基于改进粒子群算法和元胞自动机的城市扩张模拟——以南京为例

为合理利用多智能体算法解决城市扩张动态模拟问题,基于地理学理论和社会学规律对粒子群算法进行有针对性的改进,提出分段式粒子群算法(SPSO),并结合元胞自动机模拟复杂时空过程的能力,构建出适用于城市扩张模拟的地理元胞自动机SPSO-CA。在SPSO-CA中我们利用多时像的土地利用数据、交通路网数据和地形数据,挖掘出1995~2000年南京城市扩张的土地转换规则。再由此规则实现1995~2008年的南京市城市扩张过程的动态模拟。最后对比SPSO-CA、PSOCA及NULL模型结果得:SPSO-CA总精度86.3%,Kappa系数为0.792,Moran’s I为0.078,PSO-CA总精度83.6%,Kappa系数为0.755,Moran’s I为0.054,NULL模型总精度81.9%,Kappa系数为0.741,真实的Moran’s I为0.072。这表明无论是总精度还是空间一致性,SPSO-CA都优于PSO-CA和NULL模型,即用SPSO-CA模拟城市扩张是可行的。     

京杭运河杭州段水体污染和细菌群落结构特征

为了解人类活动对城市河道水体污染和细菌群落的影响,选取京杭运河杭州段进行了分季节采样研究。测定了水体的环境与水质参数,分析了细菌丰度、胞外酶活性和群落结构变化。结果显示,从上游到下游,水体中高锰酸盐指数、氨氮、总氮以及细菌丰度和β-葡萄糖苷酶活性大体呈递增趋势,冬季水体总体污染水平及细菌丰度均显著高于其他季节。水体中细菌的主要种类集中在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacterioidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和蓝藻门(Cyanobacteria),所占比例分别为37.8%、24.3%、18.9%、10.8%和8.1%,属于黄杆菌(Flavobacterium)、厚壁菌(Firmicutes bacterium)和放线菌(Actinobacterium)的细菌是水体中大多数时间的优势细菌。限制性排序分析显示,水体细菌群落结构从上游到下游差异明显,高锰酸盐指数和总氮是关键影响因子。杭州市区由人类活动产生的污染物输入是京杭运河杭州段的主要污染源,水体细菌群落对水体污染物的变化有着明显的响应。     

低碳排放的生物絮凝中试系统污染物去除特性及污泥EPS变化

用中试规模生物絮凝工艺处理含化学絮凝剂的生活污水,分别研究了HRT和进水SS对生物絮凝系统污染物去除特性、剩余污泥产量、污泥特性和温室气体排放的影响。结果表明:生物絮凝系统对COD、TN和TP有较好的去除效果,且污染物去除效果受进水SS影响较大;生物絮凝系统平均污泥产量和平均有机物产量最高可达53.63 kg·d~(-1)和21.14 kg·d~(-1);污泥胞外聚合物EPS浓度和PN/PS均与有机负荷呈反比;化学絮凝剂通过影响PN/PS和EPS浓度,可间接影响污泥的沉降性能;生物絮凝系统与AAO工艺相结合,可降低50.12 g·m~(-3)温室气体的排放。因此,生物絮凝工艺可为污水处理厂节能降耗运行奠定基础,有望得到广泛应用。     

大气污染排放窗口机制研究

以2种典型的污染排放源(点污染源和线污染源)为基础,提出排污窗口的概念,通过参数转换分解源强对污染扩散进行研究。首先在高斯污染扩散模型的基础上,对非持续性污染源强建模,然后以某烟囱的周期性排污分析,检验排污窗口设置的合理性。对于单双号限行的窗口性质的污染排放研究中,首先对交通流建立线污染扩散模型,然后融合元胞自动机(9元胞互影响)模拟区域多角度污染的扩散平衡,最后对"单双号限行"下北京市不同区域空气质量指标进行分析与仿真。分析结果表明,合理的排污窗口能够减轻污染程度及对人们日常生活的影响。     

氧化石墨烯强化铜绿假单胞菌降解污染土壤多环芳烃的效果及其机制研究

微生物修复技术具有经济绿色、环境友好等特征，已成为多环芳烃(PAHs)污染土壤的主要修复手段之一。然而，针对经历长期老化的污染场地土壤，微生物修复效率偏低，生物强化技术亟待进一步提高。以PAHs高效降解菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PAE)为对象，研究了新型碳质纳米材料氧化石墨烯(GO)对PAE生长和PAHs降解的影响，探讨了GO强化PAE降解土壤PAHs的效果及其机制。结果显示：(1)50～100 mg/L GO可以显著促进PAE的生长和胞外聚合物(EPS)的分泌。(2)PAE及GO(100 mg/kg)的添加显著促进了老化土壤中PAHs的降解。(3)GO添加前期，土著微生物群落丰度下降，PAE丰度显著增加；处理后期，土壤细菌群落丰度恢复至对照组水平。适宜浓度GO的添加可以影响土壤微生物的多样性和丰度，促进PAHs的降解，然而，修复后期GO的影响力下降，土壤微生物群落呈现出“扰动—恢复”模式。研究结果有助于深入理解GO对环境微生物的效应，为PAHs污染土壤的微生物修复提供新思路。     

好氧硝化颗粒污泥的培养及其性能

为考察不同接种污泥培养好氧硝化颗粒污泥的可行性,分别采用絮状活性污泥和厌氧颗粒污泥作为接种污泥,在气升内循环序批式反应器(SBAR)中进行好氧硝化颗粒污泥的培养,探讨不同性质的种泥对好氧硝化颗粒污泥的培养及其性能影响.结果表明,以絮状活性污泥、厌氧颗粒污泥为接种污泥均可培养出好氧硝化颗粒污泥,其颗粒成熟时间分别为62和80 d,SVI为25.52和27.68 mL/g,氨氮去除率为93.15％和75.43％,COD去除率在90％以上,SOUR、Zeta和EPS显著提高,微生物活性及疏水性能增强,以絮状活性污泥培养的好氧硝化颗粒污泥性能更优.     

阳离子聚丙烯酸酯对污泥脱水性能的影响

以比阻(SRF)、过滤时间(TTF)和泥饼含水率作为评价污泥脱水性能的指标,考察2种阳离子聚丙烯酸酯CPAL-1和CPAL-2对污泥脱水性能的影响,并与阳离子絮凝剂三氯化铁(FeCl3)、聚合氯化铝(PAC)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的作用效果进行比较.还测定了Zeta电位(ZP)和滤液中胞外聚合物(EPS)含量的变化来探讨CPAL的作用机理.实验结果表明,经CPAL-1调理的污泥脱水效果优于CPAM、PAC和FeCl3,明显优于CPAL-2和CTAB.当CPAL-1的投加剂量为0.200 g/g干基时,SRF、TTF和泥饼含水率降至最低,依次为5.37 ×1011m/kg、70 s和75.73％.CPAL主要通过电中和、吸附架桥作用和溶出EPS等来改善污泥的沉降脱水性能.     

Pseudomonas sp.fz胞外分离物降解四溴双酚A

四溴双酚A(TBBPA)是全球消耗量最大的溴系阻燃剂。通过活性物质的定位、分离和TBBPA产物的分析等步骤,对Pseudomonas sp.fz胞外分离物降解TBBPA进行了研究。结果表明,存在于胞外的活性物质通过异丙基断裂和脱溴两条途径降解TBBPA。通过超滤,Sephadex G-10分离纯化得到了具有降解活性的小分子物质,分子量约为376~456 Da,初步鉴定为短肽类物质。这种小分子物质具有很好的热稳定性(30~80℃),在弱酸性条件下(2.0~5.0)活性较高,其活性还受金属离子、氧气和抑制剂(Na N3)的影响。此外,部分纯化的小分子物质在一定条件下能够产生羟基自由基(·OH)。     

活性污泥TB-EPS的絮凝特性研究:絮体的成长、破碎与再凝聚

为了解活性污泥中紧密结合胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substances,TB-EPS)的絮凝特性,采用激光粒度仪在线监测技术考察了TB-EPS与高岭土生成絮体的过程以及絮体的破碎与再凝聚规律.结果表明,TB-EPS的主要组分为蛋白质和多糖聚合物,增加TB-EPS的投加量,絮体的粒径相应增大,悬浊液的剩余浊度降低.随着絮体破碎-再凝聚次数的增加,絮体的破碎因子升高而恢复因子降低,表明TB-EPS形成的絮体的强度逐渐降低,同时再凝聚的能力也逐渐降低.TB-EPS吸附高岭土的主要作用力为氢键作用,但在絮体形成过程中多糖聚合物之间的纠缠作用和蛋白质成分之间的疏水作用也可能发挥一定的作用.絮体的破碎是侵蚀和破裂同时作用的结果.