城市污水的生物处理过程是一个包含物质变化和能量转化两个方面的综合过程,存在大量的化学动力学、生化化学和热力学现象,具有热力学研究对象的基本特点。建立与传统动力学指标相类似的热力学指标是构造废水生物处理热力学分析方法体系的重要步骤。污水污染物热值是基本的热力学指标,它能从宏观上反映废水生物处理系统各层次单元中污水污泥的含能水平,以及整个系统能量的构成,对其开展研究是废水生物处理热力学分析的基础工作。本文将对城市污水处理厂污水污泥的能值测定方法进行研究,探索污水污泥热值测定的技术途径,确立污水污染物能值指标使用的计算和仪器分析方法,建立类似能值指标与常规水质指标的对应关系。研究成果将成为废水处理热力学研究的关键方法论基础。本研究的主要内容和成果如下:①通过对各种试验研究方法的对比,选择出了适合污水污泥样品前处理的方法、燃烧热测定方法和元素分析方法。样品的前处理:通过对烘干温度和时间的比较,能够快速得到污水污泥中的残渣,最佳的前处理方法是在103～105℃条件下在鼓风烘箱中烘干污水污泥的水分;燃烧热的测定:本试验研究采用的C5000型自动热量计,它具有测量模式多、自动化程度高、试验过程短等优势;元素分析方法:本试验研究采用Vario EL元素分析仪对污水污泥进行碳、氮、硫、氢、氧五种元素的计量分析,具有分析时间短、前处理简单、需要样品量少、操作简单、测量准确等优点。②采用Vario EL元素分析仪对唐家沱污水处理厂的污水污泥样品干燥基中各元素的质量百分含量进行了比较分析,结果显示:1)污泥干燥基中碳的质量含量比污水高,氧元素在污水污泥中质量含量变化不大,大致在20%～30%,氢在污水污泥中摩尔含量是所有元素中最高的,氮和硫元素在污泥中的质量和摩尔含量均较低。2)对污水污泥干燥基中挥发分和元素质量百分含量总和的比较后,发现采用传统方法不能准确地获取污水污泥中氧元素含量。3)通过对污水污泥污染物化学式的推算,发现来源不同的污水污泥中有机物的组成是有较大差异的,通式并不能代表所有类型的污水污泥的有机物含量,对要求精确计算燃烧热值来说,必须结合元素分析的结果进行计算。因此,要通过计算法获得某地污水污泥样品的燃烧热,还是需要对样品作具体的元素分析的。③对唐家沱污水处理厂以及其他污水处理厂的污水污泥样品进行了热值测定,通过对各污水处理厂污水污泥的样品按试验步骤进行3次重复测试,实验结果的标准偏差≤±0.452%,相对标准偏差≤±0.136%。通过测量,发现污水的高位热值较低,而污泥的高位热值在12kJ/g以上,接近我国右江地区褐煤的热值,具有较高的含能水平。将理论推导公式、Dulong公式和门捷列夫公式对污水污泥的计算热值与实测热值作了对比,Dulong公式的计算结果最接近实测热值。④1)分析了挥发分含量对热值的影响。污水污泥热值和挥发分之间有着较好的相关性,但挥发分与高位热值的相关性获得的计算结果与实测热值也有一定差距。碳、氢、氧三种元素的质量含量与污泥高位热值的相关性并不明显。2)采用多元线性回归法,利用热值较高的污泥作为样本,获得了污泥热值的计算公式。3)高位热值与COD_Cr有较好的相关性,可推导得出COD与高位热值的对应关系为HHV=11.6kJ/gCOD,并与前人的理论统计结果HHV=13.91kJ/gCOD进行了对比,发现实际测量结果略低于理论计算结果。4)从对唐家沱污水处理厂污水污泥中污染物能量的分析可看出,在不考虑其它能量输入污水生物处理系统的情况下,进入污水处理厂的污染物总化学能大约为1.08×10⁹kJ,出水中化学能约为输入总能量的2.9%,脱水污泥中的化学能约占21%,剩余的66%的能量可能是在污水的生物处理过程中以功和热的形式散失掉了。