第16章 氮 磷 砷
第16章氮磷砷
[教学要求]
1．掌握氮和磷的单质及其氢化物、卤化物、氧化物、含氧酸及其盐的结构、性质、制备和应用。
2．了解砷的重要化合物的性质和应用。
[教学重点]
1．氮、磷单质的结构和性质。
2．氮和磷的氢化物、卤化物、氧化物、含氧酸及其盐的结构、性质、制备和应用。
3．As(III) 的氧化还原性
4.惰性电子对效应。
[教学难点]
磷的不同含氧酸及其盐的结构和性质。惰性电子对效应.
[教学时数] 5学时
[教学内容]
16-1元素的基本性质
周期系VA族包括氮、磷、砷、锑、铋五种元素称为氮族元素。其小半径较小的N和P是非金属元素，而随着原于半径的增大，Sb、Bi过渡为金属元素，处于中间的As为准金属元素。因此本族元素在性质的递变上也表现出从典型的非金属到金属的一个完整过渡。
价电子构型：ns2np3，与VIIA、VIA两族元素比较，本族元素要获得3个电子形成氧化数为-3的离子是较困难的。仅仅电负性较大的N和P可以形成极少数为-3的离子型固态化合物Li3N、Mg3N2、Na3P、Ca3P2等。不过出于N3-、P3-离子有较大的半径容易变形，遇水强烈水解生成NH3和PH3，因此这种离子型化合物只能存在于固态。本族元素与电负性较小的元素化合时，可以形成氧化数为-3的共价化合物最常见的是氢化物，除N外共它元素的氢化物都不稳定。
主要氧化态：
本族元素的金属性比相应的VIIA相VIA族元素来得显著，电负性较大的元素化合时主要形成氧化数为+3、+5的化合物。形成共价化合物是本族的特征。铋有较明显的金属性，它的氧化数为+3的化合物比+5的稳定。
氮族元素的主要氧化数有-III、+III、+V。
讨论：
1、N、P主要为+5。
若空间许可，N、P都形成+5氧化态的化合物。
2、Bi主要为+3。
Bi价电子构型：6s24f145d106p3。
在成键时，6p电子易于成键，6s电子不易成键。
惰性电子对效应。见书693页表21-15。
3、 As、Sb主要为+3、+5。
因此，本族元素从上到下+V氧化态的稳定性递减，而+III氧化稳定性递增。+V氧化态的氮是较强的氧化剂。除氮外本族元素从磷到铋+V氧化态的氧化性依次增强。+V氧化态的磷几乎不呈有氧化性并且最稳定，而+V氧化态的铋是最强的氧化剂，它的+III氧化态最稳定，几乎不显还原性。
N与同族其他元素性质的差异：
1. N-N单键键能反常地比P-P单键小。
2. N=N和N≡N的键能又比其他元素的大。
3. N的最大配位数为4，而P、As可达到5或6。
4. N有形成氢键的倾向，但氢键强度要比O和F的弱。
16-2 氮和氮的化合物
N的成键特征：
1、形成离子键
与碱金属、碱土金属化合时，形成N3-离子。N3-离子势(Z/r)高，遇水强烈水解。水溶液中没有N3-离子。
如：Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3
2、形成共价键
a、形成三个共价单键。
N取不等性sp3杂化，如NH3。
b、形成一个共价单建和一个共价双键：-N=，N取sp2杂化。
如氯化亚硝酰：Cl-N=O。
c、形成共价三键: N取sp 杂化。如N2。
d、形成不定域π键。如HNO3中的不定域π键。
e、形成配位键。在三个共价单键、共价三键的基础上可形成配位键。
氮的元素电势图。见书517页。
大多氧化态显氧化性。中间氧化态除N2外皆不稳定要歧化。
16-2-1、氮
1、分子结构：
N2[(σ1s)2(σ*1s)2(σ2s)2(σ*2s)2(π2pY)2 (π2pZ)2 (σ2p)2]
2、制备：工业：空气分馏。
实验室：NH4NO2(l) → N2↑ + 2H2O
反应历程：2 NH4NO2→ 2NH3 + 2HNO2
2HNO2→ N2O3 + H2O
2NH3 + N2O3→ H2O + 2N2↑
3、性质：常态稳定、高温及催化剂时活泼。
例外：6Li + N2→ 2Li3N
4. 用途
工业上氮主要用于合成化肥，制造硝酸。由于它的化学稳定性很大，常用作保护气体以防止其些物体暴露于空气时被氧化。此外，用氮气填粮食仓库可达到安全地长期保管粮食的目的。液态氮可作深度冷冻剂。
16-2-2、氮的氢化物
一、氨
氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工产品之一。
1、制备
工业上氨的制备：哈伯法
用氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下合成（哈伯获得1918年诺贝尔化学奖）。
实验室制法：通常用铵盐和碱的反应来制备少量氨气。
2．氨分子的结构
在氨分子中，氮原子是以不等性sp3杂化。氨分子结构是三角锥形。
3.氨的物理性质：
?临界温度405.6K，在常压下易于被加压液化，液氨具有较大的蒸发热，故被用于做冷冻机的循环制冷剂。
?液氨的介电常数比水小得多，是有机化合物的较好溶剂。
?液氨发生自偶电离。
?液氨有溶解碱金属、碱土金属等活泼金属的特性，生成的稀溶液均呈淡蓝色，因含有”氨合电子“，所以有顺磁性、导电性和强还原性。
M+ n NH3 ＝ [M(NH3)x]++ [e(NH3)y]-(n=x+y)
4. 氨的主要化学性质：
a.还原性
氨在纯氧中燃烧生成氮（黄色火焰）：4NH3 + O2== 2N2+6H2O
氨在水溶液中能被Cl2、H2O2、KMnO4等氧化：3Cl2+2NH3===N2+6HCl
若Cl2过量则得NCl3 : 3Cl2+NH3===NCl3+3HCl
b.取代反应
氨分子中的氢被其它原子或基团所取代，生成氨基（－NH2）、亚氨基（＝NH）的衍生物；或者以氨基或亚氨基取代其它化合物的原子或基团。
HgCl2+2NH3==Hg(NH2)Cl→(白色)+NH4Cl
COCl2 (光气) + 4NH3==CO(NH2)2 (尿素)+2NH4Cl
称为氨解反应
c. 形成配合物
氨分子中氮原了上的孤电子对能与其它离子或分子形成共价配键，因此也是路易士碱。例如形成[Ag(NH3)2]+离子以及和BF〃NH3等氨的加合物。
d. 弱碱性: NH3 + H2O = NH4+ +OH- K b= 1.76×10-5
氨溶解于水中主要形成水合分子，只有一小部分水合分子发生如上式的电离作用。
二、铵盐
1. 物理性质：
铵盐一般是无色晶体，易溶于水。NH4+离子半径为143pm接近于和的半径，因此铵盐的性质类似于碱金属盐类，而且往往与钾盐、铷盐同晶，并有相似的溶解度。因此，在化合物的分类中，往往把铵盐和碱金属列在一起。
2.化学性质：
①. 铵盐水溶液显酸性：NH4+ + H2O ＝ NH3〃H2O + H+
NH4+的鉴定：a.气室法：此在任何氨盐溶液中加入强碱并加热，就会放出氨：
NH4+ + OH-＝ NH3 + H2O 石蕊试纸法 (红→蓝)
b.Nessler试剂法 (K2HgI4)
②. 热稳定性差
铵盐的热分解实质：质子转移
稳定性规律：与NH4+结合的阴离子碱性越强，铵盐越不稳定。如卤化铵 NH4X 的热稳定性按NH4F －NH4I的顺序递增。
热分解产物：与阴离子对应酸的氧化性、挥发性有关，与分解温度有关。
固态铵盐加热时极易分解，一般分解为氨和相应的酸。
如果酸是不挥发性的，则只有氨挥发出来，而酸或酸式盐则残留在容器中。
(NH4)2SO4=NH3↑+NH4HSO4
(NH4)3PO4=3NH3↑+H3PO4
如果相应的酸有氧化性，则分解出来的NH3会立即被氧化，例如NH4NO3，由于硝酸的氧化性，因此受热分解的，氨被氧化为一氧化二氮。’
NH4NO3=N2O↑+2H2O
如果加热温度高于573K则一氧化二氮又分解为N2和O2。
由于这个反应生成大量的气体和热量，大量气体受热体积大大膨胀，所以如果是在密闭容器个进行，就会发生爆炸。基于这种性质，NH4NO3可用于制造炸药。
三、联氨( “肼”)
A、制备：
a、传统的方法(Rasching法)： NaClO氧化过量的NH3。
2NH3 + ClO-→ N2H4 + Cl- + H2O
b、较新的方法：
过程：NH3→异肼N2H4。反应见书523。
B、分子结构：
氨基(-NH2)取代了氨分子中的一个H原子。
键参数：
d(N-H)=104pm，d(N-N)=147pm，∠HNH=108°。氮原子上各有一对孤电子对。
C、性质
a、不稳定：N-N键不稳定，受热易爆炸性分解。
b、弱碱性：二元弱碱。碱性弱于氨。
c、氧化还原性：
N2H4中N氧化数为-2，具有氧化还原能力。在酸性溶液中以氧化性为主，被还原产物是NH4+，但大多数氧化反应的速度很慢；在中性和碱性溶液中以还原性为主，为强还原剂，能将Ag＋、CuO、X2还原为Ag、Cu2O、X-，本身被氧化为N2。
无水肼的点燃反应
N2H4(l)+O2(g)＝N2(g)+2H2O(l) ⊿rHmθ=-621.5 kJ〃mol-1
无水肼被其它氧化剂氧化的反应：
N2H4(l)+N2O4(l)＝3N2(g)+4H2O(l) ⊿rHmθ=-1038 kJ〃mol-1
D.用途：
联氨及其甲基衍生物CH3NHNH2和(CH3)2NNH2的主要用途是做导弹、宇宙飞船飞行的火箭燃料。
四．羟氨(“胲”)
A、制备：电解还原硝酸。
HNO3 + 6H+ + 6e = 2H2O + NH2OH
化学方法：还原较高氧化态的氮化物。NH2NO2+ NH4HSO3＋SO2＝[NH3OH]+HSO4-+ (NH4)2SO4
B、分子结构：
NH3分子中一个H原子被羟基(-OH)取代后的产物。见书523页图16-2。
C、性质：
（1）纯羟氨是无色固体，不稳定，受热分解为NH3、N2和H2O。
（2）易溶于水,其水溶液比较稳定,显弱碱性(比联氨还弱)。
NH2OH+H2O ＝ NH3OH++OH- K b=6.6×10-9
（3）作为配位剂。例如Zn(NH2OH)2Cl2
（4）既有还原性又有氧化性，但以还原性为主。特别是在碱性介质中为强还原剂，可使Ag＋、X2被还原，本身被氧化为N2，N2O，NO气体放出，不会给反应体系带来杂质。
五．叠氮酸(HN3)
制备：叠氮酸盐酸化。
联氨被亚硝酸氧化的产物。
分子结构：见书524页图16-3。
性质:
无色有刺激性臭味的液体，沸点310K，熔点193K。极不稳定，受到撞击就立即爆炸而分解：2HN3===3N2+H2⊿rHθ=-593.6 kJ〃mol－1
HN3的水溶液为一元弱酸（Ka=1.9×10-5）
HN3+NaOH ＝ NaN3＋ H2O
HN3＋ Zn ＝ Zn(N3)2＋ H2↑
氧化还原性：既显氧化性又显还原性。
如HN3的歧化： HN3＋ H2O ＝ NH2OH＋ N2
16-2-3、氮的含氧化合物
一、氮的氧化物
1、一氧化氮
⑴．制法：
实验室中通常以铜与稀硝酸反应来制备NO
3Cu + 8HNO3＝3Cu(NO3)2+2NO+4H2O
⑵．分子结构
NO共有11个价电子，其结构为是由一个σ键，一个双电子π键和一个3电子π键组成。
⑶．性质
在化学上这种具有奇数价电子的分子称为奇分子。通常奇分子都有颜色而NO仅在液态和固态时呈蓝色。虽然它是奇分子，但缔合的趋势不明显，只在固态时有微弱的很松驰的双聚体存在。
2、二氧化氮
⑴．制法
铜与浓硝酸反应或将一氧化氮氧化均可制得NO2。二氧化氮为红棕色气体，易压缩成无色液体，在室温时聚合成N2O4，是无色气体，在262Kg凝结为无色固体。在413K以上全部变成二氧化氮气体。
⑵．与水的反应
NO2易溶于水或碱生成HNO3和HNO2。
⑶．氧化还原性
NO2是强氧化剂，碳、硫、磷等在NO2中易起火，它和许多有机物的蒸气混合一起就成为爆炸性的混合物。
二、亚硝酸及其盐
1、制备
A、酸
a、酸化亚硝酸盐：
NaNO2 + H2SO4(冷) → NaHSO4 + HNO2
b、当将等摩尔数NO和NO2的混合物溶解在冰水中
NO2 + NO + H2O(冷) → 2HNO2
B、盐：亚硝酸盐，特别是碱金属和碱土金属的亚硝酸盐，都有很高的热稳定性。用粉末状金属铅、碳在高温下还原固态硝酸盐，可以得到亚稍酸盐。
2、分子结构：N：不等性sp2杂化后：酸有顺式、反式(更稳定)两种结构。
一般来说，反式结构稳定性大于顺式。因为双键O于OH在两侧，彼此间排斥利小，稳定。
3、性质
A、稳定性：酸歧化分解不稳定，盐稳定。
B. 弱酸性:亚硝酸是一种弱酸，但比醋酸略强。HNO2=H++NO2-
C.氧化还原性
亚硝酸和亚硝酸盐中，氮原子的氧化数是处于中间氧化态，因此它既具有还原性，又有氧化性。例如，它在水溶液中能将KI氧化成单质碘。这个反应可以定量地进行，能用于测定亚硝酸盐。用不同的还原剂，HNO2可被还原成NO、N2O、NH2OH、N2或NH3。当遇到强氧化剂如KMnO4、Cl2等时，亚硝酸盐则是还原剂，被氧化为化为硝酸盐。
D. 亚硝酸根的配位性
NO2-离子是一种很好的配体。如钴的亚硝酸根配离子。
M←NO2-硝基配合物
M←ONO- 亚硝酸根配合物
三、硝酸及其盐
1、硝酸
A、制备
a、工业制备：
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
2NO + O2→ 2NO2
2NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
b、实验室：酸化硝酸盐。
如：NaNO3 + H2SO4(浓) → HNO3 + NaHSO4
B、分子结构：见书533页图16-8。
C、性质:
纯硝酸是无色液体，沸点356K，在23lK下凝成无色晶体。与水可以任何比例混合。恒沸点溶液含硝酸为69.2％，沸点为394.8K，密度为1.42克/ml约16mol/L，即一般市售的浓硝。浓硝酸受热或见光就会逐渐分解，使溶液显黄色黄色。硝酸具有挥发性，86％以上的浓硝酸由于逸出的NO2与水蒸气结合，而形成烟雾称为发烟硝酸。
硝酸的重要化学性质表现在以下两方面：
(1)硝酸是一种强氧化剂，这是硝酸分子不稳定易分解放出氧和二氧化氮所致。
非金属元素如碳、硅、磷、碘等都能被硝酸氧化成氧化物或含氧酸。
除金、铂、铱、铑、铱、钌、钛、铌、钽等金属外，硝酸几乎可氧化所有金属。某些金属如Fe、A1、Cr等能溶于稀硝酸，而不溶于冷浓硝酸，这是因为这类金属表面被浓硝酸氧化形成一层致密的氧化膜，阻止了内部金属与硝酸进一步作用，我们称这种现象为“钝态”。经浓硝酸处理后的“钝态”金属，就不易再与稀酸作用。
硝酸作为氧化剂，可能被还原为以下一系列较低氧化态的氮的化合物。
对同一种金属来说，酸愈稀，则被还原的程度愈大。必须指出，酸在不同浓度时被还原的程度大小，并不是和氧化性的强弱一致的。
一般地说，浓硝酸总是被还原为NO2，稀硝酸通常被还原为NO。
浓硝酸与浓盐酸的混合液(体积比为1：3)称为王水，可溶解硝酸所不能作的金属，如：
Au+HNO3+4HCl＝HAuCl4+NO+2H2O
3Pt+4HNO3+18HCl＝3H2[PtCl6]+4NO+8H2O
原理：浓硝酸的氧化作用与盐酸的配位作用
Au3++3e- ＝Au φθ=1.42V
[AuCl4]-+3e-＝Au+4Cl-φθ=0.994V
使得金属的还原能力增强。
(2)硝化作用
硝酸以硝基(-NO2)取代有机化合物分子中的一个或几个氢原子称为硝化作用。
利用硝酸的硝化作用，可以制造许多含氮染料、塑料、药物；制造硝化甘油、三硝基甲苯(T.N.T)、三硝基苯酚(苦味酸)等，它们即是烈性的合氮炸药，
除了具有氧化性和消化性外，它也是一个酸，具有酸的一切特性，不过在稀硝酸中更显出酸性的特征。
2．硝酸盐
硝酸盐大多是无色易溶于水的晶体，硝酸盐水溶液没有氧化性。硝酸盐在常温下较稳定，但在高温时固体硝酸盐都会分解而显氧化性。硝酸盐热分解的产物决定于阳离子。碱金属和碱土金属的硝酸盐在加热后放出氧而转化为相应的亚硝酸盐。
16-2-4、氮的其它化合物
一、氮化物
三类：
a、ⅠA，ⅡA族氮化物是离子型。
b、ⅢA，ⅣA族氮化物是共价型。
BN、AlN、Si3N4、Ge3N4是固态的聚合物，其中BN、AlN为巨型分子具有金刚石型结构，熔点很高
(2273—3273K)，它们一般是绝缘体或半导体。
c、ⅢB-ⅧB族氮化物是间充化合物：氮原子填充在金属结构的间充位臵。如TiN、ZrN、Mn5N2、W2N3。
过渡金属的氮化物是氨的简单取代物，它们属于“间充化合物”，氮原子填充在金属结构的间隙中。这类氮化物一般不易与水起作用，它们具有金属的外形，热稳定性高，能导电并有高的熔点和大的硬度。
二、氮的卤化物
已经分离和鉴定过的氮的卤化物只有NF3和NCl3，NBr3极不稳定，NI3尚未制得。无NX5
NF3：无色气体，沸点154K，化学性质较稳定，在水和碱溶液中均不水解。
NF3几乎不具有路易斯碱性。
NCl3：由NH3和过量Cl2 反应制得。黄色液体，沸点334K，超过沸点或受振动即发生爆炸性分解。
NCl3在水和碱溶液水解，产物与同族的PCl3不同：
NCl3＋ 3H2O ＝ NH3＋ HOCl
PCl3＋ 3H2O ＝ H3PO3＋ HCl
NCl3的水解机理：P
16-3 磷及其化合物
16-3-1单质磷
1．存在
磷在自然界中总是以磷酸盐的形式出现的，例如磷酸钙Ca3(PO4)2、磷灰石Ca5F(P04)3。磷是生物体中不可缺少的元素之一。在植物体中磷主要含于种子的蛋白质中，在动物体中则含于脑、血液及神经组织的蛋自质中、大量的磷还以羟基磷灰石Ca5(OH)(PO4)3的形式含于脊椎动物的骨骼和牙齿中。
2．制备
制备单质磷是将磷酸钙矿混以石英砂(SiO2)和炭扮放在1773K左右电炉中加热。
2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C=6CaSiO3+P4+10CO↑
把生成的磷蒸气和CO通过冷水，磷便凝结成白色固体。
3．同素异性体
磷有多种同素异性体，如白磷、红磷和黑磷三种，常见的是白磷和红磷。
4．白磷
纯白磷是无色而透明的晶体，遇光即逐渐变为黄色，所以又叫黄磷。黄磷剧毒，误食0.1克就能致死，皮肤将经常接触到单质磷也会引起吸收中毒。白磷不溶于水，易治下CS2中，经测定，不论在溶液中或蒸气状态，磷的分子量相当于分子式P4。磷蒸气热至1073K，P4开始分解为P2，磷的双分子结构与氮相同。白磷晶体是由P4分子组成的分子晶体。P4分子是四面体构型，分子中P—P键长是221pm，∠PPP键角是600。在
P4分子中每个磷原子用它的3个p轨道与另外三个磷原子的P轨道间形成三个σ键时，这种纯p轨道的键角应为900。(理论上研究认为在这分子中的P—P键是98%3p轨道形成的键，而3s和3d仅占很少成分)，实际上却是600。所以P4分子是有张力的分子。这个张力使每一个P—P的键能降低了。P—P(P4)的键能仅为20lkJ/mol，这说明为什么白磷在常温下有很高的化学活性。
5．化学性质
白磷和潮湿空气接触时发生缓慢氧化作用，部分的反应能量以光能的形式放出、故在喑处可以看到白磷发光。当白磷在空气中缓慢氧化到表面上积聚的热量，使温度达到313K，便达到磷的燃点，引起自燃，因此通常白磷要贮存于水中以隔绝空气。
单质磷的化学活泼性远高于氮。白磷又比红磷活泼得多。易与卤素单质猛烈反应，例如它在氯气中也能自燃，也能同硫及若干金属活烈地反应。强氧化剂如浓硝酸能将磷氧化成磷酸。白磷溶解在热的浓碱溶液中生成磷化氢和次磷酸盐。
P4+3KOH+3H2O＝PH3↑+3KH2PO2
白磷能将如金、银、铜和等从它们的盐中还原出来。有时也可以和取代出来的金属立即反应生成磷化物。例如白磷可以将铜从铜盐中取代出来并与之生成磷化铜。
11P+15CuSO4+24H2O＝5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4
2P+5CuSO4+8H2O=5Cu+2H3PO4+5H2SO4
故硫酸铜可作为白磷中毒的内服解毒剂。
6．红磷
红磷是磷的无定形体，是一种喑红色的粉末，它不溶于水、碱、和CS2中，没有毒，加热到673K以上才着火。它的化学活泼性比白磷小的多，但它仍易被磷酸氧化为磷酸，与KClO3摩擦即着火，甚至爆炸。红磷与空气长期接触也缓慢的氧化，形成极易吸水的氧化物，所以红磷保存在未密闭的容器中会逐渐潮解，使用前应小心用水洗涤、过滤和烘干。
7．黑磷
在12000大气压下，将白磷加热到473K就转化为类似石墨的片状结构的黑磷。它能导电，故黑磷又称“金属磷”。
8．用途
单质磷的用途不很广。工业上用白磷来制备高纯度的磷酸，利用白磷的易燃性和燃烧产物P2O5能形成烟雾的特性在军事上用来制烟雾弹。红磷用于制造农药和安全火柴，火柴盒侧面所涂的物质就是红磷、三硫化二锑等混合物。
16-3-2、磷的氢化物、卤化物和硫化物
一、磷的氢化物
系列氢化物：PH3、P2H4、(P2H)x等。
1、膦的制备
当热浓碱与白磷反应，可以生成PH3，此外还有磷化钙的水解，碘化磷同碱的反应生成PH3。
Ca3P2+6H2O＝3Ca(OH)2+2PH3↑
PH4I+NaOH＝NaI+PH3↑+H2O
2、膦的分子结构
三角锥形： dP-H=142pm ，∠HPH=93°。
与NH3分子相比，键角相差较大。
3、膦的性质：
膦是一种无色剧毒的气体，有类似大蒜的臭味，在185.6K凝为液体，在140K结为固体。纯净的膦在空气中的燃点是423K，燃烧时生成磷酸。若是所制得的气体中含有P2H4则在常温时可自动燃烧；使P2H4凝固(172K)，则自燃性。
a、配位作用：
配位能力强于NH3。
P原子上具有的空的d轨道，可在配键基础上再形成反馈d-dπ配键，增强配合物稳定性。
b、碱性：Kb≈10-25。
溶液中不存在鏻离子PH4+ PH4++H2O→PH3↑+H3O+
c、还原性：具有一定的还原能力。
如：4PH3 + 8O2=4H3PO4
二、磷的卤化物
两类：PX3、PX5(PI5不存在，这可能因磷原子周围难容纳较大的碘原子)。
1、三氯化磷
制备： P4 (过量) + 6Cl2 = 4PCl3
分子结构：三氯化磷是无色液体在PCl3分子中，P原子轨道是以sp3杂化的，分子形状为三角锥，在P原子上还有一对孤电子对，因此, PCl3是电子对给予体，可以与金属离子形成配合物，能与卤素加合生成人卤化磷。在较高温度或有催化剂存在时、可以与氧或硫反应生成三氯氧化磷POC13或三氯硫化磷PSCl3。
PCl3易水解生成亚磷酸和氯化氢，因此PCl3在潮湿空气中要冒烟。
PCl3+3H2O＝P(OH)3+3HCl
本族元素的RCl3水解产物不全是与PCl3相似，按下式进行。
NCl3+3H2O＝3HOCl+NH3
如NCl3的水解。AsCl3的水解产物和PCl3相似，不过水解能力稍弱些。水解并不完全。
2、五氯化磷
制备： P4 + 10Cl2 (过量)= 4PCl5
结构：在气态和液态时，磷原子以sp3d杂化轨道成键，PCl5的分子结构是三角双锥。
在固态时PCl5不再保持三角双锥结构而成离子化合物，在PCl5晶体中含有正四面体的[PCl4]+和正八而体的[PCl6]-离子。
性质：白色固体，加热时升华(433K)并可逆地分解为PCl3和Cl2
PCl5易水解: 水量不足时，则部分水解为，氯氧磷和氯化氢。
PCl5+H2O＝POCl3+2HCl
在过量水中则完全水解，
POCl3+3H2O＝H3PO4+3HCl
16-3-3、磷的含氧化合物
一、磷的氧化物
1、三氧化二磷(P4O6)
制备：磷在缺氧时燃烧。
分子结构：见书541页图16-14。dO-P=163.8nm，∠POP=126.4°，∠OPO=99.8°。
成键情况：P4分子的P-P键断裂，O原子嵌入P-P键之间，形成氧桥键。P-O键长比正常P-O单键短
(dO-P=184nm)，有复键成分。O成对p电子与P空d轨道有键合：p-dπ键。
性质：白色吸湿性蜡状固体，有很强的毒性。可溶于苯、二硫化碳和氯仿等非极性溶剂中。
P4O6是亚磷酸的酸酐。
与冷水或碱溶液反应时才缓慢地生成亚磷酸或亚磷酸盐：
P4O6+6H2O(冷)＝4H3PO3
在热水中它发生强烈的歧化反应：
P4O6+6H2O(热)＝3H3PO4+PH3↑
2、五氧化二磷
制备：磷在氧充足的情况下燃烧。
分子结构：见书541页图16-15。
三氧化二磷中P用孤电子对以配键结合O，O再以两对p电子与P的两个空的d轨道形成两个反馈d-pπ键。反馈键不完全成键，键长属双键键长140pm。dO-P=162pm，∠POP=123.5 。
∠OPO=101.6°，∠OPO=116.5°(配键结合的氧)。
性质：P4O10为白色雪花状固体，632K升华，在加压下加热到较高温度，晶体转变为无定形玻璃状体，在839K熔化。
亲水性：很强的吸水性能，温度低于100℃时是最有效的干燥剂之一(见书542页表16-4)。
P4O10与水反应，先形成聚磷酸，然后是焦磷酸，最后形成正磷酸。
二、磷的含氧酸
磷有以下几种重要的含氧酸：P
1.正磷酸及其盐
正磷酸的各种相应盐都是简单磷酸盐，而多磷酸的相应盐是复杂磷酸盐。复杂磷酸盐中直链多磷酸盐的酸根阴离子，是两个或两个以上磷氧四面体通过共用角顶氧原子成宜链状而连接起来。
A、制备：
工业：硫酸分解磷酸钙。
实验室：五氧化二磷溶于水。
B. 分子结构：在磷酸分子中P原于是sp3杂化的，三个杂化轨道与氧原子之间形成三个σ键，另一个
P—O键由一个从磷到氧的σ配键和两个15l氧到磷的d←Pπ键组成的。σ键是磷原于上一对弧电子对与氧原子的空轨道所形成，同时由于这个氧原子的p y、p z轨道上还行两对孤电子对，而磷原子又有d xy、d xz空轨道可以重达形成d←Pπ配键。d←Pπ配键很弱，因为磷原子3d能级比氧原子的2p能级高很多，组成的分于轨道不是很有效的、所以P—O键从键的数目来看是三重键，但从键能和键长来看是介于单键和双键之间。
C、酸的性质：
a、酸性：三元中强酸。
b、脱水：正磷酸可以逐渐脱水生成各种+Ⅴ氧化态的含氧酸。见书542-543页。
c.强配位能力：例如与Fe3+形成H3[Fe(PO4)2]和H[Fe(HPO4)2]。
d、不具氧化性：
酸性：φθH3PO4/ H3PO3=-0.76V
碱性：φθPO43-/ HPO42-=-1.1V
D、盐的性质：
正磷酸是一个三元酸，可生成三个系列的盐：M3PO4、M2HPO4和MH2PO4。
a、溶解性：二氢盐易溶；一氢盐和正盐除钾、钠、铵盐外难溶。
b 、水解性：以其钠盐为例：正盐显碱性；一氢盐显弱碱性；二氢盐显弱酸性。
思考：在PO 43-、HPO 42-、H 2PO 4-
盐溶液中加入AgNO 3后，其产物是什么？
磷酸二氢钙是重要的磷肥；它是磷酸钙与硫酸作用的产物。
Ca 3(PO 4)2+2H 2SO 4=2CaSO 4+Ca(H 2PO 4)2
生成的混合物叫过磷酸钙，其有效成分为磷酸二氢钙溶于水，易被植物吸收。
c 、热稳定性：正盐相对较稳定，一氢盐和二氢盐受热易脱水。
2. 亚磷酸和次磷酸 1°分子结构：P 采取不等性SP 3 杂化
2° 性质
纯的亚磷酸是无色固体，熔点347K ，易溶于水。亚磷酸是一个强的二元酸，亚磷酸和亚磷酸盐在水溶液中都是强还原剂。
次磷酸是一个中强一元酸，它的分子中有两个与P 原子直接键合的氢原子。次磷酸及其盐都是强还原剂。
16-4 砷、锑、铋
砷、锑、铋与氮磷的区别：离子都是18或18+2电子构型；都是亲硫元素。 铋是典型金属，砷是准金属，锑的金属性略强于非金属性。P.687
16- 4-1、单质
砷、锑、铋在地壳中的含量不大，它们有时以游离态存在于自然界中，但主要以硫化物矿存在。例如雄黄(As 4S 4)、雌黄(As 2S 3)、砷硫铁矿(FeAsS)、辉锑矿(Sb 2S 3)、辉铋矿(Bi 2S 3)等。少量砷还广泛存在于金属硫化物矿中。我国锑的蕴藏量占世界第一位。
1、制备：用碳还原可制得其单质。 M 2S 3 M 2O 3 M
或 M 2S 3 M
2、同素异性体：
黄砷、黑砷、灰砷；黄锑、黑锑、灰锑。
铋没有同素异性体。
3、分子结构：
气态时，黄砷和黄锑是四面体结构：As4、Sb4，与P4成键相似。
黑砷、黑锑结构与黑磷相似，片层状结构。
4、性质：砷、锑和铋在水中、空气中都比较稳定，能溶于氧化性的酸。高温下能与一些活泼的非金2O ??→?→?C
?→?Fe
属反应。砷、锑和铋在水中、空气中都比较稳定，能溶于氧化性的酸。高温下能与一些活泼的非金属反应。
16-4-2、砷、锑、铋的化合物
一、氢化物
砷、锑、铋都能生成氢化物MH3，它们的氢化物那是无色有恶臭和有毒的气体，极不稳定。这三砷氢化物氢(又称胂)较重要。将砷化物水解或用活泼金属在酸性溶液中使砷化合物还原都能得到胂。
马氏试砷法。
二、卤化物
两类：MX3、MX5。（砷、锑、铋的所有三卤化物均已制得，而已知的五卤化物只有四种。）
在砷、锑、铋三卤化物中BiF3是离子型固体，铋的其它卤化物和SbF3的晶体类型介于离子型和共价型之间，其余的MX3都是共价化合物。
砷、锑、铋的所有三卤化物在溶液中都会强烈地水解，因为它们相应氧化物的水合物是弱酸碱。
思考：如何配制 SbCl3 水溶液和BiCl3水溶液
三、砷、锑、铋的氧化物及其水合物
两类：M4O6或M2O3、M4O10或M2O5。
1、制备：
M2O3：
直接反应： 4M + O2→ 2M2O3
硫化物转化：2M2S3 + 9O2→2M2O3 +6SO2
M2O5：通常中由单质或三氧化物先氧化为+V氧化态的相应氧化物的水化物，然后再脱水而得。
3As+5HNO3+2H2O=3H3AsO4+5NO
3As2O3+4HNO3+7H2O=6H3AsO4+4NO
2H3AsO4=As2O5+3H2O
3Sb+5HNO3+8H2O=3H[Sb(OH)6]+5NO
2H[Sb(OH)6]=Sb2O5+7H2O
硝酸只能把铋氧化成硝酸铋。
Bi+4HNO3=Bi(NO3)3+NO↑+2H2O
在碱性介质中用较强的氧化剂氯气氧化三价铋生成铋酸钠。
Bi(OH)3+Cl2+3NaOH=NaBiO3+2NaCl+3H2O
以酸处理铋酸钠则得红棕色的五氧化二铋，它极不稳定，很快分解为三氧化二铋和氧气。
2、分子结构：
M4O6分子结构于P4O6相似，Bi2O3为离子晶体。
M4O10或M2O5分子结构目前还不明确。
3、性质：
三氧化二砷是重要的化合物，俗称砒霜，是剧毒的白色粉状固体，致死量为0.1克。可用于制造杀虫剂、除草剂以及含砷药物。As2O3中毒时，可服用新制的Fe(OH)2(把MgO加入到FeSO4溶液中强烈摇动制得)悬浮液来解毒。As2O3微溶于水，在热水小溶解度稍大生成亚砷酸，亚砷酸仅存在于溶液中。As2O3是两性偏酸性氧化物，因此它易溶于碱生成亚砷酸盐。
As2O3+6NaOH=2Na3AsO3+3H2O
As2O3+6HCl=2AsCl3+3H2O
Sb2O3(白色)是两性偏碱性的氧化物，难溶于水，易溶于碱生成亚锑酸盐，溶于酸生成锑盐。
Sb2O3+3H2SO4=Sb2(SO4)3+3H2O
Sb2O3+2NaOH=2NaSbO2+H2O
Sb2O3又称锑白，是优良的白色颜料，是许多塑料的理想阻燃烧剂成分。
Bi2O3是碱性氧化物，只溶于酸生成相应的铋盐。
M2O5及其水合物的酸性强于相应的M2O3及其水合物。As2O3易溶于水得砷酸。它是三元酸。水合五氧化二锑不溶于硝酸溶液，仅稍溶于水，但溶于KOH溶液生成锑酸钾。锑酸是一元酸，它与周期表中的碲酸和碘酸有相同的结构，都是六配位八面体结构，而且它们互为等电子体。
砷(III)、锑(III)、铋锥(III)氧化物水合物的酸碱性与它们的氧化物相似，按照H3AsO4s—Sb(OH)3—Bi(OH)3顺序酸性依次减弱。
四、砷、锑、铋的化合物的氧化还原性
铋酸钠是一种很强的氧化剂，能把Mn2+氧化为MnO4-。
2Mn2++5BiO3-+14H+＝2MnO4-+5Bi3++7H2O
而砷的氧化态为+III的亚砷酸盐是还原剂，能还原象碘这样弱的氧化剂。
AsO33-+I2+20H-=AsO43-+2I-+H2O
上述这两个反应与溶液的酸度有关。反应必须在弱酸性介质中才能进行。若在较强酸性溶液中反应的方向会发生改变，I2就不可能氧化AsO33-，因为电对AsO43-／AsO33-的电极电势随着溶液pH值的增大而变小。
AsO43-+2H++2e= AsO33-+H20 φ0＝+O.58V
I2+2e=2I-φ0＝+0.54V
电对I2/I-的电极电势在一定的pH范围内无变化。这两个电对的电极电势随溶液的pH而变化的情况从图中可
看出，在较强酸性的溶液中H3AsO4可以氧化I-，而在弱酸性时 H3AsO3才可能还原I2。实际上，AsO33-与I2的反应在pH=5—9时较为适宜，pH小于4反应不完全，pH大于9时会引起I2的歧化反应。
总之，砷、锑、铋三元素的氧化态为+3的化合物具有还原件，氧化态为+5的化合物具有氧化性。
五、砷、锑、铋的硫化物及硫代酸盐
在砷、锑、铋的M3+盐溶液中或用强酸酸化后的MO33-、MO43-溶液中入H2S都可得到有颜色的相应的硫化物沉淀，见P556表13—8砷分族元素硫化物的颜色及它们在酸碱溶液中的溶解性。
砷分族硫化物的酸碱性与相应的氧化物很相似。As2S3和Sb2S3显两性，前者两性偏酸性不溶于浓HCl，只溶于碱，而后者既溶于酸又溶于碱。Bi2S3呈碱性不溶于碱。
As2O3+6OH-＝AsO33-+ AsS33-+3H2O
Sb2O3+6OH-＝SbO33-+ SbS33-+3H2O
Sb2S3+12Cl-＝2SbCl63-+3H2S
As2S3和Sb2S3还能溶于碱性硫化物如Na2S或硫化铵中，生成硫代亚砷酸盐和硫代亚锑酸盐，而Bi2S3不溶。
As2S3+3S2-＝2AsS33-
硫代亚砷酸盐可以看做是亚砷酸放中的O被S所取代的产物，上面这个反应就好象具有酸性的氧化物，能够溶解在碱中一样。
As2O3+6NaOH＝2Na3AsO3+3H2O
As2S5和Sb2S3的酸性分别比相应的M2S3强，因此，M2S3比M2S3更易溶于碱性硫化物溶液中。
As2S3和Sb2S3，都具有还原性能，与多硫化物反应生成硫代酸盐，而Bi2S3的还原性极弱不和多硫化物作用。
As2S3+3S22-＝2AsS43-+S→
砷、锑的硫代酸盐与酸反应时生成硫代酸。硫代酸盐极不稳定，在生成时立刻分解放出H2S并析出硫化物。
因此硫代酸盐只能在中性或碱性介质中存在。硫代酸盐的生成与分解，在分析化学中常用作这些元素酌定性分析。
作业（552页）：
2、4、6、9、1
3、1
4、16、21、22、23
UNITANK工艺提高氮、磷去除率的研究
吴牛嘴等＾ｊＮｌＴＡＮＫ工岂提高氮、磷去除率的研究７３ 整的运行周期由６个阶段组成，主体１一过渡ｌ一沉降１一丰体２一过渡２一沉降２阶段。后３个阶段的污水流向恰好与前３个阶段相反（如图２）、 罔２ｕＮＩＴＡＮＫ上艺的周期运钉过程 ２２试验用水及试验污泥 试验地点为南京市锁金村污水处理厂，试验水质为典型的城巾生活ｔ；水，污水水质如表ｌ。试验开始时，驯化污泥取自该厂曝气池的活性污泥。 表ｌ试验水质（曝气沉砂池出水 ３结果与讨论 ３ｌ主体阶段运行时间试验 本试验没置了３个主体阶段反应时间２１０ｍｉｎ、１２０ｍｉｎ和９０ｎｌｉｎ，过渡阶段和沉降阶段分别采用３０ｍｉｎ和６０ｍｉｎ。水力停留时间恒定为１２ｈ，水温在４９℃范围内变化，泥龄控制为２５—３０ｄ，容积负荷范同为０２９０．５２奴ＣｏＤ／ｍ３－ｄ。 主体阶段的时间对ｃｏＤ和ＴＰ处理效果的影响如图３。ｃＯＤ的去除率随主体段时间的变化不显著，但ＴＰ的去除率则与主体段时间设置有一定关系。随着主体段时间的延长，ＴＰ的去除旱升高的趋势。， 主体阶段的时间对ＴＰ去除率的影响可从微生物活性的角度进行解释，微牛物菌群的活性依赖于其有利的生存研＝境。上体阶段时间为２１０ｍ；ｎ、ｌ２【）ｍｉｎ和９（）ｍｍ时活性污泥处于厌氧状态与好氧状态的时间比例分别为０．６４、Ｏ５０和０４３。厌氧阶段对于除磷菌的蕈要性是不言而喻的。厌氧时段的缩短将会影响除磷茼的活性，使除磷菌不能充分释磷，进而导致曝气阶段的吸磷能力受到影响，致使除磷率降低¨。此外，ｕＮＩＴＡＮＫ采用连续进水，能保证厌氧池源源不断地产生挥发‘怍脂肪酸（ＶＦＡ），满足释磷。因此，适当延长厌氧阶段的时间冉利于活性污泥充分释磷，而小会因内源损耗引起无效释磷。同时，随着反应的进行，搅拌池中的污泥不断被椎流进入曝气池。搅拌池巾残留的污泥越来越少，相对可利用的碳源增多，这更有利于这部分污泥的充分释磷。 手体阶段的时同（ｍｍ） 盥３主体段时间试验 总的来说，主体阶段时间对于ｃＯＤ的降解无很大影响，适当延长主体段时问有利于ＴＰ的去除。但３个试验工况下ＮｆＥ—Ｎ去除率都不商。 ３２过渡阶段运行时间试验 前述试验中，ＮＨｉ—Ｎ去除率较低．分析其可能的原因如下：（１）过渡段曝气时间不足；（２）好氧泥龄低；（３）水温较低。 针对上述原困，本试验调整了过渡阶段的时间，并且延长污泥泥龄至４０—５０ｄ，试验水温在１８—２５℃范围内。中间曝气池的ＤＯ浓度控制在３０—４０ｍｇ／Ｌ范围内，ＨＲＴ控制在１２ｈ，ｕＮＩＴＡＮＫ反应器的平均ＭＬＳｓ浓度为３５００ｍｇ／Ｌ。试验中考察了过渡段时间为６０ｍｉｎ、９０ｍｉｎ、１２０ｍｌｎ和１５０一ｎ时的Ｎ｝“。Ｎ和ＴＰ去除的情况。主体段和沉降段时间分别设定为９０ｍｉｎ和６０ｍｉｎ。 图４足ＮＨ？一Ｎ和ＴＰ的去除率随过渡段时问
生态塘水生植物对受污染河水中氮磷的净化效果
生态塘水生植物对受污染河水中氮磷的净化效果 水生植物是水生态系统的重要组成部分，对水生态系统的物质循环和能量传递起到重要作用。水生植物可以通过自身的吸收、吸附和与微生物的协同作用，有效降低水体中氮、磷含量和有机污染物水平，净化水质。采用水生植物净化污水，具有处理效果好、投资少、管理成本低、景观美化等功能。本试验挑选狐尾藻、水白菜两种水生植物，应用到生态塘1—水平潜流人工湿地—生态塘2复合系统中的生态塘中，研究水生植物对受污染河水中氮磷的净化效果 一、材料与方法 1.1 试验装置 该复合系统由生态塘1、水平潜流人工湿地、生态塘2三个独立的系统串联而成，各级系统形成一定的高度差，用于保持系统处理的进出水在重力作用下顺畅流动，形成一个无能耗污水处理系统。该复合系统的基质填料为碎石和沙子，其中生态塘1和生态塘2从底部往上分别铺设5cm的大碎石(Φ=2～4cm)和沙子，水平潜流人工湿地从底部往上分别铺设大碎石20cm，小碎石(Φ=1～2cm)50cm，沙子10cm。各级系统分别种上植物(如图1、表1)。 1.2 生态塘植物 狐尾藻(MyriopHyllumverticillatum)：被子植物门、双子叶植物纲、小二仙草科中的狐尾藻属，水生草本，均为沉水植物。中国狐尾藻属植物常见有4～5种，如小狐尾藻、穗花狐尾藻、轮叶狐尾藻、三裂叶狐尾藻等。狐尾藻可作水生态修复植物、观赏植物，全草为草鱼和猪的饲料。 水白菜：学名大薸(Pistiastratiotes)，天南星科大薸属，多年生浮水生植物本。水白菜雌雄同株，繁殖迅速，原产巴西，20世纪50年代被作为猪饲料在我国推广栽培。水白菜有发达的根系，可直接从污水中吸收有害物质和过剩营养物质，净化水体。 1.3 运行方案 河水→高位水箱→生态塘1→水平潜流人工湿地→生态塘2→出水。 系统24h连续进水，按HRT=3d、2d、1d的顺序交替运行，每个HRT条件下复合系统运行5～7d，3个HRT时间连续运行一次为一个周期。每运行一个周期后，系统停止运行
如何提高A2O工艺的脱氮除磷效果
如何提高A2/O工艺的脱氮除磷效果 1.A2O池的检测与控制参数的确定 A2O生物除磷脱氮工艺处理污水效果与DO、内回流比r、外回流比R、泥龄SRT、污水温度及PH值等有关。一般厌氧池DO在0.2mg/l以下，缺氧池DO在0.5mg/l以下，而好氧池DO在2.0mg/l以上；污泥混合液的PH值大于7；SRT为8－15天。 然而A2O生物除磷脱氮过程，本质上是一系列生物氧化还原反应的综合，A2O生物池各段混合液中的ORP(氧化还原值)能够综合地反应生物池中各参数的变化。混合液中的DO越高，ORP值也越高；而当存在磷酸根离子和游离的磷时，ORP则随磷酸根离子和游离的浓度升高而降低。一般A－A－O生物除磷脱氮工艺处理过程中，厌氧段的ORP应小于－250mV，缺氧段控制在－100mV左右，好氧段控制在40mV以上。 如厌氧段ORP升高，表明DO值过大，可能与回流比过大带入更多的氧及回流污泥中带入太多的氮有关，还与搅拌强度太大产生空气复氧有关。 如缺氧段ORP升高，表明DO值过大，可能与回流比过大带入更多的氧有关，另外还与搅拌强度太大产生空气复氧有关。 根据以上说明的A2O池中各参数变化对污水除磷脱氮处理工艺的影响,合理选择检测仪表，对污水处理过程中各参数的变化情况进行检测，为污水处理厂的运行控制提供依据。一般A2O工艺中需要检测的数据为： 进水：进水量Q COD COD5 PH T A2O池厌氧段：溶解氧DO 氧化还原值ORP A2O池缺氧段：溶解氧DO 氧化还原值ORP A2O池好氧段：溶解氧DO 氧化还原值MLSS 出水：COD BOD5 根据以上推荐的典型仪表配置与工艺控制特点，我们提出以ORP和DO为主要控制参数，来对曝气系统、内回流系统、外回流系统、剩余污泥排放系统进行控制，以实现良好的除磷脱氮效果，有效地降低污水中的BOD5，同时最大限度地节约能源，使整个系统高效稳定地运行。 2.A2O污水处理工艺过程控制方法 A2O污水处理工艺A2O池传统的控制是：DO值的PID调节(进气量)、MLSS的PID调节(回流比)均为对单一参数的单一对象控制。然而污水处理过程是一个滞后量非常大的过程，影响过程的参数也很多，不可能依据某一具体参数来实现整个过程的控制。污水处理过程中，生物池的曝气系统控制、污流回流系统控制都是极其复杂的控制过程。采用独立的单一的闭环控制很难达到控制要求。随着控制技术的不断发展，同时在污水处理运行过程中不断积累了大量的运行数据，这就为控制过程的查表运算，实现模糊控制带来了可能。 (1) 曝气系统自动化控制 根据季节、进水水质、进水水温、进水水量、好氧池DO、出水COD、BOD5、NH3-N 、TOP、TKN、SS等情况不同，分别确定不同的供气量，即确定空气调节阀的开度和鼓风机的开启台数及其转速。自动对工艺过程控制进行自动修整，实现模糊控制。 A2/O工艺是将厌/好氧除磷系统和缺氧/好氧脱氮系统相结合而成，是生物脱氮除磷的基础工艺，可同时去除水中的BOD、氮和磷。 工艺为：原水与从沉淀池回流的污泥首先进入厌氧池，在此污泥中的聚磷菌利用原污水中的溶解态有机物进行厌氧释磷；然后与好氧末端回流的混合液一起进入缺氧池，在此污
无机化学练习题(含答案)第15章 氮磷砷
第15章氮磷砷 15-1：请回答下列有关氮元素性质的问题： （1）为什么N-N 键的键能（157kJ.mol-1）比P-P 键（201 kJ.mol-1）的小？而N≡N 键的键能（942 kJ.mol-1）又比P≡P 键（481 kJ.mol-1）的大？ （2）为什么氮不能形成五卤化物？ （3）为什么N2的第一电离能比N 原子的小？ 解：（1）N，由于其内层电子少，原子半径小，价电子层没有可用于成键的d轨道。N-N单键的键能反常地比第三周期P-P键的小，N易于形成 p-pπ键（包括离域π键），所以，N=N和N≡N多重键的键能比其他 元素大。 （2）价电子层没有可用于成键的d轨道，N最多只能形成4个共价键，也即N的配位数最多不超过4。 （3）N原子由于价层电子的p轨道刚好处于半充满状态。 15-2：请回答下列问题： （1）如何出去N2中少量NH3和NH3中的水气？ （2）如何除去NO 中微量的NO2和N2O 中少量的NO？ 解：（1）将气体通过稀H C l 溶液；通过碱石灰 （2）通过NaOH溶液； 15-3：以NH3与H2O 作用时质子传递的情况，讨论H2O ﹑NH3和质子之间键能的强弱；为什么醋酸在水中是一弱酸，而在液氨溶剂中却是强酸？ 解：NH3 +H2O=NH4+ +OH-； 因此，NH3和质子的键合能力强于H2O和质子的键合能力；正因为如此，醋酸与水的结合能力弱于醋酸与氨的结合能力。这就是大家所熟悉的溶剂拉平效应。 15-4：将下列物质按碱性减弱顺序排序，并给予解释。 NH2OH NH3N2H4PH3AsH3 15-5：请解释下列事实： （1）为什么可用浓氨水检查氯气管道的漏气？ （2）过磷酸钙肥料为什么不能和石灰一起贮存？ （3）由砷酸钠制备As2S3，为什么需要在浓的强酸性溶液中？ 解：（1）两者反应产生NH4Cl的微小颗粒，形成大量白烟。 （2）过磷酸钙中含有Ca(H2PO4)2会与碱作用，从而有损肥效。 （3）As2S3会与碱发生作用。 15-6：为什么PF3可以和许多过渡金属形成配合物，而NF3几乎不具有这种性质？PH3和过渡金属形成配合物的能力为什么比NH3强？ 解：P的电负性小于N,PH3比NH3容易给出孤对电子,形成配位键;
生物脱氮除磷原理
生物脱氮原理 （碳源） （碳源）图1 硝化和反硝化过程 图2 A2/O工艺流程
水体中氮的存在形态 生物脱氮原理 1、氨化作用 在好氧或厌氧条件下，有机氮化合物在氨化细菌的作用下，分解产生氨氮的过程，常称为氨化作用。 有机氮 氨氮 2、硝化作用 以A 2/O 工艺为例，硝化作用主要发生在好氧反应器中，污水中的氨氮NH 4+-N 在亚硝酸 细菌的作用下转化为亚硝酸氮NO 2--N ，亚硝酸氮NO 2--N 在硝酸细菌的作用下进一步转化为硝酸氮NO 3 --N 。（见图 1左边） 亚硝酸细菌和硝酸细菌统称为硝化细菌，属于好氧自养型微生物，不需要有机物作为营养物质。 3、反硝化作用 反硝化作用主要发生在缺氧反应器中，好氧反应器中生成的硝酸氮NO 3--N 和亚硝酸氮NO 2--N 通过内循环回流到缺氧池中，在有一定碳源的条件下，由反硝化细菌先将硝酸氮NO 3--N 转化为亚硝酸氮NO 2--N ，亚硝酸氮再进一步转化为氮气N 2，水体中的氮从化合物转化为氮气进入到空气中，才能最终将污水中TN 降低。（见图1右边） 反硝化细菌是异养兼性缺氧型微生物，其反应需要在缺氧环境中才能进行。 氨化菌
生物除磷原理 磷在自然界以2 种状态存在：可溶态（正磷酸盐PO43-）或颗粒态（多聚磷酸盐）。 所谓除磷就是把水中溶解性磷转化为颗粒性磷，达到磷水分离。 厌氧释磷 污水在生物处理中，在厌氧条件下，聚磷菌的生长受到抑制，为了自身的生长便释放出其细胞中的聚磷酸盐，同时产生自身生长所需的所需的能量，称该过程为磷的释放。 好氧吸磷 进入好氧环境后，聚磷菌活力得到充分恢复，在充分利用基质的同时，从废水中摄取大量溶解态的正磷酸盐，从而完成聚磷的过程。 富含磷的污泥通过剩余污泥外排的方式最终使磷得到去除。
两种藻类对水体氮磷去除效果
第52卷第4期 2006年8月武汉大学学报(理学版) J.Wuhan Univ.(Nat.Sci.Ed.)Vol.52No.4 Aug.2006,487～491 收稿日期:2006202228 通讯联系人 E 2mail :Huzy @https://www.360docs.net/doc/a15581914.html, 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目资助(2002AA601021);国家重点基础研究发展规划(973)项目资助(2002CB412309)作者简介:凌晓欢(19822),男,硕士生,现从事藻类水质净化研究. 文章编号:167128836(2006)0420487205 两种藻类对水体氮、磷去除效果 凌晓欢1,2,况琪军1,邱昌恩1,2,胡征宇1 (1.中国科学院水生生物研究所/淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072; 2.中国科学院研究生院,北京100049) 摘 要:借助人工装置和露天水池,通过分析实验水体中氮、磷元素浓度的变化,研究了实验室条件下一种绿球藻(Chlorococcum sp.)和露天小型生态系统中寡枝刚毛藻(Cladophora oli goclona K ütz ).对污水中氮磷营养的去除效果.结果显示:绿球藻在高浓度氮和磷的污水中生长良好并维持较高的氮磷去除率,在6天处理期间,人工污水中总溶解性氮、硝酸盐氮、氨氮、总溶解性磷的去除率分别达到46.2%,37.8%,98.4%和79.3%;在对天然湖泊水的处理中,绿球藻对总溶解性磷的去除率在第5天为79.2%.室外条件下,该刚毛藻通过吸收水体中的氮、磷营养维持自身正常生长代谢,从而降低水体的电导率和改善水质.根据本次研究,结果两种被试藻类均可作为污水处理用藻类,其中Chlorococcum sp.适合用于静态水体的修复与改善,Cladop hora oli goclona 适合于流动水体的减负与治理. 关 键 词:绿球藻;刚毛藻;氮;磷;水质;净化中图分类号:X 171 文献标识码:A 0 引 言 应用藻类进行水质净化的研究,自20世纪50年代起,至今已有近60年的历史[1].早期主要是应用微型藻悬浮培养技术进行污水处理,相关技术有藻菌氧化塘、高效藻类塘、活性藻 [2] 等.由于微型藻 悬浮培养技术在实际应用中有诸如过量藻体不易收获、出水中仍有藻类细胞残留等问题,科学家们随之将研究的焦点更多地集中在固着藻类的研究与应用上,如:固定化藻类技术[3]和藻菌生物膜技术.Da Costa [4]的研究结果证明,固定化藻类不但能有效去 除污水中的氮磷营养,对去除镉和锌等重金属离子也效果显著.由于受限于固定藻类用载体的成本较高,以致该项技术仅停留在实验室规模的研究和探索阶段,至今未见大规模实际应用的报道.吴永红等[5]以高分子材料的人工水草作为藻菌生物膜载体,用于改善富营养化水体的水质,同样获得较为理想的水质净化效果.为了进一步挖掘和筛选能有效净化污水且藻细胞易于收获的藻种,拓展藻类在污水处理中的应用范围,本文研究了一种极为耐污的 绿球藻(Chlorococcum sp.)和寡枝刚毛藻 (Cl adop hora oli goclona K ütz )对氮磷的去除效果,对二者各自的应用前景作了简要分析,同时对藻类水质净化的优势进行了探讨. 1 材料和方法 1.1 室内实验藻种与培养条件 绿球藻(Chlorococcum sp.)采自美国亚里桑那州一家污水处理厂,应用微藻分离纯化的方法,用B G11琼脂培养基分离纯化后保种培养.在无菌条 件下,将琼脂培养基上的单个藻落转接到B G11液体培养基中,置L R H 22502G 光照培养箱中培养,培养温度(25±1)℃,光照强度35～40μmol/m -2?s -1,在获得足够生物量后用于污水处理试验. 实验污水分别为人工合成污水和天然富营养化湖泊水.人工合成污水配方为:NaNO 30.425g 、(N H 4)2SO 40.075g 、MgSO 4?7H 2O 0.025g 、Ca (H 2PO 4)20.03g 、Na HCO 30.30g 、FeCl 30.0015g ,用自来水定容至1L.天然富营养化湖泊水采自 武汉东湖茶港湖区,经25号浮游生物网过滤去除明
如何提高污泥脱氮除磷效果效率
如何提高污泥脱氮除磷效果效率 氮、磷污染已成为破坏水体环境的主要因素之一(如水体富营养化)，生物脱氮除磷越来越受到人们的重视[1, 2, 3]. 在常规污水生物处理系统中，由于脱氮与除磷之间存在矛盾，常采用化学法辅助除磷(通过投加铁盐和铝盐出水TP含量在0.02 mg ·L-1以下); 而脱氮由于受温度、 DO、 pH值等因素的影响难以达到稳定的脱氮效果[4, 5, 6, 7, 8]. 好氧颗粒污泥具有优异的沉降性能、较高的微生物浓度和良好的抗冲击负荷能力[9, 10, 11]. 有研究发现，颗粒污泥一定的粒径和紧密结构导致DO在污泥内部传质时形成好氧区/缺氧区/厌氧区从而有利于系统同步脱氮除磷[12, 13, 14]. Kerrn-Jespersen等[15]发现PAOs具有反硝化聚磷能力，它以NO-x(NO-2+NO-3)代替氧作为电子受体同步去除N和P，可以有效节约碳源和能源，反应器形成NO-x是反硝化聚磷的重要步骤. 如果系统中存在反硝化聚磷菌，反应器吸磷过程中可以减缓硝酸盐存在对聚磷菌活性的影响; 如果反硝化聚磷菌不存在，在脱氮除磷颗粒污泥中好氧段硝酸盐将对好氧吸磷产生影响[16, 17]. 同步硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification, SND)作用是使在污泥外部好氧区形成的NO-x，通过内层缺氧区反硝化作用降低从而减少主体溶液中 NO-x(NO-2+NO-3)的积累(NO-x不积累可以降低其对聚磷菌活性的影响)[18]. 因此，污泥内部形成稳定性的好氧区/缺氧区是影响系统脱氮效果的关键. 在较低DO下硝化菌活性受到抑制，在较高DO下反硝化菌受到抑制，因此在好氧池中DO对脱氮影响很大. 文献[21, 20, 21]指出，当DO浓度为0.5 mg ·L-1时，系统可以获得良好的同步硝化反硝化脱氮效果. 利用好氧颗粒污泥进行脱氮除磷研究近年来取得了较大进展[12]，但少有人系统研究脱氮除磷颗粒污泥的硝化反硝化特性. 因此，笔者以好氧/厌氧交替运行的SBR反应器培养的脱氮除磷颗粒污泥为研究对象，采取一定的手段对颗粒污泥反应器的N、 P历时去除效果、硝化及反硝化反应特性等进行研究，并通过N的平衡细致分析脱氮除磷反应过程中N的去除走向，丰富了颗粒污泥进行脱氮除磷研究. 1 材料与方法 1.1 试验装置 试验用SBR反应器，材质为有机玻璃，有效容积4 L，内径16 cm，高径比为1.56(图1). 反应器每周期运行4.8 h，包括进水1 min、厌氧80 min、好氧196 min、沉淀4 min、出水4 min以及闲置4 min共6个阶段. 反应器每周期进水2 L，出水2 L. 反应器搅拌强度在80 r ·min-1左右，曝气强度在12 L ·(L ·h)-1左右，温度在22℃±2℃(由水浴控制)、 pH值在7.5左右. 每天从反应器中排出一定量混合液，维持系统污泥龄在23 d左右.
污水处理脱氮、除磷的经验值汇总
污水处理脱氮、除磷的经验值汇总 1、脱氮除磷水质的要求 1、污水的五日生化需氧量与总凯氏氮之比是影响脱氮效果的重要因素之一。异养性反硝化菌在呼吸时，以有机基质作为电子供体，硝态氮作为电子受体，即反硝化时需消耗有机物。青岛等地污水厂运行实践表明，当污水中五日生化需氧量与总凯氏氮之比大于4时，可达理想脱氮效果；五日生化需氧量与总凯氏氮之比小于4时，脱氮效果不好。五日生化需氧量与总凯氏氮之比过小时，需外加碳源才能达到理想的脱氮效果。外加碳源可采用甲醇，它被分解后产生二氧化碳和水，不会留下任何难以分解的中间产物。由于城市污水水量大，外加甲醇的费用较大，有些污水厂将淀粉厂、制糖厂、酿造厂等排出的高浓度有机废水作为外加碳源，取得了良好效果。当五日生化需氧量与总凯氏氮之比为4或略小于4时，可不设初次沉淀池或缩短污水在初次沉淀池中的停留时间，以增大进生物反应池污水中五日生化需氧量与氮的比值。 2、生物除磷由吸磷和放磷两个过程组成，积磷菌在厌氧放磷时，伴随着溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存。若放磷时无溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存，则积磷菌在进入好氧环境中并不吸磷，此类放磷为无效放磷。生物脱氮和除磷都需有机碳，在有机碳不足，尤其是溶解性可快速生物降解的有机碳不足时，反硝化菌与积磷菌争夺碳源，会竞争性地抑制放磷。 污水的五日生化需氧量与总磷之比是影响除磷效果的重要因素
之一。若比值过低，积磷菌在厌氧池放磷时释放的能量不能很好地被用来吸收和贮藏溶解性有机物，影响该类细菌在好氧池的吸磷，从而使出水磷浓度升高。广州地区的一些污水厂，在五日生化需氧量与总磷之比为17及以上时，取得了良好的除磷效果。 3、若五日生化需氧量与总凯氏氮之比小于4，难以完全脱氮而导致系统中存在一定的硝态氮的残余量，这样即使污水中五日生化需氧量与总磷之比大于17，其生物除磷的效果也将受到影响。 4、一般地说，积磷菌、反硝化菌和硝化细菌生长的最佳pH在中性或弱碱性，当pH偏离最佳值时，反应速度逐渐下降，碱度起着缓冲作用。污水厂生产实践表明，为使好氧池的pH维持在中性附近，池中剩余总碱度宜大于70mg/L。每克氨氮氧化成硝态氮需消耗7.14g 碱度，大大消耗了混合液的碱度。反硝化时，还原1g硝态氮成氮气，理论上可回收3.57g碱度，此外，去除1g五日生化需氧量可以产生0.3g碱度。出水剩余总碱度可按下式计算，剩余总碱度=进水总碱度+0.3×五日生化需氧量去除量+3×反硝化脱氮量-7.14×硝化氮量，式中3为美国EPA推荐的还原1g硝态氮可回收3g碱度。当进水碱度较小，硝化消耗碱度后，好氧池剩余碱度小于70mg/L，可增加缺氧池容积，以增加回收碱度量。在要求硝化的氨氮量较多时，可布置成多段缺氧/好氧形式。在该形式下，第一个好氧池仅氧化部分氨氮，消耗部分碱度，经第二个缺氧池回收碱度后再进入第二个好氧池消耗部分碱度，这样可减少对进水碱度的需要量。 2、生物脱氮的经验值
第16章 氮磷砷习题解答
第十六章氮磷砷 16-2 答：?1? 将含有少量NO2的NO气体通入热水中3NO2+H2O=2HNO3+NO 这样就可除去其中的气体。将N2O和少量的NO气体通入水中。就可除去其中少量的NO。 ?2?将含有少量NH3的N2气体通入水中。就可除去NH3，将含有少量H2O 的NH3通入CaCl2中，就可除去其中少量的H2O。 16-3 答：?1? NH3+H2O =NH4++OH--在H+传递过程中。NH3得H+，而H2O 失H+，所以H2O和质子（H+）之间的键能小于NH3和质子（H+）之间的键能。?2? CH3COOH=CH3COO-+ H+ 在水溶液中：存在H2O= H++OH- 在液氨中：存在NH3 =NH4++NH2-而氨比H2O对H+的键能大，因此在液氨中C H3COOH的电离也大，[H+]较大，酸性较强。 16-4答：NH3是所有气态氢化物中唯一显碱性的物质，按N—P—AS 顺序，其气态氢化物的碱性依次减弱，酸性依次增强，故碱性NH3>PH3>ASH3,而同一种元素的氢化物,化合价越低,碱性越强,故NH3>N2H4>NH2OH ,综上可知碱性顺序为NH3>N2H4>NH3OH(碱性)>PH3(酸性)>AsH3 (酸性) 16-6答：(1) 在N3ˉ离子中,两个N-N 键有相等的键长,而在NH3中两个N-N 键长却不相等,根据VSEPR理论可知,N3ˉ离子为直线型结构,故两个N-N键的键长相等. (2) 从NO+，NO到NOˉ的键长逐渐增大.根据实验测定NO+的BO=3;NO的BO=2.5; NOˉ的BO=2,键能越来越小,故键长逐渐增大. (3)NO2+,NO2 ,NO2ˉ键角(∠ONO)依次为180°,134.3°,115.4°.根据VSEPR理论可知, NO2+的分子构型为直线型,故其分子内∠ONO为180°, NO2的分子构型为角型,分子内有一个孤电子存在,单电子对∠ONO的影响小于N-O键的影响,故∠ONO 的键角比SP2杂化的120°大一点,故为134.3°; NO2ˉ的分子构型也为角型,但分子内有两个孤电子,其对∠ONO的影响大于N-O键的影响,故∠ONO的键角比SP2杂化的120°小一点,这与实测的115.4°的很好. (4) NH3, PH3, ASH3分子的键角依次为107°,93.08°,91.8°,逐渐减小,根据VSEPR 中同族元素形成同类型化合物时的斥力顺序4,处于中心原子的全充满价层里的键和电子之间的斥力大于处在中心原子未充满价层里的键和电子之间的斥力,且N—P—AS的顺序原子半径递增故本应同为三角锥形分子的NH3, PH3, AsH3的键角依次减小. 16-8 解：HCl与NH3按1:1反应生成NH4Cl,未反应的HCl的物质的量n(HCL)=0.05000×0.1050-0.01169×0.1022mol=0.00406mol,即氮肥中的N 元素的物质的量n(N )=0.00406mol 故N﹪= n(N ) ×14／0.2471×100﹪=0.00406×14／0.2471×100﹪=22.976﹪ 16-9答:P元素的原子具有空的3d 轨道,PF3分子为SP3杂化,故PF3可与过渡金属以SP3d2或d2sp3等杂化类型形成配位键,故PF3可以作为配位;而NF3中N原子上的一对孤对电子偏向F一侧,故NF3几乎不能作为配体来使用. PF3由于有空的3d 轨道,且电负性比N的小,使PF3的P原子上的一对3S 电子易与过渡金属形成配
10种水生植物的氮磷吸收和水质净化能力比较研究_金树权
农业环境科学学报2010,29(8):1571-1575Journal of Agro-Environment Science 摘 要：选取10种水生植物水罂粟、黄花水龙、大聚藻、香菇草、水芹、大薸、凤眼莲、美人蕉、黄菖蒲和鸢尾等为研究对象，于2009 年2月中旬至6月中旬在室内静水条件下对其吸收氮、磷和净化水质的能力进行了比较研究。结果表明：（1）不同水生植物的净增 生物量差异较大，变化范围为109.9~1511.1g ·m -2，其中香菇草净增生物量最高，是黄花水龙（最低）的13.7倍；（2）不同水生植物的氮、 磷含量差异较小，其氮、磷量变化范围分别为13.67~26.38mg ·g -1和1.16~3.50mg ·g -1；（3）不同水生植物的水质净化能力差异较大， 10种水生植物的水质氮、磷去除率范围分别为36.3%~91.8%和23.2%~94.0%，10种水生植物的氮、磷吸收贡献率分别占水质氮、磷去除率的46.3%~77.0%和54.3%~92.7%。水体氮、磷去除率与水生植物净增生物量存在较高相关性，而与植株氮、磷含量不存在相关性，因而氮、磷吸收量而不是植株氮、磷含量应作为水生植物筛选的一个重要指标。关键词：水生植物；氮、磷吸收；水质净化中图分类号： X173文献标志码： A 文章编号： 1672-2043(2010)08-1571-0510种水生植物的氮磷吸收和水质净化能力比较研究 金树权1，周金波1，朱晓丽2，姚永如3，蔡国成3，陈若霞1 （1.浙江省宁波市农业科学研究院生态环境研究所，浙江宁波315040；2.宁波市农村水利管理处，浙江宁波315000；3.宁波市鄞州区下应街道农办，浙江宁波315100）Comparison of Nitrogen and Phosphorus Uptake and Water Purification Ability of Ten Aquatic Macrophytes JIN Shu-quan 1,ZHOU Jin-bo 1,ZHU Xiao-li 2,YAO Yong-ru 3,CAI Guo-cheng 3,CHEN Ruo-xia 1 （1.Ecology and Environment Institute,Ningbo Academy of Agricultural Science,Ningbo 315040,China;2.Ningbo Rural Water Management Division,Ningbo 315000,China;3.Agriculture Office of Xiaying Street,Yinzhou Distract,Ningbo City,Ningbo 315100,China ） Abstract ：Ten aquatic macrophytes uptake of nitrogen （N ）and phosphorus （P ）and their water purification capacity were investigated in hy －drostatic conditions from middle February 2009to middle June 2009,including Hydrocleys nymphoides,Jussiaea repens,Myriophyllum aquaticum,Hydrocotyle vulgaris,Oenanthe javanica,Pistia stratiotes,Eichhornia crassipes,Canna indica,Iris pseudacorus,Iris tectorum .Results showed that （1） the net accumulated biomass strongly changed from 109.9g ·m -2to 1511.1g ·m -2among different aquatic macro －phytes,with the highest biomass of Hydrocotyle vulgaris and the lowest of Jussiaea repens;（2）there was little difference in N and P concen －tration among different aquatic macrophytes,with the range of N and P contents 13.67~26.38mg ·g -1and 1.16~3.50mg ·g -1,respectively;（3）there was greater difference in the water purification ability among thsee ten aquatic macrophytes,with the range of N and P removal efficien －cy 36.3%~91.8%and 23.2%~94.0%,respectively.The uptake of N and P and their accumulation in macrophytes were the main mechanism for the water purification,which accounted for 46.3%~77.0%and 54.3%~92.7%of the nitrogen and phosphorus removal efficiency.N and P removal efficiency in water body was significantly correlated with plant net accumulated biomass,but not with N and P concentration in macrophytes,thus N and P absorption instend of N and P concentration should be an important index for aquatic macrophytes choosing.Keywords ：aquatic macrophyte ；nitogen and phosphorus uptake ；water purification 收稿日期：2010－02－01基金项目：宁波市重大科技攻关择优委托项目（2008C50019）；宁波市 鄞州区科技攻关项目（鄞科2009－99）；宁波市科技局一般攻关项目（2010C10009） 作者简介：金树权（1981—），男，浙江嵊州人，博士，主要从事农村生态 环境研究。E－mail ： jinshuq＠126．com 通讯作者：陈若霞E－mail ： crx900＠163．com 水体富营养化是我国江河、湖泊、水库等地表水体的重要水环境问题之一，而水体中过高的氮、磷浓度是引起水体富营养化的主要原因[1-3]。控制和修复富营养化水体的生态工程有很多，如人工湿地[4-6]、植物 缓冲带[7-8]、生态浮（床）岛[9-10]等，在这些生态工程中水 生植物是不可缺少的一部分。水生植物不但能直接吸收水体中的营养物质，而且能输送氧气到根区为微生物的生长、繁殖和污染物降解创造适宜条件[11]。不同的水生植物具有不同的生长特性和氮、磷吸收能力，这就使得不同水生植物的水质净化能力存在较大的差异。目前大部分研究侧重于人工湿地系统、植物浮床系统的水质净化能力分析和系统中水生植物的氮、 磷吸收能力研究[4-5，10] ，在室内控制条件下也有一定的 相关研究[10， 12]，但是很少有在室内控制条件下同时比
传统活性污泥脱氮除磷限度
传统活性污泥工艺运行方式的改进 来源：中国论文下载中心更新时间：08-9-1 14:29 作者: 黄甦刘瑾 1 传统工艺低负荷运行除磷脱氮的限度 由于传统工艺运行的污水厂没有深度净化功能，也没有更多资金新建大规模污水处理厂，因此对老厂原工艺进行改进，使其成为AO或连续流间隙曝气工艺是十分必要的。 常规的活性污泥法采用的污泥负荷为0.2～0.3kgBOD5/(kgMLSS·d)，曝气池活性污泥浓度控制在2～3g/L之间，泥龄维持在4～5d以内。由于泥龄短，活性污泥中硝化菌的增殖速率小于其随剩余污泥排出的速率，因而常规活性污泥法在满负荷的条件下，氨氮去除率低，一般仅为20%～30%。 为使按常规法设计的污水厂获得满意的硝化效果，必须减小污泥负荷，提高污泥泥龄。在不增加曝气池容积的前提下，可采用的办法就是提高曝气池污泥浓度。为了达到这一目标，要保证做到以下两点：一是活性污泥具有良好的沉降性能；二是曝气系统具有足够的供氧能力。 为了改善污泥的沉降性能，可采用超越初沉池的办法，这样进水中悬浮颗粒可能成为细菌絮凝的核心。某污水处理厂采用超越初沉池的低负荷活性污泥法，严格控制曝气池溶解氧(前段1.1mg/L，中段1.6mg/L，后段2.8mg/L)，运行结果表明，BOD5的去除很好，出水平均值＜10mg/L，去除率达95.4%；NH3-N硝化相当完全，出水为0.1mg/L，硝化率为99.6%；氮磷的去除情况见表1。 超越初沉池，提高曝气池污泥浓度的运行结果表明，硝化的效果相当好，氨氮去除率达99%，但出水的总氮在20mg/L以上，去除效果还不是很理想。 某污水厂设计处理能力27 000 m3/d，实际水量为15 000m3/d，进水中很大部分为工业废水。超越初沉池低负荷活性污泥法运行数据表明，在平均水温为26.6 ℃，MLSS为4.98 g/L，SVI为50.5 mL/g时，COD、BOD5的去除率达90%以上，出水NH3-N为3.0mg/L，
污水处理中的脱氮除磷工艺
污水处理中的脱氮除磷工艺 摘要：在陈述城市污水生物脱氮除磷机理的基础下，简单分析生物脱氮除磷的处理工艺。 关键词：脱氮除磷；机理；工艺 1 前言 城市污水中的氮、磷主要来自生活污水和部分工业废水。氮、磷的主要危害:一是使受纳水体富营养化;二是影响水源水质, 增加给水处理成本;三是对人和生物产生毒害。上述 危害严重制约了城市水环境正常功能的发挥, 并使城市缺水状况加剧，而且随着人民生 活水体的提高和环境的恶化，对水质的要求也越来越高。为了达到较好的脱氮除磷效果，环境工作者对一些传统工艺进行了改进或设计出新工艺，本文简单介绍一些脱氮除磷工艺。 2 生物脱氮原理【1】 一般来说, 生物脱氮过程可分为三步: 第一步是氨化作用, 即水中的有机氮在氨化细菌的作用下转化成氨氮。在普通活性污泥法中, 氨化作用进行得很快, 无需采取特殊的措施。第二步是硝化作用, 即在供氧充足的条件下, 水中的氨氮首先在亚硝酸菌的作用下被氧化成亚硝酸盐, 然后再在硝酸菌的作用下进一步氧化成硝酸盐。为防止生长缓慢的亚硝酸细菌和硝酸细菌从活性污泥系统中流失, 要求很长的污泥龄。第三步是反硝化作用, 即硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成氮气。这一步速率也比较快, 但由于反硝化细菌是兼性厌氧菌, 只有在缺氧或厌氧条件下才能进行反硝化, 因此需要为其创造一个缺氧或厌氧的环境( 好氧池的混合液回流到缺氧池) 。反应方程式如下: ( 1) 硝化反应: 硝化反应总反应式为: ( 2) 反硝化反应:
另外, 由荷兰Delft 大学Kluyver 生物技术实验室试验确认了一种新途径, 称为厌氧氨( 氮) 氧化。即在厌氧条件下,以亚硝酸盐作为电子受体,由自养菌直接将氨转化为氮, 因而不必额外投加有机底物。反应式为:NH4+NO2→N2+2H2O 3 生物除磷原理【1】 所谓生物除磷, 是利用聚磷菌一类的微生物, 在厌氧条件下释放磷。而在好氧条件下, 能够过量地从外部环境摄取磷, 在数量上超过其生理需要, 并将磷以聚合的形态储藏在菌体内, 形成高磷污泥排出系统, 达到从污水中除磷的效果。 生物除磷过程可分为3 个阶段,即细菌的压抑放磷、过渡积累和奢量吸收。首先将活性污泥处于短时间的厌氧状态时,储磷菌把储存的聚磷酸盐进行分解,提供能量,并大量吸收污水中的BOD、释放磷( 聚磷酸盐水解为正磷酸盐) ,使污水中BOD 下降,磷含量升高。然后在好氧阶段,微生物利用被氧化分解所获得的能量,大量吸收在厌氧阶段释放的磷和原污水中的磷,完成磷的过渡积累和最后的奢量吸收,在细胞体内合成聚磷酸盐而储存起来,从而达到去除BOD 和磷的目的。反应方程式如下: ( 1) 聚磷菌摄取磷: ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O ( 2) 聚磷菌的放磷: ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量 4.脱氮除磷工艺 4.1 AB法【2】 AB法污水处理工艺是一种新型两段生物处理工艺，是吸附生物降解法的简称。该工艺将高负荷法和两段活性污泥法充分结合起来，不设初沉池，A、B两段严格分开，形成各自的特征菌群，这样既充分利用了上述两种工艺的优点，同时也克服了两者的缺点。所以
如何净化猪场养殖污水中的氮磷
如何净化猪场养殖污水中的氮磷 1 引言 养殖污水和液态排泄物是集约化畜禽养殖场污染物无害化处理的难点.目前，规模化畜禽养殖场的污水通常采用沼气池厌氧发酵进行处理，但产生的数量巨大的沼液中仍然含有高浓度的氮磷等营养盐.随着农村城镇化进程的推进，消纳沼液的耕地日渐不足，产生的沼液直排到水体中，将会导致自然水体严重富营养化.如何净化沼液越来越成为规模化畜禽养殖场可持续发展的制约因素. 微藻属于光合自养型生物，在自然界广泛分布，能有效吸收利用水体中的氮磷等营养物质，很早就被人们用以处理污水、净化环境.同时，微藻也是十分重要的生物资源，微藻细胞营养丰富，含多种生理活性物质，某些微藻在特定的培养条件下能选择性地蓄积高附加值的产品.利用微藻生产生物柴油或单细胞饲料蛋白源是当前微藻开发利用的热点.若能利用养殖场污水培养产油微藻，既可以利用微藻净化污水，还能为微藻生物柴油的生产提供资源，一举两得. 因此，本文选择了15株淡水微藻，在实验室条件下考察其在猪场养殖污水中的生长性能及其对污水中氮磷的去除效果，并检测利用猪场养殖污水培养的各株微藻的细胞蛋白含量和脂肪酸组成，以期为猪场养殖污水的无害化高效净化处理筛选出合适的藻株. 2 材料与方法 2.1 试验材料 2.1.1 猪场养殖污水 猪场养殖污水取自浙江嘉兴余新镇敦好农牧有限公司的养猪场.养殖污水经过厌氧发酵及露天氧化塘沉淀处理后，用于本试验.试验用污水的水质状况如表 1所示. 表1 试验用猪场养殖污水的水质状况 2.1.2 试验藻株 试验用15个藻株均取自上海海洋大学生物饵料研究室微藻种库，分别为纤维藻(Ankistrodesmus sp.)SHOU-F1、椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea)SHOU-F3、单生卵囊藻(Oocystis solitaria)SHOU-F5、多棘栅藻(Scenedesmus spinosus)SHOU-F7、多棘栅藻(S. spinosus)SHOU-F8、肥壮蹄形藻(Kirchneriella obesa)SHOU-F9、斜生栅藻(S. obliquus)SHOU-F17、淡水小球藻(Chlorella sp.)SHOU-F19、椭圆小球藻 (Ch.ellipsoidea)SHOU-F20、斜生栅藻(S.obliquus)SHOU-F21、四球藻(Tetrachlorella alternans)SHOU-F24、镰形纤维藻(A.falcatus)SHOU-F26、小球藻(Chlorella
污水脱氮除磷机理
污水脱氮除磷机理 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
浅谈生活污水脱氮除磷研究 摘要：介绍了污水中氮磷的来源和危害，污水脱氮除磷的机理以及几种常用的生活污水脱氮除磷工艺，分析了其优缺点，并介绍了相关污水脱氮除磷的研究。 关键词：生活污水脱氮除磷 1 前言 氮和磷是生物重要营养源。随着人口的持续增长和人们生活水平的不断提高，生活污水人均排放量持续增加，加之洗涤剂的普遍使用，以及二级生化处理城市污水出水中氮磷含量较高，排入水体后使受纳水体中氮、磷含量增加，蓝、绿藻大量繁殖，水体缺氧并产生毒素，水质恶化。我国淮河流域、太湖、巢湖、滇池等水体富营养化严重，近海岸每年发生的十多起大面积的赤潮，严重影响水生生物和人体健康。 大量氮、磷化合物进入水体后加速水体的富营养化进程，降低了水体的经济价值和美学价值，破坏水体生态环境，影响供水水质等；消耗水体中的溶解氧，不利于水体质量的改善以及鱼类的生存；降低氯的消毒效率，大大增加氯的消耗量，同时对人类的健康存在着潜在的危害。 因此，解决氮磷污染问题对解决我国水环境污染问题具有重大意义。 2 污水脱氮除磷机理 污水中氮的存在形式主要有氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，可通过物理法、化学法和生物法去除。常用的物化方法有氨吹脱法、化学沉淀法、折点加氯法、选择性离子交换法和催化氧化法。污水中磷的存在形态主要是磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷，其去除方法主要有混凝沉淀法、结晶法和生物法。由于生物脱氮除磷被公认为是一种经济、有效和最有发展前途的方法，且生活污水的可生化性好，因此，目前污水脱氮除磷大多采用生物法。 生物脱氮机理 污水生物处理脱氮过程主要是氮的转化，即同化、氨化、硝化和反硝化。 （1）同化作用在生物处理过程中，污水中的一部分氮（氨氮或有机氮）被同化成微生物细胞的组成成分。同化作用的氨氮去除率一般为8%～20%。