民國110年 高考三級 環境檢驗 環境化學與環境微生物學
第5題
氮系元素如排入承受水體，將導致河川溶氧下降或者水庫優養化，試論 述一般水資源回收中心利用微生物除氮之機制及其參與之二類微生物 屬名。（25 分）
題目
氮系元素如排入承受水體，將導致河川溶氧下降或者水庫優養化，試論 述一般水資源回收中心利用微生物除氮之機制及其參與之二類微生物 屬名。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、氮在水體中以有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮等形式存在。排入河川將消耗溶氧（硝化需氧約 4.57 g O2/g N），排入水庫則與磷同為優養化（eutrophication）之限制因子。水資源回收中心之生物除氮，主要經硝化（nitrification）與脫硝（denitrification）兩階段，另有厭氧氨氧化等新興途徑。
- 二、第一類為自營硝化菌（autotrophic nitrifier），化學自營、好氧。氨氧化菌（ammonia-oxidizing bacteria, AOB）如 Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus，反應為 NH4+ + 1.5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O；亞硝酸氧化菌（nitrite-oxidizing bacteria, NOB）如 Nitrobacter、Nitrospira，反應為 NO2- + 0.5 O2 → NO3-。
- 三、第二類為異營脫硝菌（heterotrophic denitrifier），於缺氧（anoxic）下以有機碳為電子供體，經 NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 逐步還原。代表菌屬包括 Pseudomonas、Paracoccus、Alcaligenes、Bacillus、Achromobacter，多為兼性厭氧菌（facultative anaerobe）。
- 四、另有厭氧氨氧化菌（anaerobic ammonium-oxidizing bacteria, anammox）如 Brocadia、Kuenenia、Scalindua，於缺氧下進行 NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O，自營且無需有機碳；異營硝化菌如 Arthrobacter、Alcaligenes 亦可同時進行硝化與脫硝，均為近年節能除氮之重要菌群。
- 五、程序工具上常用 A/O、A2/O、改良 Ludzack-Ettinger（MLE）、Bardenpho、SBR、氧化溝等，藉控制好氧／缺氧區容積比、污泥齡（SRT）、溶氧（好氧區 1.5～2.5 mg/L、缺氧區 <0.5 mg/L）、碳氮比（BOD/TKN 宜 >4～5）、鹼度（每克氨氮硝化耗約 7.14 g 鹼度）與迴流比達成總氮去除。新興之部分硝化／厭氧氨氧化（PN/A）可節省碳源與曝氣，惟受溫度與自由氨抑制所限。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。