительных неприятностей,​ приобретая кислоты,​ с 1 или 0,1 молярным разбавлением. Если Вы приготовляете растворы самостоятельно,​ всегда надевайте защитные очки и всегда добавляйте кислоту в воду для разбавления. Не добавляйте воду в кислоту.
 +
 +Что-либо добавляемое в вашу воду должно быть пригодным к употреблению,​ то есть это вещество должно быть пищевого качества,​ аптечного качества (USP) или относиться к классу аналитических реактивов. Даже и не думайте об использовании каких-либо веществ из хозяйственного магазина. Используемые соли показаны в Таблице 2. Маловероятно,​ что в каждом конкретном случае водоподготовки все они будут использованы. Если ваша исходная вода имеет низкое содержание хлорида,​ соляная кислота - самый простой улучшитель,​ который можно найти и использовать. Фосфорная кислота,​ питательное вещество для дрожжей,​ имеет нейтральный вкус, но большое ее количество может уменьшить содержание кальция. Молочная кислота также имеет нейтральный вкус, но может рассматриваться как постороннее вещество - природная вода не содержит лактатов. Не используйте безводный хлорид кальция;​ он поглощает воду и его трудно точно взвесить. Поскольку карбонат кальция не растворяется в воде, добавляйте его непосредственно в затор.
 +
 +Существует искушение соотнести вес солей с их объемом для того, чтобы их можно было отмерять по объему. Делайте это только,​ если Вы знаете это соотношение для конкретного приобретенного вещества. В противном случае,​ отмеряйте соли по весу.
 +
 +==== Таблица 2. Соли, применяемые в водоподготовке ====
 +^  Химическое название ​ ^  Общепринятое название ​ ^
 +|  CaSO4*2H2O ​ |  Гипс ​ |
 +|  CaCl2*2H2O ​ |  Хлористый кальций ​ |
 +|  CaCO3  |  Карбонат кальция ​ |
 +|  MgSO4*7H2O ​ |  Соль Эпсома ​ |
 +|  NaCl  |  Хлористый натрий (не столовая соль) ​ |
 +|  HCl  |  Соляная кислота (0,1 молярной концентрации) ​ |
 +|  H3PO4  |  Фосфорная кислота (0,1 молярной концентрации) ​ |
 +|  Hlactate ​ |  Молочная кислота (0,1 молярной концентрации) ​ |
 +
 +===== Процесс водоподготовки =====
 +
 +После того, как Вы определили основные ионные концентрации вашей воды и установили некоторые запланированные концентрации на основе стиля или желаемого результата,​ Вы готовы начать процесс водоподготовки. Процесс предполагает разведение чистой водой, добавление солей или кислоты для достижения запланированных концентраций.
 +
 +Можно рассчитать почти все добавления для получения желаемого результата. Когда нет точного решения проблемы,​ анализ по методу наименьших квадратов может дать достаточно близкий результат. Моя электронная таблица не настроена для этого вида анализа;​ в ней использованы эмпирические методы проб и ошибок,​ которые хорошо подходят для общего анализа. Хотя эти методы не являются совершенными,​ они познавательны,​ потому что показывают результаты различных вариантов. Электронная таблица использует практические меры и количества,​ так что в конце на руках у Вас оказывается список материалов.
 +
 +Введите общий объем воды, который Вам нужен, и детализацию исходной и желаемой воды. Если существующие концентрации кальция,​ магния,​ сульфата или хлорида значительно выше желаемых,​ Вам придется разбавлять чистой водой (деионизированной или дистиллированной). Вы вводите коэффициент разбавления (0 = нулевое разбавление,​ 0.5 = 50:50 разбавление);​ электронная таблица вычисляет концентрации в разбавленной воде, необходимый объем исходной воды и объем воды для разбавления.
 +
 +Если после разбавления ионы имеют недостаточную концентрацию,​ ее повышают до желаемого уровня путем добавления солей. Добавленное количество вводится,​ и результат появляется рядом с колонкой желаемых результатов. Если уровень карбонатов слишком высок, его снижают,​ добавляя кислоту. Если уровень карбонатов слишком низок, его увеличивают,​ добавляя карбонат кальция. Не слишком беспокойтесь о получения точного соответствия по натрию и магнию. Уровень кальция и карбоната - это то, что действительно имеет значение.
 +
 +Вы можете обнаружить,​ что у Вас не получается достичь цели даже после многих попыток. Возможно,​ соли, используемые в электронной таблице - не лучший выбор для Вашего случая,​ или исходная вода плохо подходит для достижения необходимых параметров воды. Например,​ если ваш источник - вода из Бартона,​ попытки исправить ее, чтобы сделать подходящей для пилснера,​ будут пустой тратой времени.
 +
 +Если анализ Вашей воды не предоставляет всей необходимой информации,​ могут оказаться полезными следующие формулы: ​
 +
 +**''​Ca + 1.65*Mg = 0.4*H''​**,​ где
 +
 +//Ca = кальций (ppm),
 +Mg = магний (ppm),
 +и H = жесткость (ppm карбоната кальция)//,​ и
 +
 +**''​C = 0.6*ALK''​**,​ где
 +
 +//C = карбонат (ppm),
 +ALK = щелочность (ppm карбоната кальция)//​.
 +
 +Добавление солей - несложный процесс,​ но добавление кислот - процесс более мудреный,​ потому что здесь легко промахнуться. Добавляйте кислоту порциями по 10 %, и контролируйте pH воды, используя рН-метр или pH-бумагу. Отберите маленький образец воды, вылейте его после измерения. Не забудьте хорошо размешать воду, чтобы высвободить углекислоту из воды. Вы не получите результаты окончательного pH, пока вода не будет дегазирована.
 +
 +Полезно внести в график данные по pH в сравнении с количеством необходимой кислоты. Когда Вы достигнете нейтральной среды, pH может значительно измениться даже от небольшого добавления кислоты. Это титрование может отнять много времени,​ но оно сэкономит много времени при приготовлении последующих партий. Исправление воды, которая была перекислена,​ может быть весьма нелегким. Окончательный pH обычно должен быть в промежутке между 7.0 и 7.2. Если вы не используете много темного солода,​ значения pH выше 7.5 нежелательны.
 +
 +===== Настройка электронных таблиц =====
 +
 +Приведенные в пример электронные таблицы показывают исправление артезианской колодезной воды из Висконсина для соответствия лондонской воде (Рисунок 1) и мюнхенской воде (Рисунок 2). Для справки,​ Таблица 3 содержит список классических производственных вод.
 +
 +==== Таблица 3. Некоторые классические воды для пивного производства<​sup>​1</​sup>​. ====
 +
 +^  Тип ​ ^  Кальций ​ ^  Карбонат ​ ^  Сульфат ​ ^  Магний ​ ^  Натрий ​ ^  Хлорид ​ ^
 +|  Бартон ​ |  275|  260|  450|  40|  25|  35|
 +|  Дортмунд<​sup>​2</​sup> ​ |  225|  180|  120|  40|  60|  60|
 +|  Дублин ​ |  120|  125|  55|  5|  12|  20|
 +|  Эдинбург ​ |  120|  225|  140|  25|  55|  65|
 +|  Лондон ​ |  90|  125|  40|  5|  15|  20|
 +|  Мюнхен ​ |  75|  150|  10|  18|  2|  2|
 +|  Пльзень ​ |  7|  15|  5|  2|  2|  5|
 +|  Вена<​sup>​2</​sup> ​ |  200|  150|  125|  60|  8|  12|
 +
 +<​sup>​1</​sup>​Все концентрации даны в ppm
 +
 +<​sup>​2</​sup>​Тяжело достичь соответствия,​ потому что кальций настолько высокой концентрации по сравнению с входящим в состав карбонатом,​ сульфатом и хлоридом
 +
 +Для настройки Вашей собственной электронной таблицы,​ обратитесь к Рисунку 1 для обозначения строчных клеток и колонок. Таблица 4 содержит применяемые уравнения.
 +
 +==== Рисунок 1. Электронная таблица. Пример исправления артезианской колодезной воды из Висконсина для приведения ее в соответствие с лондонской водой. ====
 +^    ^  A  ^  B  ^  C  ^  D  ^  E  ^  F  ^  G  ^
 +^  1  |   ​| ​   |    |    |    |    |    |
 +^  2  |   ​| ​   |  Электронная таблица водоподготовки лондонской воды ​ ||||  |
 +^  3  |   ​| ​   |    |    |    |    |    |
 +^  4  |   ​| ​   |    |    |    |    |    |
 +^  5  |   ​| ​   |    |    |    |    |    |
 +^  6  |   ​| ​   |    |    |    |    |    |
 +^  7  |  |  |  Исправить галлонов воды ​ ||  10  |  |  |
 +^  8  |  |  |  Коэффициент разбавления ​ ||  0,4  |  |  |
 +^  9  |  |  |  Галлонов исходной воды ​ ||  6  |  |  |
 +^  10  |  |  |  Галлонов воды для разбавления ​ ||  4  |  |  |
 +^  11  |   ​| ​   |    |    |    |    |    |
 +^  12  |   ​| ​   |    |    |    |    |    |
 +^  13  |   ​| ​ ppm  |  ppm  |  ppm  |    |    |    |
 +^  14  |   ​| ​ исходной ​ |  воды для ​ |  желаемое ​ |  исправленная ​ |  добавленное ​ |  |
 +^  15  |  ион ​ |  воды ​ |  разбавления ​ |  |  вода ​ |  количество ​ |  добавка ​ |
 +^  16  |  Ca++  |  50  |  30  |  90  |  90,3  |  1,3  |  CaSO4*2H2O-г ​ |
 +^  17  |  CO3--  |  150  |  90  |  125  |  126,5  |  3,9  |  CaCl2*2H2O-г ​ |
 +^  18  |  SO4--  |  36  |  21,6  |  40  |  41,8  |  2,3  |  CaCO3-г ​ |
 +^  19  |  Mg++  |  32  |  19,2  |  5  |  19,2  |  0  |  MgSO4*7H2O-г ​ |
 +^  20  |  Na++  |  5  |  3  |  15  |  13,4  |  1  |  NaCl-г ​ |
 +^  21  |  Cl-  |  0  |  0  |  65  |  65,8  |  0  |  0,1 мол. HCl-мл ​ |
 +^  22  |  |  |  |  |  0  |  |  0,1 мол. H3PO4-мл ​ |
 +^  23  |  |  |  |  |  |  |  0,1 мол. H3PO4-мл ​ |
 +
 +==== Рисунок 2. Параметры "​идеальной"​ воды ====
 +^  Параметры "​идеальной"​ воды ​ ^^
 +|  Ca++  |  От 50 до 150 ppm  |
 +|  CO3--  |  От 0 до 50 ppm  |
 +|  SO4--  |  От 100 до 150 ppm  |
 +|  Mg++  |  От 20 до 40 ppm  |
 +|  Na++  |  От 50 до 150 ppm  |
 +|  Cl-  |  От 10 до 100 ppm  |
 +
 +==== Таблица 4. Названия ячеек и уравнения для вычислений ====
 +^  Ячейка ​ ^  Название ​ ^  Обозначает ​ ^
 +|  F7  |  GAL  |  Количество необходимой воды (в галлонах) ​ |
 +|  F8  |  DF  |  Коэффициент разбавления ​ |
 +|  F16  |  CS  |  Добавленный сульфат кальция (в граммах) ​ |
 +|  F17  |  CL  |  Добавленный хлорид кальция (в граммах) ​ |
 +|  F18  |  CC  |  Добавленный карбонат кальция (в граммах) ​ |
 +|  F19  |  MS  |  Добавленный сульфат магния (в граммах) ​ |
 +|  F20  |  NL  |  Добавленный хлорид натрия (в граммах) ​ |
 +|  F21  |  HCL  |  Добавленная соляная кислота (в мл 0,1 молярной концентрации) ​ |
 +|  F22  |  HP  |  Добавленная фосфорная кислота (в мл 0,1 молярной концентрации) ​ |
 +|  F23  |  HLAC  |  Добавленная молочная кислота (в мл 0,1 молярной концентрации) ​ |
 +
 +^  Ячейка ​ ^  Уравнение ​ ^
 +|  F9  |  <​code>​=GAL*(1-DF)</​code> ​ |
 +|  F10  |  <​code>​=GAL*DF</​code> ​ |
 +|  C16  |  <​code>​=B16*(1-DF)</​code>;​ Скопируйте это уравнение вниз вплоть до ячейки C21  |
 +|  E16  |  <​code>​=ROUND(264.2*(0.232*CS+0.272*CL+0.4*CC)/​GAL,​1)</​code> ​ |
 +|  E17  |  <​code>​=ROUND((264.2*0.6*CC-0.7926*(HCL+1.5*HP+HLAC))/​GAL,​1)</​code> ​ |
 +|  E18  |  <​code>​=ROUND(264.2*(0.558*CS+0.39*MS)/​GAL,​1)</​code> ​ |
 +|  E19  |  <​code>​=ROUND(264.2*0.099*MS/​GAL,​1)</​code> ​ |
 +|  E20  |  <​code>​=ROUND(264.2*0.3934*NL/​GAL,​1)</​code> ​ |
 +|  E21  |  <​code>​=ROUND((264.2*(0.483*CL+0.607*NL)+0.936*HCL)/​GAL,​1)</​code> ​ |
 +
 +//​Литература://​
 + 
 +  -  Dave Miller, The Complete Handbook of Home Brewing (Storey Communications,​ Pownal, Vermont, 1988), pp. 62-76.
 +  -  Gregory Noonan, Brewing Lager Beer (Brewers Publications,​ Boulder, Colorado, 1986), pp. 25-58.
 +
 +**Перевод:​ Афасижев Ким, 17-06-2004**
 +
 +Источник:​ [[http://​www.brewingtechniques.com/​library/​backissues/​issue1.3/​king.html]]
  
water_treatment.txt · Последние изменения: 2014/03/16 23:33 — evgen