基于熱力學熵增的污水回用效果評價.pdf

1、城市污水排放會對水環(huán)境造成影響，現(xiàn)有污染物評價指標多為定性評價或半定性評價指標，因此缺少對水環(huán)境中污染物影響評價的定量分析方法。根據(jù)熱力學定律可以計算出城市污水中污染物對水環(huán)境造成的熱力學熵增。污水熵增減小，則表明污水對水環(huán)境系統(tǒng)的熱力學影響減小?？梢詫崃W熵作為水環(huán)境影響定量評價的綜合指標。城市污水中的熵增主要由水量和水質兩個方面導致。其水量導致的熵增主要是由于溫度差導致的，水質導致的熵增主要是由污染物降解作用導致的。根據(jù)污水中的主

2、要污染物：有機物、氮和磷在水環(huán)境中的不同生化反應電子當量方程，可以計算出污染物生化反應過程中的熱力學焓變，進而得到污染物生化降解過程中對水環(huán)境造成的對應的熱力學熵增。主要結論如下：
　　（1）城市水循環(huán)過程中的熵增主要是有水量和水質兩個方面導致的。對于水量的干擾所導致的熵增主要考慮取水和排水過程中水溫變化所引起的，并得到水量的熵增（?S1）計算公式。
　　（2）根據(jù)到14種常見有機物的好氧培養(yǎng)的生物質產(chǎn)率系數(shù)計算出對應的生化

3、反應方程式，并得到當量BOD和反應焓變ΔH。發(fā)現(xiàn)BOD和ΔH之間存在線性關系：??H=13.66?BOD(R2=0.915)。由于有機物生化反應焓變可以用來表示水環(huán)境熱力學系統(tǒng)的能量變化，因此可以得到水環(huán)境中的有機物生化降解所導致的熵增（?SC）計算公式。
　?。?）水環(huán)境中無機氮主要為氨氮（NH4+-N）和硝態(tài)氮（NO3--N）。氨氮先被硝化作用生成硝態(tài)氮再通過反硝化作用生成氮氣，得到氨氮生化去除對水環(huán)境造成的熵增（?SNH4+

4、）計算公式。反硝化過程需要碳源有機物，通過對12種有機物的反硝化反應方程，得到平均反應焓變和消耗有機物量。去除反硝化過程中有機物對應的熵增，得到反硝化過程對水環(huán)境造成的熵增（?SNO3?）計算公式。
　?。?）磷元素對水環(huán)境的影響主要是藻類過量繁殖，導致富營養(yǎng)化。磷元素被藻類植物吸收后，藻類植物被好氧微生物氧化分解對水環(huán)境造成熵增。根據(jù)好氧微生物的能量轉移效率ε=0.2~0.4得到藻類生物質（C106H181O45N15P）氧化分