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1、第一单元第一单元 水的净化与污水处水的净化与污水处理理 1 1B B选修选修 化学与技术化学与技术专题专题1 1 多样化的水处理技术多样化的水处理技术1我们的将来我们的将来 水，是生命之源，是万物之源水，是生命之源，是万物之源. .没有水没有水，就没有生命的存在。就没有生命的存在。2一是淡水水资源本身储量少，且分布不匀一是淡水水资源本身储量少，且分布不匀; ;二是水污染严重。二是水污染严重。思考：造成淡水资源紧缺的主要原因是什么？思考：造成淡水资源紧缺的主要原因是什么？ 工业污水工业污水、生活污水、农业污水是造成水体、生活污水、农业污水是造成水体污染的关键原因污染的关键原因1 1、地球上总的水
2、体积大约为、地球上总的水体积大约为1414亿立方千米，其中只有亿立方千米，其中只有2.52.5是淡水，或是淡水，或者说只有者说只有0.350.35亿立方千米的淡水。大部分的淡水以永久性冰或雪的形式亿立方千米的淡水。大部分的淡水以永久性冰或雪的形式存在，或成为埋藏很深的地下水。存在，或成为埋藏很深的地下水。 2 2、我国水资源总量位于世界第、我国水资源总量位于世界第6 6位位; ;若按人均水资源计算若按人均水资源计算, ,则仅为平均水平的则仅为平均水平的1/4,1/4,排名在第排名在第110110位之后位之后. . 且南多北少且南多北少 、夏季多、夏季多, ,冬季少冬季少 ；同时浪费也大。；同时
3、浪费也大。3考虑：天然水（如河水、井水、雨水、溪水考虑：天然水（如河水、井水、雨水、溪水等）能否直接作为饮用水？等）能否直接作为饮用水？4明矾的净水作用明矾的净水作用 氢氧化铝呈絮状胶着状态，能吸附水中的悬浮氢氧化铝呈絮状胶着状态，能吸附水中的悬浮物质而迅速沉降。物质而迅速沉降。 KAl(SO4)2K+Al3+2SO42- Al3+3H2O Al(OH)3 (胶体胶体) 3H+Fe3+3H2O Fe(OH)3 (胶体胶体) 3H+常用混凝剂：如明矾、硫酸亚铁、氯化铁、聚合常用混凝剂：如明矾、硫酸亚铁、氯化铁、聚合铝（碱式氯化铝铝（碱式氯化铝-Al2(OH)nCl6-nm）净化处理净化处理1 1
4、：加：加 使悬浮的固体使悬浮的固体颗粒沉降颗粒沉降混凝剂混凝剂51、具有强吸附性的活性炭可除去水中的异味、具有强吸附性的活性炭可除去水中的异味净化处理净化处理2 2：利用：利用 除水中异除水中异味味活性炭活性炭2、活性炭也可吸附某些溶解在水中的杂质。、活性炭也可吸附某些溶解在水中的杂质。6净化处理净化处理3 3：水源的杀菌消毒：水源的杀菌消毒方法方法2：大量水可添加消毒剂，如氯气、漂白粉、臭：大量水可添加消毒剂，如氯气、漂白粉、臭氧、二氧化氯等。氧、二氧化氯等。考虑：氯气的消毒原理？其在消毒过程中有何缺陷？考虑：氯气的消毒原理？其在消毒过程中有何缺陷？方法方法方法方法1 1：少量的水常用：少量
5、的水常用：少量的水常用：少量的水常用加热煮沸法加热煮沸法加热煮沸法加热煮沸法进行杀菌消毒。进行杀菌消毒。进行杀菌消毒。进行杀菌消毒。7 加液氨后，使加液氨后，使HClOHClO部分转化为稳定的部分转化为稳定的NHNH2 2ClCl，当，当HClOHClO开始消耗后，平衡左移又产开始消耗后，平衡左移又产生生HClOHClO起杀菌作用起杀菌作用 目前，科学家致力于研制高效、安全、无毒的饮用水消毒剂。目前，科学家致力于研制高效、安全、无毒的饮用水消毒剂。(1)(1)近年来，某些自来水厂在用液氯进行处理的同时还加入少量近年来，某些自来水厂在用液氯进行处理的同时还加入少量液氨，其反应的化学方程为：液氨，
6、其反应的化学方程为：NHNH3 3+ +HClOHClO=H=H2 2O+NHO+NH2 2Cl(Cl(一氯氨一氯氨) )。NHNH2 2ClCl较较HClOHClO稳定，加液氨能延长液氯杀菌时间的原因是：稳定，加液氨能延长液氯杀菌时间的原因是：_。(2)(2)科研人员发现在氯消毒的饮用水中，含有微量对人体有潜在科研人员发现在氯消毒的饮用水中，含有微量对人体有潜在危害作用的含氯化合物。世界环保联盟即将全面禁止在自来水中危害作用的含氯化合物。世界环保联盟即将全面禁止在自来水中加氯气，推广采用光谱性高效杀菌消毒剂二氧化氯加氯气，推广采用光谱性高效杀菌消毒剂二氧化氯( (ClOClO2 2，黄绿色黄
7、绿色气体气体) )。目前欧洲和我国主要采用。目前欧洲和我国主要采用KestingKesting法法( (原料为氯酸钠和盐原料为氯酸钠和盐酸酸) )制制ClOClO2 2，该法的缺点是同时产生该法的缺点是同时产生ClCl2 2( (占占ClOClO2 2体积的一半体积的一半) )，使，使产物纯度低。产物纯度低。试写出该法制试写出该法制ClOClO2 2的化学反应方程式：的化学反应方程式：_。ClCl2 2和和ClOClO2 2都是通过氧化作用而杀菌消毒，试计算在等质量时，都是通过氧化作用而杀菌消毒，试计算在等质量时，ClOClO2 2的氧化能力是的氧化能力是ClCl2 2的的 倍。倍。 2NaC
8、lO3+4HCl=2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O 2.63 2.63 Na2FeO4物质在净水、消毒过程中可以起到很好的作用，原理？物质在净水、消毒过程中可以起到很好的作用，原理？8整合介绍：自然水净化的工艺流程整合介绍：自然水净化的工艺流程把水暴露在空气中，使水与空气把水暴露在空气中，使水与空气接触面增大，增大水中氧气的含接触面增大，增大水中氧气的含量，以加速有机物的分解。量，以加速有机物的分解。9曝气池曝气池曝气池曝气池过滤池过滤池过滤池过滤池沉降池沉降池沉降池沉降池消毒消毒消毒消毒间间间间10温馨提示：尽管自来水是在水厂按照国家饮用水的水质标准生温馨提示：尽管自来水是在水厂按照
9、国家饮用水的水质标准生产的，但其不能直接饮用，主要原因有二：一是氯气消毒仍是产的，但其不能直接饮用，主要原因有二：一是氯气消毒仍是常见的消毒方式，水中余留的氯气可以和某些有机物反应生成常见的消毒方式，水中余留的氯气可以和某些有机物反应生成有毒害的物质；二自来水需要经过很长的管道输送，极有可能有毒害的物质；二自来水需要经过很长的管道输送，极有可能受到二次污染，导致微生物滋生。受到二次污染，导致微生物滋生。 使用自来水还应注意：使用自来水还应注意： (1)(1)警惕早晨警惕早晨“死水杀手死水杀手 (2)(2)拒绝饮用反复煮沸的水拒绝饮用反复煮沸的水 (3)(3)不喝没有完全煮沸的水来水中的有害病菌
10、必须达到不喝没有完全煮沸的水来水中的有害病菌必须达到100100时才能被完全杀死。时才能被完全杀死。 (4)(4)家用滤水器家用滤水器, ,进行终端净水。常用的滤水物质一般进行终端净水。常用的滤水物质一般为离子交换树脂或活性炭。为离子交换树脂或活性炭。 11如何解决淡水资源短缺问题？如何解决淡水资源短缺问题？一、全民关注，倡导节约用水一、全民关注，倡导节约用水1 1、第、第4747届联合国大会确定每年届联合国大会确定每年3 3月月2222日为世界水日。日为世界水日。 2 2、日常生活中提倡节约用水、日常生活中提倡节约用水、一水多用一水多用 、推广节水器具、推广节水器具 、少使用洗涤剂和清洁剂、
11、少使用洗涤剂和清洁剂 。 12二、减少污水排放，从源头治理污水二、减少污水排放，从源头治理污水 城市污水中工业污水约占城市污水中工业污水约占70%。但是工业。但是工业污水中含有某些宝贵的资源，生活污水中含有污水中含有某些宝贵的资源，生活污水中含有丰富的植物营养素。所以污水处理和防治的重丰富的植物营养素。所以污水处理和防治的重点有：点有： 对城市污水实行回收、加工、利用，对城市污水实行回收、加工、利用，成为二次利成为二次利 用的用的“中水中水”，可供农林灌，可供农林灌溉、消防、冲厕所之用。溉、消防、冲厕所之用。“中水中水”可缓可缓解水资源短缺问题。解水资源短缺问题。13例子例子污染物污染物植物和
12、动物残体植物和动物残体需氧废物需氧废物细菌和病毒细菌和病毒传染性物质传染性物质肥料（如硝酸盐和磷酸盐）肥料（如硝酸盐和磷酸盐）植物养料植物养料杀虫剂、洗涤剂杀虫剂、洗涤剂有机物质有机物质煤矿及工厂排出的酸及其他无机物煤矿及工厂排出的酸及其他无机物（如铁的化合物等）（如铁的化合物等）其他矿物及化学物质其他矿物及化学物质淤积在河床上的黏土淤积在河床上的黏土由土壤冲刷带来的沉淀物由土壤冲刷带来的沉淀物由开采及加工放射性物质带来的废由开采及加工放射性物质带来的废物及使用后的放射性废物物及使用后的放射性废物放射性物质放射性物质了解污水中的污染物了解污水中的污染物141、水的理化性质、水的理化性质色度、浊
13、度、色度、浊度、PH等等2、无机物、无机物溶解氧（溶解氧（DO）、）、某些金属离子、氯离子、硫某些金属离子、氯离子、硫酸根离子、氮和磷的化合物等酸根离子、氮和磷的化合物等3、有机物、有机物通常测定生化需氧量（通常测定生化需氧量（BOD）资料卡：资料卡：水的水的DO与与BODDO：水中的溶解氧量（单位：水中的溶解氧量（单位：mg/L），），反应水反应水体自净能力的大小。体自净能力的大小。BOD：水中有机物经微生物分解所需的氧气量水中有机物经微生物分解所需的氧气量（单位：（单位：mg/L），），污水中有机物的含量越大，污水中有机物的含量越大，污水中有机物的含量越大，污水中有机物的含量越大，BODB
14、OD越高，水的富营养化程度越高。越高，水的富营养化程度越高。越高，水的富营养化程度越高。越高，水的富营养化程度越高。了解水污染的检测项目了解水污染的检测项目151、物理处理法物理处理法物理处理法物理处理法主要是利用物理原理和机械作用对废水主要是利用物理原理和机械作用对废水进行治理，如过滤、离心、沉淀分离等方法进行治理，如过滤、离心、沉淀分离等方法2、化学处理法化学处理法化学处理法化学处理法通过施用化学试剂或采用其他化学手段通过施用化学试剂或采用其他化学手段进行废水处理的方法，如化学混凝法进行废水处理的方法，如化学混凝法(加净水剂加净水剂)、 中和法（轧钢厂中的废水中和法（轧钢厂中的废水中和法（
15、轧钢厂中的废水中和法（轧钢厂中的废水( ( ( (酸性酸性酸性酸性) ) ) )） 化学沉淀法（废水中重金属离子的除去）化学沉淀法（废水中重金属离子的除去）化学沉淀法（废水中重金属离子的除去）化学沉淀法（废水中重金属离子的除去） 氧化还原法（油类、氰化物、硫化物）等方法氧化还原法（油类、氰化物、硫化物）等方法氧化还原法（油类、氰化物、硫化物）等方法氧化还原法（油类、氰化物、硫化物）等方法 熟悉污水处理的主要方法熟悉污水处理的主要方法请写出下列反应方程式：请写出下列反应方程式：请写出下列反应方程式：请写出下列反应方程式：1 1、用石灰水、空气将用石灰水、空气将用石灰水、空气将用石灰水、空气将Fe
16、Fe2+2+转化转化转化转化Fe(OH)Fe(OH)3 3除去除去除去除去2 2、用石灰水调节用石灰水调节用石灰水调节用石灰水调节PHPH至至至至8989时，时，时，时， CrCr3+3+形成沉淀除去。形成沉淀除去。形成沉淀除去。形成沉淀除去。3 3、用二氧化氯氧化除去氰化物中的氰根离子。、用二氧化氯氧化除去氰化物中的氰根离子。、用二氧化氯氧化除去氰化物中的氰根离子。、用二氧化氯氧化除去氰化物中的氰根离子。163、 生物化学处理法生物化学处理法生物化学处理法生物化学处理法通常使用含有大量需氧微通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥。生物的活性污泥。 在强力通入空气的条件下（曝气），微生物以水中在
17、强力通入空气的条件下（曝气），微生物以水中的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物，从而达到净化污水的目的。水等无机物，从而达到净化污水的目的。关键：关键：1 1、培养好活性污泥中的微生物。、培养好活性污泥中的微生物。2 2、提高曝气效率，使微生物获得足够的氧气。、提高曝气效率，使微生物获得足够的氧气。17三、研发技术，进行海水淡化三、研发技术，进行海水淡化海水淡化就是利用物理、化学或生物方法除去海水中溶有的海水淡化就是利用物理、化学或生物方法除去海水中溶有的盐。主要方法有：蒸馏法、膜法、冷冻法和离子交换法等。盐。主要方法有
18、：蒸馏法、膜法、冷冻法和离子交换法等。方法一：蒸馏法，这种方法淡化的水量约占世界海水方法一：蒸馏法，这种方法淡化的水量约占世界海水总淡化量的总淡化量的70%。18思考：思考：蒸馏法进行淡化海水有什么优点和缺点蒸馏法进行淡化海水有什么优点和缺点？优点：设备简单、技术成熟。优点：设备简单、技术成熟。缺点：能耗大。缺点：能耗大。改进措施：改进措施：进行减压蒸馏进行减压蒸馏 降低压强，使水的沸点降低，从而在低温下降低压强，使水的沸点降低，从而在低温下使水沸腾，减小能耗。使水沸腾，减小能耗。19方法方法2：电渗透法：电渗透法1、分析淡化原理？、分析淡化原理？2、阴、阳离子交换膜的位、阴、阳离子交换膜的位
19、置能否互换置能否互换？20方法方法3：反渗透法反渗透法可以大量、快速地生产淡水，关键是寻找理想的渗透膜可以大量、快速地生产淡水，关键是寻找理想的渗透膜21方法四：冷冻法方法四：冷冻法 把冷海水喷入真空室，部分海水蒸发吸热使其把冷海水喷入真空室，部分海水蒸发吸热使其余海水冷却形成冰晶。固体冰晶中的杂质要比原溶余海水冷却形成冰晶。固体冰晶中的杂质要比原溶液中少得多。将得到的冰晶用适量的淡水淋洗、溶液中少得多。将得到的冰晶用适量的淡水淋洗、溶化，就得到淡水。化，就得到淡水。22什么是水的硬度呢？什么是水的硬度呢？1.硬水：溶有较多量的硬水：溶有较多量的Ca2+和和Mg2+的水的水 (如如:井水等井水
20、等)2.软水：只溶有较少量或不含软水：只溶有较少量或不含Ca2+和和Mg2+的水的水 (如如:蒸馏水等蒸馏水等)以水中溶有的以水中溶有的以水中溶有的以水中溶有的CaCa2+2+和和和和MgMg2+2+的含量为标准的含量为标准的含量为标准的含量为标准23水的硬度如何测定？水的硬度如何测定？1、概念：一般把、概念：一般把 1L水里含有水里含有10mg CaO(或含相当于或含相当于10mg CaO的物质，如的物质，如7.1mgMgO)称为称为1度。度。0-4 4-88-16 16-30 30 很软水很软水软水软水中硬水中硬水硬水硬水很硬水很硬水例如例如:经测定经测定:某天然水中某天然水中Ca2+浓度
21、为浓度为0.001mol/L，Mg2+浓浓度为度为0.002mol/L，试求该天然水的总硬度。且如何证明这试求该天然水的总硬度。且如何证明这个硬度是暂时硬度还是永久硬度？个硬度是暂时硬度还是永久硬度？注意：水的硬度可分为暂时硬度注意：水的硬度可分为暂时硬度（由碳酸氢钙、碳酸氢镁引（由碳酸氢钙、碳酸氢镁引起的）起的）和永久硬度和永久硬度（由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的）（由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的）2、常用的测定方法：总硬度试纸、常用的测定方法：总硬度试纸+标准色阶标准色阶24 人饮用的水人饮用的水若硬度过高若硬度过高，1、对于不习惯的人来说，易造成肠胃功、对于不习惯的人来说，易造成肠胃功能
22、紊乱，导致疾病的发生，如南方人初到北方时的能紊乱，导致疾病的发生，如南方人初到北方时的“水土水土不服不服”现象；长期饮用过硬的水，还会使胃炎、结石等病现象；长期饮用过硬的水，还会使胃炎、结石等病的发病率上升。的发病率上升。2、浪费肥皂，衣物不易洗净，还使衣服变浪费肥皂，衣物不易洗净，还使衣服变硬。硬。3、锅炉用水硬度过高易形成锅垢，不仅浪费燃料，而且会、锅炉用水硬度过高易形成锅垢，不仅浪费燃料，而且会使锅炉管道因受热不均而导致变形或损坏，严重时会引起使锅炉管道因受热不均而导致变形或损坏，严重时会引起爆炸事故。爆炸事故。若硬度过低，若硬度过低，则人无法从水中吸收人体发育所必需的则人无法从水中吸收
23、人体发育所必需的无机盐离子和微量元素等，对人体的危害也很大。无机盐离子和微量元素等，对人体的危害也很大。危害25硬水的软化硬水的软化降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。思路思路1 1：若硬水中钙、镁离子是以碳酸氢盐的形式存在：若硬水中钙、镁离子是以碳酸氢盐的形式存在, ,加热煮沸法加热煮沸法Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2OMg(HCO3)2 = MgCO3 + CO2 + H2O由于氢氧化镁的溶解性比碳酸镁的溶解性要小得多由于氢氧化镁的溶解性比碳酸镁的溶解性要小得多, ,因而继因而继续加热时续加热时, ,碳酸镁要转化
24、为氢氧化镁碳酸镁要转化为氢氧化镁: :MgCO3 + 2H2O = Mg(OH)2 + CO2思考：现在你知道为什么水瓶使用时间长瓶胆上会有一层水垢？思考：现在你知道为什么水瓶使用时间长瓶胆上会有一层水垢？26硬水的软化硬水的软化降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。思路思路2:2:凡硬水可用药剂软化法，先加石灰、后加碳酸钠。凡硬水可用药剂软化法，先加石灰、后加碳酸钠。（1）若）若硬水中钙、镁离子是以碳酸氢盐的形式存在硬水中钙、镁离子是以碳酸氢盐的形式存在Ca2+ + 2HCO3- + Ca2+ + 2OH- = 2CaCO3 + 2H2OMg
25、2+2HCO3-+2Ca2+4OH- =Mg(OH)2+2CaCO3+2H2OCa2+ + CO32- =CaCO3（2）若）若硬水中钙、镁离子是以氯化物、硫酸盐的形式存在硬水中钙、镁离子是以氯化物、硫酸盐的形式存在Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2Ca2+ + CO32- =CaCO3CaSO4+ CO32- =CaCO3+SO42-27硬水的软化硬水的软化降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。思路思路3:3:凡硬水可用离子交换树脂进行软化凡硬水可用离子交换树脂进行软化离子交换树脂由交换剂本体（有机高聚物，用离子交换树脂由交换剂本体（
26、有机高聚物，用R表示）和交表示）和交换基团两部分组成。换基团两部分组成。 阳离子交换树脂：磺化煤（阳离子交换树脂：磺化煤（NaR）、）、RSO3H 阴离子交换树脂：阴离子交换树脂：RN(CH3)3OH2NaR + Ca2+ = CaR2 + 2Na+2NaR + Mg2+ = MgR2 + 2Na+ 可用可用8% - 10% 的氯化钠溶液浸泡的氯化钠溶液浸泡可用强酸稀溶液处理可用强酸稀溶液处理可用强碱稀溶液处理可用强碱稀溶液处理28例：某学生取矿泉水试样检测，其例：某学生取矿泉水试样检测，其pH约为约为6.5，将其缓慢通过阳，将其缓慢通过阳离子交换树脂后，测得其离子交换树脂后，测得其pH约为约为4，则该矿泉水是否为硬水。，则该矿泉水是否为硬水。例例：下下图图是是某某饮饮水水厂厂从从天天然然水水制制备备纯纯净净水水（去去离离子子水水）的的工工艺艺流程示意图：流程示意图：活性炭的作用是活性炭的作用是 ：O3消毒的优点是消毒的优点是 。A、B中放置的物质名称分别是：中放置的物质名称分别是：A ；B 。去除水中的异去除水中的异味并吸附溶解味并吸附溶解在水中的物质在水中的物质反应产物无毒无害反应产物无毒无害阳离子交阳离子交换树脂换树脂 阴离子交阴离子交换树脂换树脂 29污泥减量微生物制剂招商http:/
