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 。