Question

【題目】傳統(tǒng)的生物脫氮工藝如下圖所示，生物脫氮主要包括有氧條件下的硝化反應(yīng)過程和缺氧環(huán)境下的反硝化反應(yīng)過程。硝化過程中，NH4+先后氧化為NO2和NO2-。

(1) NH4+在硝化過程中會(huì)使溶液酸度提高，需要加入NaHCO3進(jìn)行中和。請(qǐng)寫出NH4+硝化生成NO2-的離子方程式_________。

(2)①反硝化反應(yīng)過程中，加入碳源(甲醇等有機(jī)物)將硝化反應(yīng)中生成的NO2和NO2-還原為N2,如3CH3OH +6NO2-= 3N2↑+3CO2+3H2O+6OH-。新型生物脫氮工藝(SCND)可將硝化過程中的產(chǎn)物控制在NO2階段，防止生成NO2-,該工藝的優(yōu)點(diǎn)是_________。

②同步硝化反硝化工藝(SND)將硝化階段和反硝化階段放在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，該法既有SCND法的優(yōu)點(diǎn)，將硝化過程中的產(chǎn)物控制在NO2-階段，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是___________。

③現(xiàn)在很多國家采用半硝化工藝(ANAMMOX),工作原理如下圖所示:

半硝化脫氮反應(yīng)器中，一半的NH4+氧化成NO2-，寫出厭氧氨氧化發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_____。該方法是否需要加入碳源(甲醇)，并簡述原因________。

(3)研究發(fā)現(xiàn)，脫氮工藝會(huì)產(chǎn)生-一種溫室氣體N2O。目前普遍認(rèn)為在硝化階段會(huì)形成N2O，試分析N2O的成因________。

Answer 1

【答案】 2NH4+ +3O2=2NO2-+2H2O+4H+ 節(jié)省進(jìn)一步氧化所需的耗氧量，同時(shí)減少了反硝化反應(yīng)中加入的碳源(甲醇) 硝化產(chǎn)生的酸和反硝化產(chǎn)生的堿中和，減少了NaHCO3的投加 NH4++NO2- =N2↑+2H2O 不需要，NH4+和NO2-正好反應(yīng)完全 O2不足，NH4+未被完全氧化為NO2，N元素被氧化為N2O

【解析】（1）在有氧氣的條件下，銨根離子被O2氧化成NO2-，反應(yīng)的離子方程式為：2NH4+ +3O2=2NO2-+2H2O+4H+，故答案為：2NH4+ +3O2=2NO2-+2H2O+4H+

（2）①該工藝將硝化過程中的產(chǎn)物控制在NO2階段，能減少NO2-的生成，從而減少一步氧化所需的耗氧量，并且能減少碳源(甲醇)的消耗。②將硝化階段和反硝化階段放在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，能將硝化過程中的產(chǎn)物控制在NO2-階段，可以使硝化產(chǎn)生的酸和反硝化產(chǎn)生的堿發(fā)生中和反應(yīng)，從而減少NaHCO3的消耗。③在無氧氣的條件下，銨根離子與NO2-反應(yīng)生成N2和H2O，反應(yīng)的離子方程式：NH4++NO2- =N2↑+2H2O，由于NH4+和NO2-恰好完全發(fā)應(yīng)，所以不需要進(jìn)一步消耗碳源。答案為：①節(jié)省進(jìn)一步氧化所需的耗氧量，同時(shí)減少了反硝化反應(yīng)中加入的碳源(甲醇)②硝化產(chǎn)生的酸和反硝化產(chǎn)生的堿中和，減少了NaHCO3的投加③NH4++NO2- =N2↑+2H2O、不需要， NH4+和NO2-正好反應(yīng)完全

（3）當(dāng)O2不足時(shí)，NH4+未被完全氧化為NO2-，N元素由-3價(jià)升高到+1價(jià)，從而導(dǎo)致N2O的生成。答案為：O2不足，NH4+未被完全氧化為NO2，N元素被氧化為N2O