元胞自动机在矿山地质灾害预测中的应用

本文根据复杂性科学理论,论证了地质灾害系统是一个复杂大系统。元胞自动机（Cellular Automata,CA）是一种重要的复杂性科学研究工具,本文阐述了元胞自动机的基本原理和方法,总结了其基本特点,认为元胞自动机在安全科学与技术领域有着广阔的应用前景,并探讨了其在滑波预测、地下水渗透、岩爆预测等几种矿山地质灾害预测中的应用。     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

复合菌同时去除苯胺与氨氮及其影响因素研究

为了实现同时去除苯胺和苯胺降解过程中释放的氨氮,选用苯胺降解菌,假单胞菌Z1(Pseudomonas sp.Z1)和异养硝化菌,不动杆菌Y1(Acinetobacter sp.Y1)进行复合研究,并以单株菌Z1作为对照考察复合菌的降解效果。结果表明,复合菌(Z1+Y1)可以有效地同时去除苯胺和苯胺在降解过程中积累的氨氮。培养48 h后,Z1的苯胺、总氮和COD去除率为99.9%、25.7%和57.2%,氨氮积累量为60 mg/L左右;而复合菌的苯胺、总氮和COD去除率则分别可以达到99.9%、80.1%和88.4%,氨氮积累量仅为5 mg/L左右,有效地同时去除了苯胺和苯胺在降解过程中积累的氨氮。对复合菌进行降解条件优化,最佳复合比例为1∶1,最适碳氮比(C/N)为16,在400~800 mg/L初始苯胺浓度条件下,复合菌都可以有效地同时去除苯胺和苯胺在降解过程中积累的氨氮。     

一株对二甲苯降解菌的筛选鉴定及其降解特性

以对二甲苯为惟—碳源和能源,从某石化废水处理厂活性污泥中筛选得到一株对二甲苯降解菌株.生理生化实验、16S rDNA基因鉴定结果表明,该菌属于假单胞杆菌属(Pseudomonas sp.).通过对降解过程的动力学分析可知,该菌对底物的降解过程符合零级动力学特征,在初始对二甲苯质量浓度为800 mg/L时,降解速率常数最大,达18.43 mg/(L·h).在降解温度为30 ℃、废水pH为7.5、摇床转速为150 r/min的条件下,将5 mL菌液投加至32 mL对二甲苯质量浓度分别为840 mg/L和830 mg/L的焦化废水和石化废水中,降解84 h后基本无对二甲苯检出.     

基于元胞自动机模型的人员疏散行为模拟

通过引入静态场、动态场及其他参数,建立了二维元胞自动机模型,并利用MATLAB编写模拟软件,可实现对人员疏散过程中的环境熟悉度、从众行为、摩擦阻碍作用、惯性行为、拥挤跌倒行为和竞争行为的模拟。通过实例仿真模拟结果表明:不同的期望速度下会出现"欲速则不达"的现象,同时出口处会产生不同程度的人员聚集;出口处障碍物相对出口纵向放置比横向放置更有利于人员疏散;在疏散环境陌生,或紧急情况下对环境判断能力降低时,适当的从众行为利于最优疏散路径信息的传递,从而有利于人员疏散,但是从众行为过于严重则易造成出口利用率降低或利用不平衡。     

软/硬质悬浮填料对MBR中EPS的影响

以聚丙烯无纺布为膜组件,向浸渍式膜生物反应器(MBR)中分别投加硬/软质悬浮填料处理人工废水.分析测定EPS、SVI、膜污染阻力及跨膜压力的变化,采用统计分析方法研究了软/硬质悬浮填料对MBR中EPS及SVI的影响;通过扫描电镜(SEM)分析,表征添加软/硬质悬浮填料膜表面的污染状况.结果表明,添加软/硬质悬浮填料膜组件表面滤饼中的溶解性EPSS和结合性EPSB与膜污染阻力的皮尔逊相关系数(rp)分别为0.929～ 0.984和0.798～0.853,EPSS与膜污染阻力之间表现出更强的相关性,EPSS对膜污染阻力的贡献大于EPSB.添加软/硬质悬浮填料MBR污泥混合液的EPS与SVI的皮尔逊系数(rp)分别为0.895和0.798,呈现明显的正相关性.SEM分析也表明,添加软质填料的膜表面污泥覆盖程度大于硬质填料的膜表面,但膜内部的污泥沉积量明显低于硬质填料.与软质悬浮填料相比,硬质悬浮填料能导致MBR污泥混合液的SVI和EPS含量增大,增加膜污染速率和不可逆膜污染阻力,软质悬浮填料具有更好的控制膜不可逆污染的效能.     

寒区水体中溶藻铜绿假单胞菌的分离和性质研究

我国北方,尤其是东北地区的一些水体由于富营养化导致的水华现象呈增加趋势,成为急需解决的水环境问题.溶藻菌可从生态调控的角度来控制水华的爆发,因此,在富营养化水体治理方面逐渐得到重视.本文从寒区水华爆发水体中分离获得了一株溶藻细菌JM1,系统发育分析表明,菌株JM1与铜绿假单胞菌的同源性最高.VITEK系统鉴定表明,菌株JM1与铜绿假单胞菌的相似度为98%.菌株JM1在不同的碳源和氮源培养基中可产生不同颜色和p H值的代谢产物,而以葡萄糖和蛋白胨分别为碳源和氮源时发酵液的溶藻效果明显好于其它培养基.菌株JM1的溶藻效果随藻细胞初始密度的降低而增强,随发酵液添加量的增加而增加;当菌体细胞的密度达到1011CFU·m L-1时,可单一抑制藻细胞的生长;当菌体细胞的密度大于105CFU·m L-1时,菌体细胞可促进发酵液的溶藻作用.发酵液作用于藻细胞6 h时可明显影响其恢复能力,当暴露时间达18 h时,藻细胞彻底丧失了恢复能力.菌株JM1发酵液在中性和偏碱性的藻液中的溶藻效果最强,并且经过酸化、碱化和高温处理后,仍然保持较高的溶藻活性.本研究可为基于微生物作用过程的水华控制提供优势的土著菌种及其应用上的技术支持.     

Pb（Ⅱ）胁迫培养下Pseudomonas putida EPS组分变化及其对铅的吸附性能

近年来,由微生物产生的胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）对重金属废水的处理技术引起了人们的关注.本研究采用Pb（Ⅱ）胁迫培养恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida,P. putida）,定向调控EPS的化学组成,增加EPS产量,并提高EPS对Pb（Ⅱ）的吸附性能.结果表明,Pb（Ⅱ）胁迫浓度为10 mg·L-1时,P. putida EPS产量最高,达到131.55 mg·g-1（以VSS计,下同）,较胁迫前增加25.35%;其中,蛋白质含量显著增加,达到87.01 mg·g-1,较胁迫前增加35.15%.在此条件下,EPS对Pb（Ⅱ）的吸附量也达到最大,为1372.95 mg·g-1.3D-EEM、FTIR结果表明,胁迫后EPS中氨基酸和蛋白质类物质及C=O、N—H、—COO—、C—N、—OH等负电性官能团增加.进一步实验结果表明,吸附实验最佳pH为6.0,吸附过程符合拟二级动力学和Freundlich等温模型.胁迫后P. putida EPS对Pb（Ⅱ）的理论吸附容量为1452.59 mg·g-1,较胁迫前提高74...     

藻-菌颗粒污泥中微生物胞外多糖特性研究

藻-菌颗粒污泥（Microalgal-bacterial granular sludge,MBGS）工艺在城市污水生物处理领域引起了越来越多的研究兴趣.胞外多糖（Polysaccharides,PS）是胞外聚合物（Extracellular polymeric substances,EPS）的重要组分,是维持颗粒稳定性的关键物质之一.研究了MBGS中PS的凝胶性能,以及松散结合的胞外聚合物（Loosely bound EPS,LB-EPS）和紧密结合的胞外聚合物（Tightly bound EPS,TB-EPS）中PS的含量、分布及单糖组成,并探究了MBGS的EPS中PS可能的微生物来源.结果表明,MBGS的PS具有凝胶性,主要分布在TB-EPS中,含量为 （40.06±2.30） mg·g^-1,其中半乳糖、葡萄糖和鼠李糖为主要单糖组分,而果糖和古罗糖醛酸未被检出.Thauera、Hydrogenophaga、Azoarcus和Acutodesmus是PS的主要微生物潜在来源.本文研究结果阐释了MBGS PS的基本特性,为MBGS工艺的稳定运行提供了理论基础.     

典型氢氧化细菌固碳特性种间差异及胞外有机物对固碳过程影响

化能自养细菌对全球CO₂固定具有重要的意义.研究了4种典型氢氧化细菌（HOB,分别是Alcaligenes hydrogenophilus DSM 2625、Pelomonas saccharophila DSM 654、Variovorax paradoxus DSM 30034和Acidovorax facilis DSM 649）的固碳特性及其种间差异性,并探究了胞外游离有机碳（EFOC）对不同种类HOB固碳效率差异性的影响.结果表明：①不同HOB自养培养过程中表观固碳量随时间呈显著差异性,其中,DSM 2625生长速度较快,其平均固碳量分别是DSM 654、DSM 649和DSM 30034的6.30、8.76和7.02倍.②不同HOB之间cbbL基因转录量与 表观固碳量的相关系数为0.980 （p<0.05）,cbbL基因转录量是造成不同菌种之间表观固碳效率差异的关键因素.③HOB细胞蛋白质含量与cbbL基因丰度和转录量之间也存在显著正相关,相关系数分别为0.999（p<0.01）和0.976（p<0.05）,即化能自养细菌CO₂同化途径所固定的有机碳进一步参与细胞蛋白质的合成,进而影响其生长速度和表观固碳效率.④HOB在自养培养过程中产生的EFOC对cbbL基因转录效率产生反馈抑制作用,且不同HOB之间,EFOC/TOC比例越低,表观固碳效率越高.