脱氮中的化学反应
在生化脱氮(BNR)过程中，需要两个步骤:将氮氧化为硝酸盐，随后将硝酸盐还原为气态氮(N2)。氧化过程是由亚硝化单胞菌并通过硝化菌属，如前所述。还原步骤是由正常异养细菌介导的。我们现在将讨论涉及这些氧化和还原的化学反应。
15.6.1硝化作用:亚硝基单胞菌阶段
由表15.2可知，亚硝基单胞菌介导的广义供体反应、受体反应和合成反应分别为以下半细胞反应:
1 NH+ + 1 H2O - 1 NO- + 4 H+ + e~给体反应(15.13)
6 3 6 3
1-O2 + H +e - H2O受体反应(15.14)
- 20 C5H7NO2 + - H2O合成反应(15.15)
表中显示了供体反应的三种可能性:生活废水、亚硝酸盐和氨。
注:氨和铵是可互换的，因为一个可以转化成另一个。
我们在硝化氨，所以铵是供体。该表还显示了电子受体的其他可能性。因为硝化作用是需氧的，所以氧是受体。最后，合成反应有两种可能:一种使用氨，另一种使用硝酸盐。在这两种可能的物种中，生物更喜欢铵离子到硝酸根离子．只有当铵离子被消耗掉时，硝酸盐才能用于合成。
如果只是不加修改地加入前面的方程，电子将继续在溶液中自由漫游;这是不可能的。在实际反应中，必须修改前面的方程，使式(15.13)放弃的电子与式(15.14)和式(15.15)接受的电子相平衡。从1克当量的NH4-N开始，根据式(15.15)，假设将m当量的NH4-N纳入亚硝基单胞菌C5H7NO2细胞。因此，式(15.13)供体反应剩余的NH4-N当量为1 - m，等于(1 - m) [((1/20)N)/1] (1/N) = -0(1 - m)摩尔。[1/20来自公式(15.15)，用于计算等效质量NH4-N。因此，2o(1 - m)摩尔的NH4-N可用于供体反应以提供电子。由式(15.13)可得修正供体反应
T76(20>1- m) NH+ + i (20)1- m) H2O
- {Hi) 1-m) NO- + if!)(1-m) H+ + ^ 1-m)(1516)
由式(15.15)可知，NH4-N的m当量为m[((1/20)N)/1] (1/N) = -0摩尔。这样，合成反应就变成了
1/ 5 (m1/20(mJTT^- 1/20(mJXTTT+ 1 (mJTT+ 1 (m V
1/20I20J CO' + 1720 I20J HC°+ H/-2) y nh4 + ^ (20j H + 1720(2oJe
1 /20(m V TT ~ XT 9/20(m JTT”，K1”
^ 1/20 (2()J c5h7°2n +1720 (20J H2°(15.17))
从方程式。(15.16)和(15.17)，受体反应剩下的电子摩尔是
杰(J_J(我_)- JL / m j = 3-13m 1/6U-J(1米)1/20U-J 10
因此，式(15.14)中的受体反应修改为
1 (3-13mJ " 3-13mTT+ 3-13m -1 (3-13mJTT " /^-mx .
4H0-J°2 + -T0-H + 10 e ^ 2I-T0-Jh2°(15.18)
添加方程式。(15.16)、(15.17)和(15.18)生成了如下所示的亚硝基单胞菌反应的总体反应。注意，在相加之后，电子e~消失了。整个反应应该表明方程中没有电子，因为电子不能在溶液中到处游荡。它们一定是被某个原子占据了。总的反应是
15.6.2硝化:硝化菌阶段
硝化杆菌利用亚硝基单胞菌产生的亚硝酸盐作为能量。未修饰的给体、受体和合成反应如下，摘自表15.2:
2n°-+ 2h2°^ 2n°-+ H+ + e-供体反应(15.20)
4°2 + H+ + e-^ ^H2°受体反应(15.21)
^;-1-C5H7NO2 + J^O合成反应(15.22)
在方向的过程时，硝化杆菌反应紧随亚硝化单胞菌反应。由式(15.19)，由式(15.15)由原来的1当量氨氮生成1/20(1 - m)摩尔的NO2-N。这些亚硝酸盐是硝化杆菌的选择供体。式(15.20)的给体反应为
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