第三章 水溶液化学4-水的净化与废水处理(2015)

1、普通化学普通化学第三章第三章 水溶液化学水溶液化学Tel主讲：梅崇珍主讲：梅崇珍3.4 水的净化与废水处水的净化与废水处理理水污染案例水污染案例19561956年日本水俣病事件年日本水俣病事件日本熊本县水俣镇是水俣湾东部的一个小镇，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，水俣湾年，水俣湾附近发现了一种奇怪的病。这种病症最初出现在猫身上，被称为“猫舞蹈症”。病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死

2、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神经被侵害，轻者口齿不清、步履蹒跚、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。当时这种病由于病因不明而被叫做“怪病”。这种“怪病”就是日后轰动世界的“水俣病”。水污染案例水污染案例l965年澳大利亚年澳大利亚流行一种脑膜炎，后经科学家证实，其祸根是一种变形虫。由于发电厂排出的热水使河水温度增高，这种变形虫在温水中大量繁殖，造成水源污染而导致了这次脑膜炎的流行。 l991年，海湾战争年，海湾战争造成的石油倾泄使得波斯湾的海鸟身上沾满了石油，无法飞

3、行，只能在海滩或岩石上坐以待毙；鲸、海豚、海龟、虾、蟹以及各种鱼类都被毒死或因窒息而死。它们成为这场战争的最大受害者之一2000年年6月，渤海湾月，渤海湾南部海面约l亿个海蜇尸体浮出水面，引起海蜇死亡的原因是由于渤海湾南部海域暴发的赤潮赤潮。赤潮是因为向海洋排放的水体含大量的氮、磷物质，导致海水中藻类迅速繁殖，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条受污染最严重的河流。淮河在评价的2000公里的河段中，78.7%的河段不符合饮用水标准，79.7%的河段不符合渔业用水标准，32%的河段不符合灌溉用水标准。据统计，全国3000家污染严重企业中，属排放工业污染的废水企业，淮

4、河流域占了160家。流域内182个城镇中有排污单位1.55万家，工业废水排放量为16.1亿立方米，城镇生活用水排放量7亿立方米。用淮河污水灌溉农田，造成农作物严重减产；1989年春节之际，上游开闸污水下泄，致使淮南、蚌埠两市自来水受到严重污染而不能饮用，淮河流域市民的饮用水发生危机，老百姓怨声载道。淮河流域许多地区癌症发病率比正常地区高出十几倍到上百倍，一些村庄2/3的人肝肿大。同时由于河口的污染，淮河鱼虾资源遭到破坏，产量大幅度下降，部分内湾渔场基本荒废。水污染案例水污染案例黄河水污染黄河水污染据有关部门的统计显示，近20年来，黄河排污量增加了一倍，十几条重要支流成为“排污沟”，干流近40%

5、的河段丧失水体功能。水污染案例水污染案例昆明滇池污染严重，暴发蓝藻昆明滇池污染严重，暴发蓝藻2007年6月24日，连日来，因天气闷热，滇池蓝藻大量繁殖，在昆明滇池海埂一线的岸边，湖水如绿油漆一般。绿浪翻滚的湖水涌向岸边，带来一阵阵腥臭味道。滇池是云南九大高原湖泊中污染最严重的一个，现在水质为劣类，每年夏天气温上升，加之富营养化严重，均要引起蓝藻爆发，造成严重污染水污染危害水污染危害水污染危害：水污染危害：长期饮用受到污染的水，可引起人体急性或慢性中毒、致癌等。灌溉用水中污染物的浓度过高，会使农作物物种发生变异，甚至会导致农作物大面积死亡。水污染还会改变水生物生态系统，不适应新环境的水生生物将大

6、量死亡，从而使水生生态系统变得越来越简单和脆弱。水污染类型水污染类型：一般可分为三种类型，即化学性污染、物理性污染和生物性污染。水资源概述水资源概述地球上水的总量约有14108km3其中约有97.3%的水是海水，淡水不及总量的淡水不及总量的4%。其中还有约3/4以冰川、冰帽的形式存在于南北极，人类很难使用。与人类关系最密切又较易开发利用的淡水储量约淡水储量约400104km3，仅占地球上总水量的，仅占地球上总水量的0.3%。 我国的水资源总量并不缺乏，年降水量为60000108m3左右，相当于全球陆地总降水量的5%，占世界第三位占世界第三位。我国地面年径流量为27210108m3，仅少于巴西、

7、加拿大、美国和印度尼西亚等国家。但是由于我国人口众多，人均年径流量仅为每人每年2300m3，相当于世界人均占有量的相当于世界人均占有量的1/41/4。此外，我国的水资源还存在着严重的时空分布不均衡性时空分布不均衡性。近几年北方主要河流几近干枯。90%的地表径流和70%的地下径流分布在面积不到全国面积的50%南方地区，而占全国面积50%以上的北方则只有的10%地表径流和30%的地下径流。在水资源缺乏的西北地区，十分有限的降雨又集中在夏季的三个月内，使水资源紧张的情况更为加剧。 我国水资源概述我国水资源概述水的社会循环水的社会循环水体污染及其危害水体污染及其危害一、污水的来源一、污水的来源 生活污

8、水生活污水：主要来自家庭、商业、机关、学校、医院、城镇公共设施和工厂的餐饮、卫生间、浴室、洗衣房等，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣排水、沐浴排水及其他排水等。生活污水主要包含有机物、氮磷营养物质、无机盐、泥沙等，还含有多种微生物和病原体。 工业废水：工业废水：主要是指在工业生产过程中被生产原料、中间体和产品等物料污染而废弃的水。工业废水种类繁多、成分复杂，污染物浓度较高，并常常包含有毒有害物质，是水体中有毒有害物质的主要来源。水体污染及其危害水体污染及其危害 无机污染物无机污染物：重金属（Hg、Cd、Pb、Cr等）、 氰化物、酸、碱等。 有机污染物有机污染物：生活污水及工业废水、杀虫剂及合成

9、 洗涤剂、石油等 水体的富营养化：在含P、N有机物分解过程中大量 消耗水中的溶解氧并释放出P、N等水生植物生长繁 殖所必须的营养元素而使藻类及浮游生物大量繁殖 以致阻塞水道。我国于2000年已禁止生产与销售含 磷洗衣粉。走绿色洗涤之路。 热污染：热电厂、核电站及各种工业过程中的 冷却水，直接排入水体，直接杀死微生物降低水中 溶解氧，引起热污染。二、水体自净二、水体自净 水体自净机制水体自净机制l 物理净化物理净化：是指污染物质由于稀释、扩散、沉淀、挥发等作用使水体中污染物浓度降低的过程。l 化学净化化学净化：是指污染物质由于氧化、还原、分解等作用使水体污染物质浓度降低的过程。l 生物净化生物净

10、化：是指由于水体中生物的代谢活动，尤其是微生物对有机物氧化还原分解和藻类对营养物质吸收代谢的作用而引起污染物质浓度降低的过程。 水环境容量：水环境容量：也称水体的纳污总量，是指在水环境功能不受破坏的条件下，水体所能受纳污染物的水体所能受纳污染物的最大数量。最大数量。 污水排入水体后，污染物浓度会因水体自净作用而降低。当排入水体的污染物浓度或数量低于水环境容量时，水环境质量会因自净作用而得以保持。但当排入水体的污染物浓度或数量超过水环境容量后，水环境质量就会恶化，造成水体污染。 水污染：水污染：是指排入水体中的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的自净能力，从而导致水体的物理，化学及

11、卫生性质发生变化，使水体的生态系统和水体功能受到破坏。中国癌症村地图中国癌症村地图Hg污染污染水俣病患者水俣病患者 营养盐污染与水体富营养化营养盐污染与水体富营养化 生物污染生物污染 放射性污染放射性污染 由于周边化工企业排污导致水由于周边化工企业排污导致水污染，患消化系統癌症的村民污染，患消化系統癌症的村民 水污染降低农作物水污染降低农作物 的产量和质量的产量和质量 影响渔业生产的影响渔业生产的 产量和质量产量和质量 加速生态环境的加速生态环境的退化和破坏退化和破坏 水污染制约经济社水污染制约经济社会发展会发展 水污染的危害水污染的危害 u 水体富营养化的危害：富营养化会影响水体的水质，会造

12、成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。 污水处理技术概述污水处理技术概述 u 污水处理技术，就是采用各种方法将污水中所含有的污染物质分离出来，或将其转化为无害和稳定物质，从而使污水得到净

13、化。 u 废水处理的目的一般要达到防止毒害和病菌的传染，避免有异臭和恶感的可见物，以满足不同用途的水质要求。u 水处理化学品即水处理剂。它主要是指为了除去水的大部分有害物质（如腐蚀物，重金属及Ca2+、Mg2+离子，污垢和微生物等）, 得到符合要求的民用或工业用水而在水处理过程中添加的化学药品。水处理化学品水处理化学品 u早期的有机水处理化学品：单宁、淀粉、木质素等 20世纪60年代开始，出现新型的有机缓蚀剂、有机 阻垢剂和有机杀菌剂。 u 水处理技术的初期和中期，添加的水处理化学品一般都是简单的无机化合物，如石灰、二氧化碳、硫酸、氯气、磷酸盐等等。水处理方法水处理方法 2 2、化学法化学法：

14、u（1）以沉淀反应为主，使有毒有害的金属离子以氢氧化物、碳酸盐或硫化物等沉淀形式除去；u（2）以氧化还原反应为主，常用的氧化剂：O2(空气)、Cl2（NaClO)、H2O2、O3等；常用的还原剂：FeSO4、Fe粉、SO2、Na2SO3等 1、混凝法：、混凝法：在水处理过程中，凡是能使水溶液的溶质、胶体或悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质都叫絮凝剂或混凝剂。絮凝剂的桥联作用使水中杂质颗粒形成絮状沉淀。u 无机絮凝剂：铝盐和铁盐：Al2(SO4)3 ; FeCl3u 有机絮凝剂：阳离子型，阴离子型，非离子型。水处理方法水处理方法 u 3、离子交换法：、离子交换法：l离子交换性吸附：吸附一种离子的同时释

15、放等电量的同号其他离子，能进行离子交换吸附的吸附剂称离子交换剂。l 阳离子交换树脂：含-SO3H，-COOH等，其中的H+交换水中的Ca2+、Mg2+等阳离子l 阴离子交换树脂：含胺基-NH2，水中水解生成羟氨- NHOH后其-OH根交换水中的SO42-、Cl-等阴离子l 树脂再生：阳树脂使用后用强酸浸泡；阴树脂使用后用强碱浸 泡后可再生再用 。水处理方法水处理方法 u4 4、电渗析法和反渗透法、电渗析法和反渗透法：都是应用薄膜分离新技术的水处：都是应用薄膜分离新技术的水处理工艺，也可用于海水的淡化。理工艺，也可用于海水的淡化。（1）电渗析法电渗析法：在阴阳两极间布置若干对阴阳离子交换膜，在：

16、在阴阳两极间布置若干对阴阳离子交换膜，在直流电场作用下，水中正离子在向阴极迁移过程中只能透过阳直流电场作用下，水中正离子在向阴极迁移过程中只能透过阳膜而不能通过阴膜，负离子在向阳极迁移过程中只能透过阴膜膜而不能通过阴膜，负离子在向阳极迁移过程中只能透过阴膜而不能通过阳膜。而不能通过阳膜。（2）反渗透法反渗透法：应用一：应用一种强度足够高的薄膜，种强度足够高的薄膜，在相当大的外加压力下，在相当大的外加压力下，让水分子透过而不让水让水分子透过而不让水中杂质离子透过，从而中杂质离子透过，从而将纯水从含杂质的水中将纯水从含杂质的水中分离出来的方法。分离出来的方法。污水处理技术污水处理技术污水处理流程污水处理流程