Development of machine learning based prediction models for hazardous properties of chemical mixtures

Lower flammability limit (LFL), upper flammability limit (UFL), auto-ignition temperature (AIT) and flash point (FP) are crucial hazardous properties for fire and explosion hazards assessment and consequence analysis. In this study, a comprehensive prediction model set was constructed by using expanded chemical mixture databases of chemical mixture hazardous properties. Machine learning based gradient boosting quantitative structure-property relationship (GB-QSPR) method is implemented for the first time to improve the model performance and prediction accuracy. The result shows that all developed models have significantly higher accuracy than other regular QSPR models, with the 5-fold cross-validation RMSE of LFL, UFL, AIT, and FP models being 1.06, 1.14, 1.08, and 1.17, respectively. All developed QSPR models can be used to estimate reliable chemical mixture hazardous properties and provide useful guidance in chemical mixture hazard assessment and consequence analysis.     

Measurement of air exchange rates in different indoor environments using continuous CO2 sensors

A new air exchange rate (AER) monitoring method using continuous CO₂ sensors was developed and validated through both laboratory experiments and field studies. Controlled laboratory simulation tests were conducted in a 1-m³ environmental chamber at different AERs (0.1-10.0 hr^-1). AERs were determined using the decay method based on box model assumptions. Field tests were conducted in classrooms, dormitories, meeting rooms and apartments during 2-5 weekdays using CO₂ sensors coupled with data loggers. Indoor temperature, relative humidity (RH), and CO₂ concentrations were continuously monitored while outdoor parameters combined with on-site climate conditions were recorded. Statistical results indicated that good laboratory performance was achieved: duplicate precision was within 10%, and the measured AERs were 90%-120% of the real AERs. Average AERs were 1.22, 1.37, 1.10, 1.91 and 0.73 hr^-1 in dormitories, air-conditioned classrooms, classrooms with an air circulation cooling system, reading rooms, and meeting rooms, respectively. In an elderly particulate matter exposure study, all the homes had AER values ranging from 0.29 to 3.46 hr??1 in fall, and 0.12 to 1.39 hr^-1 in winter with a median AER of 1.15.     

航空产品腐蚀损伤当量折算方法研究

阐述了航空产品在使用过程中腐蚀损伤的一般规律,综述了腐蚀损伤当量化研究的最新进展,研究了航空金属材料、工艺和结构件腐蚀损伤当量折算方法,并提出了腐蚀损伤当量折算方法的研究发展方向。     

江苏省工业废水排放及其与环境污染治理投资的耦合关系研究

研究了1990年-2007年江苏省工业废水排放与经济增长的动态关系,结果表明1990年-2007年江苏省工业废水排放量呈现在波动中略有上升的趋势,年均增长率显著低于GDP的增长速度,工业废水并未与经济同步增加;采用库兹涅茨曲线对废水排放量与人均GDP之间的关系进行拟合发现,目前江苏省人均GDP已经超过转折点水平,因此今后一段时期随着经济的发展,废水排放量呈现下降趋势,说明江苏省环境治理取得了一定的效果;同时,研究表明江苏省各县（市、市辖区）工业废水排放大多呈现下降趋势,排放量最高区集中于苏南一带,而环境治理投资全省呈现上升趋势,全省环境治理投资额增长速度较快,以苏北地区最为明显;研究还发现废水排放量与投资额的空间耦合关系日益密切,体现了江苏省对环境治理的力度在逐步加大。     

3,4-二氯苯胺与取代芳烃联合毒性的定量构效关系研究

采用细菌生长抑制实验测定了取代芳烃及其混合物对长江水中混合细菌的急性毒性,得到17种单一化合物的半数抑制浓度(IC50)及22组混合物的半数抑制浓度(IC50mix).采用毒性单位法和混合毒性指数法对联合毒性效应进行了定性评价,3,4-二氯苯胺与胺类化合物的联合效应以简单相加或部分相加作用为主,而3,4-二氯苯胺与酚类化合物的联合效应则多表现为协同作用.以化合物的辛醇/水分配系数(lgP)和分子最低空轨道能(ELUMO)为结构描述符,分别建立了单一毒性和联合毒性的定量构效关系(QSAR)模型.所得模型对极性麻醉型化合物和反应性化合物的毒性都具有较强的预测能力,不仅能预测3,4-二氯苯胺与取代芳烃不同配比的二元混合物的联合毒性,也能预测三元和四元混合物的联合毒性.     

室内环境中微生物与挥发性有机化合物相关性的初步探讨

采集室内环境空气中菌落,经培养后分别将微球菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属、曲霉属、青霉属的纯培养物转接到培养皿上,然后放入环境测试舱密闭环境中进行放大培养。分析菌落放大培养前后环境测试舱内空气中VOCs组成及其含量水平。结果表明,检测的100种挥发性有机化合物中有42种化合物在扩大培养后浓度升高,而30种化合物的浓度下降。微生物在生长代谢过程中既能分解空气中的一些毒害性有机污染物,也能产生一些毒害性有机污染物。     

基于遗传-支持向量机和遗传-径向基神经网络的有机物正辛醇-水分配系数QSPR研究

基于遗传算法(GA)的因子筛选和支持向量机(SVM)的非线性回归,提出了1种改进的有机物定量结构-性质相关(QSPR)建模方法--遗传-支持向量机(GA-SVM),并将其用于38种食品工业常用有机物正辛醇-水分配系数(Kow)的QSPR建模.结果显示,QSPR模型选取了分子量、Hansen极性、沸点、含氧率和含氢率5种参数;模型的预测值与实测值间的误差平方和(SSE)、均方差(RMSE)和决定系数(R2)分别为0.048、0,036和0.999,表明模型具有较强的预测能力;同时,交叉验证的结果(SSE=0.295,RMSE=0.089,R2=0.995)也表明,模型具有良好的稳健性,因此,GA-SVM算法适用于对有机物正辛醇-水分配系数的QSPR建模.此外,将基于GA-SVM的QSPR模型分别与基于遗传-径向基神经网络(GA-RBFNN)和基于线性算法的模型进行了比较,结果表明,应用GA-SVM建立的QSPR模型无论从稳健性还是预测能力上都优于应用其它2种算法建立的模型,因此,GA-SVM算法比GA-RBFNN和线性算法更适合于对有机物正辛醇-水分配系数进行QSPR建模.     

区域经济发展与污水排放协调分析

选择了江苏3个典型的经济发展区域,就区域GDP与污水排放的关系,动态分析区域的水环境保护成效.苏州市经济发达、外资比重高,2005年人均GDP5.38万元,GDP与污水排放关系呈线性增长;南京市经济较为发达、国有大中型企业比重高,2005年人均GDP3.71万元,GDP与污水排放关系呈线性降低;徐州市经济相对欠发达、以煤炭重工业为主,2005年人均GDP1.32万元,GDP与污水排放关系呈波动状.根据各区域经济发展和污水排放特点,苏州市水环境保护重点应同时控制水污染物排放浓度和排放总量,南京市主要是调整产业结构、控制水污染物排放总量,徐州市主要应控制水污染物排放浓度,使各区域经济和环境协调发展.     

浅论水资源保护与可持续发展的关系

水是生命的源泉。文章从水资源的概念入手,阐明了水资源是可持续发展的主要领域之一,同时也是保障实现可持续发展的重要条件。笔者从水资源污染防治,保护政策及管理体制等方面提出了水资源的保护措施。     

城市生态系统承载机制初步研究

文章分析了城市生态系统组成、结构及功能流,立足于资源承载力、环境承载力的角度,探讨了城市生态系统内部资源、环境对人类社会经济活动的承载约束机制,从城市生态系统客观存在性、弹性与扩展性、递阶性及相对性等方面,总结了城市生态系统承载机制的特点,在建立承载机制评价指标框架的基础上,初步提出了承载机制的定量研究方法。