2.2　濯污扬清，开源“洁”流

问渠那得清如许？为有源头活水来。——朱熹《观书有感》

水为食之先，乃生命之源。水中通常含有悬浮物、胶体物、溶解物、重金属等物质。悬浮物包括泥沙、藻类、细菌、病毒、微生物等；胶体物是一种具备腐殖质性质的物体，它能使水变色；溶解物指水中可溶解的各类物质；重金属就是铅、汞、砷等。因此，自然界中的河水、湖水、海水、井水等是不宜直接饮用的，在饮用前需要对水进行净化与处理。

并不是只有现代人才有净水意识，自古以来，人们对于如何净化水的研究从未停止。智慧的古人，创造了很多净水的“神操作”，让我们看看古人是如何净水的。

2.2.1　古代净水：浊水变清的秘密

《汉书·郊祀志》有这样的描述：元鼎二年（公元前115年）春，汉武帝修建了高达20丈（将近70米）的承露盘采集天地之甘露，再和玉屑饮之。他认为用该方法采集的甘露是上天所赐，饮用可以延年益寿。虽然露水比河水等更加安全清洁，同时添加玉屑解决了补充微量元素的问题，但是，这样的承露盘耗资巨大，除了帝王，常人是很难享用的，并且露水的清洁和玉屑的作用也是非常有限的。

到了唐代，人们开始寻找其他方法来代替珍稀的露水，他们发明了一种叫“漉水囊”的器具，有过滤作用。我国唐代著名的茶学家陆羽，在他的著作《茶经·四之器》中有一段关于处理饮用水的阐述：“漉水囊，若常用者。其格以生铜铸之，以备水湿无有苔秽、腥涩之意；以熟铜，苔秽，铁，腥涩也。”通过这些描述我们知道，漉水囊的外壳是用生铜浇铸，因为铜离子可以杀菌，从而达到净水的目的。但是，在当时，铜器也并非寻常百姓都能用上，所以这种净水方法也并没有广泛推行。此外，古时也有人用竹篾木制作漉水囊，但是木竹质地柔软，并不适合长时间使用。还有人用油布袋来存装漉水囊。“圆径五寸，柄一寸五分”，准确地记录了这种净化滤水器的造型、规格和尺寸。

当从井里打上来的水水质浑浊时，古人经常使用磁石、钟乳石、榆树皮、明矾、杏仁等物品净化饮用水。还有一种过滤酒水用的植物——苞茅。在祭祀时，古人把苞茅捆扎在一起，把它放置在木盒中，用来过滤掉酒水中的渣滓，以提高纯净度。即使在今日，湖北等地还保持这种苞茅缩酒的传统习俗。古人净水常用的方法还有炭洗法，利用木炭吸附力强，能吸附灰尘和杂质的特点，对水质进行净化。此外，古时江南一带，人们在地上挖一深坑，用石子铺好井底，垒起井壁，并在井壁外围填充竹炭，再在竹炭外围垒起石子，通过这样的三层壁垒，就完成了一口水井（图2-4）。这样的方式充分利用了竹炭的净水功能，地底水经过井壁中竹炭的净化过滤，打上来的井水就变得清澈洁净。这种古井的制作方式和对竹炭的运用，充分体现了古人的智慧。

在探索古人净水的奥秘中，我们发现古人经常使用明矾来净水，这项技术仍保留至今。关于我国采用明矾净水的正式文字记载，最早可以追溯到明朝宋应星于崇祯十年（1637年）刻印的科技类百科全书——《天工开物》。甚至外国人对中国这项净水技术也有详细的记载。清朝乾隆九年至十一年（1744—1746年），一位叫纳瓦雷特的西班牙教士写作的《中国帝国游记》一书明确记录，在中国他目睹了一项神奇的发明——黄河沿岸的大部分百姓都熟练掌握了利用明矾使黄河水变为清水的技术。他还感慨道：“这是自然的秘密，为当时西方所不知。”

2.2.2　“化”尽其用——净水知识知多少

通过上面的介绍我们知道了古人是如何净水的，现代生活中，净化水常用的方法有哪些呢？

化学沉淀法是利用明矾等溶于水后生成的胶体对杂质的吸附，使杂质沉淀，来达到净水的目的。那么，明矾是一种什么物质呢？

十二水硫酸铝钾（图2-5），化学式为KAl(SO ₄ ) ₂ ·12H ₂ O，俗称明矾、白矾、钾矾、钾铝矾、钾明矾，无色透明块状结晶或结晶性粉末，无臭。生活中明矾可用做中药。明矾性寒味酸涩，具有止血止泻、解毒杀虫、燥湿止痒、清热消痰等功效。明矾在生产中也有多种用途，可用于制备油漆、纸张、防水剂等。由于明矾的化学成分为硫酸铝钾，含有铝离子，若食用过多含有铝元素的食物，在幼年阶段会影响神经细胞的发育，成年后会导致大脑反应迟钝。国家食品卫生部门有明确规定，不准用含有铝元素的薄膜包装食物，同时已经禁止明矾用于食品添加剂。

在我们的生活中常用明矾净水，那么明矾净水的原理是什么呢？

明矾这种盐类在水中会发生电离，生成两种金属离子K ⁺ 和Al ³⁺ ：

而Al ³⁺ 在水溶液中发生反应，生成了具有吸附性的氢氧化铝胶体Al(OH) ₃ ：

氢氧化铝胶体具有较强的吸附能力，可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。所以，明矾是一种较好的净水剂。

除了利用明矾等物质的化学沉淀法之外，还有吸附沉淀法，它是用具有吸附作用的固体过滤水，不仅可以滤去水中的不溶性物质，还可以吸附一些具有臭味的杂质。例如：有些净水器就是利用活性炭来过滤、吸附水中的杂质的。

此外，水中还含有细菌和病毒等，因此还需要进行杀菌、消毒才能安全饮用。常用的消毒试剂包括漂白粉、氯气及新型消毒剂二氧化氯等。统计数据表明，全球有80%的国家都是使用氯气来消毒自来水的。消毒的方法是，把氯气或者二氧化氯通入水中，形成次氯酸和次氯酸根，它们具有超强的氧化能力，从而起到杀菌消毒的作用。杀菌消毒后的自来水出厂时，水里游离氯含量≥0.3毫克／升，经过长长的管道运输，进入每家每户后，自来水游离氯含量≥0.05毫克／升。注意这里采用的标准是大于0.05毫克／升而不是小于，这表明自来水中需要残留下部分少量的次氯酸和次氯酸根，来实现对细菌的抑制。也就是说，在运输过程中，自来水中需要存在一定的“余氯”才能保证卫生，如果家里的自来水一点氯都没有的话，反而说明不安全。所以，为了我们的安全着想，自来水里面还是加氯比较好。同时为了减少余氯对身体的危害，建议大家可以在用自来水之前，将水静置一会儿，让氯气挥发挥发（图2-6）。

在化工以及医药等行业，需要用到高纯度的蒸馏水。蒸馏是指根据各物质沸点不同的原理，把相互溶解的液体物质进行分离的一种方法。通过蒸馏法把水加热沸腾呈汽化状态，然后将水蒸气冷凝成为蒸馏水，所以，蒸馏水中没有任何杂质。但是，获取蒸馏水需要大量耗费热能，性价比不高；同时，如果人体长期饮用蒸馏水，就无法从水中获得人体所需的微量元素。因此，日常水厂供水是不可能提供蒸馏水的，也没有必要这么做。

2.2.3　躬行实践——净水小实验

净水的方法多种多样，一般来说可以分为物理方法和化学方法。现在让我们一起来通过有趣的科学小实验，深刻认识水，探索“干净的水”的来源。

（1）利用“毛细现象”净水

【实验原理】

纸巾内部有很多细小的“管道”，水吸附在这些细小的管道内侧，由于内聚力与吸附力的差异，水能借助纸巾慢慢地输送到空杯中。而泥沙等物质不能被吸附，从而泥沙和水分离，空杯中得到干净的水。这种现象称为“毛细现象”（图2-7）。

【实验材料】

杯子2个、纸巾、泥土、自来水。

【实验步骤】

①取一个杯子装入适量泥土，加入自来水搅拌成泥水。

②把纸巾叠为长条形，纸巾一端放入空杯中，一端放入泥水中。每隔半小时观察现象并记录。

③整个实验一共需要观察2个小时，每隔半个小时观察一次，2个小时后对比两个杯子的变化。

（2）模拟自然净水

【实验材料】

一个长有茂盛绿植的花盆、一个只有土壤的花盆、泥水两杯各100毫升、玻璃杯2个（图2-8）。

【实验步骤】

①向两个花盆中慢慢倒入等量的100毫升泥水。

②用玻璃杯分别接住从两个花盆中流出的水。

③观察两个水杯中的浑浊度情况。

通过上面的实验步骤，我们观察到绿植的神奇功效，相同浑浊度的泥水倒入长有绿植的花盆中，水流出后变得清澈，而倒入只有土壤的花盆中，水流出来却变得更加浑浊（图2-9）。这是什么原因导致的呢？给我们有哪些启示呢？