第三章水溶液化學(xué)4水的凈化與廢水處理(2015)

1、普通化學(xué)普通化學(xué)第三章第三章 水溶液化學(xué)水溶液化學(xué)Tel主講：梅崇珍主講：梅崇珍3.4 水的凈化與廢水處水的凈化與廢水處理理水污染案例水污染案例19561956年日本水俁病事件年日本水俁病事件日本熊本縣水俁鎮(zhèn)是水俁灣東部的一個(gè)小鎮(zhèn)，1925年，日本氮肥公司在這里建廠，后又開設(shè)了合成醋酸廠。1949年后，這個(gè)公司開始生產(chǎn)氯乙烯（C2H5Cl），年產(chǎn)量不斷提高，1956年超過6000噸。與此同時(shí)，工廠把沒有經(jīng)過任何處理的廢水排放到水俁灣中。1956年，水俁灣年，水俁灣附近發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的病。這種病癥最初出現(xiàn)在貓身上，被稱為“貓舞蹈癥”。病貓步態(tài)不穩(wěn)，抽搐、麻痹，甚至跳海死

2、去，被稱為“自殺貓”。隨后不久，此地也發(fā)現(xiàn)了患這種病癥的人。患者由于腦中樞神經(jīng)和末梢神經(jīng)被侵害，輕者口齒不清、步履蹣跚、面部癡呆、手足麻痹、感覺障礙、視覺喪失、震顫、手足變形，重者神經(jīng)失常，或酣睡，或興奮，身體彎弓高叫，直至死亡。當(dāng)時(shí)這種病由于病因不明而被叫做“怪病”。這種“怪病”就是日后轟動(dòng)世界的“水俁病”。水污染案例水污染案例l965年澳大利亞年澳大利亞流行一種腦膜炎，后經(jīng)科學(xué)家證實(shí)，其禍根是一種變形蟲。由于發(fā)電廠排出的熱水使河水溫度增高，這種變形蟲在溫水中大量繁殖，造成水源污染而導(dǎo)致了這次腦膜炎的流行。 l991年，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)年，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)造成的石油傾泄使得波斯灣的海鳥身上沾滿了石油，無法飛

3、行，只能在海灘或巖石上坐以待斃；鯨、海豚、海龜、蝦、蟹以及各種魚類都被毒死或因窒息而死。它們成為這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的最大受害者之一2000年年6月，渤海灣月，渤海灣南部海面約l億個(gè)海蜇尸體浮出水面，引起海蜇死亡的原因是由于渤海灣南部海域暴發(fā)的赤潮赤潮。赤潮是因?yàn)橄蚝Ｑ笈欧诺乃w含大量的氮、磷物質(zhì)，導(dǎo)致海水中藻類迅速繁殖，水中含氧量下降。水污染案例水污染案例淮河水污染淮河水污染淮河是一條受污染最嚴(yán)重的河流。淮河在評(píng)價(jià)的2000公里的河段中，78.7%的河段不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，79.7%的河段不符合漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，32%的河段不符合灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)3000家污染嚴(yán)重企業(yè)中，屬排放工業(yè)污染的廢水企業(yè)，淮

4、河流域占了160家。流域內(nèi)182個(gè)城鎮(zhèn)中有排污單位1.55萬家，工業(yè)廢水排放量為16.1億立方米，城鎮(zhèn)生活用水排放量7億立方米。用淮河污水灌溉農(nóng)田，造成農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)；1989年春節(jié)之際，上游開閘污水下泄，致使淮南、蚌埠兩市自來水受到嚴(yán)重污染而不能飲用，淮河流域市民的飲用水發(fā)生危機(jī)，老百姓怨聲載道。淮河流域許多地區(qū)癌癥發(fā)病率比正常地區(qū)高出十幾倍到上百倍，一些村莊2/3的人肝腫大。同時(shí)由于河口的污染，淮河魚蝦資源遭到破壞，產(chǎn)量大幅度下降，部分內(nèi)灣漁場(chǎng)基本荒廢。水污染案例水污染案例黃河水污染黃河水污染據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)顯示，近20年來，黃河排污量增加了一倍，十幾條重要支流成為“排污溝”，干流近40%

5、的河段喪失水體功能。水污染案例水污染案例昆明滇池污染嚴(yán)重，暴發(fā)藍(lán)藻昆明滇池污染嚴(yán)重，暴發(fā)藍(lán)藻2007年6月24日，連日來，因天氣悶熱，滇池藍(lán)藻大量繁殖，在昆明滇池海埂一線的岸邊，湖水如綠油漆一般。綠浪翻滾的湖水涌向岸邊，帶來一陣陣腥臭味道。滇池是云南九大高原湖泊中污染最嚴(yán)重的一個(gè)，現(xiàn)在水質(zhì)為劣類，每年夏天氣溫上升，加之富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，均要引起藍(lán)藻爆發(fā)，造成嚴(yán)重污染水污染危害水污染危害水污染危害：水污染危害：長(zhǎng)期飲用受到污染的水，可引起人體急性或慢性中毒、致癌等。灌溉用水中污染物的濃度過高，會(huì)使農(nóng)作物物種發(fā)生變異，甚至?xí)?dǎo)致農(nóng)作物大面積死亡。水污染還會(huì)改變水生物生態(tài)系統(tǒng)，不適應(yīng)新環(huán)境的水生生物將大

6、量死亡，從而使水生生態(tài)系統(tǒng)變得越來越簡(jiǎn)單和脆弱。水污染類型水污染類型：一般可分為三種類型，即化學(xué)性污染、物理性污染和生物性污染。水資源概述水資源概述地球上水的總量約有14108km3其中約有97.3%的水是海水，淡水不及總量的淡水不及總量的4%。其中還有約3/4以冰川、冰帽的形式存在于南北極，人類很難使用。與人類關(guān)系最密切又較易開發(fā)利用的淡水儲(chǔ)量約淡水儲(chǔ)量約400104km3，僅占地球上總水量的，僅占地球上總水量的0.3%。 我國(guó)的水資源總量并不缺乏，年降水量為60000108m3左右，相當(dāng)于全球陸地總降水量的5%，占世界第三位占世界第三位。我國(guó)地面年徑流量為27210108m3，僅少于巴西、

7、加拿大、美國(guó)和印度尼西亞等國(guó)家。但是由于我國(guó)人口眾多，人均年徑流量?jī)H為每人每年2300m3，相當(dāng)于世界人均占有量的相當(dāng)于世界人均占有量的1/41/4。此外，我國(guó)的水資源還存在著嚴(yán)重的時(shí)空分布不均衡性時(shí)空分布不均衡性。近幾年北方主要河流幾近干枯。90%的地表徑流和70%的地下徑流分布在面積不到全國(guó)面積的50%南方地區(qū)，而占全國(guó)面積50%以上的北方則只有的10%地表徑流和30%的地下徑流。在水資源缺乏的西北地區(qū)，十分有限的降雨又集中在夏季的三個(gè)月內(nèi)，使水資源緊張的情況更為加劇。 我國(guó)水資源概述我國(guó)水資源概述水的社會(huì)循環(huán)水的社會(huì)循環(huán)水體污染及其危害水體污染及其危害一、污水的來源一、污水的來源 生活污

8、水生活污水：主要來自家庭、商業(yè)、機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、城鎮(zhèn)公共設(shè)施和工廠的餐飲、衛(wèi)生間、浴室、洗衣房等，包括廁所沖洗水、廚房洗滌水、洗衣排水、沐浴排水及其他排水等。生活污水主要包含有機(jī)物、氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、無機(jī)鹽、泥沙等，還含有多種微生物和病原體。 工業(yè)廢水：工業(yè)廢水：主要是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中被生產(chǎn)原料、中間體和產(chǎn)品等物料污染而廢棄的水。工業(yè)廢水種類繁多、成分復(fù)雜，污染物濃度較高，并常常包含有毒有害物質(zhì)，是水體中有毒有害物質(zhì)的主要來源。水體污染及其危害水體污染及其危害 無機(jī)污染物無機(jī)污染物：重金屬（Hg、Cd、Pb、Cr等）、 氰化物、酸、堿等。 有機(jī)污染物有機(jī)污染物：生活污水及工業(yè)廢水、殺蟲劑及合成

9、 洗滌劑、石油等 水體的富營(yíng)養(yǎng)化：在含P、N有機(jī)物分解過程中大量 消耗水中的溶解氧并釋放出P、N等水生植物生長(zhǎng)繁 殖所必須的營(yíng)養(yǎng)元素而使藻類及浮游生物大量繁殖 以致阻塞水道。我國(guó)于2000年已禁止生產(chǎn)與銷售含 磷洗衣粉。走綠色洗滌之路。 熱污染：熱電廠、核電站及各種工業(yè)過程中的 冷卻水，直接排入水體，直接殺死微生物降低水中 溶解氧，引起熱污染。二、水體自凈二、水體自凈 水體自凈機(jī)制水體自凈機(jī)制l 物理凈化物理凈化：是指污染物質(zhì)由于稀釋、擴(kuò)散、沉淀、揮發(fā)等作用使水體中污染物濃度降低的過程。l 化學(xué)凈化化學(xué)凈化：是指污染物質(zhì)由于氧化、還原、分解等作用使水體污染物質(zhì)濃度降低的過程。l 生物凈化生物凈

10、化：是指由于水體中生物的代謝活動(dòng)，尤其是微生物對(duì)有機(jī)物氧化還原分解和藻類對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收代謝的作用而引起污染物質(zhì)濃度降低的過程。 水環(huán)境容量：水環(huán)境容量：也稱水體的納污總量，是指在水環(huán)境功能不受破壞的條件下，水體所能受納污染物的水體所能受納污染物的最大數(shù)量。最大數(shù)量。 污水排入水體后，污染物濃度會(huì)因水體自凈作用而降低。當(dāng)排入水體的污染物濃度或數(shù)量低于水環(huán)境容量時(shí)，水環(huán)境質(zhì)量會(huì)因自凈作用而得以保持。但當(dāng)排入水體的污染物濃度或數(shù)量超過水環(huán)境容量后，水環(huán)境質(zhì)量就會(huì)惡化，造成水體污染。 水污染：水污染：是指排入水體中的污染物在數(shù)量上超過該物質(zhì)在水體中的本底含量和水體的自凈能力，從而導(dǎo)致水體的物理，化學(xué)及

11、衛(wèi)生性質(zhì)發(fā)生變化，使水體的生態(tài)系統(tǒng)和水體功能受到破壞。中國(guó)癌癥村地圖中國(guó)癌癥村地圖Hg污染污染水俁病患者水俁病患者 營(yíng)養(yǎng)鹽污染與水體富營(yíng)養(yǎng)化營(yíng)養(yǎng)鹽污染與水體富營(yíng)養(yǎng)化 生物污染生物污染 放射性污染放射性污染 由于周邊化工企業(yè)排污導(dǎo)致水由于周邊化工企業(yè)排污導(dǎo)致水污染，患消化系統(tǒng)癌癥的村民污染，患消化系統(tǒng)癌癥的村民 水污染降低農(nóng)作物水污染降低農(nóng)作物 的產(chǎn)量和質(zhì)量的產(chǎn)量和質(zhì)量 影響漁業(yè)生產(chǎn)的影響漁業(yè)生產(chǎn)的 產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)量和質(zhì)量 加速生態(tài)環(huán)境的加速生態(tài)環(huán)境的退化和破壞退化和破壞 水污染制約經(jīng)濟(jì)社水污染制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展會(huì)發(fā)展 水污染的危害水污染的危害 u 水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害：富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)影響水體的水質(zhì)，會(huì)造

12、成水的透明度降低，使得陽光難以穿透水層，從而影響水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的過飽和狀態(tài)。溶解氧的過飽和以及水中溶解氧少，都對(duì)水生動(dòng)物有害，造成魚類大量死亡。同時(shí)，因?yàn)樗w富營(yíng)養(yǎng)化，水體表面生長(zhǎng)著以藍(lán)藻、綠藻為優(yōu)勢(shì)的大量水藻，形成一層“綠色浮渣”，致使底層堆積的有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下分解產(chǎn)生的有害氣體和一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素也會(huì)傷害魚類。因占優(yōu)勢(shì)的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。 污水處理技術(shù)概述污水處理技術(shù)概述 u 污水處理技術(shù)，就是采用各種方法將污水中所含有的污染物質(zhì)分離出來，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害和穩(wěn)定物質(zhì)，從而使污水得到凈

13、化。 u 廢水處理的目的一般要達(dá)到防止毒害和病菌的傳染，避免有異臭和惡感的可見物，以滿足不同用途的水質(zhì)要求。u 水處理化學(xué)品即水處理劑。它主要是指為了除去水的大部分有害物質(zhì)（如腐蝕物，重金屬及Ca2+、Mg2+離子，污垢和微生物等）, 得到符合要求的民用或工業(yè)用水而在水處理過程中添加的化學(xué)藥品。水處理化學(xué)品水處理化學(xué)品 u早期的有機(jī)水處理化學(xué)品：?jiǎn)螌?、淀粉、木質(zhì)素等 20世紀(jì)60年代開始，出現(xiàn)新型的有機(jī)緩蝕劑、有機(jī) 阻垢劑和有機(jī)殺菌劑。 u 水處理技術(shù)的初期和中期，添加的水處理化學(xué)品一般都是簡(jiǎn)單的無機(jī)化合物，如石灰、二氧化碳、硫酸、氯氣、磷酸鹽等等。水處理方法水處理方法 2 2、化學(xué)法化學(xué)法：

14、u（1）以沉淀反應(yīng)為主，使有毒有害的金屬離子以氫氧化物、碳酸鹽或硫化物等沉淀形式除去；u（2）以氧化還原反應(yīng)為主，常用的氧化劑：O2(空氣)、Cl2（NaClO)、H2O2、O3等；常用的還原劑：FeSO4、Fe粉、SO2、Na2SO3等 1、混凝法：、混凝法：在水處理過程中，凡是能使水溶液的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀的物質(zhì)都叫絮凝劑或混凝劑。絮凝劑的橋聯(lián)作用使水中雜質(zhì)顆粒形成絮狀沉淀。u 無機(jī)絮凝劑：鋁鹽和鐵鹽：Al2(SO4)3 ; FeCl3u 有機(jī)絮凝劑：陽離子型，陰離子型，非離子型。水處理方法水處理方法 u 3、離子交換法：、離子交換法：l離子交換性吸附：吸附一種離子的同時(shí)釋

15、放等電量的同號(hào)其他離子，能進(jìn)行離子交換吸附的吸附劑稱離子交換劑。l 陽離子交換樹脂：含-SO3H，-COOH等，其中的H+交換水中的Ca2+、Mg2+等陽離子l 陰離子交換樹脂：含胺基-NH2，水中水解生成羥氨- NHOH后其-OH根交換水中的SO42-、Cl-等陰離子l 樹脂再生：陽樹脂使用后用強(qiáng)酸浸泡；陰樹脂使用后用強(qiáng)堿浸 泡后可再生再用 。水處理方法水處理方法 u4 4、電滲析法和反滲透法、電滲析法和反滲透法：都是應(yīng)用薄膜分離新技術(shù)的水處：都是應(yīng)用薄膜分離新技術(shù)的水處理工藝，也可用于海水的淡化。理工藝，也可用于海水的淡化。（1）電滲析法電滲析法：在陰陽兩極間布置若干對(duì)陰陽離子交換膜，在：

16、在陰陽兩極間布置若干對(duì)陰陽離子交換膜，在直流電場(chǎng)作用下，水中正離子在向陰極遷移過程中只能透過陽直流電場(chǎng)作用下，水中正離子在向陰極遷移過程中只能透過陽膜而不能通過陰膜，負(fù)離子在向陽極遷移過程中只能透過陰膜膜而不能通過陰膜，負(fù)離子在向陽極遷移過程中只能透過陰膜而不能通過陽膜。而不能通過陽膜。（2）反滲透法反滲透法：應(yīng)用一：應(yīng)用一種強(qiáng)度足夠高的薄膜，種強(qiáng)度足夠高的薄膜，在相當(dāng)大的外加壓力下，在相當(dāng)大的外加壓力下，讓水分子透過而不讓水讓水分子透過而不讓水中雜質(zhì)離子透過，從而中雜質(zhì)離子透過，從而將純水從含雜質(zhì)的水中將純水從含雜質(zhì)的水中分離出來的方法。分離出來的方法。污水處理技術(shù)污水處理技術(shù)污水處理流程污水處理流程