2.1 生命的元素

　　常量元素：宏量元素（常量元素）指含量占生物体总质量0.01%以上的元素。如氧、碳、氢、氮、磷、硫、氯、钾、钠、钙和镁，这些元素在人体中的含量均在0.03%~62.5%之间，这11种元素共占人体总质量的99.95%。

　　微量元素：微量元素指占生物体总质量0.01%以下的元素。如铁、硅、锌、铜、溴、锡、锰等。这些微量元素占人体总质量的0.05%左右。这些微量元素在体内的含量虽小，但在生命活动过程中的作用是十分重要的。必需微量元已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种，即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷等。

　　常量元素

　　（一）组成生物体内的蛋白质、脂肪、碳水化合物和核糖核酸的提供基础的结构单元，也是组成地球上生命的基础。这些元素包括碳、氢、氧、氮、硫、磷。

　　（二）钠、钾和氯离子的主要功能是调节体液的渗透压，电解质的平衡和酸碱平衡，通过钠-钾泵，将钾离子、葡萄糖和氨基酸输入细胞内部，维持核糖体的最大活性，以便有效地合成蛋白质。钾离子也是稳定细胞内酶结构的重要辅因子。同时，钠离子、钾离子还参与神经信息的传递。

　　（三）钙和氟是骨骼、牙齿和细胞壁形成时的必要结构成分（如磷灰石、碳酸钙等），钙离子还在传送激素影响、触发肌肉收缩和神经信号、诱发血液凝结和稳定蛋白质结构中起着重要的作用。

　　（四）镁离子参与体内糖代谢及呼吸酶的活性，是糖代谢和呼吸不可缺少的辅因子，与乙酰辅酶A的形成有关，还与脂肪酸的代谢有关。参与蛋白质合成时起催化作用。与钾离子、钙离子、钠离子协同作用共同维持肌肉神经系统的兴奋性，维持心肌的正常结构和功能。另一个有镁参与的重要生物过程是光合作用，在此过程中含镁的叶绿素捕获光子，并利用此能量固定二氧化碳而放出氧。

　　微量元素

　　（五）铁（II，III）的主要功能是作为机体内运载氧分子的呼吸色素。例如，哺乳动物血液中的血红蛋白和肌肉组织中的肌红蛋白的活性部位都由铁（II）和卟啉组成。其次，含铁蛋白（如细胞色素、铁硫蛋白）是生物氧化还原反应中的主要电子载体，它是所有生物体内能量转换反应中不可缺少的物质。

　　（六）铜（I、II）的主要功能与铁相似，起着载氧色素（如血蓝蛋白）和电子载体（如铜蓝蛋白）的作用。另外，铜对调节体内铁的吸收、血红蛋白的合成以及形成皮肤黑色素、影响结缔组织、弹性组织的结构和解毒作用都有关系。

　　（七）锌离子是许多酶的辅基或酶的击活剂。维持维生素A的正常代谢功能及对黑暗环境的适应能力，维持正常的味觉功能和食欲，维持机体的生长发育特别是对促进儿童的生长和智力发育具有重要的作用。

　　（八）锰（II、III）是水解酶和呼吸酶的辅因子。没有含锰酶就不可能进行专一的代谢过程，如尿的形成。锰也是植物光合作用过程中光解水的反应中心。此外，锰还与骨骼的形成和维生素C的合成有关。

　　（九）钼是固氮酶和某些氧化还原酶的活性组分，参与氮分子的活化和黄嘌呤、硝酸盐以及亚硫酸盐的代谢。阻止致癌物亚硝胺的形成，抑制食管和肾对亚硝胺的吸收，从而防止食道癌和胃癌的发生。

　　（十）钴是体内重要维生素B-12的组分。维生素B-12参与体内很多重要的生化反应，主要包括脱氧核糖核酸（DNA）和血红蛋白的合成，氨基酸的代谢和甲基的转移反应等，

　　（十一）铬（III）是胰岛激素的辅因子，也是胃蛋白酶的重要组分，还经常与核糖核酸（RNA）共存。它的主要功能是调节血糖代谢，帮助维持体内所允许的正常葡萄糖含量，并和核酸脂类、胆固醇的合成以及氨基酸的利用有关。

　　（十二）钒、锡、镍是人体有益元素，钒能降低血液中胆固醇的含量。钒还具有胰岛素的作用，对糖尿病人有一定的好处。锡可能与蛋白质的生物合成有关。镍能促进体内铁的吸收、红细胞的增长和氨基酸的合成等。

　　（十三）硅是骨骼、软骨形成的初期阶段所必需的组分。同时，能使上皮组织和结缔组织保持必需的强度和弹性，保持皮肤的良好的化学和机械稳定性以及血管壁的通透性，还能排除机体内铝的毒害作用。

　　（十四）硒是谷胱甘肽过氧化物酶的必要构成部分，具有保护血红蛋白免受过氧化氢和过氧化物损害的功能，同时具有抗衰老和抗癌的生理作用。

　　（十五）碘参与甲状腺素的构成。溴以有机溴化物的形式存在于人和高等动物的组织和血液中。生物功能有待进一步确证。

　　（十六）砷是合成血红蛋白的必需成分。

　　（十七）硼对植物生长是必需的，尚未确证为人体必需的营养成分。

　　污染元素：污染元素是指存在于生物体内会阻碍生物机体正常代谢过程和影响生理功能的微量元素。根据资料报道，人体内发现的元素有70多种，远比生命必需的元素多得多,这是因为随着自然资源的开发利用和现代大工业的发展,人类对自然环境施加的影响越来越大,环境污染问题变得十分突出。某些元素（如汞、铅、镉等）通过大气、水源和食物等途径侵入人体，在体内积累而成为人体中的污染元素。

　　弊端：即使是生命必需的元素，它们在体内的含量都有一个最佳的浓度范围，超过或低于这个范围，对健康也产生不利影响。例如，硒是重要的生命必需元素，成人每天摄取量以100μg左右为宜，若长期低于50μg可能引起癌症、心肌损害等；若过量摄入，又可能造成腹泻，神经官能症及缺铁性贫血等中毒反应，甚至死亡。同时，生命必需元素的存在形式对人体健康也直接有关，如铁在生物体内不能以游离态存在，只有存在在特定的生物大分子结构（如蛋白质）包围的封闭状态之中，才能担负正常的生理功能，铁一旦成为自由铁离子就会催化过氧化反应产生过氧化氢和一些自由基，干扰细胞的代谢和分裂，导致病变。

　　2.2 生命的源泉

　　水是生命的源泉。地球是太阳系八大行星之中唯一被液态水所覆盖的星球。

　　地球上水的起源在学术界上存在很大的分歧，目前有几十种不同的水形成学说。有些观点认为在地球形成初期，原始大气中的氢、氧化合成水，水蒸气逐步凝结下来并形成海洋；也有观点认为，形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。

　　另外的观点认为，原始地壳中硅酸盐等物质受火山影响而发生反应、析出水分。也有观点认为，被地球吸引的彗星和陨石是地球上水的主要来源，甚至地球上的水还在不停增加。

　　当我们打开世界地图时，或者当我们面对地球仪时，呈现在我们面前的大部分面积都是鲜艳的蓝色。从太空中看地球，我们居住的地球是很圆的，因为地球的赤道半径仅比两极半径长0．33%。地球是极为秀丽的蔚蓝色球体。水是地球表面数量最多的天然物质，它覆盖了地球71%以上的表面。地球是一个名副其实的大水球。

　　水（化学式：H₂O）是由氢、氧两种元素组成的无机物，无毒。在常温常压下为无色无味的透明液体，被称为人类生命的源泉。水，包括天然水（河流、湖泊、大气水、海水、地下水等）{含杂质}，蒸馏水是纯净水，人工制水（通过化学反应使氢氧原子结合得到的水）。水是地球上最常见的物质之一，是包括无机化合、人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要作用。它是一种狭义不可再生，广义可再生资源。

　　纯水可以导电，但十分微弱（导电性在日常生活中可以忽略），属于极弱的电解质。日常生活中的水由于溶解了其他电解质而有较多的正负离子，导电性增强。

　　三态变化：众所周知，水有三态，分别为：固态、液态、气态。但是水却不止只有三态，还有：超临界流体、超固体、超流体、费米子凝聚态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态等等。

　　物理：

　　水通常是无色、无味的液体。

　　沸点：99.975℃（气压为一个标准大气压时，也就是101.375kPa）。

　　凝固点：0℃

　　三相点：0.01℃

　　最大相对密度时的温度：3.982℃

　　比热容：4.186kJ/（kg·℃） 0.1MPa 15℃蒸发潜热：2257.2kJ/（kg） 0.1MPa 100℃

　　密度：水的密度在3.98℃时最大，为1×103kg/m3，水在0℃时，密度为0.99987×103 kg/m3，冰在0℃时，密度为0.9167×103 kg/m3。

　　临界温度：374.2℃

　　导热率:在20℃时，水的热导率为0.006 J/s·cm·K，

　　冰的热导率为0.023 J/s·cm·K，

　　在雪的密度为0.1×103 kg/m3时，雪的热导率为0.00029 J/s·cm·K。

　　浮力分类：悬浮、漂浮、沉底、上浮、下沉。

　　分类概念：

　　地下水与地表水

　　地下水——有机物和微生物污染较少，而离子则溶解较多，通常硬度较高，蒸馏烧水时易结水垢；有时锰氟离子超标，不能满足生产生活用水需求。

　　地表水——较地下水有机物和微生物污染较多，如果该地属石灰岩地区，其地表水往往也有较大的硬度，如四川的德阳、绵阳、广元、阿坝等地区。

　　原水与净水

　　原水——通常是指水处理设备的进水，如常用的城市自来水、城郊地下水、野外地表水等，常以TDS值（水中溶解性总固体含量）检测其水质，中国城市自来水TDS值通常为100～400ppm。

　　净水——原水经过水处理设施处理后即称之为净水。

　　纯净水与蒸馏水

　　纯净水——原水经过反渗透和杀菌装置等成套水处理设施后，除去了原水中绝大部分无机盐离子、微生物和有机物杂质,可以直接生饮的纯水。

　　蒸馏水——以蒸馏方式制备的纯水，通常不用于饮用。

　　纯化水和注射用水

　　纯化水——医药行业用纯水，电导率要求<2μs/cm。

　　注射用水——纯化水经多效蒸馏、超滤法再次提纯去除热原后可以配制注射剂的水。

　　自由水和结合水

　　自由水——又称体相水，滞留水。指在生物体内或细胞内可以自由流动的水，是良好的溶剂和运输工具。水在细胞中以自由水与束缚水（结合水）两种状态存在，由于存在状态不同，其特性也不同。自由水占总含水量的比例越大，使原生质的粘度越小，且呈溶胶状态，代谢也愈旺盛。

　　结合水——是水在生物体和细胞内的存在状态之一，是吸附和结合在有机固体物质上的水，主要是依靠氢键与蛋白质的极性基（羧基和氨基）相结合形成的水胶体。

　　取用方法：

　　地下取水：

　　寻找地下水源的首选之地就是地表早已干枯的溪流与河流的河床地区。虽然这些地方的地表早已无水，但是在它们的地表下往往能找到丰富的地下水。

　　日光蒸馏水：

　　日光蒸馏取水法特别适用于沙漠地区，在地面挖一个长宽约90厘米、深45厘米的坑，坑底部中央放一水壶，在坑上放一块塑料薄膜，用石头或沙土将薄膜的四周固定在坑沿，然后在塑料膜的中央部分吊一石块确保塑料膜呈弧形，以便水滴能顺利滑至中央底部并落入收集器中。

　　太阳的照射使坑内潮湿土壤和空气的温度升高，蒸发产生水汽。水汽逐渐饱和，与塑料膜接触遇冷凝结成水珠，下滑至水壶中，这种方法在一天之内能收集大约半升水。

　　植物中取水：

　　通过凝结植物的水汽来收集水分。在一段健壮枝叶浓密的树木嫩枝上套一个塑料袋，放袋子的时候要注意使袋口朝上，袋的一角向下，这样便于接收叶面蒸腾作用产生的凝结水。因为蒸腾作用产生的水汽上升与薄膜接触时遇冷后就会凝结成水滴。应让凝结的水珠沿着薄膜内壁流入底部收集器中。

　　正渗透：

　　“渗透”在海水淡化、脱盐、水处理领域，啰嗦、复杂一下又称正渗透、或正向渗透，以示与反渗透、反向渗透法、逆渗透的差异、区别或对应、强调，正向渗透法是与反渗透互逆的一对方法。正渗透作为一种潜在的水纯化和淡化新技术，世界上正对其进行着多角度、深层次的理论研究和实践探索。

　　随着科技的飞速发展，压力驱动反渗透膜分离技术（RO）在膜、膜组器、设备和工艺等方面都有了较大创新和改进，但人们也越来越意识到RO技术在节能、环保领域存在的局限，而且就脱盐来讲，RO技术可认为已接近发展的顶峰。因此，国外已经开展了“正向渗透膜分离技术（FO）”的相关研究，并取得了一定的成果，在海水淡化、污水处理、食品加工、医药等领域得到了应用，特别是“压力延缓渗透（FRO）海水发电”，更是一项极具前景的清洁再生能源开发技术。但是国内对正向渗透膜分离技术关注得很少，相关研究和论文也不多。虽然，上个世纪90年代我国有了创造性的发明“非加压吸附渗透法海水淡化”（CN92110710。2）。

　　国外1976年，有液-液体系的原始尝试，国内1992年，发明过液-固体系的正向渗透（非加压）吸附渗透法脱盐（CN92110710。2）。直到约10年后，又重新跟随国际潮流，开始标准的模仿复制的模式，2008年开始有综述报告。

　　正向渗透分离技术很早就得到了应用。很久以前，人们就采用食盐来长期贮存食物，因为在高盐环境下多数细菌、霉菌和病原菌由于渗透作用会脱水死亡或暂时失去活性。

　　如今，人们已经开始利用正向渗透膜分离技术进行海水淡化、工业废水处理、垃圾渗透液处理等研究；食品工业在实验室利用正向渗透膜分离来浓缩饮料；紧急救援时的生命支持系统利用正向渗透膜分离技术制取淡水。随着材料科学的发展，正向渗透技术已经应用于人体的药物控制释放。

　　生物学方法：

　　薄膜的孔用引导水分子通过活细胞的细胞膜的蛋白质来构成。

　　影响

　　对气候：

　　水对气候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量的60%，保护地球不致于被冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量，使气温不致过高；在冬季则能缓慢地释放热量，使气温不致过低。

　　海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云，云中的水分子在达到一定数量时通过降水落下来变成雨，冬天则变成雪。落于地表上的水渗入地下形成地下水；地下水又从地层里冒出来，形成泉水，经过小溪、江河汇入大海。

　　雨水形成一个水循环[注：植物也参与了水循环]。

　　雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风性气候中，夏季风带来了丰富的水气，夏秋多雨，冬春少雨，形成明显的干湿两季。

　　此外，在自然界中，由于不同的气候条件，水还会以冰雹、雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动。

　　对地理：

　　在地球表面有71%被水资源覆盖，从空中来看，地球就是个蓝色的星球。水侵蚀岩石土壤，冲淤河道，搬运泥沙，营造平原，改变地表形态。

　　地球表层水体构成了水圈，包括湿地、海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气中的水。由于注入海洋的水带有一定的盐分，加上常年的积累和蒸发作用，海水和大洋里的水都是咸水，不能被直接饮用。某些湖泊的水也是含盐水，比如：死海。世界上最大的水体是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的里海是最大的咸水湖。

　　地球上水的体积大约有 1,360,000, 000 立方公里。海洋占了1,320,000,000立方公里（97.2%）；冰川和冰盖占了25,000,000立方公里（1.8%）；地下水占了13,000,000立方公里（0.9%）；湖泊、内陆海，和河里的淡水占了250,000 立方公里（0.02%）；大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了13,000立方公里（0.001%）。

　　雨水的药用功能

　　雨水，又名无根水，中医认为其性轻清，味甘淡，诸水之上也。夏日尤佳。饮之可以去病。（刚下的雨水中含有大量尘埃，特别在现代化的和工业污染严重的城市，成分相当复杂，甚至可能含有致病微生物。但在未受污染的地方，干净的雨水功能依旧）。

　　对工程：

　　农业灌溉

　　1.古中国人早已把水灵活运用到农业中：为保证水稻生活的环境湿润，他们在田沿筑起土埂，防止田内余水流失，大大提高了水稻产量。他们还使用桔槔，桔槔是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，末端悬挂一个重物，前段悬挂水桶。当人把水桶放入水中打满水以后，由于杠杆末端的重力作用，便能轻易把水提拉至所需处。桔槔早在春秋时期就已相当普遍，而且延续了几千年，是中国农村历代通用的旧式提水器具。

　　2.古代亚述国王在其首都四周种满珍稀植物。为了灌溉这些植物，他修了一条长长的运河，用来从附近的水源处引水灌溉这些植物。

　　3.在墨西哥前首都特诺奇幕特兰四周有许多湖，阿兹泰克人在湖中建台田。他们挖出湖里的淤泥铺在田上，再种上作物。阿兹泰克人在台田周围挖了沟渠，类似于中国的水田用于灌溉。

　　4.以色列位于沙漠之中，沙漠占国土面积的60%，不仅耕地少，而且是一个半干旱地区，降雨量少，季节性强，区域分布不均，淡水资源缺乏的问题极为突出，出于生存和发展的需要，一建国就制定法律，宣布水资源为公共财产，由专门机构进行管理。除兴修水利外，还大力发展节水技术。农业生产中基本不用常见的漫灌、沟灌、畦灌方法。20世纪70年代末以前多采用喷灌，占灌溉面积的87%，滴灌占10%。80年代后，滴灌开始普遍采用，本世纪初已占灌溉面积的90%，主要用于蔬菜、水果、花卉、棉花等种植上。滴灌投资并不比喷灌高，不仅节水，而且对地形、土壤、环境的适应性强，不受风力和气候影响，肥料和农药可同时随灌溉水施人根系，省肥省药，还可防止产生次生盐渍化，消除根区有害盐分。滴灌技术的采用，使作物产量成倍增长，种植业产值的90%以上来自灌溉农业。

　　对人体

　　对于人来说，水是仅次于氧气的重要物质。在成人体内，60~70%的质量是水。儿童体内水的比重更大，可达近80%。如果一个人不吃饭，仅依靠自己体内贮存的营养物质或消耗自体组织，可以活上一个月。但是如果不喝水，连一周时间也很难度过。体内失水10%就威胁健康，如失水20%,就有生命危险，足可见水对生命的重要意义。

　　水还有治疗常见病的效果，比如：清晨一杯凉白开水可治疗色斑；餐后半小时喝一些水，可以用来减肥；热水的按摩作用是强效的安神剂，可以缓解失眠；大口大口地喝水可以缓解便秘；睡前一杯水对心脏有好处；恶心的时候可以用盐水催吐。

　　1.溶解消化功能

　　水是体内一切生理过程中生物化学变化必不可少的介质。水具有很强的溶解能力和电离能力（水分子极性大），可使水溶性物质以溶解状态和电解质离子状态存在，甚至一些脂肪和蛋白质也能在适当条件下溶解于水中，构成乳浊液或胶体溶液。溶解或分散于水中的物质有利于体内化学反应的有效进行。

　　食物进入空腔和胃肠后，依靠消化器官分泌出的消化液，如唾液、胃液、胰液、肠液、胆汁等，才能进行食物消化和吸收。在这些消化液中水的含量高达90%以上。

　　2.参与代谢功能

　　在新陈代谢过程中，人体内物质交换和化学反应都是在水中进行的。水不仅是体内生化反应的介质，而且水本身也参与体内氧化、还原、合成、分解等化学反应。水是各种化学物质在体内正常代谢的保证。

　　如果人体长期缺水，代谢功能就会异常，会使代谢减缓从而堆积过多的能量和脂肪，使人肥胖。

　　3.载体运输功能

　　由于水的溶解性好，流动性强，又包含于体内各个组织器官，水充当了体内各种营养物质的载体。在营养物质的运输和吸收、气体的运输和交换、代谢产物的运输与排泄中，水都是起着极其重要的作用。比如，运送氧气、维生素、葡萄糖、氨基酸、酶、激素到全身；把尿素、尿酸等代谢废物运往肾脏，随尿液排出体外。

　　4.调节抑制功能

　　水的比热高，对机体有调节体温的作用。

　　防止中暑最好的办法就是多喝水。这是因为认为摄入的三大产能营养素在水的参与下，利用氧气进行氧化代谢，释放能量，再通过水的蒸发可散发大量能量，避免体温升高。当人体缺水时，多余的能量就难以及时散出，从而引发中暑。

　　此外，水还能够改善体液组织的循环，调节肌肉张力，并维持机体的渗透压和酸碱平衡。

　　5.润滑滋润功能

　　在缺水的情况下做运动是有风险的。因为组织器官缺少了水的润滑，很容易造成磨损。因此，运动前的1个小时最好要先喝充足的水。

　　体内关节、韧带、肌肉、膜等处的活动，都由水作为润滑剂。水的黏度小，可使体内摩擦部位润滑，减少体内脏器的摩擦，防止损伤，并可使器官运动灵活。

　　同时水还有滋润功能，使身体细胞经常处于湿润状态，保持肌肤丰满柔软。定时定量补水，会让皮肤特别水润、饱满、有弹性。可以说，水是美肤的佳品。

　　6.稀释和排毒功能

　　不爱喝水的人往往容易长痘痘，这是因为人体排毒必须有水的参与。没有足够的水，毒素就难以有效排出，淤积在体内，就容易引发痘痘。

　　其实，水不仅有很好的溶解能力，而且有重要的稀释功能，肾脏排泄水的同时可将体内代谢废物、毒物及食入的多余药物等一并排出，减少肠道对毒素的吸收，防止有害物质在体内慢性蓄积而引发中毒。因此，服药时应喝足够的水，以利于有效地消除药品带来的副作用。

　　对植物：

　　植物的生长需要水分，水（与二氧化碳）作为原料参与了光合作用 ，且在植物的呼吸作用中作为产物。

　　污染

　　分类

　　水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类：

　　一、化学性污染

　　污染杂质为化学物品而造成的水体污染。化学性污染根据具体污染杂质可分为6类：

　　（1）无机污染物质：污染水体的无机污染物质有酸、碱和一些无机盐类。酸碱污染使水体的pH值发生变化，妨碍水体自净作用，还会腐蚀船舶和水下建筑物，影响渔业。

　　（2）无机有毒物质：污染水体的无机有毒物质主要是重金属等有潜在长期影响的物质，主要有汞、镉、铅、砷等元素。

　　（3）有机有毒物质：污染水体的有机有毒物质主要是各种有机农药、多环芳烃、芳香烃等。它们大多是人工合成的物质，化学性质很稳定，很难被生物所分解。

　　（4）需氧污染物质：生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚、醇等有机物质可在微生物的作用下进行分解。在分解过程中需要大量氧气，故称之为需氧污染物质。

　　（5）植物营养物质：主要是生活与工业污水中的含氮、磷等植物营养物质，以及农田排水中残余的氮和磷。

　　（6）油类污染物质：主要指石油对水体的污染，尤其海洋采油和油轮事故污染最甚。

　　二、物理性污染

　　物理性污染包括：

　　（1）悬浮物质污染：悬浮物质是指水中含有的不溶性物质，包括固体物质和泡沫塑料等。它们是由生活污水、垃圾和采矿、采石、建筑、食品加工、造纸等产生的废物泄入水中或农田的水土流失所引起的。悬浮物质影响水体外观，妨碍水中植物的光合作用，减少氧气的溶入，对水生生物不利。

　　（2）热污染：来自各种工业过程的冷却水，若不采取措施，直接排入水体，可能引起水温升高、溶解氧含量降低、水中存在的某些有毒物质的毒性增加等现象，从而危及鱼类和水生生物的生长。

　　（3）放射性污染：由于原子能工业的发展，放射性矿藏的开采，核试验和核电站的建立以及同位素在医学、工业、研究等领域的应用，使放射性废水、废物显著增加，造成一定的放射性污染。

　　三、生物性污染

　　生活污水，特别是医院污水和某些工业废水污染水体后，往往可以带入一些病原微生物。例如某些原来存在于人畜肠道中的病原细菌，如伤寒、副伤寒、霍乱细菌等都可以通过人畜粪便的污染而进入水体，随水流动而传播。一些病毒，如肝炎病毒、腺病毒等也常在污染水中发现。某些寄生虫病，如阿米巴痢疾、血吸虫病、钩端螺旋体病等也可通过水进行传播。由此看见保护我们的地球环境，防止工业污染和病原微生物对水体的污染也是保护环境，更是保障人体健康的一大课题。

　　处理方法：

　　1. 废水流过沉淀槽，固状物会沉淀下来。

　　2. 在滴流过滤中，废水流过沙砾得以过滤，沙砾表面也可铺细菌，以分解污水中的废物。

　　3. 还可在水中加入漂白粉，氯气等杀死微生物。

　　4. 水被排入露天池塘，可以天然净化。

　　5. 废水经过“旋水分离器”，能过滤。

　　石英砂过滤是去除水中悬浮物最有效手段之一，是污水深度处理、污水回用和给水处理中重要的单元。其作用是将水中已经絮凝的污染物进一步去除，它通过滤料的截留、沉降和吸附作用，达到净水的目的。

　　二．适用范围

　　1．用于要求出水浊度≤5mg/L能符合饮用水质标准的工业用水、生活用水及市政给水系统；

　　2．工业污水中的悬浮物、固体物的去除；

　　3．可用作离子交换法软化、除盐系统中的预处理设备，对水质要求不高的工业给水的粗过滤设备；

　　以及用在游泳池循环处理系统、冷却循环水净化系统等。

　　古代世界观中：

　　在文明的早期，人们开始探讨世界各种事物的组成或者分类，水在其中扮演了重要角色。在人类的童年时期，由于科学水平低，对于水的认识不足，不能从科学角度解释水的性质，对于水能灭火，能养育人类，但也可以淹溺，兼有养育与毁灭能力产生了又爱又怕的感情，产生了水崇拜，此种崇拜带有迷信性质。

　　相关联系

　　和水系之间的关系

　　一些地区，每年汛期，定期来讯，水量极大，这是水系表现，对于各个区域出现这样的情况，应积极利用，挖库扩容清淤，汛期蓄水，储存淡水，涵养水源，表面看起来，总是山洪暴发、和汛期抗洪，没有了解水系来水规律，来水就抗，水也没存贮，结果是旱时无水，涝时不存。

　　易发山洪区域，应该积极开发水利存储和库容设施，自然改善生态，坚持实施，就会改善局部气候环境，生态会持续向好，节省候补的经济建设投入，形成良性循环生态动态平衡。

　　地球上水的总储量为13.6亿立方公里，我们通常说的水资源主要是陆地上的淡水资源，淡水只占9%；其中有97%的淡水储存在南、北极的冰川中。而对人类生活最密切的湖泊，河流和浅层地下的淡水仅占淡水总储量的0.2%。

　　冰：

　　由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34%、因此冰的密度较小，约为摄氏4度 时液态水的9/10。

　　水溶解时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团和零星的较小的“水分子集团”（即由氢键缔合形成的一些缔合分子），故液态水已经不象冰那样完全是有序排列了，而是有一定程度的无序排列，即水分子间的距离不象冰中那样固定，H₂O分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去。这样分子间的空隙减少，密度相对冰就会增大。

　　超临界水：

　　当气压和温度达到一定值（约22MPa，374摄氏度）时，水达到超临界状态。体系温度和压力超过临界点的水，称为超临界水。临界点时水与水蒸气不可区分，成为一种新的呈现高压高温状态的流体。这种超临界流体有很多性质，比如具有极强的氧化能力，将需要处理的物质放入超临界水中，再向其中溶解氧气（可以大量溶解），其氧化性强于高锰酸钾。二是许多物质都可以在其中燃烧，冒出火焰。三是可以溶解很多物质（比如油），且在溶解时体积会大大缩小，这是因为超临界水在这时会紧紧裹住油。四是它能够缓慢地溶解腐蚀几乎所有金属，甚至包括黄金（与王水相仿）。五是它的超级催化作用，在超临界水中，化学反应变得很快。

　　重水与轻水：

　　重水（heavy water、deuteroxide ）（氧化氘）是由氘和氧组成的化合物。分子式D₂O，分子量20.0275，比普通水（H₂O）的分子量18.0153高出约11%，因此叫做重水。在天然水中，重水的含量约占0.015%。由于氘与氢的性质差别极小，因此重水和普通水也很相似。重水的离子积常数为1.6*10-15。

　　为了与重水区别，将普通水称为轻水。动力堆中的慢化剂，大多是轻水、重水和石墨；它们的冷却剂，则多是轻水、重水和氦等气体。唯有轻水是目前各种反应堆中用得最广的慢化剂和冷却剂。

　　2.3 生命的物质基础

　　生物体的生命活动都有共同的物质基础，主要是指组成生物体的化学元素和化合物是大体相同的。

　　一、组成生物体的化学元素

　　组成生物体的化学元素有二十多种，它们在生物体内的含量不同。含量占生物体总质量的万分之一以上的元素，称大量元素，如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。生物生活所必需，但是需要量却很少的一些元素，称微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。这些化学元素对生物体都有重要作用。组成生物体的二十多种化学元素，在无机自然界都可以找到，没有一种化学元素是生物所特有的。这个事实说明，生物界和非生物界具有统一性。

　　二、组成生物体的化合物

　　（－）糖类

　　1．生物学功能

　　糖类参与细胞组成，是生命活动的主要能源物质。

　　2．组成元素及种类

　　糖类的组成元素为C、H、O，分单糖、寡糖、多糖三类。

　　单糖是不能水解的最简单的糖类，其分类中只含有一个多羟基醛或一个多羟基酮，如葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖。葡萄糖和果糖都是含6个碳原子的己糖，分子式都是C6H12O6，但结构式不同，在化学上叫做同分异构体。如下图所示：

　　

　　葡萄糖 果糖 葡萄糖 果糖

　　环状结构 链状结构

　　核糖（C5H10O5）和脱氧核糖（C5H10O4）都是含有5个碳原子的戊糖，两者都是构成生物遗传物质（DNA或RNA）的重要组成成分。结构式如下图所示：

　　

　　核糖 脱氧核糖

　　寡糖（低聚糖）是由少数几个（1个以内）单糖分子脱水缩合而得的糖。常见的是含有2个单糖单位的双糖，如植物细胞内的蔗糖、麦芽糖，动物细胞内的乳糖，存在于藻类细菌、真菌和某些昆虫细胞内的海藻糖等。蔗糖的形成见下图。

　　

　　葡萄糖 果糖 蔗糖

　　多糖是由多个单糖缩聚而成链状大分子，与单糖、双糖不同，一般不溶于水，从而构成贮藏形式的糖，如高等植物细胞内的淀粉，高等动物细胞内的糖元。纤维素是植物中最普遍的结构多糖。

　　（二）蛋白质

　　1．生物学功能

　　蛋白质具有催化作用、运输作用和贮存作用、结构和机械支持作用、收缩或运动功能、免疫防护功能、调节作用。

　　2．组成元素和基本组成单位

　　蛋白质主要由C、H、O、N四种元素组成，多数还含有S。基本组成单位是氨基酸，其通式为 。组成天然蛋白质的氨基酸约有20种，都是L型的α氨基酸。氨基酸与氨基酸之间可以发生缩合反应，形成的键为肽键。肽是两个以上氨基酸连接起来的化合物。两个氨基酸连接起来的肽叫二肽，三个氨基酸连接起来的肽叫三肽，多个氨基酸连接起来的肽叫多肽。多肽都有链状排列的结构，叫多肽链。蛋白质就是由一条多肽链或几条多肽链集合而成的复杂的大分子。

　　3．结构

　　蛋白质结构分一、二、三、四级结构。在蛋白质分子中，不同氨基酸以一定数目和排列顺序编合形成的多肽链是蛋白质的一级结构。蛋白质分子的高级结构决定于它的一级结构，其天然构象（四级结构）是在一定条件下的热力学上最稳定的结构。

　　4．变性

　　蛋白质受到某些物理或化学因素作用时引起生物活性的丧失、溶解度降低以及其他物理化学因素的改变，这种变化称为蛋白质的变性。变性的实质是由于维持高级结构的次级键遭到破坏而造成的天然构象的解体，但未涉及共价键的破坏。有些变性是可逆的（能复性），有些则不可逆。

　　（三）核酸

　　1．生物学功能

　　核酸是遗传信息的载体，存在于每一个细胞中。核酸也是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。

　　2．种类

　　核酸分DNA和RNA两大类。所有生物细胞都含有这两大类核酸（病毒只含有DNA或RNA）。

　　3．组成元素及基本组成单位

　　核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的高分子化合物。其基本组成单位是核苷酸。每个核酸分子是由几百个到几千个核苷酸互相连接而成的。每个核苷酸含一分子碱基、一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）及一分子的磷酸组成。如下图所示：

　　

　　5’﹣腺瞟吟核苷酸（5’﹣AMP） 3’﹣胞嘧啶脱氧核苷酸（3’﹣dCMP）

　　DNA的碱基有四种（A、T、G、C），RNA的碱基也有四种（A、U、G、C）。这五种碱基的结构式如下图所示：DNA中碱基的百分含量一定是A＝T、G＝C，不同种生物的碱基含量不同。RNA中A﹣U、G﹣C之间并没有等当量的关系。

　　

　　腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 胞嘧啶（C）

　　4．结构

　　DNA一级结构中核苷酸之间唯一的连接方式是3’、5’﹣磷酸二酯键，如下图所示。所以DNA的一级结构是直线形或环形的结构。DNA的二级结构是由两条反向平行的多核音酸链绕同一中心轴构成双螺旋结构。

　　

　　（四）脂类

　　脂类是生物体内一大类重要的有机化合物，由C、H、O三种元素组成，有的（如卵磷脂）含有N、P等元素，不溶于水，但溶于乙醚、苯、氯仿和石油醚等有机溶剂。

　　1．生物学功能

　　脂类是构成生物膜的重要成分；是动植物的贮能物质；在机体表面的脂类有防止机械损伤和水分过度散失的作用；脂类与其他物质相结合，构成了细胞之间的识别物质和细胞免疫的成分；某些脂类具有很强的生物活性。

　　2．种类

　　（l）脂肪 也叫中性脂，一种脂肪分子是由一个甘油分子中的三个羟基分别与三个脂肪酸的末端羟基脱水连成酯键形成的。脂肪是动植物细胞中的贮能物质，当动物体内直接能源过剩时，首先转化成糖元，然后转化成脂肪。在植物体内就主要转化成淀粉，有的也能转化成脂肪。

　　（2）类脂 包括磷脂和糖脂，这两者除了包含醇、脂肪酸外，还包含磷酸、糖类等非脂性成分。含磷酸的脂类衍生物叫做磷酯，含糖的脂类衍生物叫做糖脂。磷脂和糖脂都参与细胞结构特别是膜结构的形成，是脂类中的结构大分子。

　　（3）固醇 又叫甾醇，是含有四个碳环和一个羟基的烃类衍生物，是合成胆汁及某些激素的前体，如肾上腺皮质激素、性激素。有的固醇类化合物在紫外线作用下会变成维生素D。在人和动物体内常见的固醇为胆固醇。

　　（五）水和无机盐

　　1．水

　　水是细胞的重要成分，一般发育旺盛的幼小细胞中含水量较大，生命活力差的细胞组织中含水量较小，休眠的种子和孢子中含水量一般低于10％。水的作用有：水是代谢物质的良好溶剂，水是促进代谢反应的物质，水参与原生质结构的形成，水有调节各种生理作用的功能。

　　2．无机盐

　　它在体内通常以离子状态存在，常见的阳离子有K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋等；常见的阴离子有Cl－、SO42－、PO43－、HPO42－、H2PO4－、HCO3－等。各种无机盐离子在体液中的浓度是相对稳定的，其主要作用有：维持渗透压，维持酸碱平衡，特异作用等。