基于熱力學(xué)熵增的污水回用效果評價(jià).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(jià)指標(biāo)多為定性評價(jià)或半定性評價(jià)指標(biāo)，因此缺少對水環(huán)境中污染物影響評價(jià)的定量分析方法。根據(jù)熱力學(xué)定律可以計(jì)算出城市污水中污染物對水環(huán)境造成的熱力學(xué)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(xué)影響減小?？梢詫崃W(xué)熵作為水環(huán)境影響定量評價(jià)的綜合指標(biāo)。城市污水中的熵增主要由水量和水質(zhì)兩個(gè)方面導(dǎo)致。其水量導(dǎo)致的熵增主要是由于溫度差導(dǎo)致的，水質(zhì)導(dǎo)致的熵增主要是由污染物降解作用導(dǎo)致的。根據(jù)污水中的主

2、要污染物：有機(jī)物、氮和磷在水環(huán)境中的不同生化反應(yīng)電子當(dāng)量方程，可以計(jì)算出污染物生化反應(yīng)過程中的熱力學(xué)焓變，進(jìn)而得到污染物生化降解過程中對水環(huán)境造成的對應(yīng)的熱力學(xué)熵增。主要結(jié)論如下：
　?。?）城市水循環(huán)過程中的熵增主要是有水量和水質(zhì)兩個(gè)方面導(dǎo)致的。對于水量的干擾所導(dǎo)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(jì)算公式。
　?。?）根據(jù)到14種常見有機(jī)物的好氧培養(yǎng)的生物質(zhì)產(chǎn)率系數(shù)計(jì)算出對應(yīng)的生化

3、反應(yīng)方程式，并得到當(dāng)量BOD和反應(yīng)焓變ΔH。發(fā)現(xiàn)BOD和ΔH之間存在線性關(guān)系：??H=13.66?BOD(R2=0.915)。由于有機(jī)物生化反應(yīng)焓變可以用來表示水環(huán)境熱力學(xué)系統(tǒng)的能量變化，因此可以得到水環(huán)境中的有機(jī)物生化降解所導(dǎo)致的熵增（?SC）計(jì)算公式。
　?。?）水環(huán)境中無機(jī)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?dú)?，得到氨氮生化去除對水環(huán)境造成的熵增（?SNH4+

4、）計(jì)算公式。反硝化過程需要碳源有機(jī)物，通過對12種有機(jī)物的反硝化反應(yīng)方程，得到平均反應(yīng)焓變和消耗有機(jī)物量。去除反硝化過程中有機(jī)物對應(yīng)的熵增，得到反硝化過程對水環(huán)境造成的熵增（?SNO3?）計(jì)算公式。
　?。?）磷元素對水環(huán)境的影響主要是藻類過量繁殖，導(dǎo)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(zhuǎn)移效率ε=0.2~0.4得到藻類生物質(zhì)（C106H181O45N15P）氧化分