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1、 水是人类赖以生存的宝贵资源 水资源 地球上总的水体积大约为14亿km3 其中只有2 5 是淡水 大部分的淡水以永久性冰或雪的形式封存于南极洲和格陵兰岛 或成为埋藏很深的地下水 能被人类所利用的水资源主要是湖泊 河流 土壤湿气和埋藏相对较浅的地下水盆地 这些水资源中可用的部分仅有20万km3 不足淡水总量的1 仅为地球上水资源总量的0 01 水缺乏 目前世界上已有29个国家或轻或重地遭到缺水的折磨 到2025年 缺水国家将达34个 在今后50年内 世界将有10亿至24亿人面临缺少淡水的威胁 据估计 世界上每8秒钟就有一名儿童死于饮用不卫生的水所引起的疾病 在全国七大流域中 有近50 的河段受到
2、不同程度的污染 其中10 的河段污染极为严重 已丧失了水体的使用功能 75 的城市河段已不适宜作为饮用水的水源 中国水资源的供需现状 水污染使水荒更加严重 防治污染 保护水资源 评价水质的指标 水的净化 水的污染 内容提要 工业废水的处理 天然水中所含物质 溶解物质 钙 镁 钠 铁等的盐类及其他化合物 溶解的氧及其他有机物 胶体物质 硅胶 腐殖酸胶体 悬浮物质 粘土 泥沙 细菌等 评价水质的指标waterqualityassessment 浑浊度电导率pH硬度耗氧量微生物学指标 浑浊度 浑浊度 简称浊度 衡量水中所含悬浮物质的多少 国家 生活饮用水卫生标准 规定浊度不得超过5度 电导率 电导率
3、 electricconductivity 电解质溶液在电场作用下的导电能力 其大小间接反应了水中溶解性盐类的总量 也反映了水中矿物质的总量 电导率的单位为S m 1 pH pH值是指水的酸碱度 表示水中H 和OH 的含量比例 范围为0 14 人体对pH值的反应非常敏感 身体内大部分物质的pH值为6 8 血液和细胞水的pH值为7 2 7 3 硬度Hardnessofwater 水的硬度是指水中所含的钙 镁离子的总量 一般以碳酸钙来计算 表示水中结垢物质的含量的指标 硬度单位 mg L 毫克每升 mmol L 毫摩尔每升 永久硬度与暂时硬度 在天然水中Ca2 Mg2 以碳酸盐 重碳酸盐形式存在
4、所构成的硬度叫 碳酸盐硬度 KH 可通过煮沸而转变成碳酸盐沉淀除去 又称 暂时硬度TemporaryHardness 以硫酸盐 氯化物形式构成的硬度叫 非碳酸盐硬度 又叫 永久硬度permanenthardness 这两种硬度就组成 总硬度 GH 耗氧量 水中发生化学或生物化学氧化还原反应所消耗氧化剂或溶解氧的量 间接反映水中有机物的含量 水中有机物愈多 耗氧量就愈高 从而溶解氧减少 测定方法不同 分为化学耗氧量 COD 和生物耗氧量 BOD 生物化学需氧量 生物化学需氧量 biochemicaloxygendemand 简称 生化需氧量 常以符号BOD表示 水中有机物质在微生物的作用下 进行
5、氧化分解所消耗的溶解氧量 单位为mg L 水中有机物的生物氧化过程与水温和时间有密切关系 BOD的测定皆规定温度和时间条件 实际工作中以20 培养5日后lL水样中消耗溶解氧的mg数来表示 称五日生化需氧量 缩写为BOD5 化学耗氧量chemicaloxygendemand 化学耗氧量 chemicaloxygendemand 亦称 化学需氧量 简称 耗氧量 用化学氧化剂 如高锰酸钾 重铬酸钾 氧化水中需氧污染物质时所消耗的氧气量 常以符号COD表示 计量单位为mg L 是评定水质污染程度的重要综合指标之一 COD的数值越大 则水体污染越严重 一般洁净饮用水的COD值为几至十几mg L COD测
6、定较易且快 微生物学指标 水受人蓄粪便 生活污水的污染时 水中细菌含量大增 检测水中细菌总数和大胞肠杆菌群数可判断水质受粪便污物污染的情况 表1地表水环境质量标准基本项目标准值单位 mg L 表1地表水环境质量标准基本项目标准值单位 mg L 生活饮用水水质标准 生活饮用水水质标准 生活饮用水水质标准 生活饮用水水质标准 澄清与消毒软化除盐高纯水的制备 水的净化 澄清与消毒 澄清是除去水中悬浮物体和胶体物质的过程 加入混凝剂 以中和水中胶体微粒表面的电荷 破坏胶体稳定性 使水中细小悬浮物及胶体微粒互相吸附结合成较大的颗粒 凝聚沉淀 混凝剂主要有铝盐和铁盐 铝盐有明矾 硫酸铝 碱式氯化铝等 铁盐
7、有硫酸亚铁 硫酸铁和三氯化铁 新型混凝剂 有机高分子混凝剂聚丙烯酰胺 无机高分子混凝剂聚合氯化铝 广泛用于工业 生活污水处理和污泥脱水 消毒 生活饮用水常用液氯或臭氧消毒 目前采取液氯消毒较多 氯气注入水中产生次氯酸 次氯酸能够杀死水体中的致病菌 使自来水清洁卫生 适于饮用 臭氧消毒 臭氧是很强的氧化剂 瞬时灭菌性质优于氯 臭氧水的作用比氯快600 1000倍 强一倍 而剂量只是氯的万分之一 臭氧水致死细菌的浓度为0 4 0 5ppm 时间只需0 5 5min 致死病毒的浓度为4ppm 远低于臭氧气的杀菌浓度 软化softenedwater 降低硬水中钙离子和镁离子含量使硬水变成软水的处理叫做
8、作水的软化 软化水能防止锅炉 冷冻机组 空调系统等用水设备的结垢 水的软化方法主要有两种 1 石灰软化法2 离子交换法 石灰软化法 加入石灰 CaO 可使水中的二氧化碳 碳酸氢钙和碳酸氢镁生成碳酸钙和氢氧化镁的沉淀 由镁永久硬度转化为钙永久硬度 然后用纯碱 磷酸钠等除去过量的钙离子 使水软化 离子交换法IonExchange 离子交换法是利用离子交换剂 把水中的离子与离子交换剂中可扩散的离子进行交换作用 使水得到软化的方法 天然水通过软化器时 器内的钠型阳离子交换树脂即与水中的钙镁离子置换产出软化水 其残余硬度 0 03mmol 2R Na Ca2 Mg2 2R2 Ca Mg 2Na 除盐 除
9、去水中各种阳离子和阴离子杂质所得之纯水称去离子或除盐 离子交换法IonExchange电渗析法electrodialysis反渗透ReverseOsmosis 电渗析法 电渗析法是在外加直流电场的作用下 利用阴 阳离子交换膜对水中离子的选择透过性 使水中阴 阳离子分别通过阴 阳离子交换膜向阳极和阴极移动 从而达到净化作用 这项技术常用于将自来水制备初级纯水 电渗析法 反渗透法 反渗透法 超滤技术 是以压力为驱动力 提高水的压力来克服渗透压 使水穿过功能性的半透膜而除盐净化 反渗透法也能除去胶体物质 对水的利用率可达 以上 反渗透法产水能力大 操作简便 能有效使水净化到符合国家标准 渗透过程示意
10、图 半透膜 纯溶剂 盐溶液 渗透压 渗透与反渗透 半透膜 高纯水的制备 高纯水生产流水线 水的污染WaterPollution 酸碱盐等无机物污染重金属污染有机物污染水体富营养化Eutrophication热污染ThermalPollution 何谓水污染 水体因某种物质的介入 而导致其化学 物理 生物或者放射性等方面特征的改变 从而影响水的有效利用 危害人体健康或者破坏生态环境 造成水质恶化的现象称为水污染 水的污染有两类 一类是自然污染 另一类是人为污染 当前对水体危害较大的是人为污染 水污染概况 全世界约有10亿多人由于饮用水被污染 受到疾病传染的威胁 世界卫生组织的调查表明 全世界每年
11、至少有1500万人死于水污染引起的疾病 据世界卫生组织 WHO 调查 人类疾病的80 与水有关 联合国提供的材料表明 如果不能设法提供干净安全的饮用水 到2025年世界上无法获得安全饮用水的人数将增加到23亿 而由饮用水不卫生致死的人数将大大超过目前的每年530万 水污染概况 世界各城市每天产生的 万吨人类粪便 只有不到 经过处理 其余都倒入江河中了 全国约有1 3以上的工业废水和9 10以上的生活污水未经处理就排入河湖 资料显示 近年来全国年排放污水量近 亿吨 其中大部分未经处理直接排入水域 使得全国90 的城市水环境恶化 加剧了可利用水资源的不足 据对全国 条河流污染状况调查 已有 条河流
12、受到不同程度的污染 占调查总数的 我国七大水系中近一半河段污染严重 86 的城市河段水质普遍超标 全国7亿多人饮用大肠杆菌超标的水 1 64亿人饮用有机污染严重的水 3500万人饮用硝酸盐超标的水 我国的水环境 我国的水环境面临三个主要问题 一是水资源短缺 二是水污染 三是用水的极大浪费 水体的自净能力 然而 水体的自净能力是有限度的 当污染物的数量超过了水体的自净能力时 就会使水体出现危害人体健康或破坏生态环境的现象 当污染物进入水体后 经过一系列的物理 化学 生物等方面的作用 污染物的浓度会逐渐降低 经过一段时间后 水体往往能恢复到受污染前的状态 水的这种自我调节 净化的能力 称为水体的自
13、净能力 水体自净机理包括沉淀 稀释 混合等物理过程 氧化还原 分解化合 吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物化学过程 各种过程同时发生 相互影响 并相互交织进行 水体无机污染 无机无毒物 酸 碱 一般无机盐 氮 磷等植物营养物质 无机有毒物 重金属 砷 氰化物 氟化物等 酸碱盐等无机物污染 酸主要来自矿坑废水 工厂酸洗水 硫酸厂 粘胶纤维 酸法造纸等 酸雨也是某些地区水体酸化的主要来源 碱主要来自造纸 化纤 炼油等工业 酸碱污染不仅可腐蚀船舶和水上构筑物 改变水生生物的生活条件 还可大大增加水的硬度 生成无机盐类 影响水的用途 增加工业用水处理费用等 重金属污染 所有重金属 尤其是汞 铅 镉
14、铬等 超过一定浓度都对人体有毒 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中 但由于人类对重金属的开采 冶炼 加工及商业制造活动日益增多 造成不少重金属如铅 汞 镉 钴等进入大气 水 土壤环境 引起严重的环境污染 重金属污染的特点 微量浓度即可产生毒性 一般为1 10毫克 升 汞 镉为0 01 0 001毫克 升 难以被微生物降解 在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物 如甲基汞 被生物富集 通过食物链 foodchain 进入人体 造成慢性中毒 重金属污染的危害 亲硫重金属元素 汞 镉 铅 锌 硒 铜 砷等 与人体组织某些酶的巯基 SH 有特别大的亲合力 能抑制酶的活性 亲铁元素 铁 镍 可
15、在人体的肾 脾 肝内累积 抑制精氨酶的活性 六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂 可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶 导致高铁血红蛋白 可能致癌 过量的钒和锰 亲岩元素 则能损害神经系统的机能 日本水俣病事件 日本熊本县水俣湾 1925年 日本氮肥公司在这里建厂 后又开设了合成醋酸厂 1949年后 这个公司开始生产氯乙烯 C2H5Cl 年产量不断提高 1956年超过6000吨 与此同时 工厂把没有经过任何处理的废水排放到水俣湾中 1956年 水俣湾附近发现了一种奇怪的病 最初出现在猫身上 病猫步态不稳 抽搐 麻痹 甚至跳海死去 被称为 自杀猫 随后不久 此地也发现了患这种病症的人 患者由于脑中枢神经和末梢
16、神经被侵害 轻者口齿不清 步履瞒珊 面部痴呆 手足麻痹 感觉障碍 视觉丧失 震颤 手足变形 重者神经失常 或酣睡 或兴奋 身体弯弓高叫 直至死亡 氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞 Hg 的催化剂 这使排放的废水含有大量的汞 当汞在水中被水生物食用后 会转化成甲基汞 CH3HgCl 这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命 据统计 有数十万人食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾 痛痛病 自1959年起 居住在日本富山市神通川下游地区的一些农民得了一种奇怪的病 得病初期 患者只感到腰 背和手足等处关节疼痛 后来发展为神经痛 患者走起路来像鸭子一样摇摇摆摆 晚上睡在床上经常痛得直喊 痛 痛 因此这种病被称为 痛痛病 又称为 骨痛病 得了这种病 人的身高缩短 骨骼变形 易折 轻微活动 甚至咳嗽一声 都可能导致骨折 一些人痛不欲生 自杀身亡 经过调查 造成这种骨痛病的原因是神通川上游的炼锌厂长年累月排放含镉的废水 当地农民长期饮用受到镉污染的河水 并且食用此水灌溉生长的稻米 于是镉便通过食物链进入人体 在体内逐渐积聚 引起镉中毒 造成 骨痛病 水体有机物污染 有机无毒物 碳水化合物
