水的净化与污水处理

第一单元水的净化与污水处理第一单元水的净化与污水处理我们的将来我们的将来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？、生活污水、农业污水是造成水体污、生活污水、农业污水是造成水体污染的关键原因染的关键原因1 1、地球上总的水体积大约为、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，或者说只有是淡水，或者说只有0.350.35亿立方千米的淡水。大部分的淡水亿立方千米的淡水。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。以永久性冰或雪的形式存在，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,则仅为则仅为平均水平的平均水平的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,冬冬季少季少 ；同时浪费也大。；同时浪费也大。天然水中所含的杂质（见天然水中所含的杂质（见P2P2表表1-1 1-1）生活用水的净化生活用水的净化 A、混凝剂、混凝剂化学沉降剂，除去水中的悬浮物质化学沉降剂，除去水中的悬浮物质B、常见的混凝剂：铝盐、常见的混凝剂：铝盐明矾明矾KAl(SO4)212H2O、Al2(SO4)3、碱式氯化铝、碱式氯化铝AlCln(OH)3-n；铁盐（；铁盐（FeCl3）等等C C、铝盐的净水原理、铝盐的净水原理 盐类的水解盐类的水解KAl(SO4)212H2OK+Al3+2SO42-+12H2OAl3+3H2O Al(OH)3(胶体胶体)+3H+明矾明矾KAl(SO4)212H2O氢氧化铝在水中形成胶体，它对水中细小的氢氧化铝在水中形成胶体，它对水中细小的悬浮物有很强的吸附性，能沉降除去悬浮物，达悬浮物有很强的吸附性，能沉降除去悬浮物，达到净化水的目的。到净化水的目的。几种常用的杀菌消毒剂几种常用的杀菌消毒剂试剂名称成分特性氯气Cl2具有强氧化性，有毒，易与有机物在光照条件下发生取代反应，与水反应生成次氯酸漂白粉Ca(ClO)2和CaCl2的混合物Ca(ClO)2本身具有强氧化性，在空气中与二氧化碳和水反应生成易分解的次氯酸而容易变质二氧化氯ClO2具有强氧化性，有毒，不易与有机物在光照条件下发生取代反应 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，平衡左移又开始消耗后，平衡左移又产生产生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，其反应的化学方程为：NHNH3 3+HClO=H+HClO=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(ClO(ClO2 2，黄绿色，黄绿色气体气体)。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。2NaClO3+4HCl=2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O 2.63 2.63 NaNa2 2FeOFeO4 4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？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，使水与空气接触面增大，增大水中氧气的含量，以加速有机物的分解。思考感悟思考感悟1.1.自来水厂处理水的过程是什么？自来水厂处理水的过程是什么？【提示】【提示】(1)(1)筛滤：用筛子对水进行筛滤，滤去颗粒较筛滤：用筛子对水进行筛滤，滤去颗粒较大的悬浮物。大的悬浮物。(2)(2)沉淀：加入混凝剂静置，将水中的悬浮物沉淀到池底沉淀：加入混凝剂静置，将水中的悬浮物沉淀到池底部。部。(3)(3)过滤：使水通过细沙，以除去沉淀和残留的悬浮物。过滤：使水通过细沙，以除去沉淀和残留的悬浮物。(4)(4)曝气：把水暴露在空气中，使水与空气的接触面增大，曝气：把水暴露在空气中，使水与空气的接触面增大，增加水中氧的含量，以加速水中有机物的分解。增加水中氧的含量，以加速水中有机物的分解。(5)(5)消毒：加入杀菌消毒剂杀灭水中的有害微生物。消毒：加入杀菌消毒剂杀灭水中的有害微生物。生活向导生活向导终端净水终端净水 自来水需要经过很长的管道才能进入千自来水需要经过很长的管道才能进入千家万户，由于种种原因自来水在使用之前便家万户，由于种种原因自来水在使用之前便受到污染，这种污染称为二次污染。现在提受到污染，这种污染称为二次污染。现在提倡终端净水即：在家中的出水点前加装净化倡终端净水即：在家中的出水点前加装净化设备，消除二次污染，使饮用水更安全、更设备，消除二次污染，使饮用水更安全、更可靠。可靠。人类生存离不开阳光、空气和水。当人类步入人类生存离不开阳光、空气和水。当人类步入2121世世纪之时，人的生命之源纪之时，人的生命之源水却向人们发出了警报：世水却向人们发出了警报：世界缺水，中国缺水界缺水，中国缺水 水污染水污染是导致缺水的一个重要因素是导致缺水的一个重要因素,我国的水污我国的水污染已十分严重。染已十分严重。水污染：水污染：由于人类的生活或生产活动改变了天然水的由于人类的生活或生产活动改变了天然水的物理、化学或生物学的性质和组成，影响人类对物理、化学或生物学的性质和组成，影响人类对水的利用价值或危害人类健康，称为水污染水的利用价值或危害人类健康，称为水污染 水上垃圾随处可见水上垃圾随处可见城城 市市 水水 污污 染染缺水造成土地沙漠化缺水造成土地沙漠化臭美溃烂黑黑水水和和泡泡末末愁愁容容调查研究：调查研究：1 1、阅读本节调查研究思考水体富营养化是如何、阅读本节调查研究思考水体富营养化是如何产生的？你认为该污染主要由表中哪些因素导产生的？你认为该污染主要由表中哪些因素导致？致？2 2、DODO和和BODBOD的含义是什么？的含义是什么？BOD5BOD5的含义是什么？的含义是什么？为什么为什么BOD5BOD5高，河水就会出现恶臭？高，河水就会出现恶臭？3 3、你了解的处理污水的方法有哪些？该方法主、你了解的处理污水的方法有哪些？该方法主要用于处理怎样的污水？要用于处理怎样的污水？污染物污染物例子例子污水中的主要污染物污水中的主要污染物需氧废物需氧废物 植物和动物残体植物和动物残体传染性物质传染性物质 细菌和病毒细菌和病毒植物养料植物养料 肥料（如硝酸盐和磷酸盐）肥料（如硝酸盐和磷酸盐）有机物质有机物质 杀虫剂、洗涤剂杀虫剂、洗涤剂其他矿物及化学物质其他矿物及化学物质 煤矿及工厂排出的酸及其他煤矿及工厂排出的酸及其他 无机物（如铁的化合物等）无机物（如铁的化合物等）由土壤冲刷带来的沉淀物由土壤冲刷带来的沉淀物 淤积在河床上的黏土淤积在河床上的黏土放射性物质放射性物质由开采及加工放射性物质带由开采及加工放射性物质带来的废物及使用后的放射性来的废物及使用后的放射性废物废物1、水的理化性质、水的理化性质色度、浊度、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），），1 1、主要是利用物理原理和机械作用对废水进行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、沉淀分离等方法治理，如过滤、离心、沉淀分离等方法2 2、通过施用化学试剂或采用其他化学手段进行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，如化学混凝法废水处理的方法，如化学混凝法(加净水剂加净水剂)、3 3、通常使用含有大量需氧微生物的活性污通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥。泥。思考感悟思考感悟2.2.现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为哪几种？现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为哪几种？【提示】【提示】可分为一级、二级和三级处理。可分为一级、二级和三级处理。一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BODBOD物物质一般可去除质一般可去除30%30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。的预处理。二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD(BOD，CODCOD物质物质)，去除率可达，去除率可达90%90%以上，使有机污染物达到排放标准。以上，使有机污染物达到排放标准。三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。城市污水的再利用城市污水的再利用 城市污水中工业污水约占城市污水中工业污水约占70%70%，其次是生活污水。工业污，其次是生活污水。工业污水中含有含有某些宝贵的资源，可回收加工利用水中含有含有某些宝贵的资源，可回收加工利用水的区别水的区别天然水天然水取自地面或地下的水；商品中经过包括过滤、臭氧取自地面或地下的水；商品中经过包括过滤、臭氧 化或其他消毒处理过程，而不改变其矿化度的瓶装化或其他消毒处理过程，而不改变其矿化度的瓶装 泉水、矿泉水或井水也称为天然水泉水、矿泉水或井水也称为天然水自来水自来水经过自来水厂过滤、消毒等方法处理过的水经过自来水厂过滤、消毒等方法处理过的水中水中水城市污水处理后，进行二次利用的一类水城市污水处理后，进行二次利用的一类水蒸馏水蒸馏水利用蒸馏设备使水蒸发汽化，然后使水蒸气冷凝而利用蒸馏设备使水蒸发汽化，然后使水蒸气冷凝而 成的水成的水磁化水磁化水经磁场作用，交叉切割磁力线，分经磁场作用，交叉切割磁力线，分 子结构发生改变，完成磁化过程的水。子结构发生改变，完成磁化过程的水。矿泉水矿泉水流经某些岩石层的深层地下水。流经某些岩石层的深层地下水。纯净水纯净水经纯化处理后的水。因宇航员最早饮经纯化处理后的水。因宇航员最早饮 用的是这种水，故也叫太空水。但是在纯化过程用的是这种水，故也叫太空水。但是在纯化过程中，不仅除去了水中的细菌、病毒、污染物等杂中，不仅除去了水中的细菌、病毒、污染物等杂质，也除去了对人体有益的微量元素和矿物质，质，也除去了对人体有益的微量元素和矿物质，如钙、镁等几乎被除净。如钙、镁等几乎被除净。使用自来水时应注意：使用自来水时应注意：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，水中的有、不喝没有完全煮沸的水来水，水中的有 害病菌必须达到害病菌必须达到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 自制简易净水装置自制简易净水装置练习题练习题:1、明矾是一种较好的净水剂，这是因为、明矾是一种较好的净水剂，这是因为()A本身有较强的吸附性本身有较强的吸附性 B本身与悬浮杂质生成沉淀本身与悬浮杂质生成沉淀CAl3水解呈酸性水解呈酸性 DAl3水解生成的水解生成的Al(OH)3胶体有吸附作用胶体有吸附作用2、用自来水养鱼时，通常先将自来水晒一段时间后再注入鱼缸、用自来水养鱼时，通常先将自来水晒一段时间后再注入鱼缸中，目的是中，目的是()A提高水温提高水温 B增加水中氯气的含量增加水中氯气的含量C除去水中少量的次氯酸除去水中少量的次氯酸 D用紫外线杀死水中的细菌用紫外线杀死水中的细菌3养殖场长途运输鱼苗时，需满足养殖场长途运输鱼苗时，需满足3个条件：个条件：保持水中有适量保持水中有适量的氧气；的氧气；及时排出鱼苗呼出的二氧化碳；及时排出鱼苗呼出的二氧化碳；防止细菌滋生。已防止细菌滋生。已知下列物质加入水中都可以起到供氧、杀菌作用，在储运鱼苗的知下列物质加入水中都可以起到供氧、杀菌作用，在储运鱼苗的水中可加入的最佳药剂是水中可加入的最佳药剂是()ANa2O2 BCaO2 CCl2 DH2O24 4(2010(2010年宁波高二检测年宁波高二检测)自来水厂常用氯气对生活用水进行杀菌自来水厂常用氯气对生活用水进行杀菌消毒，又知氯气与水反应的产物之一是盐酸。市场上有些不法商贩消毒，又知氯气与水反应的产物之一是盐酸。市场上有些不法商贩为牟取暴利，用这样的自来水冒充纯净水为牟取暴利，用这样的自来水冒充纯净水(离子的浓度非常低离子的浓度非常低)出售，出售，给人们的生活造成了一定的不良影响。在下列化学试剂中，可以用给人们的生活造成了一定的不良影响。在下列化学试剂中，可以用于鉴别这种自来水和纯净水的是于鉴别这种自来水和纯净水的是()A A酚酞试液酚酞试液 B B氯化钡溶液氯化钡溶液C C氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 D D硝酸银溶液硝酸银溶液5(2011年邯郸调研年邯郸调研)聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝其单体是液态的碱式氯化铝Al2(OH)nCl6n。本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。其制备原料为分本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为：布广、价格廉的高岭土，化学组成为：Al2O3(25%34%)、SiO2(40%50%)、Fe2O3(0.5%3.0%)以及少量杂质和水分。已知以及少量杂质和水分。已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下：如下：根据流程图回答下列问题：根据流程图回答下列问题：(1)“煅烧煅烧”的目的是的目的是_。(2)配制质量分数为配制质量分数为15%的盐酸需要的盐酸需要200 mL 30%的浓盐酸的浓盐酸(密度约为密度约为1.15 g/cm3)和和_g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、_。(3)“溶解溶解”过程中发生反应的离子方程式为过程中发生反应的离子方程式为_。(4)加少量铝粉的主要作用是加少量铝粉的主要作用是_。(5)“调节溶液调节溶液pH在在4.24.5”的过程中，除添加必要的试剂，还需的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是借助的实验用品是_；“蒸发浓缩蒸发浓缩”需保持温度在需保持温度在90100，控制温度的实验方法是，控制温度的实验方法是_。答案：答案：(1)改变高岭土中氧化铝的结构，使其能溶于酸改变高岭土中氧化铝的结构，使其能溶于酸(2)230量筒量筒(3)Al2O36H=2Al33H2O，Fe2O36H=2Fe33H2O(4)除去溶液中的除去溶液中的Fe3(5)pH计计(或精密或精密pH试纸试纸)水浴加热水浴加热6、为了测量水中有机物等还原性污染物的含量，通过把、为了测量水中有机物等还原性污染物的含量，通过把1 L水样与水样与强氧化剂完全作用时消耗氧化剂的量，折算成以氧气为氧化剂时的强氧化剂完全作用时消耗氧化剂的量，折算成以氧气为氧化剂时的质量质量(O2 mgL1)来表示，称为该水样的化学耗氧量来表示，称为该水样的化学耗氧量(COD)。我国明。我国明文规定：文规定：COD500 mgL1的污水不得直接排放。为了测定某工业的污水不得直接排放。为了测定某工业废水的废水的COD，实验如下：量取废水样品，实验如下：量取废水样品20.00 mL，加入，加入0.100 molL1 KMnO4溶液溶液10.00 mL和少量稀和少量稀H2SO4，在一定条件下充分，在一定条件下充分反应后，再用反应后，再用0.200 molL1的草酸钠的草酸钠(Na2C2O4)溶液滴定过量的溶液滴定过量的KMnO4，达到滴定终点时消耗，达到滴定终点时消耗Na2C2O4溶液溶液11.00 mL。(1)写出酸性介质中写出酸性介质中KMnO4(被还原为被还原为Mn2)与与Na2C2O4(被氧化为被氧化为CO2)反应的离子方程式反应的离子方程式_。(2)计算该水样的计算该水样的COD，写出计算过程。，写出计算过程。(3)如果每次取水样如果每次取水样20.00 mL，加入等体积的，加入等体积的0.100 molL1酸性酸性KMnO4溶液；为简化计算，令滴定过量溶液；为简化计算，令滴定过量KMnO4时，每消耗时，每消耗1.00 mL Na2C2O4溶液，就相当于水样的溶液，就相当于水样的COD为为10 mgL1，该，该Na2C2O4溶液的物质的量浓度应配制为多少？溶液的物质的量浓度应配制为多少？7污水处理的主要方法有：污水处理的主要方法有：中和法；中和法；化学沉淀法；化学沉淀法；氧化还氧化还原法；原法；过滤法，其中属于化学方法的是过滤法，其中属于化学方法的是()A BC D8.某工厂排出的废水中含游离氯某工厂排出的废水中含游离氯(Cl2)和和H的物质的量的物质的量浓度分别为浓度分别为0.015 mol/L和和0.001 mol/L，废水的排出速，废水的排出速率为率为10.0 mL/s。为除去游离氯，并使废水呈中性，某。为除去游离氯，并使废水呈中性，某课外活动小组学生设计如图所示方案：在课外活动小组学生设计如图所示方案：在A、B两处分两处分别注入物质的量浓度为别注入物质的量浓度为0.1 mol/L的的NaOH溶液及溶液及0.15 mol/L的的Na2SO3溶液，以中和溶液，以中和H并还原并还原Cl2。已知。已知Cl2和和Na2SO3溶液反应的化学方程式为溶液反应的化学方程式为Cl2Na2SO3H2O=Na2SO42HCl。(1)A(1)A处注入的溶液是处注入的溶液是_，B B处注入溶液与废水发生反应的处注入溶液与废水发生反应的离子方程式为离子方程式为_。(2)(2)试计算两种溶液的注入速率试计算两种溶液的注入速率(mL/s)(mL/s)，写出计算过程。，写出计算过程。