基于小波神经网络的地下水流数值模拟模型的替代模型研究

以吉林西部为研究区,建立地下水流数值模拟模型,分别应用蒙特卡罗方法和拉丁超立方方法在研究区10个县(市)开采量的可行范围内进行采样,经对比选择拉丁超立方抽样结果得到输入(开采量)—输出(水位降深)数据集,建立小波神经网络模型作为地下水流数值模拟模型的替代模型,而后对替代模型有效性作误差分析,并与多元非线性回归替代模型进行对比.结果显示,2种替代模型在功能上都能逼近地下水流数值模拟模型,但小波神经网络模型得到的水位降深均值和水位降深剩余标准差与模拟模型计算结果的相对误差分别低于多元非线性回归模型76%和45%,说明小波神经网络模型更适合作为地下水流数值模拟模型的替代模型,这为减少优化模型求解过程中直接调用模拟模型所造成的计算负荷提供了一种有效的替代方法.     

改性纤维素负载零价铁去除三氯甲烷的研究

以接枝改性后的纤维素SCB为载体,采用液相还原法制备改性纤维素负载零价铁吸附剂ZVI-SCB,利用XRD、ESEM进行表征,并研究其对三氯甲烷(TCM)的去除性能.系统探讨了不同材料、ZVI-SCB投加量、TCM的初始质量浓度、pH值和氯离子质量浓度对TCM去除性能的影响.在ZVI-SCB投加量为5g/L,TCM的初始质量浓度为36.7mg/L,pH值为3.1时,TCM的去除率高达84.4%.采用准一级方程和准二级方程对ZVI-SCB去除TCM的过程进行拟合,准二级动力学方程相关系数R的范围为0.996~0.999,证明ZVI-SCB对TCM的去除过程符合二级动力学模型.     

铬渣-煤矸石砖中Cr(Ⅵ)解毒机理研究

铬渣因所含Cr(Ⅵ)具有强氧化性而会对环境造成严重污染.本文采用自养煤矸石砖焙烧技术对铬渣进行无害化治理,对不同铬渣掺量的铬渣-煤矸石砖,进行铬的浸出毒性分析.通过试验得出,除铬渣掺量为15%的砖中六价铬浸出浓度超标外,其余铬的浸出浓度均小于国标规定,铬的解毒率都在95%以上.此技术对Cr的还原解毒为,在高温熔融条件下,煤矸石中的碳及随后产生的CO、H2、CH4等还原性物质与Cr(Ⅵ)化合物发生反应.铬渣、煤矸石及砖的X-粉晶衍射物相分析表明,砖中Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ)后,以类质同相方式进入辉石、尖晶石、铝硅酸盐等稳定物相,得以固化解毒.因此,还原后Cr的存在形式稳定,可以经受恶劣自然环境而不会重新溶出和造成二次污染,作为建材,可以安全利用.     

巯基硅烷改性氧化石墨对砷的吸附性能

为提高氧化石墨(GO)对砷的吸附能力,以3-巯基丙基三甲氧基硅烷为改性剂,制备了巯基改性的氧化石墨(GO-SH),考察其对水中砷的吸附性能.采用单因素实验法考察了初始pH值、吸附剂投加量、温度等对吸附效果的影响,拟合了吸附等温线,并研究了吸附动力学和吸附热力学规律.实验结果表明,在最优条件下,GO-SH对初始浓度为4 mg.L-1的砷去除率达到97.7%;吸附等温线符合Langmuir和Freundlich模型,45℃时由Langmuir模型得到的饱和吸附量(Qm)为24.45 mg.g-1;吸附动力学符合准二级模型,内扩散模型符合高浓度砷的吸附动力学;热力学研究表明,吸附过程是自发吸热的反应,以化学吸附为主.     

氰戊菊酯对河川沙塘鳢幼鱼的毒性效应

采用静水生物测试法,研究了氰戊菊酯(fenvalerate,FEN)对河川沙塘鳢(Odontobutis potamophila)幼鱼的毒性效应.结果显示,FEN对河川沙塘鳢幼鱼的24、48、72和96 h(t)的半数致死质量浓度ρ(LC50)(95％置信区间)分别为(3.19±1.38)、(1.66±1.02)、(0.98±0.69)和(0.70±0.49) μg·L-1,变化规律符合指数衰减模型ρ(LC50) =0.915 1 +15.012 3 ×exp(-0.075 8 ×t)(r=0.996 2),安全浓度为(0.13±0.97) μg·L-1.半数致死时间t(LT50)表现出显著的剂量[ρ(FEN)]效应,可用方程t(LT50) =2 653.467 6 ×exp[-5.590 4 ×ρ(FEN)]+56.378 7 ×exp[-0.209 5×ρ(FEN)](r=0.999 4)对其进行拟合.双因素方差分析显示,肝脏过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性及丙二醛(MDA)含量随FEN浓度的增加和暴露时间的延长而均呈显著变化(P＜0.05),但两个因素的交叉影响不显著(P＞0.05).暴露24 h时,4μg· L-1浓度组SOD和CAT活性达到峰值,随后开始下降,而此时各浓度组MDA含量无显著变化(P＞0.05),48和96 h时,4、6和10 μg·L-1浓度组MDA含量则表现为显著上升.暴露时间和FEN浓度的交互作用对鳃Na+ /K+-ATP酶活性影响显著(P＜0.05),暴露24、48和96 h时,高浓度(6和10 μg·L-1)组Na +/K+-ATP酶活性均呈现显著下降;上述指标可较好地用于评价FEN的毒性效应.组织病理观察发现,FEN污染对河川沙塘鳢幼鱼的鳃、肝脏均造成严重损伤:鳃丝紊乱,上皮细胞增生,柱状细胞破裂;肝细胞实质空泡化,胆管内皮细胞肥大、融合.     

Pb胁迫对金丝草体内Pb化学形态及细胞分布的影响

采用室内模拟Pb胁迫水培试验,利用化学试剂逐步提取和电镜观察的方法,研究Pb胁迫下金丝草(Pogo-natherum crinitum)体内Pb的化学形态及细胞区室化作用。结果表明,Pb在金丝草根和叶中主要以HCl提取态存在,所占比例平均在30%以上,最大比例分别达46.84%和61.49%,其次为HAc提取态和NaCl提取态,残渣态和去离子水提取态所占比例较小,说明金丝草体内Pb化学形态除HCl提取态外主要以磷酸盐结合态、蛋白质结合态或吸附态等迁移活性较弱的化合态存在,从而减小Pb的毒害作用。电镜观察发现,Pb胁迫下金丝草根和叶中大部分Pb被束缚在细胞壁上,这与其化学存在形态结果一致。但金丝草根系仍可将大量Pb转移到地上部分,对Pb具有强转运能力。     

长江重点江段水体中多环芳烃及其衍生物的分布及健康风险

研究了长江攀枝花、宜宾、泸州、重庆、涪陵、三峡、岳阳、武汉、九江和南京共计10个重点江段枯水期和丰水期表层水中19种多环芳烃(PAHs)及其15种衍生物(SPAHs)的分布和来源,评估了长江PAHs类污染的健康风险及时空差异.结果表明,长江表层水中∑PAHs、∑SPAHs平均浓度分别为(147.3±59.8)、(73.2±29.7) ng·L^-1,检出率分别为82.9%、69.5%,其中2~3环(S)PAHs所占比例为79%.在SPAHs中,∑NPAHs(硝基取代PAHs)、∑MPAHs(甲基取代PAHs)、∑OPAHs(氧化PAHs)的平均浓度分别为(27.0±4.5)、(24.7±15.5)、(17.1±11.9) ng·L^-1.根据分子比值法及主成分分析可知,长江重点江段PAHs主要来源于生物质、化石及液体燃料燃烧,SPAHs主要来源于燃烧源和光化学转化,SPAHs及PAHs通过大气沉降汇入水体.采用毒性当量因子浓度计算对长江重点江段PAHs进行健康风险评估,结果表明在枯水期具有致癌性PAHs的∑TEQ_BaP值(苯并芘毒性当量)较高,其中岳阳、武汉江段的BaP毒性当量浓度高于我国地表水规定阈值,应当高度重视长江流域PAHs在枯水期引起的健康风险.     

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度（5°、10°、15°、20°）和植被盖度（0、15%、30%）条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明：不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响（P<0.001）,植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响（P<0.001）,而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响（P<0.01）,同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。     

混合金属氧化物/碳复合材料的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附性能

由金属离子及其类似物可控合成的层状双金属氢氧化物具有丰富的层间离子和表面官能团,因而在吸附方面得到了广泛研究,但吸附-脱附应用方式会对环境造成二次污染.将吸附刚果红的层状双金属氢氧化物通过煅烧碳化制备混合金属氧化物/碳复合材料,详细研究了对水溶液中重金属离子Pb （Ⅱ）的吸附性能.结果表明,混合金属氧化物/碳复合材料对Pb （Ⅱ）具有较快的吸附速率和较高的吸附容量.30 min内吸附量即可达到150 mg ·g^-1以上,同时,其吸附量随层状双金属氢氧化物中引入Mg²⁺含量的增加而增加,最大达到368 mg ·g^-1.混合金属氧化物/碳复合材料对Pb （Ⅱ）的去除机制主要是表面诱导生成难溶物Pb₃（CO₃）₂（OH）₂.研究结果为混合金属氧化物/碳复合材料对含铅土壤的修复奠定了应用基础.     

生物强化和生物刺激对土壤中PAHs降解的影响

采用生物强化(农田土中添加PAHs污染土或污泥)和生物刺激(PAHs污染土中添加(NH4)2HPO4)2种措施,研究了土壤中13种PAHs的降解及CO2的释放量.结果显示,农田土壤中的微生物对2~5环的PAHs都有较强的降解能力,添加污染土显著增强了对5环PAHs的降解,表明污染土中的微生物对高环PAHs的降解能力更强;添加污泥对促进PAHs降解的作用不明显,可能是好氧培养条件不适合厌氧菌的生长.添加N、P营养盐可显著提高污染土中3~4环PAHs的降解,但5环PAHs在添加和未添加N、P中的降解率始终较低,均小于10%.CO2的释放呈现先增加再降低,再略微增加直至平稳的过程,且与PAHs的降解高度响应,说明PAHs的降解与微生物活性密切相关.