1、 4.2 水的净化 同步素材（人教版九年级上） (3)1为什么明矾能澄清水质?农村中自来水还不普及，家庭用水大多取自河塘、水库或湖泊。雨季开始后，雨水经常冲刷地面，从四面八方把洗地水汇入水体，常使河塘坑涌以及水库等水质浑浊，含有大量泥沙、杂质和细菌、病菌。为了确保人们的身体健康，这样的水就需要经过澄清或过滤后，才可使用。水质澄清处理，除了专门的澄清剂以外，最常见的就是用明矾作沉淀剂，让杂质沉淀而使水清亮起来。有少数人顾虑长期饮用明矾沉淀过的水，会“食薄肠”，对身体有害，这是没有科学根据的。明矾放到水中可产生氢氧化铝胶体，经搅匀后能和水中的碱性碳酸盐化合成胶性物质，从而能够吸附许多不易沉淀的微小
2、颗粒，包括细菌、病菌。这样越吸越多，使浑浊的水很快澄清了。明矾虽没有杀菌作用，但是当水中的颗粒随着吸附性物质下沉时，大部分细菌也随着下降了。因此，水中杂质和细菌都能减少。 怎样用明矾来澄清浊水呢?其用量要看水的浑浊程度、水温及酸碱度等情况而定。一般用量是每百斤水加 23 克。先把明矾化为一定浓度的水溶液徐徐加入水中搅匀，直到出现绒毛样的凝集物时为止。再静放半小时，水就澄清了。如没有明矾，也可建造简易的砂滤池。采用砂粒、煤屑或木炭等作为过滤物质。在砂粒之间存在狭小的空隙，在水流过时，能把较大的杂质拦截下来。砂层表面所隔层叫做生物膜的薄膜，它有更小的空隙，又有吸附作用，可以滤除水中更细小的杂质和许
3、多微生物。浑浊水经过砂滤后，消除浑浊的效果达到8090，并能除菌、阻隔和清除蠕虫和阿米巴原虫。但是千万要记住，不论用明矾还是用砂滤池澄清净化的水，都不能生喝，必须煮沸后方可饮用。2水的净化和污水处理水的净化和污水处理技术大致可归为三类：物理方法(沉淀、上浮、浮选、离心分离、过滤、蒸发、结晶、冰冻、磁化、电解、反渗透等)，化学方法(凝聚、中和、氧化、还原、置换、离子交换、电渗析等)，生物方法(好气生物处理和厌气生物处理)。几种常用的水处理技术：(1)氯化消毒。通常用于自来水的消毒。氯气有杀菌力强、价格低等优点，一直是当今世界上使用最多，且应用最广泛的种杀菌剂。氯气能溶于水，常温下在水中与水反应生
4、成强氧化剂次氯酸。次氯酸易于穿透细胞壁，能损害细胞膜，使蛋白质、RNA、DNA 等物质释出，并影响多种酶系统，从而使细菌死亡。同样，把漂白粉加入水中也能生成次氯酸。氯气作为长期使用的水消毒杀菌剂，其负面作用越来越突出，主要表现在：氯气与水中的某些有机物作用可产生有致癌作用的有机氯衍生物；当水中的 pH 大于 9 时，氯气的杀菌作用明显降低；长期使用，细菌产生了抗药性，使氯气的用量逐渐增加。因此，少用或不用氯气作为饮用水的杀菌剂，开发新型的杀菌剂是发展的必然趋势。(2)磁化技术。磁化技术是将要处理的水以一定的流速通过有一定强度的磁场，水迅速切割磁感线，使水中钙离子、镁离子等结晶形态发生形变。成为
5、松散的渣，随水流去，以起到防垢作用。(3)反渗透技术。渗透是水通过半透膜，从比较纯的区域移动到浓溶液区域的过程。如果将足够大的机械压力作用于膜内的溶液上，水就被迫从膜里面的浓溶液流到外面区域来，这称为反渗透。在一张半透膜的两边分别放清水和含盐的水(或废水)，在含盐水的一边施加一定的压力，使含盐水中的水渗过膜，流向清水一边，使含盐水浓缩，清水增加。目前使用的膜大都是醋酸纤维膜，它对处理盐水很理想。科学家们正在寻找新的半透膜，以满足反渗透法的各种应用。(4)电渗析技术。渗析就是让溶液中选定的质点通过膜，而不让其他质点通过。电渗析是离子在电场影响下通过膜的特例。电渗析是在外加电场的作用下，利用阴、阳
6、离子交换膜对水中离子的选择性透过(即阴膜只有阴离子透过，而阳膜只有阳离子透过)，使一部分溶液中的离子迁移到另一部分溶液中去，以达到浓缩、纯化、合成、分离的目的。它可用于苦咸水、海水的淡化及废酸、废液的处理。(5)离子交换法。让要处理的水先后通过阳离子和阴离子交换树脂得到净化的一种方法。(6)臭氧处理法。将氧气或空气通过放电处理或暴露于一定波长的紫外线中，使氧气聚合成臭氧。以 3 万伏的高电压将氧气转变成臭氧混入水中，可制成具有强力杀菌效果的臭氧水。臭氧水的浓度一般控制在 200 万分之一左右。臭氧有很强的氧化能力，可使水消毒，去除水中的酚、氰、硫化物，起脱色去臭作用。臭氧可以氧化水中绝大多数有
7、机物。水中不饱和化合物在臭氧作用下形成臭氧化物。臭氧化物水解时，不饱和键断裂，形成较小的有机分子，其主要生成物为甲醛、丙酮酸、乙酸等。随着氧化过程的进行，pH 逐渐降低最后达到中性。(7)“第四代”广谱杀菌消毒剂。二氧化氯被称为“第四代”广谱杀菌消毒剂。它杀菌消毒安全、高效、快速。二氧化氯之所以成为安全高效的饮用水杀菌剂。是因为它的氧化性极强，是氯气的 26 倍。在水中的溶解度约是氯气的 5 倍。二氧化氯不像氯气那样能迅速分解，在水中不以二聚或多聚状态存在，这有利于它在水中迅速扩散。二氧化氯不产生有潜在危害的有机卤代物。在 pH 为3090 范围，它的杀菌作用可达到满意的效果。使用二氧化氯作饮
8、用水的杀菌剂，每升水中只需加 3的二氧化氯溶液 04 mg 就可使杀菌率达 99以上。二氧化氯广泛应用于自来水、医院、食品、饲养、蔬菜等的杀菌、保鲜和漂白中。在工业上也可用它杀灭异养菌、铁细菌、硫酸盐还原菌，并可抑制水垢的产生。它对水中的污染物，如氰化物、硫化物、酚类、胺类等有分解作用，还可以除去有机胺类、有机硫化物所引起的水质异味。3氧化塘是怎样把废水变成资源的?工业废水排到环境中，会污染环境，破坏生态平衡，危害人体健康。但是，通过生物处理，不仅可以使废水净化，而且能回收其中一些有用的元素，使废水成为可利用的宝贵资源。氧化塘是指有一定结构和功能的水生生态系统。进入氧化塘的有机污染物，在好氧条
9、件下主要由好氧细菌进行分解，形成铵、磷酸根和二氧化碳等产物；藻类通过光合作用，利用这些产物作为营养源，合成本身的机体。并释放出氧气，供好氧菌继续氧化降解有机物。在正常光照条件下，这两组生物的代谢作用相互依存，循环不断，从而使水质不断净化。通过生物使有害废水转化为行用资源，这种转化，在科学上称为“态系的物质和能量的转换”。氧化塘是一种利用生态系的代谢功能处理废水的方法。微生物具有很强的适应能力，当外界环境条件改变时，它们能相应调节体内新陈代谢系统，使之能在新的环境中继续生长下去。这种适应性的一种是在细菌分裂过程小遗传物质的突变，形成突变种，其中有一些对新环境具有较强的适应能力；另一种是细菌体合成
10、能分解毒物的诱导酶，这种酶平时在细菌体内完全没有或其量极微，只有当某种物存在的情况下，才能诱导这种酶的合成，这就是细菌的酶适应性。获得以上适应能力细菌能将毒物分解，使它变成自己的营养物质。由于氧化塘提供了合适的环境条件，各种细菌在这里相互竞争，最后那些适应新环境，具有分解相应毒物能力的细菌便大量繁殖，使氧化塘具有净化毒物的能力。有毒的有机物在氧化塘中通过细菌的作用，变成无毒的无机物，成为藻类的营养物质，藻类大量繁殖，造成所谓“富营养化”。在塘底层还存在厌氧细菌的作用，它们通过无氧代谢过程，将污染物分解成二氧化碳、硫化氢、沼气和有机酸等产物。此外，悬浮体和胶状体的沉淀作用，水生植物的吸收作用，阳
11、光和菌藻分泌物的消毒作用等，使氧化塘对重金属污染物和细菌、病毒也有一定的去除效果。整个过程中，起决定作用的是细菌和藻类的代谢活动，这是氧化塘净化污水的生化基础。水中的微小植物藻类，是利用太阳光和水中的无机磷、氧，生长繁殖不断形成自身的有机物质的；一些浮游动物，如常见的鱼虫，以食藻类为生；许多鱼类，又以浮游动物或其他小动物为食。通过菌藻浮游动物鱼这个食物链，将一部分太阳能和水中的营养元素转化为有机物的形式存在；鱼和其他生物死后，细菌又将它们分解成无机物释放到水中。这就是氧化塘这个生态系中，物质和能量的转换过程。4肥皂为什么具有去污作用?为什么不宜在硬水中使用?肥皂的去污作用与它的分子结构有关系。从结构上看，肥皂是偶极分子，是由1218 个碳原子组成的脂肪酸钠、钾盐类。它的一端是疏水基的碳链，另一端是亲水基的羧基。肥皂分子既有亲水性又有亲油性，所以就能使原来互不相溶的水和油联系起来。衣服上的油污在肥皂分子的团团包围之中，借助水分子的作用，逐渐溶解，再借助于揉搓及搅拌的力量，最后被水清洗掉。肥皂在软水中具有很强的去污洗涤作用，但它在冷水中溶解得不好，在酸性条件下会形成脂肪酸的团块，降低肥皂的去污效果。在硬水中，肥皂分子与水中的钙、镁、铝、铁等离子结合形成所谓的金属皂沉淀在织物上，这些金属皂不易漂洗，因此会降低肥皂的去污洗涤作用。
