地特三等申論題 106年 [環境工程] 水處理工程(包括相關法規)

第一題

📖 題組：
試回答下列有關生物硝化／脫硝程序的問題：（每小題 5 分，共 20 分）

📝 此題為申論題，共 4 小題

小題 (一)

試寫出銨（NH4+）硝化成硝酸的化學平衡式。

看到本題應立即聯想到生物硝化作用屬於好氧反應，包含「亞硝化」與「硝化」兩個階段。解題時除了直接寫出總化學平衡式外，建議分別列出兩階段的反應式，以展現觀念的完整性並確保拿滿該題分數。

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【解題思路】利用生物硝化作用的兩階段好氧氧化過程，推導出最終的總化學平衡式。【詳解】生物硝化作用（Nitrification）是將水中銨鹽（NH4+）氧化為硝酸鹽（NO3-）的過程，主要由自營性硝化細菌在好氧環境下進行，分為下列兩個階段：

將每克氮（NH4+-N）硝化成硝酸鹽氮需要幾克的氧氣？

看到這題，首先要回想生物硝化作用（包含亞硝酸菌與硝酸菌作用）的完整化學總反應式。接著利用化學反應式的計量關係，找出氮（N）與氧氣（O2）的莫耳數比例，再代入原子量求得精確的質量比值即可得出答案。

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【解題思路】寫出生物硝化作用的完整化學反應式，利用化學計量原理求出氮與氧氣的質量比。【詳解】已知：生物硝化作用包含「亞硝化」與「硝化」兩個階段。

將每克氮（NH4+-N）硝化成硝酸鹽氮消耗幾克的鹼度（以 mg CaCO3/L 表示）？

這題考查生物硝化反應的化學計量。看到此題應立刻寫出氨氮氧化為硝酸鹽的總化學反應式，找出釋放的 H+ 莫耳數，再利用當量關係換算為以 CaCO3 表示的鹼度質量。

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【解題思路】利用硝化反應的化學方程式推算氫離子（H⁺）的生成量，再將其轉換為以碳酸鈣（CaCO₃）為單位的鹼度消耗量。【詳解】已知：氨氮（NH₄⁺-N）氧化成硝酸鹽氮（NO₃⁻-N）的基礎總反應式如下：

試繪製一生物硝化/脫硝程序的流程圖並說明各槽體的功能。

作答時首選最經典的「前置脫硝程序（如 MLE 程序）」。先用方塊圖繪製進水、缺氧槽、好氧槽與沉澱池，並務必標示出「污泥迴流」與「硝化液內迴流」兩大關鍵動線，接著依序說明各單元在碳源利用與氮轉換上的核心機制。

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【破題】目前實務上最常應用之生物硝化／脫硝程序為「前置脫硝程序」（如 MLE 程序，Modified Ludzack-Ettinger Process），利用空間上的缺氧與好氧環境交替來達成脫氮目的。【論述】