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1、水的生活化学Live Chemistry of Water,水与日常生活 水的净化与优化 饮料 水资源的开发与利用,1 水与日常生活 地球形成的初期，大规模的火山爆发释放出大量挥发性气体，这些气体的主要成分是水蒸气(约占75以上)、二氧化碳、氮和其它微量气体。水蒸气凝结为液态的水汇聚在地壳表面的低洼处，便形成了现今地球上的海洋和天然湖泊。对于活的有机体的生存来说，水是关键性的，人不吃饭可以活两个多月，而不喝水只能活几天。,1.1 活的有机体中水的分布与生物学功能,有机体 含水量()有机体 含水量()海生无脊椎动物 97 鱼 82人胎儿(1月)93 瘦肉 76成年人体 70 水果 80细胞原生质
2、 80 蔬菜 89体液 95 黄瓜 95神经组织 84 土豆 75哺乳类动物 65 陆地草类植物 8090牛奶 88 乳酪 35,人体中水的分布,细胞中的水占体重的40,细胞外的液体占体重的15,血浆中的水占体重的5,水有许多生物学上的功能,水在消化和新陈代谢的化学反应中起着很大用：水通过血液将营养和氧气输送到细胞，并从细胞中把废物带走。没有水，我们将被自己体内的废物毒杀。,水有保持溶解状态的钠和钾的能力，这对传送电脉冲使肌肉和神经活跃是不可缺少的，因此，水在体液和细胞的酸碱平衡上起着主要作用。,人体内到处无时不在进行的化学反应所释放的热，在调节体温始终保持在37中水起着主要作用。,我们体内的
3、水同时又是一个减震器，脑有液体（大部分是水）包围着，它可免受震荡，同样人体的骨骼、关节、器官和神经也有液体润滑，使我们在固体的世界中生活时，身体不致因必须承受无数震荡而受到伤害。,水就象自然界中的溪流和潮汐一样，流入、流过而又流出。那流动、润滑、温暖、消热的水，那溶解着又携带着滋养我们的各种分子(或离子)的水，才是生命得以生存的源泉。,趣题讨论：想想看饮水够量吗？水有许多生物学上的功能，对于人的生存来说，水的作用仅次于空气。然而大多数人都不知道自己每天应该喝多少量的水，事实上我们当中有许多人都在脱水状态下生存着。水有许多生物学上功能，如果饮水不够量，那么人体的生理机能的每一部分都有可能受损害。
4、现实生活中就有许多人由于喝水不足量而导致脂肪堆积、肌肉松弛、消化和其它器官功能下降、体内毒素增加、肌肉和关节疼痛、水的滞留量增加等等。,人只有感到口渴了，才会去喝水。那么人为什么会感到口渴呢？原来人体组织液中钠离子浓度的正常值为137毫摩尔/升，当体液中钠浓度比正常值高2毫摩尔/升时，就会有一种化学信号流经脑的饮水中枢，再由脑中枢向口和喉发出一种信号，此时口和喉的神经组织就会使我们感到口渴，于是我们开始喝水，并使钠离子浓度恢复到正常值，这样渴就解了。,那么我们每天究竟需喝多少量水呢？这里有一个简单的公式可以用于估算：一个不需剧烈运动的健康人，每天的饮水量约为每公斤体重33毫升水；而对于一个运动
5、员来说，每天的饮水量约是健康人的4/3倍。这样，一个健康人每天至少需要喝810杯水，每杯水约230毫升。体胖者每超出理想体重11公斤，就应该比正常的健康人多喝一杯水。,O,1.2 水的结构和特性,H,H,0.096 nm,105,-,水的结构（水蒸气中）,氧原子的电负性比氢原子的电负性大，每个OH共价键都是极性的，而水分子的“V”形结构使得整个分子呈现极性，其中氧分子在负极一端，氢原子在正极一端。,在水中，氢和氧的电负性之差很大，使得H2O中的成键电子显著偏离氢原子，因此H2O分子中体积很小的氢原子几乎就象赤裸裸的质子，这种氢原子就能被另一个分子内的氧原子所吸引，即形成氢键。,氢键才决定了水具
6、有异常特性，如高的熔点与沸点，高的气化热、溶化热与比热等。,氢原子,氧原子,水分子中氢键的形成,化合物 分子量 熔点 熔解热 沸点 蒸发热 偶极矩()(kJ.mol-1)（）(kJ.mol-1)(dB)H2O 18 0.0 6.02 100 40.67 1.84H2S 34-85.5 2.38-60.3 18.66 1.10H2Se 81-65.7 2.51-41.3 19.33 0.4H2Te 130-51 4.18-2.2 23.22 0.2,表4-2 水及同水结构类似的物质特性,水的熔点0和沸点100在常温附近，用一般的加热或泠却方法就很容易实现，因此人类常常利用水的固、液、气三态变化来
7、转换能量。,水的高气化热，高比热 调节有机体的体温,水的高熔化热，冬季冰的形成和春天冰的熔化都很缓慢，春天冰熔化时不会发生灾难性洪水,水能储存大量的太阳能，这对当地的气候具有调节作用。,冰中的水分子内,OH 键长0.099 nm，增大键角 109 30，四面体角，增大,冰晶体结构：键长比液态和气态水大，键角也大（四面体角）分子间保持着较大的空隙，使得冰的密度小于液态水，天然水体在冬季能形成表面冰盖，并起到绝热作用，对于地球上生物进化有极大作用。,水凝结成冰晶体时膨胀可以破坏或杀死细胞，因此在日常生活泠冻食品时，泠冻速度越快，冰晶体形成得越少，食品细胞结构损坏得越少。速冻食品,趣题讨论2：奇异的
8、二聚水？20世纪60年代末，太平洋中部赤道附近的一个圣诞岛上出现一种奇特的现象：天空阳光灿烂，但太阳光却疲软无力，弱不灼人，仿佛在清澈透明大气中有一道神秘的屏障阻挡了太阳光灼人的热气，神秘屏障二聚水。水蒸气不能吸收太阳光中的红外线，而由两个水分子靠氢键形成的水分子即二聚水，它绕氢键旋转所需的能量,恰好是红外线光子的能量，二聚水分子的运动吸收太阳光中的红外线，使得天空中灿烂的太阳光显得疲软无力。生活空间中二聚水的含量极其低微，而赤道海洋上空的潮湿、炎热环境为二聚水的产生提供了有利的条件。二聚水这种能够吸收红外线的奇异作用有朝一日将被人类用于调节气候。,趣题讨论3：为什么人的正常体温是37？正常体
9、温口温为37，直肠温度约高0.6，腋下温度约低0.5，而皮肤的温度则与气温有关。1天之内，体温可波动1，早晨46点钟最低，晚上68点钟最高。当人裸体处于12至67气温下，仍可保持体内温度恒定在37。水在人体内犹如一个大的蓄热器，当人体过热时，控制体温的中枢神经发出出汗指令，刺激汗腺出汗带走体内大量的气化热；同时抑制下丘脑后部的交感神,经中枢，消除皮肤内血管的收缩，促使皮肤迅速散热。外界寒泠时，体内的水分起保温作用，同时由于人体过泠，血管收缩，出汗停止，下丘脑发出寒颤，促进去甲肾上腺素和肾上腺素的分泌，使细胞加快代谢速度产生热量。在体温自我调节过程中，水的高气化热和高比热起重要作用。,2 水的净
10、化,2.1 水污染,CO2 H2O H2CO3来自腐烂的树叶 来自雨水 碳酸弱酸性溶液,暂时硬水的形成,H2CO3 CaCO3 Ca(HCO3)2 石灰石 暂时硬度,地下含铁化合物的沉积物使得某些矿泉水中含离子，离子与热水作用生成水合氢氧化铁：Fe3+(aq)+3 H2O Fe(OH)3+3 H+(aq),浴缸或衣服上一种难以去除的铁锈斑迹的形成：,水污染主要来自农场、生活下水道、工业排放水以及酸雨等。据称，目前全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了55000亿立方米的淡水，占全球径流量的14以上，水资源受到严重的污染。,食物链是水的另一个污染源。低级生物被高级生物食用，食
11、者与被食者之间一个环节一个环节地逐级相连，构成链状的系列，即称食物链。,食物链的一种突出的特性就是富集作用。某些重金属元素或其它有毒物质在水中的浓度并不高，但食物链的选择性富集作用使得这些毒物可能达到很高的浓度，从而产生有害于机体的作用。,例如，DDT(二氯二苯代三氯乙烷)及其多数同类物均有持久性杀虫能力，它不在环境内降解，而在脂肪组织内的溶解度却很高，因此容易在食物链内富集。大气中的杀虫剂DDT的浓度只有0.000003 ppm，而降落在海水中，在浮游生物体内浓度将富集达到0.04 ppm，小鲦鱼吞食后可以富集到1 ppm，取食小鲦鱼的海鸥竟使DDT浓度达到75 ppm。对于原有浓度来说，D
12、DT已经富集了约2500万倍以上。,汞(Hg)在食物链中的富集现象如图48所示。全世界每年大约开采10,000 吨汞，大约有5000 吨汞被流失掉。汞在细菌的作用下会生成有机汞(如二甲基汞)，二甲基汞的毒性比汞强，更容易富集于脑部并在其中长期滞留。当脑中二甲基汞浓度达到5 ppm 时，便产生汞中毒症状，达到12 ppm 时可以致死。,浓度陆地 捕食鸟 人类 大鱼水 小鱼 小水生动物 细菌泥浆 水中Hg(CH3)2 细菌 Hg 图47 食物链中汞的富集 ppb 十亿分之一,0.1ppb,0.1ppb,5 ppb,5 ppb,25 ppb,25 ppb,50 ppb,50 ppb,500 ppb,
13、500 ppb,1 ppm,1 ppm,类 型 实 例1 耗氧废物 人和动物排出的废物、腐烂的动植物2 传染体 细菌和病菌3 淤泥 大地被侵蚀所形成悬浮矿物质颗粒4 工业肥料 硝酸盐、磷酸盐5 有机产物 酚类化合物、有机农药、有机酸碱、洗涤剂、取代苯类化合物、多氯联苯 和稠环芳烃6 无机有毒物品 Hg、Cd2+、CN、As、Cr2O727 热污染 工业用泠却水8 放射性物质 铀矿开采、选矿和精炼废水，人工放 射性废水，核爆炸产物,表44 水污染物的类型,（1）洗涤剂,ABS：支链烷基苯磺酸盐 不能被生物所降解，即细菌不能将这种有机阴离子分解为简单的物质，因此它将永远停留在水中，使得河道和污水处
14、理池泡沫堆积如山。,LAS：直链烷基苯磺酸盐 容易被需氧细菌所降解的洗涤剂新一代洗涤剂。,化学家对这个洗涤剂的结构进行了修改。,（2）杀虫剂,1939年化学家发现了一种杀虫剂DDT。它对多种致病害虫与昆虫都非常有效，被广泛用来扑灭以虱和蚊为媒介的流行病如斑疹伤寒和疟疾，它流入到江河湖海里。DDT及其多数同类物有持久性杀虫作用，它不能很迅速地被动物代谢，其半衰期约为8年。DDT易在食物链内富集，给某些食肉动物如鹰及鹗带来了灾难：影响鸟体内调节钙代谢的分子，使得鸟下的蛋很容易破碎，幼鸟成活率急剧下降，某些地方的鹰、鹗几乎完全灭绝。,（3）有毒微量元素,环境中有些元素，即使浓度很低时对生命形态也具有
15、毒性，尤其是重金属元素。重金属元素污染有以下特点：(a)在天然水中只要有微量浓度即可产生毒性；(b)不能被微生物降解，相反可在微生物作用下转化为金属有机化合物产生更大的毒性；(c)在人体内某些器官内蓄积，导致慢性中毒；(d)可经过食物链途径富集。一旦进入环境就难以净化。,表4-5 有毒微量元素的主要来源及对人体的危害性,元 素 主要来源 对人体的危害性 铅 含铅汽油、涂料、低水平恶心、贫血、神经炎(头晕、工业废水 头疼、烦躁、失眠、记忆力衰退)、肾炎、大剂量造成脑损伤。汞 电化学工业、低水平手足麻痹，神经紊乱，大剂 有机汞杀菌剂 量有机汞造成脑损伤，并可致死。镉 电镀废水、铜、饮用0.1毫克/
16、升水引起贫血、肝病 锌、铅矿的开采 以致死亡，骨骼变异症。与加工 铍 煤炭燃烧，核燃 即使低水平，长期接触可造成肺部 料加工，某些火 损伤，也可致死。箭燃料,对人体的危害性砷 煤炭燃烧，磷酸盐的 慢性中毒如肝、肾炎，神经麻痹 杂质，硫化矿的加工 和皮肤溃疡，大剂量引起肠胃的 工业废水 失常致死，少量也可能致癌。铬 电镀、染色、制革、肠胃粘膜炎、致癌，摄入量达每 照相材料、颜料等 公斤体重2.5毫克时发生毒物性肾 工业废水 炎及尿毒症致死。铜 矿山排水，电化学 每日100毫克引起腹痛、呕吐，工业废水 长期过量造成肝硬化。,生活或工业废物最严重的影响是增加天然水源的生化耗氧量(BOD)，因为需氧细
17、菌利用氧气使污水里的复杂有机物降解成为简单物质的过程中，降低了水中的溶氧量。我国饮用水源符合饮用水卫生标准的仅占10，基本符合的约占20，不符合的高达70。在一些饮用地下水的城市里，90的地下水受到不同程度的污染。全国532条河流中已有436条河流受到不同程度的污染，湖泊受污染达到高富营养化水平 的占全部湖泊的63.6，人口密集地区的湖泊与水库几乎全部受到污染。,趣题讨论4-4：水质与人体健康,1953年年底在日本的水俁村，发生了一种以特异性神经障碍为主的怪病。最初发生这种怪病的是一名小女孩，她手足拘挛，怪声叫喊而死。当时人们根本就搞不清这是怎么一回事，在她的死亡诊断书上只好写上“小儿麻痹”的
18、死亡原因。这种病的发病非常缓慢，没有前驱症状，也没有发热，有时会在喝酒后发作。患者一开始四肢末端有痛麻感觉，接着不能紧握东西，甚至不能系上或解开纽扣，走路不能跑，而且容易绊跤，说话也会变得娇,声娇气,此外患者还出现视物不清、耳朵发背、吞饮困难等现象。1953年发这种怪病的共有116人，其中43人死亡。到1956年5月，水俁地区发生了更多类似上述症状的怪病，人们便开始怀疑这是一种污染病，同时开始追查这种怪病的病因。经过多方面的共同努力，人们终于发现，这种病的元凶是一家氯乙烯工厂（在生产过程中使用氯化亚汞作为催化剂）排放的污水中的甲基汞，甲基汞污染了鱼、贝，使该污水流过的河道里的鱼、贝的含汞量高达
19、,9 ppm 24 ppm，人们大量食用被污染的鱼、贝，从而导致甲基汞中毒（汞中毒死亡者的肝脏中含汞高达20ppm 70.5 ppm）。后来这种病被命名为“水俁病”。,在我国福建省清流县的高坂村，过去，总共有10户人家，49口人，其中男性20人，女性29人，他们都是1965年泉州兴建“惠女水库”时迁入的，在落户的20多年间，全村出生的婴儿全部都是女婴。最有趣的是1975 年全村连生7 个女婴，村民们哭笑不得，人们戏称“七仙女”下凡。高坂村一就成了远近闻名的“女儿村”。无独有偶，在英国威尔士北部有一个名叫达姆威士村镇，有一段时间内出生的婴儿也全都是女孩。这到底是怎么回事呢？,科学家们对当地的土壤
20、、水质、食物进行了取样分析，同时对村民的身体进行了全面检查，终于找到了原因。原来这个村庄的水源已被金属镉(Cd)严重污染，使得这里的村民体内镉的含量大大超过了正常人体内镉的含量，即镉中毒。,为什么饮水中镉的含量特别高就会只生女不生男呢？科学家们通过实验证实：在猪和老鼠的饲料中加入一定量的镉，结果其子代雄性出生率下降，而雌性出生率则明显上升。,水质中汞的污染会对人类健康带来危害，而重金属镉的污染也会危害人类。,2.2 水的净化,悬浮物的清除 水停留在贮存池或通过一连串沉降槽中自然沉降沉积。非常小淤泥 胶状悬浮体（稳定分散）,胶凝方法,天然水中的自然胶体大多数带有负电荷,带正电荷胶体,同时聚沉,常
21、用的胶凝剂,明矾:KAl(SO4)2.12H2O或K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O Al2(SO4)3(aq)2Al 3+(aq)3SO42-(aq)2Al3+(aq)H2O Al(OH)2+(aq)H+(aq)Al(OH)2+(aq)H2O Al(OH)2+(aq)H+(aq)Al(OH)2+(aq)H2O Al(OH)3(s)H+(aq)Al(OH)3mnAl 3+.(3n/2-x)SO42-2x-.x SO42-一般用量为0.0010.02,水合硫酸铝:Al2(SO4)3.18H2O 有效剂量为20100mg/L,pH=5.5以下时，表现为碱性：Al(OH)3 3H+(aq)A
22、l 3+(aq)3H2OpH值在7.5以上时，为酸性，有偏铝酸根AlO2生成：Al(OH)3 OH(aq)AlO2(aq)2H2O pH值近中性时使用。,碱性氯化铝(PAC)：Al2(OH)nCl6-nm n15，m10 不仅能清除水中的悬浮物，显著降低水中粘土类杂质，还能吸附水中微生物并使之沉降。新型胶凝剂有效剂量为0.0050.01。,铁盐有机胶凝剂：Fe(OH)3 胶体pH6，铁离子与水中腐植酸反应生成溶于水的有色化合物。,高分子胶凝剂如聚丙烯酰胺:,分子量都很高，主链很长，所生成的絮状体比无机胶凝剂所形成的絮状体的沉降速度快，可提高胶凝沉淀设备处理能力。,过滤：透过铺设在几层逐级加粗的
23、碎石层上的沙层后，使沉淀物逐渐沉积在沙子上形成一个薄层，从而达到水的净化。,反冲,恢复滤料的净水能力,吸附与离子交换,活性炭吸附（颗粒状）：大量孔隙，比表面积高。,作用：痕量氯或其它氧化剂，微生物，去味、去臭和 去除其它杂质。,2Cl2(aq)C(s)H2O CO2(aq)4H+(aq)4Cl-(aq),特点：除氯能力非常大，去除水中有机物的能力有限,再生：1000高温,曝气法去除水中某些臭味杂质，如H2S等。,离子交换树脂,一种不溶于水的具有网络结构的固体颗粒状高分子共聚物，它能够从水中吸附某种阳离子或者阴离子，而把本身所含的另外一种带有相同电荷的离子交换下，并放出到水中去。,简单模型：带电
24、荷的海绵状、三维空间网状结构。,带有碱性交换基团：阳离子交换树脂,RNX R-NH2 R=NH R NR NH4+OH-R-NH3+OH-R=NH2+OH-R NH+OH-季铵基 伯胺基 仲胺基 叔胺基(强碱)(弱碱),带有酸性交换基团：阴离子交换树脂,RSO3H RCH2SO3H RPO3H RCOOH ROH磺酸基 次甲基磺酸基 膦酸基 羧酸基 酚基(强酸)(弱酸),2Na+沸石 Ca2+2Na+Ca2+沸石 硬水 软水,离子交换法去除水中的离子即可制得纯水去离子水,第一柱：M+(aq)HR(s)MR(s)H+(aq)第二柱：X-(aq)ROH(s)RX(s)OH-(aq),H+(aq)O
25、H-(aq)H2O,总反应：M+X-+HR(s)+ROH(s)MR(s)+RX(s)+H2O,再生：用浓盐酸淋洗第一柱，H离子取代 金属离子。,用氢氧化钠溶液淋洗第二柱，OH-取代阴离子.,特点：去离子水的电导仅为普通蒸馏水电导的1/10。,趣题讨论4-5：石头具有保健功能吗？你见过形状如饭团一样，质地十分疏松的石头吗？它的俗名叫作做“麦饭石”因其具有保健功能，被誉为“保健石头”。它是我国特有的瑰宝，分布在我国北部和中部地区，尤其以内蒙古自治区奈曼旗平顶山的麦饭石的质量为最优，其储量估计约1700万吨。,麦饭石为什么具有保健功能呢？原来麦饭石中含有59种元素，其中18种元素是人体所必需的微量元
26、素，如钾、钠、钙、镁、硅、铝、铁、锌、铜锰等元素，这些天然营养元素对改善人体进状况具有一定的作用。当采用麦饭石处理水时，它能吸附水中的有机物和无,机物，与水中离子进行离子交换，除去水中对人体健康有害的物质，如铬、镉、铅、汞、氰化物等，同时释放出对人体健康有益的微量元素，从而发挥出保健功能。,用麦饭石水制成的酒、醋、酱油、可口饮料等有味道好，杂质少等优点；用麦饭石浸出液制成的化妆品不含铅、汞、砷等有害物质，而它所含的微量元素能促进皮肤血液循环，调节新陈代谢，提高皮肤弹性，使皮肤丰满而富有活力，从而延缓皮肤衰老，增进皮肤的健美等。因此，麦饭石被誉为“保健石头”不足为奇。,蒸馏与反渗透法,蒸馏：古老
27、的方法，太阳能蒸馏器的蒸馏技术。,反渗透：通过反渗透膜把水(溶剂)从溶液中分离出来的 一种方法。,应用：海水淡化，硬水软化以及维生素、抗菌素等的 浓缩等。,渗透：水透过半透膜向溶液方向迁移的现象。动力 渗透压,反渗透：溶液上方外加压力大于水的渗透压，水从溶 液中向纯水方向迁移，此过程称为反渗透。,关键技术：一种强度足以经受所需高压同时又不能让 盐水中离子透过的薄膜(半透膜)。,膜材料的特点：对水的渗透性大，对水中的各种溶质 渗透性小并易于成膜等。,半透膜：高分子材料 醋酸纤维素，芳香聚酰胺 及其共聚物，磺化聚苯醚、磺化聚砜等。,制备方法：以高氯酸镁Mg(ClO4)2和水的溶胀剂加到 以丙酮为溶
28、剂的醋酸纤维素溶液中，混合 均匀制成膜溶液，再将膜溶液进行加压过 滤、静置脱泡之后，在成膜机上制备的。,膜的构造及特性,醋酸纤维素膜：不对称膜，膜的厚度为100m左右，膜分为两层。,表面是致密层：一般为0.20.8m厚，其微孔的孔 径小于0.005m，孔隙率12。,下面为支持层：其孔径为0.04m左右，孔隙率为60。,膜的特性：膜表面的致密层的微孔非常小，选择性吸附水分子，排斥水中溶质分子(如盐、细菌等)及颗粒；另一面是厚而孔径较大的多孔层，水能顺利透过。,效果,一价离子的去除率在90以上；二价离子的去除率在95以上。将近95 Na+，98以上的Ca2+和 Mg2+，95 Cl-，S 和 P
29、的去除率可达 99 以上。,分子量大于 150 的化合物均易去除。,消毒：氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒。,氯消毒,Cl2 H2O HOCl H+Cl-次氯酸 HOCl H+OCl-次氯酸根,消毒机理：HOCl是中性分子，扩散到带负电的细菌表面，穿透细菌的细胞膜而进入细菌内部，氯原子的氧化作用破坏了细菌某些酶系统，从而导致细菌死亡。,去除水中剧毒的氰化物(CN-离子):,10OH-+2CN-+5Cl2 N22HCO3-+10Cl-+4H2O,加氯前或后，加入少量氨或铵盐，即生成氯胺：NH3 HOCl NH2Cl H2O 一氯胺 NH3 2HOCl NHCl2 2H2O 二氯胺或 NH2Cl HO
30、Cl NHCl2 H2O NH3 3HOCl NCl3 3H2O 三氯胺或 NH2Cl 2HOCl NCl3 2H2O,氯胺在水中缓慢分解释放出HOCl分子,漂白粉常用氧氯化钙，CaOCl2。消毒作用是它能与水反应生成次氯酸(HOCl)：CaOCl2 2 H2O Ca（OH）2 2 HOCl CaCl2 12 水溶液,水中的漂白粉味实际上是氯酚的气味，它在浓度仅为 十亿分之一时就能被感知。,次氯酸钠在水中分解生成次氯酸而起消毒作用：NaOCl H2O HOCl NaOH,臭氧(O3)消毒：特别强烈的氧化剂，杀菌作用比氯快1530倍，臭氧不仅杀菌效果好，而且可除去水臭还能降低水色、以及Fe/Mn
31、等。,制臭氧方法：高压放电 3O2 2O3 或紫外线,所需设备较复杂，基建费用大，成本较高。,紫外线杀菌机理是：微生物的蛋白质和核酸吸收紫外光能量，导致蛋白质变性而引起微生物（细菌等）死亡。,光波长为490-140nm时具有杀菌能力，最佳260nm,紫外线消毒时间短、杀菌力强，易控制，没有持续时间能力，灯管寿命短，成本高。,城市水处理厂，其生产过程包括沉淀、胶凝、过滤、曝气、消毒等。若要生产饮料用水或纯水需再采用离子交换法或反渗透法。,2.3 水的优化,矿泉水来自地下迟缓循环带，存在于流动的深部地区约500 600 米深处，有大构造破坏时达 1000 2000 米(热水)，它经过复杂的动力作用
32、，岩层中的盐分以很慢的速度被冲刷溶解，水的成分能长期保持恒定，它是淤泥沉积到岩层成岩作用各阶段的残留水，或者是渗透到岩层裂隙和孔隙中去的封存水。因此矿泉水是被自然界矿物质所优化的水。,碳酸氢盐型，HCO3-的毫摩尔数大于25，这一类又可分钠质泉(Na25%毫摩尔)、钙质泉(Ca12.5毫摩尔)、镁质泉(Mg12.5毫摩尔)。氯化物型，Cl的毫摩尔数大于25，可分为钠质泉、钙质泉、镁质泉。硫酸盐型，SO4的毫摩尔数大于25，可分为钠质泉(Na50毫摩尔)、钙质泉(Ca25毫摩尔)和镁质泉(Mg25毫摩尔)。成分复杂的矿泉水，又可分为氯化物碳酸盐性泉、硫酸盐碳酸盐泉和氯化物硫酸盐泉。,含生物活性离
33、子的矿泉水：Fe 10mg/L，As：1mg/L，Br：25mg/L，I：10mg/L，Li：5mg/L。含气体的矿泉水，可分为碳酸水（含游离CO2）、硫化氢水（含游离H2S）和放射性水（含氡）。,人工矿泉水是用优质泉水或地下水进行人工矿化而制得的。人工矿泉水的生产方法有两种。(1)直接溶化法，即在天然水中添加碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁等无机盐类，再充以二氧化碳；(2)二氧化碳浸蚀法，即在压力下使含CO2的原料水作用于碳酸碱土金属盐，使其转化为碳酸氢盐溶解于水中，含碳酸氢根阴离子的矿泉水属于营养学上的“碱性饮料”。,用麦饭石也可制得优质矿泉水。,磁化水：水在磁力线的作用下，原先缔合的水分子团发生
34、解离变成单个水分子，这种水与生物细胞内的水十分接近，有很大亲合性，能被动植物细胞吸收，因而被称为“活性水”。长期饮用磁化水，对肾结石、甲状腺机能失调、高血压等数十种棘手的疾病都有显著疗效。,趣题讨论4-6：水越纯越好吗？近年来，人们对饮用水要求越来越高，蒸馏水、纯水、太空水正式成为商品，进入千家万户。但将纯水作为基本的饮用水的做法是不科学的。天然水在自然界循环过程中，始终与大气、土壤、岩石等相接触，致使天然水中溶解或悬浮着各种各样的“杂质”，如钙、镁、钾、钠、铁、锰、碳、氨、硅、铝、磷及其他化合物，还生活着许多微生物(如各种菌类)，天然水中的“杂质”有许多是人体所必需的微量元素。,水是人体获得
35、微量元素的主要来源之一。人们如果长期以纯水作为饮用水，不仅无法从水体中获得人体所需要的微量元素，而且还会带走体内本身所含有的微量元素，这样就不利于健康，因此饮用水并非越纯越好，我们还是应该提倡多喝清洁的天然水。富含微量元素的泉水还能用于治疗疾病。在我国内蒙古锡林部勒盟草原有一个泉水疗养院，那里的泉水无色透明，澄清不含异物，有辣、酸、涩等味道，好像“啤酒”一样，因此有人称它为“啤酒泉”。,“啤酒泉”地处草原，5公里以内无污染源，它含有溴、碘、锌、钼等18种对人体健康必不可少的微量元素和好些药物的主要成分，它对胃、肝、眼等疾病以及高血压病、心脏病、关节炎和贫血等有特殊疗效，尤其对消化系统的疾病有显
36、著疗效。,传说茶叶作为饮料始于公元2737年前的神农时代，有“神农尝百草，日遭七十二毒，得茶而解之”之说。中华民族在茶的培育、制造、品饮、应用，及对茶文化的形成和发展上，为人类文明史留下了绚丽光辉的一页。茶仍是世界三大饮料之一，全世界有50多个国家种茶，饮茶则遍及全球。,3 饮料,茶是生活的享受，健身的饮料，友谊的纽带。,茶多酚（儿茶素）的结构式,茶叶含有400多种化合物，最主要的有效成分为咖啡碱，多酚类化合物（儿茶素、黄酮、花青素及酚酸类物质等）、维生素（B、C、A、E、K，高级绿茶中Vc含量高达0.5）、矿质元素（P,K,Ca,Mg,Mn,Al,S,F,Se等）、多糖类化合物,以及25种不
37、同的氨基酸。,茶多酚具有防止血管硬化、降低血脂、消炎抑菌、防辐射、抗癌变等多种功效。,茶对防辐射伤害，减轻吸烟对人体的毒害，预防体内结石，防止各种维生素缺乏等方面都具有明显而神奇的作用。,低温速溶茶晶来替代原有的茶叶。茶叶中有效活性成分作为医疗、饮料、保健品、食品添加剂等方面的主要原料，其市场前景十分广阔。,3.2 汽水,溶解过滤配制精滤混合泠却加气装瓶 CO2检查成品,桔子汽水(芬达)原料 白砂糖 柠檬酸 糖精 苯甲酸钠 柑桔酱 桔子香精 水配方/kg 100 1.4 0.1 0.15 2 1.5 余量 含气量：容积倍数1.52.5,可乐饮料原料 白砂糖 苯甲酸钠 可口香精 可乐色素 水配方
38、/kg 115 0.17 0.67 0.3 余量 含气量：容积倍数 3.54,白柠檬汽水原料 白砂糖 柠檬酸 苯甲酸钠 柠檬香精 水配方/kg 90-120 1.25-3.1 0.15 0.75-1.5 余量 含气量：容积倍数 3.54,CO2的作用：（a）清凉作用 H2CO3 CO2 H2O CO2 逸出把热带出来；（b）阻碍微生物生长，延长货架寿命；（c）突出香味，CO2 逸出时能带出香味；（d）有舒服的刹口感，产生特殊风味。,趣题讨论4-8：神秘的可口可乐,100多年以前，美国有个名叫约翰斯蒂斯彭伯顿的制药公司老板，总想创造一直有提神、解乏、治头痛功效的药用糖浆。1886年5月的一天，彭
39、伯顿躲在实验室里又开始设计着新的配方，他将几种能提神、止渴、清心的药剂糖浆混合在一起，然后放入一些可乐果、古柯叶和一种从南美洲植物的提取物，再加入少量咖啡因、糖、磷酸，搅拌后意外地得到了诱人的墨绿色混合剂，而且其味道相当好，这就是最早的“可口可乐”饮料了。,现在世界上每天要喝掉几亿瓶可口可乐，然而知道可口可乐这一秘方的人据说还不超过10个。其实它的99以上配料是碳酸水、糖、磷酸、咖啡因、焦糖药剂少量的古柯叶和可乐果的提取物。可口可乐饮料是几种物质的混合物，可能还包含了很复杂的化学反应。,3.3 果汁,果汁型汽水，指含2.5及2.5以上天然果汁的碳酸饮料。,果味型汽水是以食用香精为主要赋香剂的碳
40、酸饮料(包括2.5以下的天然果汁的饮料)。,3.4 豆奶,4 水资源开发与利用,地球上水的分布,水大部分分布于海洋，海水是一种稀电解质溶液。,海水中各种离子的含量(g/kg海水),淡水湖、咸水湖、盐湖的总溶盐浓度比海水低得多,所含主要离子与海水并不相同，最常见的阳离子是Ca2+而不是Na+，最常见的阴离子是HCO3-而不是Cl-。,4.2 我国的水资源特点,河川径流量约2.6万亿米3，地下水资源约0.7万亿米3,扣除重复部分，总水资源约2.7万亿米3，仅次于巴西、前苏联、加拿大、美国和印尼，居世界第六位。,人均占水量仅2670米3/人，是世界人均占水量的1/4;耕地亩均占水量仅1752米3/亩
41、，只有世界人均占水量的2/3左右，水资源并不丰富,加之时空分配不均，水资源可用量的比重较小。,南方:长江、珠江、东南沿海和西南沿海等流域，年径流量占全国82，耕地面积只占38，人口约占全国54。,水资源特点：南方水多、耕地少，北方水少、耕地多，矿产资源又丰富，水土资源组合极不平衡，北方地区水资源严重缺乏。,北方:淮河、黄河、海滦河，东北和西北内陆诸河，年径流量只占全国的18，而耕地面积却占62，人口占40,尤其是海滦河和淮河地区,水量只占全国4，而人口和耕地面积都占全国27。,降水量在时程分配上极不均匀，大部分地区处于季风气候区，降水量主要受季风气候的强弱和进退影响，导致降水量年际变化大，年内
42、分配又高度集中。许多地区雨水过分集中，形成汛期大量排水，非汛期严重缺水,水资源总量中的可利用率较小，某些地区旱涝频繁。,500多个城市中,有300多个缺水,100多个严重缺水。,4.3 水资源开发与利用,水资源的合理利用,海水淡化,i 蒸馏法,ii 凝固法:海水喷入一个真空容器，海水的蒸发，并形成冰晶。,iii 离子交换技术,iv 反渗透法,v 电渗析法,离子交换半透膜：阳离子交换膜只容许阳离子透过而排斥阴离子，而阴离子交换膜只容许阴离子透过而排斥阳离子。把阳离子膜和阴离子膜间隔排成若干间隔，在两侧电极上通入直流电，在电场推动作用下工作，就构成电渗析器。,从含盐量35000毫克/升的海水可直接淡化到含盐量500毫克/升以下,从咸水处理变成淡水的应用更为普遍。,水力资源的开发,海洋能资源利用：波浪能、潮汐能、海洋热能、海流能及盐度差能等的利用。,对水污染不加控制，或者控制不力，将严重威胁中华民族13亿人口的生存。,水生命的源泉，请节约用水。,
