Question

廢水中的氮常以含氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理的方法是先將大多數有機態氮轉化為氨態氮，然后通過進一步轉化成N₂而消除污染。生物除氮工藝有以下幾種方法：

【方法一】在好氧條件下，通過好氧硝化菌的作用，將廢水中氨態氮轉化為中間過渡形態的硝酸態氮和亞硝酸態氮，然后在缺氧條件下，利用反硝化菌，硝酸態氮和亞硝酸態氮被水中的有機物還原為氮氣。見圖中之①。反應過程為如下（注：有機物以甲醇表示；當廢水中有機物不足時，需另外投加有機碳源）。2NH₄⁺+3O₂==2HNO₂ +2H₂O +2H⁺         2HNO₂ +O₂===2HNO₃

6NO₃^―+2CH₃OH→6NO₂^―+2CO₂+ 4H₂O     6NO₂^―+3CH₃OH→3N₂ +3CO₂+ 3H₂O+ 6OH^―

【方法二】與方法一相比，差異僅為硝化過程的中間過渡形態只有亞硝酸態氮。見圖中之②。

 

請回答以下問題：

（1）NH₄⁺的空間構型為          。大氣中的氮氧化物的危害有      和       等。

（2）方法一中氨態氮元素1g轉化為硝酸態氮時需氧的質量為        g。

（3）從原料消耗的角度說明方法二比方法一有優勢的原因：                       。

（4）自然界中也存在反硝化作用，使硝酸鹽還原成氮氣，從而降低了土壤中氮素營養的含量，對農業生產不利，農業上可通過松土作業，以防止反硝化作用。其原因是                    。

（5）荷蘭Delft大學Kluyver生物技術實驗室試驗確認了一種新途徑。在厭氧條件下，以亞硝酸鹽作為氧化劑，在自養菌作用下將氨態氮（氨態氮以NH₄⁺表示）氧化為氮氣（見圖中過程③）。其反應離子方程式為               。

Answer 1

（1）正四面體。破壞臭氧層、光化學污染、形成酸雨等。（答兩點即可）

（2）4.57 (4.6也可)

（3）節省氨態氮氧化到硝酸態氮所需消耗氧，還可節省還原硝酸態氮到氮氣的有機碳源。（答一點即可）

（4）增加與氧氣的接觸，防止反硝化作用。（答到關鍵詞即可：氧氣）

（5）NH₄⁺+NO₂^―=N₂↑+2H₂O

解析:

（2）氨態氮與消耗氧氣的關系式為2N～2NH₄⁺～(3+1)O₂,據此計算即可。

（3）對比方法一、二，發現方法一中將亞硝酸氧化到硝酸態，再用甲醇還原生成亞硝酸態的步驟。

（4）題中明確反硝化就是硝酸鹽還原成氮氣，故防止反硝化就是防止還原的發生，提供氧化劑即可。