Question

废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理的方法是先将大多数有机态氮转化为氨态氮，然后通过进一步转化成N₂而消除污染。生物除氮工艺有以下几种方法：

【方法一】在好氧条件下，通过好氧硝化菌的作用，将废水中氨态氮转化为中间过渡形态的硝酸态氮和亚硝酸态氮，然后在缺氧条件下，利用反硝化菌，硝酸态氮和亚硝酸态氮被水中的有机物还原为氮气。见图中之①。反应过程为如下（注：有机物以甲醇表示；当废水中有机物不足时，需另外投加有机碳源）。2NH₄⁺+3O₂==2HNO₂ +2H₂O +2H⁺         2HNO₂ +O₂===2HNO₃

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

【方法二】与方法一相比，差异仅为硝化过程的中间过渡形态只有亚硝酸态氮。见图中之②。

 

请回答以下问题：

（1）NH₄⁺的空间构型为          。大气中的氮氧化物的危害有      和       等。

（2）方法一中氨态氮元素1g转化为硝酸态氮时需氧的质量为        g。

（3）从原料消耗的角度说明方法二比方法一有优势的原因：                       。

（4）自然界中也存在反硝化作用，使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利，农业上可通过松土作业，以防止反硝化作用。其原因是                    。

（5）荷兰Delft大学Kluyver生物技术实验室试验确认了一种新途径。在厌氧条件下，以亚硝酸盐作为氧化剂，在自养菌作用下将氨态氮（氨态氮以NH₄⁺表示）氧化为氮气（见图中过程③）。其反应离子方程式为               。

Answer 1

（1）正四面体。破坏臭氧层、光化学污染、形成酸雨等。（答两点即可）

（2）4.57 (4.6也可)

（3）节省氨态氮氧化到硝酸态氮所需消耗氧，还可节省还原硝酸态氮到氮气的有机碳源。（答一点即可）

（4）增加与氧气的接触，防止反硝化作用。（答到关键词即可：氧气）

（5）NH₄⁺+NO₂^―=N₂↑+2H₂O

解析:

（2）氨态氮与消耗氧气的关系式为2N～2NH₄⁺～(3+1)O₂,据此计算即可。

（3）对比方法一、二，发现方法一中将亚硝酸氧化到硝酸态，再用甲醇还原生成亚硝酸态的步骤。

（4）题中明确反硝化就是硝酸盐还原成氮气，故防止反硝化就是防止还原的发生，提供氧化剂即可。