5.乳化劑的選用原則

根據HLB值選擇

軟飲料種類多，成分復雜，要求乳化劑具有的特性也各不相同，因此可首先按食品的特性要求，選擇具有相應HLB的乳化劑。Www.Pinwenba.Com 吧

相似相溶原則

根據軟飲料中主要成分的結構特征，在具體選用乳化劑時可選擇與其有類似結構的乳化劑，也可以使用兩種或兩種以上乳化劑混合使用。

透光度測定法

乳化劑的乳化作用越強，形成的乳狀溶液越穩定，其透光度越低。因此在確定某種軟飲料最適合的乳化劑及用量時可采用透光度測定法。

增稠劑

是指能夠改善食品的物理性狀、提高食品黏度或形成凝膠的一類添加劑。增稠劑種類很多，分天然和合成兩大類。天然增稠劑多從含多糖類黏質物的植物和海藻類制取，如淀粉、果膠、瓊脂、瓜爾豆膠、海藻酸等。也有從含有蛋白質的動物制取，如明膠、酪蛋白等，以及從微生物制取的黃原膠、環狀糊精等。合成增稠劑主要有CMC、藻酸丙二醇酯、變性淀粉等。

目前，允許使用于食品中的增稠劑：瓊脂、明膠、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、果膠、卡拉膠、阿拉伯膠、黃原膠、海藻酸丙二醇酯、羅望子多糖膠、羧甲基淀粉鈉、淀粉磷酸酯鈉、羥丙基淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯、羥丙基二淀粉磷酸酯、磷酸化二淀粉磷酸酯、甲殼素、微晶纖維素、黃蜀葵膠、亞麻籽膠、田菁膠、聚葡萄糖等。

軟飲料中常用的增稠劑主要是：瓊脂、明膠、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、果膠、黃原膠、海藻酸丙二醇酯、卡拉膠、環狀糊精等。

瓊脂：為白色至淺黃色薄膜帶狀或碎片、顆粒及粉末；不溶解于冷水，但在冷水中可吸水20倍以上而膨潤軟化；溶解于沸水；使用前應當預先用冷水浸泡10h以上，再稀釋、加熱、攪拌、溶解。在pH值4~10范圍內，其凝膠強度變化不大，但pH值小于4或大于10時，凝膠強度下降；本品耐熱性較強，但長時間加熱或酸度過高，也會導致凝膠力消失。

明膠：為白色至淺黃色半透明微帶光澤的薄片狀或顆粒；不溶解于冷水，但在冷水中可吸水5~10倍或以上而膨脹軟化；溶解于熱水；長時間加熱，會引起分解加快，凝固力下降甚至消失。因此，使用時加熱溫度不宜超過82℃。

羧甲基纖維素鈉：為白色或淺黃色纖維性粉末；易分散于水中成為膠體溶液；耐熱性較好；本品在pH值7左右時需要適量使用。

海藻酸鈉：為白色至黃色纖維狀粉末，溶于水而成黏稠狀膠體液；黏性在pH值6~9時最穩定，80℃以上時黏度降低。使用時不宜用水直接沖稀，應當在攪拌下緩慢撒入水中，待靜置到顆粒濕透時再加熱、攪拌至全溶。配制溶液要求用軟化水，宜現配現用。

果膠：為白色至黃色的粉末，溶于20倍水中成為乳白色黏稠狀膠體液，呈弱酸性，耐熱性強，不溶于乙醇等有機溶劑。在酸性條件下比在堿性條件下穩定。使用時不宜用水直接沖，常用8倍以上的砂糖與之充分拌勻后，再用90℃熱水攪拌、再攪拌，使之充分溶解，然后再混入到配料中。宜現配現用。高甲氧基果膠在可溶性糖的含量大于60%、pH值2.6~3.4內可形成不可逆性凝膠，凝膠強度隨甲氧基含量的增大而增大，凝膠速度隨濃度、含糖量、酸度的增大而增大，膠凝溫度隨冷卻溫度和pH值的降低而降低；低甲氧基果膠在低鈣濃度下軟而黏、幾乎透明，隨著鈣濃度的增加，逐漸變硬、變脆、變濁，對糖酸含量及比例要求不嚴格；凝膠強度在pH值為3和5時最大，pH值為4時最小；溫度越低，凝膠強度越大；凝膠臨界溫度為30℃，故果凍等產品應當貯存在25℃以下。

黃原膠：為淺黃至淡棕色粉末；易溶于水；耐酸堿；其溶液對大多數鹽類具有極佳的配伍性和穩定性，添加氯化鈉和氯化鉀等電解質，可提高其黏度和穩定性，鈣、鎂等二價鹽類也具有相似效應。可賦予飲料爽口感，使不溶解的成分良好地懸浮，防止渾濁果汁的沉淀于分層。

海藻酸丙二醇酯：為白色至淺黃色纖維狀粉末或粗粉；溶于水；在pH值2~3時最穩定，pH值＞6.5時則分解；能與明膠反應制成具有滲透性的不溶于水的膜。

GB2760-2011規定，本品可用于乳及乳制品，其最大使用量為3.0g/kg；也可用于淡煉乳和植物蛋白飲料中，其最大使用量為5.0g/kg；還可用于冰激凌、啤酒及麥芽飲料中，其最大使用量分別為1.0g/kg、0.3g/kg和0.3g/kg。

卡拉膠：按照不同結構，卡拉膠可分為7種類型，在食品工業中常用的有κ-卡拉膠、ι-卡拉膠、λ-卡拉膠。本品為白色或淺褐色顆粒或粉末；溶于80℃熱水。采用巴氏殺菌時宜選用λ-卡拉膠；生產牛奶凝膠宜選用κ-卡拉膠加ι-卡拉膠。用于可可牛奶的參考量為0.25g/kg；用于牛奶凝膠的參考用量為2~3g/kg；脫脂牛奶中常添加0.2~0.4g/kg；酸牛奶中常使用0.2~0.3g/kg的κ-卡拉膠并添加1~2g/kg的刺槐豆膠。

六、防腐劑與抗氧化劑

1.防腐劑

防腐劑是指對微生物具有殺滅、抑制或阻止生長作用的食品添加劑。

在酸性軟飲料中，引起敗壞的主要微生物是酵母。這是因為酸性情況下細茵不易繁殖，而霉菌在氧供應不足的情況下，也受到抑制，所以只有酵母易于生存。為防止酵母引起的敗壞，果汁飲料有加熱殺菌的工序，若同時使用防腐劑，則可在一定程度上降低加熱殺菌條件而使制品品質提高。對碳酸飲料，除其本身構成的酸性環境外，也要加防腐劑以保證確能防止酵母及其他微生物可能引起的敗壞作用。

我國食品添加劑使用標準中，對苯甲酸、苯甲酸鈉、山梨酸、山梨酸鉀、二氧化硫等已做了規定。此外，國外尚廣泛使用對羥基苯甲酸酯類。

苯甲酸及苯甲酸鈉

苯甲酸為白色有光澤的片狀或針狀結晶；性質穩定；有吸濕性。使用時應當注意以下性質：本品在100℃開始升華，酸性條件下易隨水蒸氣揮發。因此，應當注意飲料配料時的加料順序，常常先加熱，再加苯甲酸，最后加酸度調節劑。苯甲酸難溶解于常溫水，故常常使用苯甲酸鈉。苯甲酸殺菌效果最好的pH值2.5~4.0，在此范圍內完全抑菌的最小濃度為0.05%~0.1%。

苯甲酸鈉為白色顆粒或結晶性粉末；易溶于水；溶于乙醇；pH值3.5時，0.05%的濃度便可完全阻止酵母生長。1g苯甲酸鈉相當于0.847g苯甲酸。

山梨酸及山梨酸鉀

山梨酸為無色單斜晶體或白色結晶性粉末；耐光、耐熱；但長期置于空氣中則會氧化變色；水溶液加熱可隨水蒸氣揮發；難溶于水，溶于乙醇等；本品為酸性防腐劑，在pH值8以下防腐作用穩定，pH值越低，抗菌作用越強；對霉菌、酵母和其他耗氧菌有明顯的抑制作用。使用時應當注意以下三方面的問題：本品適用于酸性食品；宜在加熱結束后添加，以免隨水蒸氣揮發；難溶于水，應當采用合適的方法使其溶解、分散。

山梨酸鉀為無色至淺黃色鱗片狀結晶或結晶性粉末；與山梨酸相比，其最大的優點在于它易溶于水，因此被廣泛應用。

對羥基苯甲酸酯類

對羥基苯甲酸甲酯鈉為白色吸濕性粉末。易溶于水，呈堿性。

對羥基苯甲酸乙酯及其鈉鹽為無色細小結晶或白色結晶粉末；微溶于水，易溶于乙醇、花生油；防腐力強；在pH值4~8范圍內有良好的抗菌效果。其最大優點在于其發揮作用的pH值范圍較廣。

對羥基苯甲酸丙酯及其鈉鹽為無色細小結晶或白色結晶性粉末；難溶于水；易溶于乙醇等；防腐力比對羥基苯甲酸乙酯強；在pH值4~8范圍內有良好的抗菌效果，其發揮作用的pH值范圍較廣。

2.抗氧化劑

食品因氧化所引起的變質，已屢見不鮮。加工方法中也相應地采取了一系列對策。如脫氧、充氮、防止金屬離子混入起催化作用等等，以減少氧化作用的發生。但微量氧以至溶解氧的完全除去是困難的，為保持加工食品的品質，進一步降低氧化作用引起的變質，在食品加工中通過使用抗氧化劑的方法，以盡可能將氧化作用降低到最低限度。在使用抗氧化劑的同時，往往還要使用金屬離子螯合劑，以提高其抗氧化效果。這些金屬離子螯合劑隸屬于抗氧化劑的增效范疇。

抗氧化劑有油溶及水溶之分，軟飲料生產中使用的是水溶性的抗氧化劑，如抗壞血酸、異抗壞血酸、亞硫酸鹽類、葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶等。抗氧化劑的增效劑則主要是使金屬離子特別是鐵離子和銅離子螯合，不再促進氧化作用的一些成分，如許多有機酸都可具有一定程度的這種作用。

油溶性抗氧化劑包括：叔丁基對羥基茴香醚、2，6-二叔丁基對-甲酚、沒食子酸丙酯、叔丁基對苯二酚。

水溶性抗氧化劑包括：抗壞血酸及其鹽類、茶多酚、葡萄糖氧化酶、蘆丁、兒茶素、迷迭香提取物等天然抗氧化劑。

第三節 飲料用水及水處理

一、飲料用水的水質要求水是飲料生產中占比例最大的成分，是飲料生產中最重要的原料之一，占85%~95%，甚至有的軟飲料本身就是水，如瓶裝水，因此，水質的好壞，直接影響成品的質量，由于生產所用水源各不相同，如天然水、自來水等，一般都不符合飲料用水要求，須進行各種處理后，方可達到要求，因此，全面了解水的各種性質，對于飲料用水的處理工作具有重要意義。

1.飲料用水的水源分類及其特點

地表水

地表水是指地球表面所存積的天然水，包括江水、河水、湖水、水庫水、池塘水和淺井水等。地表水在地面流過，其特點是水量豐富，由于其流經的環境不一樣，故其中所含的雜質也不盡相同，含有較多的黏土、沙、水草、腐殖質、鈣鎂鹽類、其他鹽類及細菌等，而礦物質較少，這類水的硬度約為1.0~8.0毫克當量／升。地表水水質不穩定，受自然因素影響較大，所含雜質會隨地理位置如發源地、上游、下游和季節的變化如雨季、旱季等而發生改變。

應當指出，江河水不一定全部是地表水，其中部分可能是地下水穿過土層或巖層而流至地表。所以江河水除含有泥沙、有機物外，還有多種可溶性鹽類，我國江河水的含鹽量通常為70~990mg/L。

地下水

地下水是指經過地層的滲透和過濾，進入地層并存積在地層中的天然水。主要包括深井水、泉水和自流井水等。由于經過地層的滲透和過濾而溶入了各種可溶性礦物質，如鈣、鎂、鐵的碳酸氫鹽等，地下水一般含鹽量為100~5000mg/L。硬度約為2~10mmol/L，有的高達10~25mmol/L，但由于水透過地質層時，形成了一個自然過濾過程，地質層可濾去大部分的懸浮物、水草、藻類、微生物等，所以它很少含有泥沙、懸浮物和細菌，水質比較澄清。

自來水

主要是地表水經過適當的水處理工藝，小的雜質及細菌指標已達到飲用水的標準。其特點是水質好且穩定；水處理設備簡單，容易處理，一次性投資小；但水價高，經常性費用大。使用時注意控制Cl-、Fe3+的含量以及堿度、微生物含量。由于飲料廠多數設在城市，多以自來水為水源，故在此也作為水源考慮。

2.飲料用水的水質要求

飲料用水，除應符合我國生活用水衛生標準外。當水樣檢出總大腸菌群時，應進一步檢驗大腸埃希氏菌或耐熱大腸菌群；水樣未檢出總大腸菌群時不必檢驗大腸埃希氏菌或耐熱大腸菌群。b.放射性指標超過指導值，應進行核素分析和評價，判定能否飲用。

二、軟飲料用水的處理

水處理目的：除去水中的固體物質；降低硬度和堿度；殺滅微生物；排除所含氣體。

水處理的定義：由于軟飲料用水要求極為嚴格，因此必須對不符合軟飲料用水要求的水質進行改良，這個過程稱為水處理。

水處理的工藝流程：根據水源及水質情況而定，一般有：

若是地表水：地表水→混凝沉淀→過濾→軟化→殺菌→處理水

若是地下水：地下水→過濾→軟化→殺菌→處理水混凝與過濾

取一杯混濁的水進行觀察。首先發現一些粗大顆料迅速沉淀，水逐漸澄清，但在一定時間以后，水就不容易進一步澄清。有時還帶有顏色和臭味，此現象是由于細小懸浮物和膠體所致。

要解決此問題，水處理過程中有兩種方法：

一種是在水中加入混凝劑，使水中細小懸浮物及膠體物質互相吸附結合成較大的顆粒沉淀出來，此過程稱混凝。

另一種方法是將細小懸浮物和膠體物質直接吸附在一些相對較大顆粒表面而除去，即吸附過濾。若兩種途徑并用時，則過濾過程在混凝過程之后。

1.混凝

理論依據：膠體物質之所以能在水中能保持懸浮或分散不易沉降的穩定，其原因是同一種膠體的顆粒帶有相同電性的電荷，彼此間存在著電性斥力，使顆粒之間相互排斥。使得它們不可能互相接近并結合成大的團粒，因而不易沉降。添加混凝劑后，膠體顆粒表面電荷被中和，破壞了膠體穩定性，促使小顆粒變成大顆粒而下降，從而達到澄清的目的。

混凝劑

水處理中常用的混凝劑是鋁鹽和鐵鹽：鋁鹽混凝劑主要有明礬［KAl2］·12H2O或K2SO4·Al23·24H2O，硫酸鋁、堿式氯化鋁等，鐵鹽包括硫酸亞鐵、硫酸鐵及三氯化鐵等。

①明礬

硫酸鉀鋁［KAl2·12H2O］或［K2SO4Al23·24H2O］是一種復鹽。在水中Al23發生水解作用生成氫氧化鋁膠體。

Al232Al3++3SO2-4

Al3++H2OAl2++H+

Al2++H2OAl+2+H+

Al++H2OAl3↓+H+

氫氧化鋁溶解性很小，經聚合，以膠體狀態從水中析出，在近乎中性的天然水中，氫氧化鋁帶正電荷，而天然水中的自然膠體物質大都帶負電荷，如此兩者發生電性中和作用與吸附。在中和與吸附的共同作用下，水中的膠體微粒逐漸凝聚成大的絮狀物沉淀下來，在沉淀過程中，可將其他懸浮物裹帶同時下沉。

在使用明礬時要注意以下幾點：

水的pH值一般在6.5～7.5。pH值過高或過低都會使氫氧化鋁溶解，致使水中鋁離子殘留量上升。

水溫一般要求在25℃～35℃。在一定溫度范圍內，水溫上升，混凝劑溶解速度加快，混凝作用加強，生成的絮凝物量增加，有利于水中的雜質沉淀去除；水溫下降，則相反。但當水溫高于40℃時，生成的絮凝物細小，不利于沉淀；水溫高于50℃時，則根本失去混凝作用。

攪拌，剛加入混凝劑時應快速攪拌，以利于氫氧化鋁膠體的形成，并擴散到水中各部位及時同水中的雜質作用。當絮凝物開始形成后，不宜快速攪拌，否則絮凝物被攪散，不利于沉淀。

明礬的加入量一般為0.001％～0.02%。

②硫酸鋁

硫酸鋁［Al23］水溶液的pH值為4.0～5.0，加入水中的反應原理與明礬相同。因其是強酸弱堿鹽，故水解時會使水的酸度增加，而水解產物氫氧化鋁是兩性化合物，水的pH值太高或太低都會促使其溶解，結果使水中殘留的鋁離子增加。

當pH<5.5，氫氧化鋁表現為明顯的堿性。Al3+H+Al3++H2O

當pH≥7.5，氫氧化鋁表現為酸性。開始有偏鋁酸根生成。

Al3+OH-AlO2-+2H2O

當pH≥9，水中不再有氫氧化鋁存在。

當pH在5.5~7.5間時，生成的氫氧化鋁最多，因此，當使用Al23作為混凝劑經常用其他酸堿調節水的pH至6.5～7.5。

由于混凝過程不是單純的化學反應，故用藥量不是根據計算而是經驗確定，采用Al23有效劑量為20～100mg/L，每投1mg/LAl23需加0.5mg/LCaO。

③堿式氯化鋁

堿式氯化鋁又稱羥基氯化鋁或聚合氯化鋁，其分子式為［Al2nCl6-n］m。其中n＝1~5，m≤10。

堿式氯化鋁，在水中由于羥基的架橋作用而和鋁離子生成多核絡合物，并帶有大量正電荷，能有效地吸附水中帶有負電荷的膠粒，電荷彼此被中和，因而與吸附的污物在一起形成大的聚體而沉淀除去。另外它還有較強的架橋吸附性能，不僅能除去水中懸浮物，還能使微生物吸附沉淀。

堿式氯化鋁的一般用量0.005%～0.01%。

堿式氯化鋁的優點有：

適宜pH值范圍廣，5～9之間，即使過量投入也不會造成水渾濁；

溫度適宜性較強；

反應迅速，沉淀較快，投藥量低；

對污染嚴重或高濁度、高色度的水可達到較好效果。

④鐵鹽

常用的是硫酸亞鐵，俗稱綠礬，另外也用氯化鐵和硫酸鐵。國內用于水處理的主要是前兩種，鐵鹽在水中與碳酸氫鈣發生反應產生了Fe3膠體，Fe3混凝作用及過程與鋁鹽相似。

綠礬作為混凝劑主要有以下特點：由綠礬生成的氫氧化鐵膠體在堿性水中較穩定，故待處理水的pH值偏高時，對綠礬的混凝作用影響不大；氫氧化鐵比同體積的氫氧化鋁膠體重1.5倍，因此比氫氧化鋁絮凝物的沉降速度快；水溫對氫氧化鐵影響不大。

由于Fe2氧化產生Fe3的反應在pH值＞8.0時才能完成，因此在水處理時需要加石灰去除水中的CO2。每投加1mg/LFeSO4，需要加0.37mg/L的CaO。用FeSO4·7H2O時有效劑量一般為0.1~0.5毫克當量/升，相當于14～70mg/L。

當pH值＞６時，鐵離子與水中的腐植酸能生成不沉淀的有色化合物，所以對于含有機物多的水質進行處理時，鐵鹽是不適合的。

助凝劑

為了提高混凝的效果，經常需要加入一些輔助藥劑，稱助凝劑。助凝劑本身不起凝聚作用，僅幫助凝絮的形成，如用來調節pH值的堿、酸、石灰等。

常用的助濾劑有：活性硅酸、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉、及化學合成的高分子助濾劑，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯等。有時水中混濁程度不足，為了加速完成混凝過程，還可以投入黏土。

其中聚丙烯酰胺是一種較新型的助凝劑，它是線型的高分子聚合物，具有吸附架橋及電荷中和作用，主要靠氫鍵來吸附水中的混凝劑與雜質微粒所形成的絮凝團以及單獨存在的雜質顆粒，相互纏繞交聯，形成復雜的聚合體并沉淀下來。

近來發展的有機混凝劑，多為丙烯酸的化合物，有帶正電荷和帶負電荷的兩種。

混凝條件的確定：在確定混凝條件時，需考慮以下因素，即原水的狀況，包括水溫、pH及其他物理性質、化學性質；混凝劑的性狀及添加量；助凝劑的性狀及添加量；混凝沉淀的裝置；混凝沉淀的工藝。總之，水處理時，應先小試，以確定最佳的混凝沉淀條件。

2.過濾

過濾是一種凈化水的有效而重要的處理工藝過程，并且即使已達到飲用水要求的自來水，在作飲料用水的處理中，過濾仍是一種必不可少的處理工藝過程。因為當今的過濾不再是僅僅只除去水中的懸浮雜質和膠體物質。采用最新的過濾技術，還能除去水中的異味、顏色、鐵、錳及微生物等物質，從而獲得品質優良的水。

在過濾過程中，當過濾材料不同，過濾結果也不一樣，如細沙、無煙煤常在結合混凝、石灰軟化和水消毒的綜合水處理中作為初級過濾材料，而對原水水質基本滿足軟飲料用水要求的，可采用砂棒過濾器，為除去水中的色和味，可采用活性炭過濾器等，還有精濾、超濾和反滲透等。

通過過濾可以除去以自來水為原水中的懸浮雜質、氫氧化鐵、殘留氯及部分微生物。自來水中的雜質，對采用敞開式配水的絕大多數自來水廠來說，這些雜質主要是來自大氣環境、蓄水池，還有一些是人為的因素。

過濾也可以除去以井水為原水中的懸浮雜質、鐵、錳及部分細菌。一般的地下水都是很清澈潔凈的。有時出現了為數不多的雜質，是在取水或輸水過程中所帶入。

含鐵量偏高的地下水，可以過濾前采用曝氣的方法，用空氣氧化使二價鐵變成高價的氫氧化鐵沉淀，然后通過過濾加以除去。

當原水中含錳量達0.5mg/L時，水具有不良的味道，會影響飲料的口感，所以必須除去。除錳的方法很多：可以先用氯氧化，使錳以二氧化錳的形式沉淀；也可添加氧化劑使錳快速氧化，以二氧化錳的形式沉淀。如果水中的含錳量不太高，可采用在濾料上面覆蓋一層一定厚度的錳砂的處理方法，能獲得很好的除錳效果。

過濾原理

當原水通過粒狀濾料層時，其中一些懸浮物質和膠體物質被截留在孔隙中或介質表面上，這種通過粒狀介質層分離不溶性雜質的方法稱為過濾，過濾過程包括阻力截留、重力沉降和接觸凝聚等過程。

阻力截留：單層濾料層中粒狀濾料的級配特點是上細下粗，也就是，上層孔隙小，下層孔隙大，當原水由上而下流過濾料層時，直徑較大的懸浮雜質首先被截留在濾料層的孔隙間，從而使表面的濾料的孔隙越來越小，攔截住后來的顆粒，在濾層表面逐漸形成一層主要由截留的顆粒組成的薄膜，起到過濾作用。

重力沉降：當原水通過濾層時，眾多的濾料顆粒提供了大量的沉降面積，。當原水經過濾料層時，只要速度適宜，其中的懸浮物就會向這些沉淀面沉淀。

接觸凝聚：表面積巨大的濾料沙粒，由于與懸浮物的微小顆粒之間的吸附作用，因此使得砂粒在水中帶負電荷，能吸附帶正電的微粒，形成帶正電荷的薄膜，因而能使帶負電荷的膠體凝聚在沙粒上。

以上3種過濾作用在同一過濾系統中是同時發生的。上述阻力截留主要發生在濾料表層的過濾，而接觸凝聚和重力沉淀則是發生在濾料深層的過濾。

濾料層及墊層

①濾料的選擇濾料是完成過濾作用的基本介質，其結構和性能決定去除雜質的效果。

良好的濾料對其基本要求為：

足夠的化學穩定性，不溶于水，不產生有害和有毒物質。

足夠的機械強度。

適宜的級配和足夠的孔隙率。

常用的過濾介質有沙、石英砂、石頭、無煙煤、磁鐵礦、石榴石等。

所謂級配，就是濾料粒徑的范圍及在此范圍內各種粒徑的數量比例。由于不同粒徑的濾料要互相承托支撐，故相互間要有一定的數量比，通常用d10、d80和K作為控制指標。

K＝d80/d10

式中：K—不均勻系數.

d80—80%濾料通過的篩孔直徑.

d10—10%濾料通過的篩孔直徑.

Ｋ越大，則粗細顆粒差別越大。Ｋ過大，各種粒徑濾料互相補充，降低了孔隙率，對過濾不利。另一方面反沖時，過大的顆粒可能沖不動，而過小的顆粒可能隨水流失。一般快濾池Ｋ＝2~2.2。

濾層的孔隙率，是指濾料的孔隙體積和整個濾層體積之比例。

②濾料層結構

作為適宜的濾料層結構應滿足下列要求：

含污能力大。

產水能力或高。

適合以上條件的過濾池才能保證處理水的質量。

在通常情況下，過濾時水流方向多采用從上到下，便于保持較大的過濾速度及較好的反沖效果。在下流條件下，有兩種截然不同的濾料結構：一種是粒徑上細下粗，另一種是上粗下細，前一種結構的特點是孔隙上小下大，懸浮物截留在表面，底層濾料未充分利用，濾層含污能力低，使用周期短。后一種的特點與之相反。由此可見理想的濾料層結構是粒徑沿水流方向逐漸減小。

但是，就單一濾料而言，要達到使粒徑上粗下細的結構，實際上是不可能的。因為在反沖洗時，整個濾層處于懸浮狀態，粒徑大者，懸浮于下層，粒徑小者，懸浮于上層。反沖洗停止后，濾料自然形成上細下粗的分層結構。為了改善濾料的性能，設計了采用兩種或多種濾料，造成具有孔隙上大下小特征的濾料層。例如沙濾層上鋪一層比重輕而粒徑大的無煙煤濾層，這種結構稱雙層濾池。

雙層濾池中，無煙煤相對密度為1.4~1.7，粒徑選用0.8~1.8mm；石英砂相對密度為2.55~2.65，粒徑選用0.5~1.2mm。煤層厚0.3~0.4m，沙層厚0.4~0.5m。當無煙煤相對密度為1.5，沙粒相對密度為2.65時，最大的煤粒和最小的沙粒直徑之比不應大于3.2。

濾層總厚度一般為60~70cm，濾池穿透度深度40cm，相應的保護層厚度為20~30cm。濾池的容積視處理水量而定，一般維持沙層上水深1m，以防水質、水量的過度波動。

此外，還有一種混合濾料濾池，即在雙層濾池下再添加一層粒徑更小、密度更大的其他濾料，如石榴石、磁鐵礦等，這樣允許懸浮物穿透的更深，增加濾層的吸附表面積，進一步發揮整個慮層的吸附能力。

③墊層

為了防止過濾時濾料進入配水系統，以及沖洗時能均勻布水，在濾料層和配水系統之間設置墊層。對其要求為：

在高速水流反沖洗的情況下應保持不被沖動；

能形成均勻的孔隙以保證沖洗水的均勻分布。

材料堅固，不溶于水。

一般墊層采用天然卵石或碎石。沙粒的最大粒徑為1～2mm，作墊層的最小粒徑應選2mm。根據反沖洗可能產生的最大沖擊力，確定墊層的最大粒徑為32mm。

過濾的工藝過程基本上由兩個過程組成，即過濾和反沖洗兩個循環過程。

當過濾進行到一定階段后，由于濾層中所含污泥數量增多，可能出現兩種情況：

一是由于沙層中所含污泥逐漸飽和，水中懸浮物將穿透沙層，水質降低。

二是濾層孔隙逐漸變小，水頭損失增大，此時需進行反洗，即用一定強度的水流逆流通過濾池，使濾層在上升的水流中逐漸膨脹到一定高度，由高速水流產生的剪切力使濾料吸附的懸浮物脫落下來并排除。

反洗效果取決于沖洗強度，過小，達不到剝離雜質所需的力量，過大，濾料層膨脹過度，則會減少單位體積內濾料間碰撞的機會，對反洗亦不利。

過濾方法

①砂石過濾

以砂石、木炭作過濾層，過濾層的厚度依水的混濁度而定，一般濾池從上至下的填充料為小石、粗沙、木炭、細沙、中沙等。濾層總厚度為70cm～100cm。過濾速度一般為5m/h～10m/h。通過對原水的過濾處理，可除去原水中的懸浮物質、膠體物質、鐵、錳、部分微生物和余氯。砂石過濾器屬深層過濾，過濾包括阻力截留、重力沉降和接觸凝聚等作用。

②砂棒過濾

當處理水量不大，原水中硬度、堿度指標基本符合要求，只含少量有機物、細菌及其他雜質時，可采用砂濾棒過濾器。

砂濾棒過濾器的主要部件是砂棒，又名砂芯，采用細微顆粒硅藻土和骨灰等可燃性物質，在高溫下焙燒，使其溶化，可燃性物質變為氣體逸散，形成μm級的小孔，待處理水在外壓作用下，通過砂濾的微小孔隙時，水中存在的少量有機物及微生物被微孔吸附截留在砂濾棒表面。濾出的水，可達到基本無菌。