基于小波分解及遗传BPNN耦合模型的地表水As浓度预测研究

随着工业的快速发展,水体中污染物超标事件时有发生,造成了较严重的水环境污染问题.水环境监测与预报是环境科学研究的重要内容.为了实现地表水砷（As）污染的准确预报,本研究提出小波分解、遗传算法与BP人工神经网络的耦合建模方法,并结合某河流监测站1998—2016年共19年的地表水质监测数据,通过皮尔逊相关系数和信息指标评价法对模型输入变量进行筛选,最后对比分析了在不同水质参数输入情况下BP人工神经网络（BPNN）、遗传算法改进的BPNN（GABP）、小波-遗传BPNN耦合模型（W-GABP）对后6年（2011—2016年） As浓度预测结果的均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）、平均绝对百分比误差（MAPE）,以确立最优模型.结果表明：①多水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为17.51%、15.98%、14.46%,单水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为18.78%、16.74%、7.83%;②小波分解数据前处理及遗传算法均能较大程度地提高预测模型的精度;③对于地表水水质预报,需对比不同模型在不同输入变量下的预测结果,以获得最佳的预测精度.单水质参数输入的W-GABP耦合模型能较准确地预报地表水As浓度的变化情况,对数据缺乏地区水质监控和地表水As污染防治具有重要意义.     

多段进水A/O生物膜工艺运行性能的研究

为提高多段进水A/O生物膜工艺的脱氮效率,按照进入各缺氧池的COD量与硝态氮量的比值相同,且等于一最优比值的原则进行流量分配,按照容积负荷相等的原则设计各反应单元,对多段进水A/O生物膜工艺的流量分配和反应单元容积分配同时进行优化,并采用三段进水A/O生物膜反应器试验了等流量分配模式下运行和优化模式下运行的出水水质的差异.试验结果表明,当多段进水A/O生物膜工艺在两种模式下采用相同参数运行时,优化模式下总氮(TN)去除率明显高于等流量模式,其分别为88.8%和80.3%.优化模式与等流量分配模式对COD和总凯氏氮的去除率差别不大(均可达到97%和98%以上).采用该优化设计方法可以显著提高该工艺的TN去除效率.     

家庭危险废物管理探讨

家庭产生的危险废物因产生量少、分布广泛、难以管理等原因,尚未纳入危险废物管理体系。家庭危险废物混同生活垃圾进行管理、处置,对地下水、大气、地表水、土壤产生污染。文章对美国及欧洲的家庭危险废物管理方法进行了系统分析,其管理措施为:在法律管理体系下,以分类收集为主,宣传教育为辅,采取无害化处置方式。我国目前对于家庭危险废物的管理尚处于起步阶段,相关的法律法规不健全,处理处置设施也不完善。文章基于对国外管理特点的分析,针对我国国情对家庭危险废物管理提出以下建议:建立相关的法律法规;进一步完善收集、运输和处置系统;通过教育宣传等方法提高全民对家庭危险废物的认识。     

Real Time PCR研究进展及其在海洋病原生物检测中的应用

Real Time PCR,即实时监测PCR扩增产物并进行解析的方法,目前已广泛应用于分子生物学研究的各个领域.Real Time PCR技术秉承及发展了普通PCR的快速、高灵敏度检出等优点,同时克服了普通PCR不能准确定量、容易污染等缺点,无需在反应结束后通过电泳操作确认扩增产物.目前,Real Time PCR可设计多对引物在同一反应体系中同时对多个靶基因进行扩增,实现多莺实时定量检测.Real Time PCR使PCR技术发生了质的飞跃,扩展了PCR技术的应用范畴,是一种具有划时代意义的技术.本文主要介绍Real Time PCR的主要原理、解析方法、技术发展趋势及其在海洋病原生物检测方面的应用.     

潮土中磷锌交互作用机制探讨及磷对锌吸附-解吸的影响

采用室内培养和吸附解吸两种方法,探讨了潮土中磷、锌交互作用机制。结果表明：土壤中DTPA提取态锌质量分数随添加锌量的增加而增加,低磷质量分数处理可提高土壤锌有效性,但高磷质量分数处理却降低了土壤锌的有效性;土壤速效磷质量分数均随锌添加量的增加而有所降低。在施锌25 mg.kg-1背景下,土壤中DTPA提取态锌质量分数随施磷质量分数的增加呈先增加后降低趋势,在添加磷量小于180 mg.kg-1时,土壤DTPA提取态锌质量分数显著地高于其他处理,但随添加磷量的增加,土壤DTPA提取态锌质量分数显著降低,当磷添加量大于540 mg.kg-1时,土壤DTPA提取态锌质量分数明显低于其他磷处理,说明当添加磷量小于180 mg.kg-1时,磷提高土壤中锌有效性的主要机制是二者竞争吸附土壤胶体表面吸附点位的竞争机制;当添加磷量大小540 mg.kg-1时,磷影响锌有效性的主要机制为沉淀作用。在土壤施磷量为180 mg.kg-1时,随添加锌质量分数的提高,土壤中速效磷质量分数呈先升高后降低趋势。吸附-解吸研究表明,随土壤中速效磷质量分数的提高（27.60~2773.86 mg.kg-1）,土壤对锌的吸附量先降低再增加,而KCl解吸的锌量却是先增加再降低。因此潮土中磷锌交互作用机制为,土壤中磷和锌质量分数均较低时,磷与锌有效性呈协同作用;当磷或锌质量分数过高时,协同作用减弱;磷和锌质量分数再增加二者的有效性将出现拮抗作用。     

基于Hilbert谱信息熵的煤矸放落振动特征分析

针对煤矿安全生产中的综放工作面煤矸界面探测问题,提出利用煤矸下落冲击钢板的振动特征来探测煤矸界面的方法。煤矸振动信号表现出非平稳特征,采用经验模态分解方法将复杂矿井环境下的煤矸振动信号分解成固有模态分量。选择包含煤矸振动特征的前7个本征模函数(IMF)分量,通过Hilbert变换得到Hilbert谱。分析不同放煤状态下钢板振动信号的Hilbert谱发现,顶煤下落时的Hilbert谱分布较均匀,而煤矸混放时的Hilbert谱呈现不均匀分布。根据信息熵理论,提出了基于Hilbert谱信息熵的煤矸振动特征提取方法。试验结果表明,顶煤下落时的Hilbert谱信息熵要大于煤矸混放时的Hilbert谱信息熵,因此,煤矸振动的Hilbert谱信息熵特征能够准确地反映放煤状态。     

铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响

以处理模拟生活污水的平板膜-生物反应器为依托,将进水铁离子质量浓度分别调配成6 mg/L、1g mg/L、40 mg/L,考察三价铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响.结果表明,投加铁离子对平板膜-生物反应器的出水水质影响不大.随着铁离子投加质量浓度的增加,跨膜压差(TMP)增长趋势变小,膜污染得到缓解,其中铁离子投加质量浓度为40 mg/L时,膜污染控制效果最好.铁离子的投加强化了生物絮凝作用,造成污泥质量浓度的上升,溶解性微生物产物(SMP)和松散型胞外聚会物(LB-EPS)质量比的下降.从膜阻力分析可以看出.投加铁离子主要是降低SMP和LB-EPS等凝胶层污染物引起的外部阻力.     

海拉尔盆地地下水铀的分布特征及富集规律

通过采集海拉尔盆地地表水样品12件,地下水样品67件,运用Durov图、等值线图和铀形态计算理论,结合数理统计方法,分析研究区域地下水铀的分布特征和赋存形态,结果表明:海拉尔盆地赫尔洪德凹陷地区主要为HCO₃-Ca·Na型,蹉岗隆起、乌尔逊凹陷和贝尔凹陷地区主要为Cl-Na型和HCO₃-Na型,巴彦山隆起地区主要为HCO₃-Na型,红旗牧场和新宝力格凹陷主要为Cl-Na型.研究区域铀的分布范围为17~425μg/L,平均值为80μg/L,标准偏差为70μg/L,引发了区域地源性地下水铀污染问题.地下水中以UO₂(CO₃)₃^4-和UO₂(CO₃)₂^2-的主要形式存在,与Eh表现的氧化还原环境具有一致性,其中呼伦贝尔湖东南部属于地下水铀成矿有利区域.潜在铀成矿范围属于重碳酸铀酰占优势的HCO₃型含铀地下水,铀酰碳酸盐复合物应占主导地位,铀的溶解与HCO₃^-的增加有关,地下水中的铀存在参与碳酸盐岩和硫酸盐岩的混合溶滤作用的可能性,UO₂(CO₃)₃^4-、UO₂(CO₃)₂^2-、U₄O₉和沥青铀矿等处于饱和状态,总Fe和(Ca²⁺+Mg²⁺)浓度较低,各种水化学指标对铀富集具有指示意义,因此可将其视为潜在铀源的参考依据.     

氮磷比对湖泊富营养化模型参数敏感性的影响

运用Morris方法研究了蓝藻暴发期不同氮磷比条件下,巢湖富营养化模型中蓝藻、溶解有机碳、营养物和溶解氧的参数敏感性.结果表明：蓝藻的敏感参数随氮磷比不同有显著差异;氮缺乏情况下,蓝藻对氮转化过程相关参数较敏感;磷缺乏情况下则反之.在任何氮磷比条件下,溶解有机碳、营养物和溶解氧等非生物变量都是对直接参与其自身转化过程的参数最为敏感,它们在不同氮磷比情况下的敏感参数差异较小.相比较蓝藻生长过程的参数,基础代谢过程的参数对所有变量的影响都更强.此外,各个参数的敏感性与它们的相互作用强度呈显著正相关,且这种相关性在极端氮或磷缺乏情况下尤为显著.本研究的结果有助于深入理解湖泊富营养化现象、改善富营养化模型模拟效果和精度.     

铁硫化物对高砷地下水中As(Ⅲ)的去除效果研究

高砷地下水具有极高的毒性,人类长期饮用高砷地下水可造成砷中毒。在查明山阴地区高砷地下水污染特征的基础上,将室内批试验与PHREEQC软件数值模拟相结合,考察了投料比、pH值对铁硫化物除砷效果的影响,为原位修复高砷地下水工艺确定了最佳条件。结果表明:山阴地区砷超标地下水样的pH值为7.6~8.5,总砷浓度为17~242μg/L;反应体系的投料比和pH值是影响铁硫化物除砷效果的关键因素;仅投加Na₂S对地下水中As(Ⅲ)的去除效果极差,提高FeCl₂相对于Na₂S的投加量能有效地增大铁硫化物除砷的效果;当pH=7、投料比c[FeCl₂∶Na₂S∶As(Ⅲ)]为24∶12∶1时,铁硫化物对地下水中总砷的去除率可达99.6%,反应后的地下水中砷浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求;与弱酸性条件相比,弱碱性环境更有利于铁硫化物除砷;PHREEQC软件数值模拟结果显示,试验条件的改变会影响砷硫化物和铁硫化物的饱和指数(SI),从而影响铁硫化物对地下水中砷的去除效果。