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编辑|胖先生的水处理日记
来源|心得总结
好久前了，有位粉丝给胖哥投了篇稿子，其中涉及到了一个知识点，氨氮对微生物的抑制作用机理。说是铵根抑制，其实归根结底，还是游离氨对微生物的抑制。只因为NH3遇到H2O，本身会发生水解，产生OH⁻，让水显碱性。所以在碱度物质归类中，NH3也是当仁不让的一员大将。一是它的分子直径小，容易被微生物吸收进入细胞体内。二是它一旦进入细胞体内，就会原地水解制造OH⁻，导致细胞液的pH上升，影响细菌活性，甚至杀死它们。这个就和你吃零食时，不小心把零食包装内的干燥剂，给吃到胃里一个样，弄不好就得胃穿孔！“胖哥你就会危言耸听，区区几个NH3分子，就算吸收进细胞内，又能泛起啥浪花来？”咱就拿硝化细菌来说，它的细胞体很小，满打满算也就2微米。咱就当它是个球（其实硝化菌是杆菌），直径2微米，那么一个硝化菌的体积也就3.14×10⁻¹²m³=3.14×10⁻⁹L。咱假设硝化菌体内细胞液的原本pH=7，要想上涨到pH=9，需要消耗掉的[H+]=10⁻⁷-10⁻⁹=3×10⁻⁸mol/L。也即需要在硝化菌体内产生[OH⁻]=3×10⁻⁸mol/L。要想实现这个效果，它只需要吸收3×10⁻⁸×3.14×10⁻⁹×6.02×10⁻²³=5.67×10⁷个NH3分子就够了。看着数值挺大，但别忘了，那不是西瓜，是NH3分子！所以废水中的游离氨浓度，对包括硝化菌在内的微生物，影响都是巨大的。一般认为超过10mg/L的游离氨，系统就有点遭不住了。那么游离氨和铵根，也即HN3和HN4⁺，到底是个怎么换算关系呢？NH4⁺+OH⁻↔NH3+H2O
但这俩并非固定转化的关系，而是随着温度、pH值的变化而变化。当水的温度越高，pH越高，水中NH3的浓度就越高，NH4⁺的浓度就越低。
反之，当水中的温度越高，pH越高，则是NH4⁺浓度越高，NH3浓度越低。总之，这俩冤家对头到底是东风压到了西风，还是西风压到了东风，这个得看具体条件。c(FA)=c(NH3-N)×10∧[(pKa-pH)÷14]pKa-NH4⁺转化为NH3的酸解离常数，25℃时Ka=5.70×10⁻¹º，所以pKa=9.24。假如原水氨氮=500mg/L，pH=7，根据上述公式计算出来的c(FA)=500×10∧[(9.24-7)÷14]=722.72mg/L。c(NH3)=[c(NH3)+c(NH4⁺)]/[1+10∧(pKa-pH)]式中，c(NH3)和c(NH4⁺)分别为游离氨和离子态氨的浓度，mol/L。T为热力学温度，K，和摄氏度之间的换算关系如下：T=t+273.15。还是假设原水氨氮=500mg/L，折算成摩尔浓度=500÷14=35.71mmol/L，这个是包括c(NH3)和c(NH4⁺)的。在室温25℃、pH=7的条件下，pKa=0.09018+2729.92÷（25+273.15）=9.25。也即c(NH3)=[c(NH3)+c(NH4⁺)]/178.83。c(NH3)+c(NH4⁺)=35.71mmol/L=0.03571mol/L可以进一步算出c(NH3)和c(NH4⁺)的各自数值，如下所示。可得此时游离氨的占比，不足整体的1%，这个数值还是比较准确的。按照这个公式计算，可知在室温下，不同pH值条件时的游离氨占比结果，如下所示。（1）当pH=8时，c(NH3)占整体的5.2%。（2）当pH=9时，c(NH3)占整体的35.46%。（3）当pH=10时，c(NH3)占整体的84.75%。（4）当pH=11时，c(NH3)占整体的98.04%；“胖哥，看你这个看的头晕，算的这么细，有什么用吗？”还真有用，尤其是在Anammox工艺中！
但今天的文章篇幅不短了，这个话题一句两句也说不清，咱们还是下回分解吧！
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