高中化学-《获取安全的饮用水》文字素材2-鲁科版选修1.doc

获取安全的饮用水 一、天然水的净化1、天然水中可能含有的物质：自然界的水在不停地循环着，在循环过程中会溶解或携带很多物质，例如：泥沙、可溶性矿物质(Ca2+、Mg2+、Fe2+)、致病细菌(大肠杆菌等)，还可能会含有重金属离子(Pb2+、Hg2+等)，这样的水不能直接饮用，必须经过综合处理后才能饮用。2、天然水的净化：一般须经过沉降悬浮物和杀菌消毒两步。沉降悬浮物：要获得饮用水，首先要通过凝聚过程除去其中的悬浮物，要实现这一点，须加入铝盐(比如明矾)或铁盐等絮凝剂，当加入絮凝剂(以明矾为例)后，明矾溶于水会电离出Al3+，同时，水自身也能发生微弱电离，产生微量的OH-。Al3+能与OH-结合生成难电离的Al(OH)3，Al(OH)3在水中形成胶体，对水中细小的悬浮物有很强的吸附作用，从而形成絮状物，当絮状物的重力大于浮力时就会下沉，从而脱离水体而沉积下来。除了明矾，常用的絮凝剂还有聚合铝盐、聚合镁盐和有机絮凝剂。在沉降悬浮物的过程中，除了加絮凝剂外，还可以加入一些粉碎的石灰石、黏土、膨润土或硅藻土作为辅助剂，使凝聚后的絮状物增重易于沉降。杀菌消毒：细菌主要由蛋白质构成，杀菌的实质是用强氧化剂或在高温条件下，使菌体蛋白质变性。对少量水通常使用加热煮沸法来杀菌消毒，对大量水多采用强氧化剂法进行杀菌消毒，这些强氧化剂称为杀菌消毒剂。20世纪70年代常用的杀菌剂是氯气，但用氯气进行消毒的水会生成对人体有害的卤代烃，这些卤代烃有许多是有毒物，有的还有致癌和致畸作用。因此近年来人们又逐步用二氧化氯(ClO2)和漂白粉CaCl2和Ca(ClO)2的混合物取代氯气，这类消毒剂不会产生卤代烃。目前，又发现一种性能优良的净化剂高铁酸盐（例如：Na2FeO4或K2FeO4，其中Fe显6价，具有很强的氧化性，能非常有效地杀灭水中的细菌和病毒，自身被还原成Fe(OH)3。另外，高铁酸盐还是一种性能优良的无机絮凝剂，能高效地除去水中的微细悬浮物。由于它同时具有强的氧化和絮凝作用，其消毒和净化效果优于含氯消毒剂，且在消毒和净化过程中，不会产生对人体有害的有机氯等物质。故是一种较理想的净水剂。天然水经过上述悬浮物的沉降和杀菌消毒过程才能饮用，那么你知道自来水厂里天然水是怎样进行处理变成自来水的吗？二、城市自来水的获取自来水的处理过程，主要包括以下四个步骤：(1)沉淀：在沉淀池中加入絮凝剂、静置，水中的悬浮物可凝聚成大颗絮状物沉淀到池底。(2)过滤：使水通过细砂，以除去沉淀和残存的悬浮物。(3)曝气：把水暴露在空气中，使水和空气的接触面增大，增加水中氧的含量，通过微生物的代谢作用，将水中复杂的有机物降解为简单的无害物质。(4)消毒：消毒是饮用水处理中最重要的环节之一。正如上面所讲的天然水的杀菌消毒一样，加入杀菌消毒剂，杀灭水中可引起霍乱、伤寒、痢疾等病症的细菌。经过以上处理的水基本可以达到饮用水的质量标准。附：生活用水水质标准GB574985(部分)。感观指标：色度15度，浑浊度3度，不得有异臭异味，不得含有肉眼可见物。化学指标：pH 6.58.5 总硬度250(CaCO3计)铁0.3锰0.1铜1.0硒0.01汞0.001镉0.01铬(Vl)0.05铅0.05砷0.05挥发酚类0.002 (以苯酚计)氟化物1.0氰化物0.05细菌学指标：细菌总数100mL-1大肠杆菌3L-1有些地方的水经过自来水厂的处理后，仍然含有过多的Ca2+、Mg2+，使水的硬度过大，仍不适于饮用。我们把溶有较多Ca2+、Mg2+的水称为硬水，溶有少量或不含Ca2+、Mg2+的水称为软水。水中Ca2+、Mg2+含量的高低，可用水的硬度来表示。由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的硬度叫永久硬度。由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2引起的硬度叫暂时硬度。水的硬度泛指这两种硬度的总和。我国现行标准规定：1L水含有10mgCaO或相当于10mgCaO 称为1度。硬度在8以下的水称为软水，在8以上称为硬水，硬度大于30的水称为最硬水。高硬度的水对生产和生活都有危害。它不适宜饮用，因为它容易引起肠胃不适，还能诱发疾病；不利于洗涤，因为它会造成洗涤剂的浪费，并使衣物丧失鲜艳的色泽；不能做锅炉用水，因为它会使锅炉结垢(主要成分是CaCO3、Mg(OH)2)，降低热效率，浪费燃料，甚至会引起锅炉爆炸。硬水的危害如此之大，怎样降低水的硬度呢？常用的硬水软化方法有加热法、药剂法和离子交换法。加热法是通过加热煮沸使暂时硬水所含的Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2发生分解，生成难溶的CaCO3、MgCO3，反应原理为：Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2OMg(HCO3)2MgCO3CO2H2O生成的MgCO3在加热条件下可与水进一步反应生成更难溶的Mg(OH)2，这些难溶物从水中沉淀下来，达到降低水的硬度的目的。药剂法是向水中加入适当的化学试剂，促使溶解在水中的Ca2+、Mg2+以沉淀的形式从水中分离出来，达到软化水的目的。常用的化学试剂有生石灰(与水反应生成熟石灰)、纯碱(Na2CO3) 等，反应原理为：Ca(HCO3)2Ca(OH)22CaCO32H2OMg(HCO3)22Ca(OH)2Mg(OH)22CaCO32H2OMgCl2Ca(OH)2Mg(OH)CaCl2CaCl2Na2CO3CaCO32NaCl离子交换法是采用离子交换剂软化水的一种方法。离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂两类。它们能与水溶液交换具有同性电荷的离子，从而除去或减少不需要的离子。这种方法常用于工业锅炉用水的软化。常用的阳离子交换剂是磺化煤，其结构较复杂，简写为NaR，当硬水通过装有离子交换剂的装置时，发生如下的离子交换作用：2NaRCa2+ CaR2 2Na+2NaR Mg2+MgR22Na+硬水中的Ca2+、Mg2+被离子交换剂吸附而除去，因此从装置中流出的水就成为软水。离子交换剂的再生：离子交换剂因离子交换作用的不断进行而逐步丧失功能，因此，需要在一定时间后进行再生。一般的再生方法是让高浓度的NaCl溶液通过离子交换剂，用 Na+把离子交换剂吸附的Ca2+、Mg2+置换出来，从而恢复离子交换剂软化硬水的能力。上面我们学习了有关自来水的获取过程，你想了解我国瓶装饮用纯净水的制取方法吗？ 三、纯净水的制取方法1、瓶装饮用纯净水卫生标准感官指标：色度5浊度1无异味、异臭，不得检出肉眼可见物。化学指标：pH57 ，铜1 铅0.01砷0.01游离氯0.005挥发性酚类0.002氰化物0.002由上表与前面生活饮用水水质标准进行比较可得，纯净水的铅、砷、铜等重金属类相对下降，但有些微量元素如硒等也被除去，硒主要从水中得到，很难从食物中摄取，故不易长期饮用纯净水，否则会引起微量元素缺乏症。2、瓶装饮用水的制取方法制纯净水的原料是符合生活用水水质标准的水。选用的方法有电渗析法、离子交换法、反渗透法、蒸馏法等。其中最常用的方法是离子交换法。但离子交换法无法除去有机物和微生物，故在进行离子交换之前，先加入活性炭(具有吸附性)以除去有机物和微生物。然后，将水再通过离子交换树脂，使水中的离子与树脂上的离子进行交换。阳离子交换树指上的H+与水中的阳离子(如Ca2+)进行交换，释放出H+，而阴离子交换树脂上的OH-与水中的阴离子(如Cl- )进行交换，释放出OH-。H+与OH-结合生成纯水，达到除去离子的目的。经过离子交换的水再用紫外线或臭氧消毒，就得到了纯净水。制取纯净水的方法很多，目前较理想的是反渗透法。反渗透法采用的反渗透膜孔很小，在外加压力的作用下只有水分子能通过，从而得到纯净水。利用这种原理也可以进行海水淡化。水是大自然赐予人类的宝贵财富，但它并非取之不尽，用之不竭，随着人口急剧增加，工业迅猛发展，一方面使世界上许多地区面临淡水资源危机，另一方面人为的污染严重影响着人类赖以生存的水源，因此我们应该节约用水，并注意保护水源。 四、污水治理与环境保护工业废水、生活污水、农田排水、以及降雨将大气中的污染物和堆积在地上的垃圾污染物冲入水中等诸多原因，使水中的重金属离子及N、P化合物等污染物增多，从而造成水源污染。污染的水对工农业生产、渔业、林业、畜牧业危害都很大，一些污染物比如Hg、Cd、Pb、Cr等在生物体内富集，不易排出。人食用了这样的食物也会中毒，因此，受污染的水必须进行处理。污水处理的方法主要有物理方法、生物方法、化学方法。其中化学方法主要包括中和法、氧化法、还原法、化学沉淀法，其中还原法主要用于处理废水中的铬和汞等离子，化学沉淀法的处理对象主要是重金属和胶状物质。污水处理程度分为一级处理、二级处理、三级处理。一般根据水质状况和处理后水的去向来确定污水的处理程度。目前，城市污水处理厂多采用活性污泥法二级处理工艺来进行污水处理。这种工艺的一级处理是指在沉淀池中通过过滤除去污水中的固体沉淀物和悬浮物，再加入一定量的化学试剂用于中和污水中的酸性或碱性物质，经过一级处理的水不能排放。二级处理是指采用空气曝气活性污泥法，利用细菌等微生物使废水中的有机污染物分解成简单的无害物质，在二次沉淀池中，污泥和水分开，从而使废水得以净化。经过二次处理的水达到国家颁布的水质标准时，可以排放，也可做冷却用水或用于冲洗卫生间、喷洒街道、浇灌农田、绿地等。分离出的污泥可用于产生沼气，供人们利用。上面我们提到，污染的水中还可能会含有重金属离子，这些离子主要来自工业废水的排放，怎样消除工业废水中的重金属离子呢？以“电镀厂废水的处理”为例为说明这个问题。电镀厂排放的废水主要含有铬等重金属的化合物、氰化物等污染物。处理废水中的铬常用电解的方法。电解时，以铁为阳极，生成的Fe2+可将废水中的Cr2O72-还原成Cr3+，它本身被氧化为Fe3+.由于阴极上H+放电生成H2,溶液中OH-浓度升高,Fe3+、Fe2+、Cr3+分别形成 Fe(OH)3、Fe(OH)2、Cr(OH)3沉淀。处理废水中的氰化物时，通常用电解法使氰离子(CN-)转化为NH4+和 CO32-。目前全球都面临着水资源短缺问题，人们不仅要致力于污水的治理，以减少对有限水资源的污染，更要增强节水意识，从点滴做起，从自我做起，珍惜淡水资源。