基于深度学习的华东地区PM2.5浓度遥感反演

PM_2.5作为大气污染的主要来源,对人类身体健康有着极大的影响.本文提出基于深度学习模型的多要素联合PM_2.5反演方法,以PM_2.5浓度作为真值数据,引入Himawari气溶胶光学厚度（AOD）日数据产品与温度、相对湿度和气压等10个要素作为反演要素.为验证方法的有效性,采用华东地区2016~2018年的数据分季节开展实验,并与传统反演方法进行对比.结果表明,PM_2.5浓度与AOD、降水、风速、高植被覆盖指数呈正相关关系,与矮植被覆盖指数呈负相关关系,与温度、湿度、气压以及DEM的相关性随季节的变化而改变;基于深层神经网络（DNN）反演的PM_2.5精度高于传统的线性和非线性模型,各个季节R²均在0.5以上并且误差较小,其中秋季的反演效果最好R²为0.86,夏季为0.75,冬季为0.613,春季为0.566;模型的可视化结果显示,DNN模型的反演结果更接近地面监测站点插值的PM_2.5浓度分布,分辨率更高且更精确.     

贫营养好氧反硝化菌株的脱氮特性及氮/碳平衡分析

针对生物法处理贫营养水源水存在脱氮效率不高,脱氮过程电子转移不清楚等问题,以具有高效脱氮功能的贫营养好氧反硝化菌Acinetobacter junii ZMF5为研究对象,探究了菌株脱氮性能、环境适应性及反硝化过程中的电子转移.结果表明:①菌株ZMF5具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,氨氮和硝氮去除速率分别为0.211 mg·(L·h)~(-1)和0.236 mg·(L·h)~(-1),并且在反应过程中无中间产物的累积;②通过氮素去除率以及菌株生长动力学分析,菌株ZMF5对不同类型的碳源均有一定的利用效果,在低C/N、低pH、低温的条件下仍表现出较好的氮去除性能;③氮平衡分析可知,比起碳水化合物羧酸盐化合物更能促进好氧反硝化过程的发生,使菌株脱氮途径发生变化,转化为气态氮(38.81%)的比例大于同化作用的氮(29.81%);④碳平衡分析可得,在反硝化过程中大部分碳源用于电子供体,而用于硝氮还原的电子较少,不同类型的碳源通过不同的还原势、电子供体的丰度和分子量来调节电子向硝酸盐呼吸链的转移.琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii ZMF5)将为微污染水源水体氮污染控制工程提供一定的菌源保障.     

MIL-88A@MIP催化活化过硫酸盐靶向降解邻苯二甲酸二丁酯

本实验首次合成了以金属有机骨架MIL-88A作为前驱体,采用分子印迹法改性后的催化剂MIL-88A@MIP,并通过X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)以及EDS能谱和氮气吸附对催化剂进行表征分析.以造纸废水中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作为目标污染物,探究该催化剂活化过硫酸盐(PS)产生SO_4~-·的能力.对比前驱体MIL-88A,靶向改性有效地提高了MIL-88A@MIP的催化活性,在反应480 min后,DBP的去除率高达80.4%.影响因素实验表明该催化剂的最佳活化条件为:PS∶DBP=600∶1、MIL-88A@MIP投加量0.5 g·L~(-1)、体系中pH为3.26.此外,探究了MIL-88A@MIP对于催化PS降解不同污染物的能力,其结果表明该催化剂对于邻苯二甲酸酯类(PAEs)物质均有降解效果,体现了其靶向选择性.     

利用稳定同位素202Hg稀释技术判定不同来源有机肥施用对外源汞在土壤中形态分布的影响

有机肥施入土壤后,是否会对土壤重金属的活性及植物吸收造成影响是人们关心的问题.本研究应用稳定同位素²⁰²Hg稀释技术,通过培养实验和改进的Tessier连续提取法,探索不同来源有机肥(秸秆、杨树叶、油枯、酒糟、猪粪、鸡粪)施用对外源汞在天津潮土中形态分布及有效性的影响.结果表明,在连续提取法中结合同位素²⁰²Hg稀释技术,通过同位素比值R_Hg(²⁰²Hg/²⁰⁰Hg)的变化对Hg进行形态分析,相比传统的对Hg形态直接进行含量测定,可以更精确直观地反映出Hg形态分布的变化.在潮土中加入外源²⁰²Hg和有机肥后,同位素比值R_Hg最为显著的变化集中在交换态(含水溶态)、胡敏酸结合态、富里酸结合态及有机质结合态,且不同来源有机肥对Hg形态的影响也主要集中在这部分形态,对碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态的影响较小.与未加入有机肥的对照处理相比,猪粪及鸡粪的施用使外源示踪²⁰²Hg显著向活性较强的交换态(含水溶态)、富里酸结合态转移,而在胡敏酸结合态中比例降低,下降幅度约为55%(猪粪)和58%(鸡粪).油枯及酒糟的施用,使外源示踪²⁰²Hg显著向活性较低的胡敏酸结合态转移,其同位素比值R_Hg分别增长了约90%(酒糟)和85%(油枯),而在活性较高的交换态(含水溶态)和富里酸结合态中分布比例降低.秸秆和杨树叶对于污染土壤Hg形态分布的影响并不显著.研究结果表明,不同来源的有机肥对Hg污染潮土中Hg的形态分布有显著影响,因此,在Hg污染农田土壤上施用有机肥料需要格外谨慎.     

三种铜缓蚀剂抗H2S腐蚀性能研究

研究了BTA,MBI,MBT等3种铜缓蚀剂在H2S环境中的缓蚀性能,采用量子化学研究方法对实验结果进行了分析,研究了苯三唑在铜表面所形成的配合物保护膜的稳定性。结果表明,MBT抗H2S腐蚀性能较差,BTA是铜及其合金在H2S环境中理想的接触缓蚀剂和气相缓蚀剂。     

聚烯丙基磺酸钠接枝空心玻璃微珠的制备及其吸附性能研究

通过将烯丙基磺酸钠（SAS）和硅烷偶联剂接枝到空心玻璃微珠表面,制备出新型空心玻璃微珠基吸附剂（KNH-g-PSAS）并采用扫描电子显微镜,能量分散光谱,X射线光电子能谱,傅里叶变换红外光谱,热重分析和X射线衍射仪等对其进行了充分的表征,显示了SAS的成功接枝.此外,系统地研究了溶液的pH值,接触时间,初始浓度和温度对KNH-g-PSAS吸附阳离子染料的影响.准二级动力学模型和Langmuir等温线模型分别很好地描述了吸附动力学和吸附等温线,表明吸附是发生在吸附剂表面且均匀的单层吸附.吸附实验表明,在最佳条件下,KNH-g-PSAS对碱性品红、金胺O、结晶紫和孔雀石绿的吸附能力分别为2247.19mg/g,2317.46mg/g,2557.54mg/g,2808.98mg/g.KNH-g-PSAS具有出色的自上浮性能和回收表现.     

盐酸羟胺/铁基MOFs/过硫酸盐体系降解磺胺嘧啶

使用盐酸羟胺（HA）促进Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）循环,强化铁基金属有机骨架（Fe-MOFs）/过硫酸盐（PS）体系降解水中磺胺嘧啶（SDZ）.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱仪（XPS）对Fe-MOFs进行结构和形貌的表征.探究了溶液初始pH值、PS浓度、Fe-MOFs投加量、HA浓度、SDZ浓度、共存离子、腐殖酸等对SDZ去除效果的影响,并考察了该体系的实际应用前景.结果表明,Fe-MOFs/PS/HA体系在较宽的初始pH值范围（3~6）内,对于SDZ的180min去除率可达到90.1%以上.适量的HA可以促进Fe-MOFs/PS体系降解SDZ的性能.自由基清扫实验和电子顺磁共振实验表明,Fe-MOFs/PS/HA体系降解SDZ的过程中产生了SO₄^-·、·OH、O₂^-·以及¹O₂.在本文考察范围内,Fe-MOFs/PS/HA体系对SDZ的降解性能随pH值（pH=3~6）升高逐渐下降;随着PS、HA、Fe-MOFs浓度的升高,SDZ去除率呈现率先上升后下降的趋势.氯离子、腐殖酸等因素对该体系应用于实际地表水存在负面作用,但HA可以强化该体系在自然环境下降解SDZ的效果.循环实验结果表明,Fe-MOFs具有良好的重复使用性,表现出了良好的应用潜力.     

温度对SCSC-S/Fe复合系统脱氮除磷及微生物群落特性的影响

为了探究温度对纤维素类降解菌和反硝化细菌的影响,分析了固相纤维素碳源玉米芯+硫铁填料脱氮除磷复合系统(solid carbon source of cellulose and sulfur/sponge iron process,SCSC-S/Fe复合系统)在不同温度下脱氮除磷效果,通过扫描电镜(SEM)和MiSeq高通量测序技术对反应前后玉米芯表面结构及微生物特性进行分析.结果表明,温度从15、20、25℃升高到30℃过程中,该系统TN平均去除率从78.88%增加到92.70%、TP平均去除率从82.58%增加到89.15%;反应后玉米芯表面以球状和杆状微生物为主;纤维素类降解菌所占比例在30℃比20℃时高出11.01%,而反硝化细菌所占比例降低了21.26%.可见,纤维素降解菌比反硝化细菌对温度更敏感,受温度影响更大.     

基于pso-SVM的废水厌氧处理过程软测量模型

由于厌氧消化过程的复杂性和厌氧菌的敏感性,保持厌氧消化体系的稳定和高效性是比较困难的.本文在实验室采用IC反应器构建了一套厌氧废水处理系统处理人工合成废水,基于支持向量机(SVM)提出了一种预测废水厌氧处理系统出水挥发性脂肪酸(VFA)浓度和COD去除率的软测量模型.为了提高模型的精确性和鲁棒性,加入pso算法(粒子群算法)优化SVM模型,并引入了分类策略对元数据集进行有效分类.仿真结果表明,基于pso-SVM模型的软测量模型对厌氧废水处理系统出水VFA浓度和COD去除率具有较好的预测能力,模型预测系统COD去除率及出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为65.86%、85.25%;加入分类策略后,元数据集分成两类,模型预测系统COD去除率测试样本数据相关系数分别为92.34%、83.41%;模型预测系统出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为99.14%、99.59%,系统预测精度明显提高.引入分类策略对元数据集进行有效分类,基于pso-SVM的软测量模型可为监控、优化和理解厌氧消化过程提供指导.     

高效磷吸附剂Mg/Al-LDO的制备及除磷机制

针对污水中磷的去除问题,采用优化后的恒定pH值共沉淀法制备了Mg/Al-layered double hydroxides(Mg/Al-LDHs),经高温焙烧得到高效磷吸附剂Mg/Al-layered double oxide(Mg/Al-LDO);在对其吸附特性研究的基础上,并结合Zeta电位、XRD、FTIR分析吸附前后材料等电点、晶体结构及层间阴离子的变化,探讨Mg/Al-LDO吸附除磷机制.结果表明,采用优化后的共沉淀法,在Mg/Al比为2∶1,焙烧温度450℃,焙烧时间2 h条件下制备出的Mg/Al-LDO对磷酸根吸附性最好,最大吸附容量可达到176.94 mg·g-1,与理论吸附容量191.57 mg·g-1基本一致,远高出Mg/Al-LDHs及其它磷吸附剂.实验数据对准二级反应动力学模型的拟合结果较好,吸附过程符合Langmuir吸附等温模型.结合Zeta电位、XRD、FTIR的结果推测,Mg/AlLDO吸附除磷主要是通过静电引力、阴离子插层、离子交换、表面配位这4种作用协同完成.