获取安全的饮用水

　　本节课以怎样获取安全的饮用水为主线，分别阐述了天然水的净化过程及原理，分析了城市自来水获取的方法及硬水软化方法，又以对比手法阐明了纯净水的制取方法，最后，简明地介绍了污水治理的方法，呼吁人们从自我做起，珍惜水资源。

　 【重点难点】
　　重点：明矾净水的原理；城市自来水的获取途径及硬水软化原理；纯净水的制取方法。
　　难点：污水处理的过程及原理。

　 【知识讲述】
　　我们知道，人类生存须臾离不开空气。对于生命来讲，还有什么物质在重要性方面可以与空气相比呢？我们自然会想到水，水与人类和动植物的生存发展是密切相关的，获取安全的饮用水至关重要，那么怎样才能获取安全的饮用水呢？
　　 一、天然水的净化
　　1、天然水中可能含有的物质：
　　自然界的水在不停地循环着，在循环过程中会溶解或携带很多物质，例如：泥沙、可溶性矿物质(Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺……)、致病细菌(大肠杆菌等)，还可能会含有重金属离子(Pb²⁺、Hg²⁺等)，这样的水不能直接饮用，必须经过综合处理后才能饮用。

　　2、天然水的净化：
　　一般须经过沉降悬浮物和杀菌消毒两步。
　　⑴沉降悬浮物：
　　要获得饮用水，首先要通过凝聚过程除去其中的悬浮物，要实现这一点，须加入铝盐(比如明矾)或铁盐等絮凝剂，当加入絮凝剂(以明矾为例)后，明矾溶于水会电离出Al³⁺，同时，水自身也能发生微弱电离，产生微量的OH^-。Al³⁺能与OH^-结合生成难电离的Al(OH)₃，Al(OH)₃在水中形成胶体，对水中细小的悬浮物有很强的吸附作用，从而形成絮状物，当絮状物的重力大于浮力时就会下沉，从而脱离水体而沉积下来。除了明矾，常用的絮凝剂还有聚合铝盐、聚合镁盐和有机絮凝剂。在沉降悬浮物的过程中，除了加絮凝剂外，还可以加入一些粉碎的石灰石、黏土、膨润土或硅藻土作为辅助剂，使凝聚后的絮状物增重易于沉降。
　　⑵杀菌消毒：
　　细菌主要由蛋白质构成，杀菌的实质是用强氧化剂或在高温条件下，使菌体蛋白质变性。对少量水通常使用加热煮沸法来杀菌消毒，对大量水多采用强氧化剂法进行杀菌消毒，这些强氧化剂称为杀菌消毒剂。20世纪70年代常用的杀菌剂是氯气，但用氯气进行消毒的水会生成对人体有害的卤代烃，这些卤代烃有许多是有毒物，有的还有致癌和致畸作用。因此近年来人们又逐步用二氧化氯(ClO₂)和漂白粉[CaCl₂和Ca(ClO)₂的混合物]取代氯气，这类消毒剂不会产生卤代烃。
　　目前，又发现一种性能优良的净化剂——高铁酸盐（例如：Na₂FeO₄或K₂FeO₄，其中Fe显＋6价，具有很强的氧化性，能非常有效地杀灭水中的细菌和病毒，自身被还原成Fe(OH)₃。另外，高铁酸盐还是一种性能优良的无机絮凝剂，能高效地除去水中的微细悬浮物。由于它同时具有强的氧化和絮凝作用，其消毒和净化效果优于含氯消毒剂，且在消毒和净化过程中，不会产生对人体有害的有机氯等物质。故是一种较理想的净水剂。
　　天然水经过上述悬浮物的沉降和杀菌消毒过程才能饮用，那么你知道自来水厂里天然水是怎样进行处理变成自来水的吗？

　　二、城市自来水的获取
　　自来水的处理过程，主要包括以下四个步骤：
　　(1)沉淀：在沉淀池中加入絮凝剂、静置，水中的悬浮物可凝聚成大颗絮状物沉淀到池底。
　　(2)过滤：使水通过细砂，以除去沉淀和残存的悬浮物。
　　(3)曝气：把水暴露在空气中，使水和空气的接触面增大，增加水中氧的含量，通过微生物的代谢作用，将水中复杂的有机物降解为简单的无害物质。
　　(4)消毒：消毒是饮用水处理中最重要的环节之一。正如上面所讲的天然水的杀菌消毒一样，加入杀菌消毒剂，杀灭水中可引起霍乱、伤寒、痢疾等病症的细菌。
　　经过以上处理的水基本可以达到饮用水的质量标准。

    2、瓶装饮用水的制取方法
　　制纯净水的原料是符合生活用水水质标准的水。选用的方法有电渗析法、离子交换法、反渗透法、蒸馏法等。其中最常用的方法是离子交换法。但离子交换法无法除去有机物和微生物，故在进行离子交换之前，先加入活性炭(具有吸附性)以除去有机物和微生物。然后，将水再通过离子交换树脂，使水中的离子与树脂上的离子进行交换。阳离子交换树指上的H⁺与水中的阳离子(如Ca²⁺)进行交换，释放出H⁺，而阴离子交换树脂上的OH^-与水中的阴离子(如Cl^- )进行交换，释放出OH^-。H⁺与OH^-结合生成纯水，达到除去离子的目的。经过离子交换的水再用紫外线或臭氧消毒，就得到了纯净水。
　　制取纯净水的方法很多，目前较理想的是反渗透法。反渗透法采用的反渗透膜孔很小，在外加压力的作用下只有水分子能通过，从而得到纯净水。利用这种原理也可以进行海水淡化。
　　水是大自然赐予人类的宝贵财富，但它并非取之不尽，用之不竭，随着人口急剧增加，工业迅猛发展，一方面使世界上许多地区面临淡水资源危机，另一方面人为的污染严重影响着人类赖以生存的水源，因此我们应该节约用水，并注意保护水源。

　　三、污水治理与环境保护
　　工业废水、生活污水、农田排水、以及降雨将大气中的污染物和堆积在地上的垃圾污染物冲入水中等诸多原因，使水中的重金属离子及N、P化合物等污染物增多，从而造成水源污染。
　　污染的水对工农业生产、渔业、林业、畜牧业危害都很大，一些污染物比如Hg、Cd、Pb、Cr等在生物体内富集，不易排出。人食用了这样的食物也会中毒，因此，受污染的水必须进行处理。
　　污水处理的方法主要有物理方法、生物方法、化学方法。其中化学方法主要包括中和法、氧化法、还原法、化学沉淀法，其中还原法主要用于处理废水中的铬和汞等离子，化学沉淀法的处理对象主要是重金属和胶状物质。
　　污水处理程度分为一级处理、二级处理、三级处理。一般根据水质状况和处理后水的去向来确定污水的处理程度。
　　目前，城市污水处理厂多采用活性污泥法二级处理工艺来进行污水处理。这种工艺的一级处理是指在沉淀池中通过过滤除去污水中的固体沉淀物和悬浮物，再加入一定量的化学试剂用于中和污水中的酸性或碱性物质，经过一级处理的水不能排放。二级处理是指采用空气曝气活性污泥法，利用细菌等微生物使废水中的有机污染物分解成简单的无害物质，在二次沉淀池中，污泥和水分开，从而使废水得以净化。经过二次处理的水达到国家颁布的水质标准时，可以排放，也可做冷却用水或用于冲洗卫生间、喷洒街道、浇灌农田、绿地等。分离出的污泥可用于产生沼气，供人们利用。
　　上面我们提到，污染的水中还可能会含有重金属离子，这些离子主要来自工业废水的排放，怎样消除工业废水中的重金属离子呢？以“电镀厂废水的处理”为例为说明这个问题。
　　电镀厂排放的废水主要含有铬等重金属的化合物、氰化物等污染物。
　　处理废水中的铬常用电解的方法。电解时，以铁为阳极，生成的Fe²⁺可将废水中的Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺，它本身被氧化为Fe³⁺.由于阴极上H⁺放电生成H₂,溶液中OH^-浓度升高,Fe³⁺、Fe²⁺、Cr³⁺分别形成 Fe(OH)₃、Fe(OH)₂、Cr(OH)₃沉淀。
　　处理废水中的氰化物时，通常用电解法使氰离子(CN^-)转化为NH₄⁺和 CO₃^2-。
　　目前全球都面临着水资源短缺问题，人们不仅要致力于污水的治理，以减少对有限水资源的污染，更要增强节水意识，从点滴做起，从自我做起，珍惜淡水资源。