水污染及防治溫縣職教中心張振祥【教學目標】了解一些生活用水的凈化及工業(yè)污水的處理方法?！窘虒W重點】水污染的計算【教學過程】什么是水體污染？

地球上大約有13.9億立方千米的水，其中97.2％在海洋中，2.15％是冰山和冰川，人們可以利用的淡水只約占0.65％。人類就是依靠這些水來維持生命和從事生產(chǎn)的。在這些天然水中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl－、SO42－、HCO3－、CO32－等離子。如果使不屬于水體的物質(zhì)進入水體，而且進入的數(shù)量已經(jīng)達到破壞水體原有用途的程度，就叫水污染。

造成水污染的原因是多方面的。根據(jù)污染源可分為城市生活廢水污染、工業(yè)廢水污染、農(nóng)田流水污染（噴灑的農(nóng)藥、施用的化肥被雨水沖刷流入水體）、固體廢物污染（工業(yè)廢渣中的有毒物質(zhì)，經(jīng)水溶解后進入水體）及工業(yè)煙塵廢氣污染（煙塵廢氣落入水體或被雨水淋洗流入水體）等。

污染水體的物質(zhì)一般可分為以下幾類：

1．無機污染物包括酸、堿、無機鹽等。

2．有機污染物包括碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、碳氫化合物、合成洗滌劑等。

3．有毒物質(zhì)包括重金屬（鉛、鉻、汞、鎘等）鹽類、氰化物、氟化物、砷化]物、酚類、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、有機農(nóng)藥等。

4．致病微生物包括各種病毒、細菌、原生物等。

5．耗氧污染物有些有機物和無機物，能消耗水中溶解的氧氣，使水發(fā)黑變臭，危害水生生物的生存。

6．植物營養(yǎng)物質(zhì)有些物質(zhì)中含有植物生長所需要的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素（如含磷洗衣粉、化肥、飼料等），這些物質(zhì)能促使水中藻類瘋長，從而消耗水中的氧氣，危害魚類的生長，造成水質(zhì)惡化。

此外，還有石油工業(yè)帶來的油污染、熱電廠造成的熱污染、核電廠帶來的放射性污染等，不僅污染水體，危及水生動物，還會危害人體健康。海水中為何出現(xiàn)“赤潮”？

近年來，我國渤海灣等近海海域中，曾出現(xiàn)大面積的紅色潮水，人們稱這種現(xiàn)

象為“赤潮”。赤潮不是潮汐現(xiàn)象，也不像“黑潮”那樣是海流運動，而是海洋中一種紅色的浮游生物在特定條件下過度繁殖的生物現(xiàn)象。

為什么浮游生物能過度繁殖呢？原來大量涌進海洋中的廢水、廢渣以及經(jīng)大氣交換進入海洋的物質(zhì)中，有些含有氮、磷等元素，屬于植物生長必需的營養(yǎng)素。因此浮游生物大量急劇繁殖，就使大海穿上了“紅裝”。為了預防海洋赤潮現(xiàn)象，應該控制含氮、磷等廢物，例如含磷洗衣粉的廢水等向海洋中排放，以保持海洋中的生態(tài)平衡?！緲影孱}】看看以前是怎樣考的例1化學需氧量（COD）是水體質(zhì)量的控制項目之一，它是量度水中還原性污染物的重要指標。COD是指用強氧化劑（我國采用K2Cr2O7）處理一定量水樣時的消耗的氧化劑的量，并換算成以O2作為氧化劑時1L水樣所消耗O2的質(zhì)量（mg/L）?，F(xiàn)有20.00mL某廢水樣品，向其中加入10.00mL0.04000mol/LK2Cr2O7溶液，并加入適量的酸和催化劑，加熱2h。在指示劑存在下用12.00mL0.1000mol/LFe(NH4)2(SO4)2溶液滴定。（1）已知K2Cr2O7在酸性溶液中作氧化劑時被還原成Cr3+，F(xiàn)e2+被氧化成Fe3+。寫出K2Cr2O7與Fe(NH4)2(SO4)2在H2SO4存在下反應的化學方程式。（2）計算20.00mL廢水所消耗的K2Cr2O7的物質(zhì)的量。（3）計算該廢水樣品的COD。（4）在鍛造、機械、印染、造紙、電鍍、蓄電池等工廠所排放的污水中，COD值特別高的是。（1999年上海市普通高校招收保送生綜合能力測試題）解析：要挖掘的信息點有：①COD的涵義；②K2Cr2O7和O2的互換關(guān)系，從K2Cr2O7→2Cr3+，得電子的物質(zhì)的量=6n(K2Cr2O7)，從O2→2H2O，得電子的物質(zhì)的量=4n(O2)依據(jù)K2Cr2O7和O2得電子數(shù)相等，4n(O2)=6n(K2Cr2O7)；③由K2Cr2O7和Fe(NH4)2(SO4)2反應生成Cr3+和Fe3+推知，反應產(chǎn)物是Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、K2SO4、Fe2(SO4)3和H2O；④題給數(shù)據(jù)是四位有效數(shù)字；⑤印染廠大量使用還原劑，如NaNO2等，造紙廠大量使用還原性漂白劑，如Na2SO3等，同體積廢水樣品含還原劑越多，化合價變化值越大，COD值越高，另外，這兩廠比其他廠排放廢氣濃度大。（1）K2Cr2O7+6Fe(NH4)2(SO4)2+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+6(NH4)2SO4+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O(2)Fe(NH4)2(SO4)2的總的物質(zhì)的量=0.1000mol/L×(12.00mL/1000mL/l)=1.200×10-3mol，K2Cr2O7的總物質(zhì)的量=0.04000mol/L×(10.00mL/1000mL/l)=0.4000×10-3mol，F(xiàn)e(NH4)2(SO4)2消耗K2Cr2O7的物質(zhì)的量=1/6×1.200×10-3mol=0.2000×10-3mol。20mL該廢水樣品中還原劑消耗K2Cr2O7的物質(zhì)的量=0.4000×10-3mol-0.2000×10-3mol=0.2000×10-3mol。（3）0.2000×10-3molK2Cr2O7相當于氧氣的物質(zhì)的量，n(O2)=6/4n(K2Cr2O7)=6/4×0.2000×10-3mol=0.3000×10-3moln(O2)=0.3000×10-3mol×32.00g/mol=9.600×10-3g=9.600mg。COD=9.600mg×(1000mL/20mL)=480.0mg/L。（4）印染、造紙。例2鐵酸鈉（Na2FeO4）是水處理過程中使用的一種新型凈水劑，它的氧化性比高錳酸鉀更強，本身在反應中還原成Fe3+。（中學化學02/3-27）（1）鐵酸鈉之所以能凈水，除能消毒殺菌外，另一個原因是。（2）ClO2也是一種新型的消毒殺菌劑，它與鐵酸鈉一樣，都是通過氧化作用殺菌，試計算等質(zhì)量時ClO2的消毒殺菌能力是Na2FeO4的倍。（3）ClO2是一種黃綠色有刺激性所味的氣體，其熔點為-59℃，沸點為11.0℃，易溶于水。ClO2可以看作是亞氯酸（HClO2）和氯酸的混合酸酐，工業(yè)上用稍加潮濕的KClO3和草酸（H2C2O4）在60℃反應制得。某學生用如圖裝置模擬工業(yè)制取及收集ClO2，其中A為ClO2的發(fā)生裝置，B為ClO2的凝集裝置。C為尾氣吸收裝置。請問：電動攪拌器濕潤KClO3與草酸ABC電動攪拌器濕潤KClO3與草酸ABC解析：（1）由題意知，Na2FeO4的還原產(chǎn)物是Fe3+，F(xiàn)e3+在溶液中會發(fā)生反應：Fe3++H2OFe(OH)3(膠體)+3H+，F(xiàn)e(OH)3膠體因有巨大的比表面積，可以吸附水中的懸浮物，這是Na2FeO4凈水的另一個重要原因。（2）用ClO2和Na2FeO4的消毒殺菌都是通過氧化作用實現(xiàn)的，故等質(zhì)量ClO2和Na2FeO4的殺菌能力之比等于它們在反應中得到電子的個數(shù)之比。即[m(ClO2)/67.5g/mol]×5mol:[m(Na2FeO4)/166g/mol]×3mol=4.1(3)從有關(guān)ClO2性質(zhì)及其制備方法的介紹中可以提取出以下信息：①ClO2是一種熔、沸點低的有毒氣體；②制備ClO2應控制在60℃左右；③ClO2是一種混合酸酐。根據(jù)信息②，不難查知，A部分缺乏溫控裝置，在等于或高于100℃的情況，實驗室可采用水浴加熱的方法確保反應所需溫度。欲使生成的ClO2氣體凝聚于B中，由信息①知，應在B部分添加冰水冷凝裝置。尾氣中的主要成分是CO2（2KClO3+H2C2O4=2ClO2↑+CO2↑+K2CO3+H2O）及少量末凝聚的ClO2，它們都屬于酸酐，故可用NaOH溶液吸收（依信息③2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O），以防止環(huán)境污染。水消毒用的K2FeO4可用下列反應制備，請配平：□Fe2O3+□3KNO3+□4KOH=□K2FeO4+□KNO2+□H2O(1、3、4＝2、3、2)用鐵酸鈉（K2FeO4）處理來自河流湖泊的水，以作為人們生活的飲用水，是一項較新的技術(shù)。以下敘述中正確的是①K2FeO4溶液有強酸性；②K2FeO4溶液有強氧化性；③K2FeO4可使水軟化；④該過程中水被消毒和凈化A．①③B．③④C．①②D．②④解析：K2FeO4為紫色物，溶于水呈紫紅色。在一般情況下，F(xiàn)eO42－的濃堿中穩(wěn)定，在中性或酸性中迅速分解（2FｅO42－＋10H＋＝2Fｅ＋5H2O＋3/2O2）。FeO42－是強氧化劑，它能將Cｒ（Ⅲ）氧化成Cｒ（Ⅵ）,也能氧化細菌(消毒)，自身轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3沉淀。本題的答案為D。例3排放的污水含氨量過高也會造成水體污染，使水中藻類大量繁殖，耗掉水溶氧，形成“死水”。某廢水處理站用甲醇處理含氨34.0mg/L的廢水，其原理如下：（1）在細菌作用下，通空氣氧化廢水中的氨，使其生成NO3-，其離子方程式為：（2）在酸性條件下，甲醇與NO3-作用生成N2和CO2，其離子方程式為若反應（1）中氨的轉(zhuǎn)化率為95%，反應（2）中NO3-的轉(zhuǎn)化率為86%，則每天處理500m3這種廢水，需要甲醇多少kg？思路：（1）NH3+2O2+OH-===細菌NO3-+2H2O（2）6NO3-+5CH3OH+6H+=3N2+5CO2+13H2O關(guān)系式6NH3～5CH3OH6×17g5×32g5.00×103L×34.0×10-3g/L×95.0%×86.0%xx=21.8kg答：需要甲醇21787g即21.8kg【拓展練習】一不留神就把這部分內(nèi)容掌握了1．不能自然凈化，即水中溶有的O2能把有機污染物自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臒o機物，此過程可簡單地表示為(CH2O)+O2→CO2+H2O。1L水中含有的有機物轉(zhuǎn)化為無機物所需O2的量（mg/L）稱為生化需氧量（BOD）。若水中溶有的O2比BOD小，水就發(fā)臭，魚等淡水生物就不能生存。某化工廠將生產(chǎn)過程中含有機物（用C6H10O5）表示的廢水排入河水中，經(jīng)測定該河段的水中含C6H10O52×10-6a（質(zhì)量分數(shù)）。已知1.01×105Pa，t℃下，O2在水中的溶解度，折算成標準狀況下為a×10-3L/L。（1）該段河水的生化需氧量（BOD）為（2）魚蝦等在此段河水中能否生存？答案：（1）2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O（2）240mg/L（3）不能2．為了度量水中有機物等還原性污染物的含量，通常把1L水樣與強氧化劑完全作用時消耗氧化劑時的質(zhì)量，折算成以氧氣為氧化劑時的質(zhì)量，（即O2mg/L）來表示，稱為該水樣的化學耗氧量（COD）。我國關(guān)于這類污染物最高容許排放濃度（mg/L）規(guī)定如下：一級標準二級標準三級標準化學耗氧量（COD）150200500為了測定某工業(yè)廢水的COD。實驗如下：量取廢水樣品20.00mL，加入0.1000mol/LKMnO4溶液10.00mL和適量稀硫酸，在一定條件下充分反應后，再用0.2000mol/L的草酸鈉（Na2C2O4）溶液滴定過量的KMnO4，達到終點時消耗草酸鈉溶液11.00mL。（1）寫出在酸性介質(zhì)中KMnO4（還原產(chǎn)物為Mn2+）與Na2C2O4（氧化產(chǎn)物CO2）反應的離子方程式（2）計算該工業(yè)廢水的COD（3）為了保證廢水排放達到一級標準，該工業(yè)廢水能否直接排放？【基礎練習】百看不如一練！1．飲用水的消毒劑有多種，其中殺菌能力強且又不會影響水質(zhì)的理想消毒劑是CA.液氯B.漂白粉C.臭氧D.熟石灰2．洪澇地區(qū)欲將江河水轉(zhuǎn)化為可飲用的水，下列處理順序較合理的是C①化學沉降（用明礬）；②消毒殺菌（用漂白粉）；③自然沉降；④加熱煮沸A.①②③④B.①③②④C.③②①④D.③②④①3．農(nóng)用化肥和城市糞便的排放,會使地下水中含氮量增高,其中對人體有害的含氮污染物主要形態(tài)是BA.NO3-B.NO2-C.NH4+D.有機氮A.B.C.D.甲乙甲乙丙丁MA.