普考申論題
105年
[環境檢驗] 環境化學概要
第 二 題
📖 題組:
水中氨氮(NH3-N)可利用折點加氯法或氣提法進行去除,有一廢水的 pH 值為 7.5,同時含有 50 mg/L 的氨氮,請回答下列問題:
水中氨氮(NH3-N)可利用折點加氯法或氣提法進行去除,有一廢水的 pH 值為 7.5,同時含有 50 mg/L 的氨氮,請回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 3 小題
小題 (二)
利用折點加氯法欲達到 90%去除效率時,每公升廢水中需加入多少氯氣?(5 分)
思路引導 VIP
看到折點加氯法,應立即寫出其氧化還原總反應式:2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl。透過方程式找出氨氮(以 N 計)與氯氣(Cl2)的莫耳數比(2:3),計算出實際需去除的氨氮質量後,利用化學計量與分子量換算即可求得所需氯氣質量。
小題 (一)
請寫出此二種氨氮處理技術的反應式。(5 分)
思路引導 VIP
解答本題需掌握兩種處理技術背後的核心化學原理:折點加氯法為『氧化還原反應』,利用次氯酸將氨氮氧化為氮氣;氣提法為『酸鹼平衡與相轉移』,需先加鹼將銨根離子轉換為分子態氨再脫附。作答時除了列出核心反應式外,精確標註物質狀態(如 aq, g)能充分展現對環境化學原理的掌握。
小題 (三)
欲利用氣提法達到相同的去除效率,需將水體的 pH 值提升至多少?(銨離子(NH4+)的酸解離常數(pKa)值為 9.3)(5 分)
思路引導 VIP
考生看到此題應首先聯想到『氣提法(Air stripping)』的原理,即必須在鹼性條件下將水中的銨根離子(NH4+)轉化為氣態的游離氨(NH3)才能被吹出。接著使用 Henderson-Hasselbalch 方程式,因前一子題為『完全去除』(100%),需論述理論上 100% 轉換需要無限大的 pH 值,並以實務上 99% 或 99.9% 的去除率代入公式計算所需的 pH 區間。