專題1多樣化的水處理技術(shù).ppt

專題1 多樣化的水處理技術(shù),B選修 化學(xué)與技術(shù),1了解化學(xué)在水處理中的應(yīng)用。 2了解海水的綜合利用和海水淡化的主要方法。,化學(xué)與技術(shù)專題1 考試說明,考點(diǎn)1：淡水資源的解決,措施1.全民關(guān)注，倡導(dǎo)節(jié)約用水,1.第47屆聯(lián)合國大會確定每年3月22日為世界水日。,2.日常生活中提倡節(jié)約用水、一水多用 、推廣節(jié)水器具 、少使用洗滌劑和清潔劑 。,措施2.減少污水排放，從源頭治理污水,城市污水中工業(yè)污水約占70%。但是工業(yè)污水中含有某些寶貴的資源，生活污水中含有豐富的植物營養(yǎng)素。所以污水處理和防治的重點(diǎn)有： 措施3 對城市污水實行回收、加工、利用，成為二次利 用的“中水”，可供農(nóng)林灌溉、消防、沖廁所之用?！爸兴笨删徑馑Y源短缺問題。,1.水的理化性質(zhì)色度、濁度、pH等 2.無機(jī)物溶解氧（DO）、某些金屬離子、氯離子、硫酸根離子、氮和磷的化合物等 3.有機(jī)物通常測定生化需氧量（BOD）,資料卡：水的DO與BOD DO：水中的溶解氧量（單位：mg/L），反應(yīng)水體自凈能力的大小。（2-4-7.5）9.2 BOD：水中有機(jī)物經(jīng)微生物分解所需的氧氣量（單位：mg/L），污水中有機(jī)物的含量越大，BOD越高，水的富營養(yǎng)化程度越高。（10-5-2）,了解水污染的檢測項目,（2）污水處理,熟悉污水處理的主要方法,1.物理處理法主要是利用物理原理和機(jī)械作用對廢水進(jìn)行治理，如過濾、離心、沉淀分離等方法 2.化學(xué)處理法通過施用化學(xué)試劑或采用其他化學(xué)手段進(jìn)行廢水處理的方法，如： 化學(xué)混凝法(加凈水劑) 中和法（軋鋼廠中的廢水(酸性)） 化學(xué)沉淀法（廢水中重金屬離子的除去） 氧化還原法（油類、氰化物、硫化物）等方法,常用的氧化劑：空氣、臭氧、氯氣等,如：Fe2+的除去：用石灰水、空氣將Fe2+轉(zhuǎn)化Fe(OH)3除去 Cr3+的除去：用石灰水調(diào)節(jié)pH至89時， Cr3+形成沉淀除去。,氰化物的除去：,2CN5ClO2OH2CO32N25ClH2O,2Cr3+ + 3Ca(OH)2 = Cr(OH)3 + 3Ca2+,3.生物化學(xué)處理法通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥。,在強(qiáng)力通入空氣的條件下（曝氣），微生物以水中的有機(jī)廢物為養(yǎng)料生長繁殖，將有機(jī)物分解為二氧化碳、水等無機(jī)物，從而達(dá)到凈化污水的目的。,關(guān)鍵：1.培養(yǎng)好活性污泥中的微生物。 2.提高曝氣效率，使微生物獲得足夠的氧氣。,減少污水的排放量從源頭處理污水的有效手段,例、城市環(huán)境污染是當(dāng)前突出的環(huán)境問題。如圖甲所示，X河流經(jīng)某工業(yè)城市，其中a處在上游，附近有豐富的黃鐵礦資源，d處在下游，有多個企業(yè)以硫酸為原料。根據(jù)某月該市環(huán)保局監(jiān)測站對X河水質(zhì)檢測的結(jié)果，繪制成圖乙。根據(jù)甲、乙兩圖，判斷下列說法中錯誤的是,A造成X河污染的主要污染源最可能分布在bc段 B工業(yè)、生活污水和固體廢棄物等可能是造成X河污染的污染源 Cd處污染程度減小，可能是某些污染物的離子間發(fā)生反應(yīng)所致 D該城市建造硫酸廠時，綜合考慮諸多因素選址在b處最合理,D,措施3：生活用水的凈化處理,天然水中所含的雜質(zhì),凈化處理1：加 使懸浮的固體顆粒沉降,混凝劑,混凝劑化學(xué)沉降劑，除去水中的懸浮物質(zhì)； 常見的混凝劑：鋁鹽明礬KAl(SO4)212H2O、Al2(SO4)3、堿式氯化鋁AlCln(OH)3-n；鐵鹽（FeCl3 ）等； 思考：為什么鋁鹽、鐵鹽能凈水呢？ 鋁鹽、鐵鹽的凈水原理（鹽類的水解）,Al3+3H2O Al(OH)3(膠體)+3H+,Fe3+3H2O Fe(OH)3(膠體)+3H+,膠體具有很強(qiáng)的吸附能力，能吸附水中的懸浮雜質(zhì)而沉降。,1.有強(qiáng)吸附性的活性炭可除去水中的異味,凈化處理2：利用 除水中異味,活性炭,2.活性炭也可吸附某些溶解在水中的雜質(zhì)。,除臭劑：活性炭（比表面積大，吸附能力強(qiáng)）,凈化處理3：水源的殺菌消毒,方法2：大量水可添加消毒劑（強(qiáng)氧化劑），如氯氣、漂白粉、臭氧、二氧化氯等。,考慮：氯氣的消毒原理？其在消毒過程中有何缺陷？,方法1：少量的水常用加熱煮沸法進(jìn)行殺菌消毒。,注意：沉降、消毒二合一： Na2FeO4。,城市自來水的獲取生產(chǎn)流程,1.取水： 2.沉降：在沉淀池中加入混凝劑靜置，水中的懸浮物可沉降到池底。 3.過濾：使水通過粗沙、細(xì)沙，除去沉淀和殘余的懸浮物。 4.曝氣：把水暴露在空氣中，使水與空氣接觸面增大，增大水中氧氣的含量，以加速有機(jī)物的分解。 5.消毒：加入消毒劑殺滅水中有毒微生物。,加液氨后，使HClO部分轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的NH2Cl，當(dāng)HClO開始消耗后，平衡左移又產(chǎn)生HClO起殺菌作用,例：目前，科學(xué)家致力于研制高效、安全、無毒的飲用水消毒劑。 (1)近年來，某些自來水廠在用液氯進(jìn)行處理的同時還加入少量液氨，其反應(yīng)的化學(xué)方程為：NH3+HClO H2O+NH2Cl(一氯氨)。NH2Cl較HClO穩(wěn)定，加液氨能延長液氯殺菌時間的原因是：_。 (2)科研人員發(fā)現(xiàn)在氯消毒的飲用水中，含有微量對人體有潛在危害作用的含氯化合物。世界環(huán)保聯(lián)盟即將全面禁止在自來水中加氯氣，推廣采用光譜性高效殺菌消毒劑二氧化氯(ClO2，黃綠色氣體)。目前歐洲和我國主要采用Kesting法(原料為氯酸鈉和鹽酸)制ClO2，該法的缺點(diǎn)是同時產(chǎn)生Cl2(占ClO2體積的一半)，使產(chǎn)物純度低。 試寫出該法制ClO2的化學(xué)反應(yīng)方程式：_。 Cl2和ClO2都是通過氧化作用而殺菌消毒，試計算在等質(zhì)量時，ClO2的氧化能力是Cl2的 倍。,2NaClO3+4HCl=2NaCl+2ClO2+Cl2+2H2O,2.63, Na2FeO4物質(zhì)在凈水、消毒過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、化學(xué)或生物方法除去海水中溶有的鹽。 主要方法有：蒸餾法、膜法、冷凍法和離子交換法等。,地球是個藍(lán)色的星球，表面積約3/4被海水所覆蓋。海水占地球總水量的97%以上，可是它含鹽量高，20時的密度達(dá)到1.0243g/cm-3，不適合人類飲用，也不適合作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。,1.蒸餾法,海水淡化的方法,優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、技術(shù)成熟。 缺點(diǎn)：能耗大。 減壓蒸餾：降低壓強(qiáng)，使水的沸點(diǎn)降低，從而在低溫下使水沸騰，減小能耗。,原理：利用液體沸點(diǎn)不同加熱液體，使不同組分在不同溫度沸騰汽化，再將蒸汽冷凝收集在容器中。,蒸餾法淡化的水量約占世界海水總淡化量的70%。,海水淡化的方法,原理：在外加直流電場的作用下，處于中間位置海水槽里的陰離子、陽離子分別透過陰離子交換膜、陽離子交換膜遷移到陽極區(qū)、陰極區(qū)，中間水槽里的水含鹽量就降低了。 特點(diǎn)：消耗的電能大，但其成本只有蒸餾法的1/4。 離子交換膜：用離子交換樹脂制成的薄膜，也稱電滲析膜。有陰、陽離子交換膜之分，陰離子只能通過陰離子交換膜，陽離子只能通過陽離子交換膜。,2.電滲析法,3.反滲透法,滲透現(xiàn)象：濃度較小的溶液中的水分會通過半透膜滲透到濃度較大的溶液中，使原來濃度較大的一側(cè)溶液液面升高，當(dāng)液面升高產(chǎn)生的壓力達(dá)到一定數(shù)值時能阻止水的繼續(xù)滲透，這個壓力稱為滲透壓。 反滲透法的原理：如果在含鹽濃度較大的溶液一側(cè)施加一定的壓力，可以迫使水從濃溶液一側(cè)向稀溶液一側(cè)滲透，使?jié)馊芤簼舛仍龃?，得到淡水?優(yōu)點(diǎn)：可以大量、快速地生產(chǎn)淡水。尋找更理想的滲透膜，是目前努力的方向。,4.冷凍法,把冷海水噴入真空室，部分海水蒸發(fā)吸熱使其余海水冷卻形成冰晶。固體冰晶中的雜質(zhì)要比原溶液中少得多。將得到的冰晶用適量的淡水淋洗、溶化，就得到淡水。,由于水的比熱、汽化熱大，這種技術(shù)要消耗大量的能源。,海水淡化的方法,海水淡化流程圖,例、某綜合實踐活動小組到自來水廠進(jìn)行參觀，了解到源水處理成自來水的工藝流程示意圖如下：,(1)源水中含Ca2、Mg2、HCO3-、Cl-等，加入CaO后生成Ca(OH)2，進(jìn)而發(fā)生若干個復(fù)分解反應(yīng)，試寫出其中任意一個反應(yīng)的離子方程式_。 (2)加入凝聚劑可以除去其中的懸浮固體顆粒，該過程是_（填寫下列各項的序號） 只有物理過程，無化學(xué)過程 只有化學(xué)過程，無物理過程 既有化學(xué)過程又有物理過程 FeSO47H2O是常用的凝聚劑，加入后最終生成紅褐色膠狀沉淀，則這種沉淀是_。 (3)通入二氧化碳的目的是_和_。 (4)氣體A的作用是_。 (5)下列物質(zhì)中，_可以作為氣體A的代替品(填寫下列各項的序號)。 ClO2 濃氨水 SO2 濃硫酸,HCO3- +OH-= CO32-+ H2O,Ca2+ +2 HCO3- + 2OH-= CaCO3+CO32- + 2H2O,Ca2+ + HCO3- + OH-= CaCO3+ H2O,Mg2+2OH-= Mg(OH)2,Fe(OH)3,除去鈣離子,調(diào)節(jié)溶液酸度,殺菌消毒,練習(xí):從海水中提取物質(zhì)的方法 海水中含有的各種元素的特點(diǎn)：種類多，總儲量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問題。例如： （1）從海水中提取溴的主要工藝流程 用 法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。 向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)： 向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的，方程式為： 向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣反應(yīng)的方程式為 用 萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。 （2）進(jìn)行從海帶中提取碘實驗的反應(yīng)原理及應(yīng)注意的問題 反應(yīng)原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來。如用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是為：,蒸餾,四氯化碳（或苯）,2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O,Br2 +SO22H2OH2SO42HBr,2HBr + Cl2 = Br2 + 2HCl,考點(diǎn)2：硬水及其軟化,若硬度過高，1.對于不習(xí)慣的人來說，易造成腸胃功能紊亂，導(dǎo)致疾病的發(fā)生，如南方人初到北方時的“水土不服”現(xiàn)象；長期飲用過硬的水，還會使胃炎、結(jié)石等病的發(fā)病率上升。 2.浪費(fèi)肥皂，衣物不易洗凈，還使衣服變硬。 3.鍋爐用水硬度過高易形成鍋垢，不僅浪費(fèi)燃料，而且會使鍋爐管道因受熱不均而導(dǎo)致變形或損壞，嚴(yán)重時會引起爆炸事故。 若硬度過低，則人無法從水中吸收人體發(fā)育所必需的無機(jī)鹽離子和微量元素等，對人體的危害也很大。,水的硬度的表示和測定,1.概念：一般把 1L水里含有10mg CaO(或含相當(dāng)于10mg CaO的物質(zhì)，如7.1mgMgO)稱為1度。,例:經(jīng)測定:某天然水中Ca2+濃度為0.001mol/L，Mg2+濃度為0.002mol/L，試求該天然水的總硬度。且如何證明這個硬度是暫時硬度還是永久硬度？,注意：水的硬度可分為暫時硬度（由碳酸氫鈣、碳酸氫鎂引起的）和永久硬度（由鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物引起的）,2.常用的測定方法：總硬度試紙+標(biāo)準(zhǔn)色階,簡單鑒別：肥皂反應(yīng) 軟水中產(chǎn)生泡沫多； 硬水中產(chǎn)生泡沫少，形成較多白色垢狀物。,軟水與硬水的簡單鑒別,硬水的軟化,1.加熱煮沸法,注意：此法只能消除暫時硬度，永久硬度沒變化,實質(zhì)：降低Ca2+、Mg2+的含量,聯(lián)想與啟示 燒水的水壺內(nèi)壁常會形成水垢，可以用食醋溶解去除。你知道這些水垢是怎么形成的嗎？為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，再用純堿除去因Ca2+引起的硬度。,常用的藥劑有：石灰、純堿等,CaCl2 CaCO3 Ca(OH)2 CaCO3,2.藥劑軟化法,3.離子交換法,（1）磺化煤法 2NaR + Ca2+ = CaR2 + 2Na+ 2NaR + Mg2+ = MgR2 + 2Na+ 注：能消除暫時硬度、永久硬度 磺化煤可以用飽和食鹽水再生利用,工業(yè)上常用陰、陽離子交換樹脂來軟化硬水 飲用水大都采用有機(jī)合成離子交換樹脂作離子交換劑,3.離子交換法,（2）離子交換樹脂,基本原理：先把水通過陽柱（裝有陽離子交換樹脂的離子交換柱），使水中的金屬離子被陽離子交換樹脂吸附，陽離子交換樹脂中的氫離子被交換到水中去；然后再通過陰柱，使水中的陰離子被陰離子樹脂吸附，陰離子樹脂將氫氧根離子交換到水中，和氫離子化合成水，使水得到凈化。,離子交換樹脂使用時間長了就會失去軟化能力，這時應(yīng)該用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液進(jìn)行再生處理。,例1.家用的凈水裝置中有活性碳濾器、臭氧發(fā)生器、陽離子交換樹脂RH、陰離子交換樹脂ROH等，當(dāng)水塔流出的水經(jīng)過這些裝置，下列敘述，正確的是 ( ) A. 活性碳可除臭 B. 臭氧的目的是可提高水中之含氧量 C. 經(jīng)處理后的水已無Na+與Cl- D. 陽離子交換樹脂使用一段時間后，可用濃食鹽水沖洗使其再生 E. 陰離子交換樹脂使用一段時間后，可用濃氫氧化鈉水溶液沖洗使其再生。,ACE,例2.某學(xué)生取礦泉水試樣檢測，其pH約為6.5，將其緩慢通過陽離子交換樹脂后，測得其pH約為4，則該礦泉水是否為硬水。,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：自來水生產(chǎn)的流程示意圖見下, 混凝劑除去懸浮物質(zhì)的過程 （填寫序號） 只是物理變化 只是化學(xué)變化 是物理和化學(xué)變化,FeSO47H2O是常用的混凝劑，它在水中最終生成 沉淀。, 實驗室過濾操作所用到的玻璃儀器是 。, 我們有時感覺自來水“有漂白粉氣味”是因為使用了氯氣消毒，請寫出有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式 。,下列物質(zhì)中， 可以作為氯氣的代用品。（填寫序號） 臭氧 NH3（液） K2FeO4 SO2,Fe(OH)3,漏斗 燒杯 玻璃棒,Cl2+H2O HCl+HClO, 有些地區(qū)的天然水中含有較多的鈣、鎂離子。用離子交換樹脂軟化硬水時，先后把水通過分別裝有 離子交換樹脂和 離子交換樹脂的離子交換柱。（填“陰”或“陽”）, 測定水中的溶解氧：量取20mL水樣，迅速加入MnSO4和KOH混合溶液，再加入KI溶液，立即塞好塞子，振蕩使完全反應(yīng)。打開塞子，迅速加入適量硫酸溶液，此時有碘單質(zhì)生成。用0.10mol/LNa2S2O3溶液滴定生成的碘，消耗了6.00mL Na2S2O3溶液。已知在堿性溶液中，氧氣能迅速氧化Mn2+，生成物在酸性條件下可以將碘離子氧化為碘單質(zhì)，本身重新還原為Mn2+。,上述過程發(fā)生的反應(yīng)可表示為：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（以為單位）,陽,陰,（6）南海某小島上，解放軍戰(zhàn)士為了尋找合適的飲用水源，對島上山泉水進(jìn)行分析化驗，結(jié)果顯示水的硬度為28（屬于硬水），主要含鈣離子、鎂離子、氯離子和硫酸根離子。請思考下列問題：,該泉水屬于 硬水（填寫“暫時”或“永久”）。,島上還可以用海水淡化來獲得淡水。下面是海水利用電滲析法獲得淡水的原理圖，已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-等離子，電極為惰性電極。請分析下列問題：,通電后,陽離子交換膜是指 （填A(yù)或B）。 寫出通電后陽極區(qū)的電極反應(yīng)式： ； 陰極區(qū)的現(xiàn)象是： 。,永久,B,Cl-+2e