专题1多样化的水处理技术.ppt

专题1 多样化的水处理技术,B选修 化学与技术,1了解化学在水处理中的应用。 2了解海水的综合利用和海水淡化的主要方法。,化学与技术专题1 考试说明,考点1：淡水资源的解决,措施1.全民关注，倡导节约用水,1.第47届联合国大会确定每年3月22日为世界水日。,2.日常生活中提倡节约用水、一水多用 、推广节水器具 、少使用洗涤剂和清洁剂 。,措施2.减少污水排放，从源头治理污水,城市污水中工业污水约占70%。但是工业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点有： 措施3 对城市污水实行回收、加工、利用，成为二次利 用的“中水”，可供农林灌溉、消防、冲厕所之用。“中水”可缓解水资源短缺问题。,1.水的理化性质色度、浊度、pH等 2.无机物溶解氧（DO）、某些金属离子、氯离子、硫酸根离子、氮和磷的化合物等 3.有机物通常测定生化需氧量（BOD）,资料卡：水的DO与BOD DO：水中的溶解氧量（单位：mg/L），反应水体自净能力的大小。（2-4-7.5）9.2 BOD：水中有机物经微生物分解所需的氧气量（单位：mg/L），污水中有机物的含量越大，BOD越高，水的富营养化程度越高。（10-5-2）,了解水污染的检测项目,（2）污水处理,熟悉污水处理的主要方法,1.物理处理法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 2.化学处理法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(加净水剂) 中和法（轧钢厂中的废水(酸性)） 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,常用的氧化剂：空气、臭氧、氯气等,如：Fe2+的除去：用石灰水、空气将Fe2+转化Fe(OH)3除去 Cr3+的除去：用石灰水调节pH至89时， Cr3+形成沉淀除去。,氰化物的除去：,2CN5ClO2OH2CO32N25ClH2O,2Cr3+ + 3Ca(OH)2 = Cr(OH)3 + 3Ca2+,3.生物化学处理法通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥。,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。,关键：1.培养好活性污泥中的微生物。 2.提高曝气效率，使微生物获得足够的氧气。,减少污水的排放量从源头处理污水的有效手段,例、城市环境污染是当前突出的环境问题。如图甲所示，X河流经某工业城市，其中a处在上游，附近有丰富的黄铁矿资源，d处在下游，有多个企业以硫酸为原料。根据某月该市环保局监测站对X河水质检测的结果，绘制成图乙。根据甲、乙两图，判断下列说法中错误的是,A造成X河污染的主要污染源最可能分布在bc段 B工业、生活污水和固体废弃物等可能是造成X河污染的污染源 Cd处污染程度减小，可能是某些污染物的离子间发生反应所致 D该城市建造硫酸厂时，综合考虑诸多因素选址在b处最合理,D,措施3：生活用水的净化处理,天然水中所含的杂质,净化处理1：加 使悬浮的固体颗粒沉降,混凝剂,混凝剂化学沉降剂，除去水中的悬浮物质； 常见的混凝剂：铝盐明矾KAl(SO4)212H2O、Al2(SO4)3、碱式氯化铝AlCln(OH)3-n；铁盐（FeCl3 ）等； 思考：为什么铝盐、铁盐能净水呢？ 铝盐、铁盐的净水原理（盐类的水解）,Al3+3H2O Al(OH)3(胶体)+3H+,Fe3+3H2O Fe(OH)3(胶体)+3H+,胶体具有很强的吸附能力，能吸附水中的悬浮杂质而沉降。,1.有强吸附性的活性炭可除去水中的异味,净化处理2：利用 除水中异味,活性炭,2.活性炭也可吸附某些溶解在水中的杂质。,除臭剂：活性炭（比表面积大，吸附能力强）,净化处理3：水源的杀菌消毒,方法2：大量水可添加消毒剂（强氧化剂），如氯气、漂白粉、臭氧、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？,方法1：少量的水常用加热煮沸法进行杀菌消毒。,注意：沉降、消毒二合一： Na2FeO4。,城市自来水的获取生产流程,1.取水： 2.沉降：在沉淀池中加入混凝剂静置，水中的悬浮物可沉降到池底。 3.过滤：使水通过粗沙、细沙，除去沉淀和残余的悬浮物。 4.曝气：把水暴露在空气中，使水与空气接触面增大，增大水中氧气的含量，以加速有机物的分解。 5.消毒：加入消毒剂杀灭水中有毒微生物。,加液氨后，使HClO部分转化为稳定的NH2Cl，当HClO开始消耗后，平衡左移又产生HClO起杀菌作用,例：目前，科学家致力于研制高效、安全、无毒的饮用水消毒剂。 (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液氨，其反应的化学方程为：NH3+HClO H2O+NH2Cl(一氯氨)。NH2Cl较HClO稳定，加液氨能延长液氯杀菌时间的原因是：_。 (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(ClO2，黄绿色气体)。目前欧洲和我国主要采用Kesting法(原料为氯酸钠和盐酸)制ClO2，该法的缺点是同时产生Cl2(占ClO2体积的一半)，使产物纯度低。 试写出该法制ClO2的化学反应方程式：_。 Cl2和ClO2都是通过氧化作用而杀菌消毒，试计算在等质量时，ClO2的氧化能力是Cl2的 倍。,2NaClO3+4HCl=2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O,2.63, Na2FeO4物质在净水、消毒过程中可以起到很好的作用，原理？,措施4：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盐。 主要方法有：蒸馏法、膜法、冷冻法和离子交换法等。,地球是个蓝色的星球，表面积约3/4被海水所覆盖。海水占地球总水量的97%以上，可是它含盐量高，20时的密度达到1.0243g/cm-3，不适合人类饮用，也不适合作为工农业生产用水。,1.蒸馏法,海水淡化的方法,优点：设备简单、技术成熟。 缺点：能耗大。 减压蒸馏：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。,原理：利用液体沸点不同加热液体，使不同组分在不同温度沸腾汽化，再将蒸汽冷凝收集在容器中。,蒸馏法淡化的水量约占世界海水总淡化量的70%。,海水淡化的方法,原理：在外加直流电场的作用下，处于中间位置海水槽里的阴离子、阳离子分别透过阴离子交换膜、阳离子交换膜迁移到阳极区、阴极区，中间水槽里的水含盐量就降低了。 特点：消耗的电能大，但其成本只有蒸馏法的1/4。 离子交换膜：用离子交换树脂制成的薄膜，也称电渗析膜。有阴、阳离子交换膜之分，阴离子只能通过阴离子交换膜，阳离子只能通过阳离子交换膜。,2.电渗析法,3.反渗透法,渗透现象：浓度较小的溶液中的水分会通过半透膜渗透到浓度较大的溶液中，使原来浓度较大的一侧溶液液面升高，当液面升高产生的压力达到一定数值时能阻止水的继续渗透，这个压力称为渗透压。 反渗透法的原理：如果在含盐浓度较大的溶液一侧施加一定的压力，可以迫使水从浓溶液一侧向稀溶液一侧渗透，使浓溶液浓度增大，得到淡水。 优点：可以大量、快速地生产淡水。寻找更理想的渗透膜，是目前努力的方向。,4.冷冻法,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。,由于水的比热、汽化热大，这种技术要消耗大量的能源。,海水淡化的方法,海水淡化流程图,例、某综合实践活动小组到自来水厂进行参观，了解到源水处理成自来水的工艺流程示意图如下：,(1)源水中含Ca2、Mg2、HCO3-、Cl-等，加入CaO后生成Ca(OH)2，进而发生若干个复分解反应，试写出其中任意一个反应的离子方程式_。 (2)加入凝聚剂可以除去其中的悬浮固体颗粒，该过程是_（填写下列各项的序号） 只有物理过程，无化学过程 只有化学过程，无物理过程 既有化学过程又有物理过程 FeSO47H2O是常用的凝聚剂，加入后最终生成红褐色胶状沉淀，则这种沉淀是_。 (3)通入二氧化碳的目的是_和_。 (4)气体A的作用是_。 (5)下列物质中，_可以作为气体A的代替品(填写下列各项的序号)。 ClO2 浓氨水 SO2 浓硫酸,HCO3- +OH-= CO32-+ H2O,Ca2+ +2 HCO3- + 2OH-= CaCO3+CO32- + 2H2O,Ca2+ + HCO3- + OH-= CaCO3+ H2O,Mg2+2OH-= Mg(OH)2,Fe(OH)3,除去钙离子,调节溶液酸度,杀菌消毒,练习:从海水中提取物质的方法 海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。例如： （1）从海水中提取溴的主要工艺流程 用 法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。 向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质： 向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的，方程式为： 向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气反应的方程式为 用 萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。 （2）进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题 反应原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。如用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是为：,蒸馏,四氯化碳（或苯）,2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O,Br2 +SO22H2OH2SO42HBr,2HBr + Cl2 = Br2 + 2HCl,考点2：硬水及其软化,若硬度过高，1.对于不习惯的人来说，易造成肠胃功能紊乱，导致疾病的发生，如南方人初到北方时的“水土不服”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。 2.浪费肥皂，衣物不易洗净，还使衣服变硬。 3.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，严重时会引起爆炸事故。 若硬度过低，则人无法从水中吸收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。,水的硬度的表示和测定,1.概念：一般把 1L水里含有10mg CaO(或含相当于10mg CaO的物质，如7.1mgMgO)称为1度。,例:经测定:某天然水中Ca2+浓度为0.001mol/L，Mg2+浓度为0.002mol/L，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？,注意：水的硬度可分为暂时硬度（由碳酸氢钙、碳酸氢镁引起的）和永久硬度（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+标准色阶,简单鉴别：肥皂反应 软水中产生泡沫多； 硬水中产生泡沫少，形成较多白色垢状物。,软水与硬水的简单鉴别,硬水的软化,1.加热煮沸法,注意：此法只能消除暂时硬度，永久硬度没变化,实质：降低Ca2+、Mg2+的含量,联想与启示 烧水的水壶内壁常会形成水垢，可以用食醋溶解去除。你知道这些水垢是怎么形成的吗？为什么可用食醋溶解去除？,Ca(HCO3)2 CaCO3 Mg(HCO3)2 Mg(OH)2 MgCl2 Mg(OH)2,Ca2+ + CO32- =CaCO3 Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2 Ca2+ + 2HCO3- + Ca2+ + 2OH- = 2CaCO3 + 2H2O Mg2+2HCO3-+2Ca2+4OH- =Mg(OH)2+2CaCO3+2H2O,先使用石灰，再用纯碱除去因Ca2+引起的硬度。,常用的药剂有：石灰、纯碱等,CaCl2 CaCO3 Ca(OH)2 CaCO3,2.药剂软化法,3.离子交换法,（1）磺化煤法 2NaR + Ca2+ = CaR2 + 2Na+ 2NaR + Mg2+ = MgR2 + 2Na+ 注：能消除暂时硬度、永久硬度 磺化煤可以用饱和食盐水再生利用,工业上常用阴、阳离子交换树脂来软化硬水 饮用水大都采用有机合成离子交换树脂作离子交换剂,3.离子交换法,（2）离子交换树脂,基本原理：先把水通过阳柱（装有阳离子交换树脂的离子交换柱），使水中的金属离子被阳离子交换树脂吸附，阳离子交换树脂中的氢离子被交换到水中去；然后再通过阴柱，使水中的阴离子被阴离子树脂吸附，阴离子树脂将氢氧根离子交换到水中，和氢离子化合成水，使水得到净化。,离子交换树脂使用时间长了就会失去软化能力，这时应该用强酸或强碱溶液进行再生处理。,例1.家用的净水装置中有活性碳滤器、臭氧发生器、阳离子交换树脂RH、阴离子交换树脂ROH等，当水塔流出的水经过这些装置，下列叙述，正确的是 ( ) A. 活性碳可除臭 B. 臭氧的目的是可提高水中之含氧量 C. 经处理后的水已无Na+与Cl- D. 阳离子交换树脂使用一段时间后，可用浓食盐水冲洗使其再生 E. 阴离子交换树脂使用一段时间后，可用浓氢氧化钠水溶液冲洗使其再生。,ACE,例2.某学生取矿泉水试样检测，其pH约为6.5，将其缓慢通过阳离子交换树脂后，测得其pH约为4，则该矿泉水是否为硬水。,c(H+)=10-4-10-6.5=10-4mol/L，c(Ca2+)=10-4/2mol/L，m(CaO)=561000(10-4/2)=2.8mg/L=0.28 8,例3：自来水生产的流程示意图见下, 混凝剂除去悬浮物质的过程 （填写序号） 只是物理变化 只是化学变化 是物理和化学变化,FeSO47H2O是常用的混凝剂，它在水中最终生成 沉淀。, 实验室过滤操作所用到的玻璃仪器是 。, 我们有时感觉自来水“有漂白粉气味”是因为使用了氯气消毒，请写出有关的化学反应方程式 。,下列物质中， 可以作为氯气的代用品。（填写序号） 臭氧 NH3（液） K2FeO4 SO2,Fe(OH)3,漏斗 烧杯 玻璃棒,Cl2+H2O HCl+HClO, 有些地区的天然水中含有较多的钙、镁离子。用离子交换树脂软化硬水时，先后把水通过分别装有 离子交换树脂和 离子交换树脂的离子交换柱。（填“阴”或“阳”）, 测定水中的溶解氧：量取20mL水样，迅速加入MnSO4和KOH混合溶液，再加入KI溶液，立即塞好塞子，振荡使完全反应。打开塞子，迅速加入适量硫酸溶液，此时有碘单质生成。用0.10mol/LNa2S2O3溶液滴定生成的碘，消耗了6.00mL Na2S2O3溶液。已知在碱性溶液中，氧气能迅速氧化Mn2+，生成物在酸性条件下可以将碘离子氧化为碘单质，本身重新还原为Mn2+。,上述过程发生的反应可表示为：2Mn2+4OH+O2=2MnO(OH)2,MnO(OH)2+2I+4H+=I2+Mn2+3H2O I2+2S2O32-=2I+S4O62,求水中的溶解氧量（以为单位）,阳,阴,（6）南海某小岛上，解放军战士为了寻找合适的饮用水源，对岛上山泉水进行分析化验，结果显示水的硬度为28（属于硬水），主要含钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子。请思考下列问题：,该泉水属于 硬水（填写“暂时”或“永久”）。,岛上还可以用海水淡化来获得淡水。下面是海水利用电渗析法获得淡水的原理图，已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-等离子，电极为惰性电极。请分析下列问题：,通电后,阳离子交换膜是指 （填A或B）。 写出通电后阳极区的电极反应式： ； 阴极区的现象是： 。,永久,B,Cl-+2e