Deep learning architecture for air quality predictions

With the rapid development of urbanization and industrialization, many developing countries are suffering from heavy air pollution. Governments and citizens have expressed increasing concern regarding air pollution because it affects human health and sustainable development worldwide. Current air quality prediction methods mainly use shallow models; however, these methods produce unsatisfactory results, which inspired us to investigate methods of predicting air quality based on deep architecture models. In this paper, a novel spatiotemporal deep learning (STDL)-based air quality prediction method that inherently considers spatial and temporal correlations is proposed. A stacked autoencoder (SAE) model is used to extract inherent air quality features, and it is trained in a greedy layer-wise manner. Compared with traditional time series prediction models, our model can predict the air quality of all stations simultaneously and shows the temporal stability in all seasons. Moreover, a comparison with the spatiotemporal artificial neural network (STANN), auto regression moving average (ARMA), and support vector regression (SVR) models demonstrates that the proposed method of performing air quality predictions has a superior performance.     

基于安徽省土地利用变化的地形梯度效应分析

为揭示地形因素与土地利用空间格局演变的关系,以安徽省2000年、2005年以及2010年Landsat TM影像和DEM数据为数据源,利用坡向、地形起伏度、坡度变率和地形位指数多种地形因子,并结合地学信息图谱分析理论从综合角度系统研究土地利用结构时空分异格局在地形梯度上的变化特点及其规律。结果表明:1)研究区主要的土地利用类型是耕地和林地,其次是建设用地和未利用土地,且建设用地面积逐期增加趋势显著。2)2000~2010年研究区不同土地利用类型在不同地形梯度区间的分异规律存在明显差异。低地形梯度范围是耕地、水域和建设用地的优势分布区;中地形梯度范围是草地的集中分布区;林地的优势分布区集中在高地形梯度范围。3)2000~2010年研究区土地利用图谱以稳定型和后期变化型为主,低地形梯度和高地形梯度是稳定型图谱的集中分布区,中低、中高和高地形梯度范围是后期变化型图谱的优势分布区。2000~2005年林地的优势分布区有向较低地形位梯度扩张的趋势,其中,耕地是主要的转入来源。2005~2010年耕地的优势分布区有向较高地形位梯度扩张的趋势,变化模式主要为:"林地–耕地"、"未利用地–耕地"和"草地–耕地"。     

湖北省生态足迹和生态承载力时空动态研究

研究湖北省内部可持续发展的趋势,以2005年、2010年、2013年统计数据为基础,应用生态足迹分析法核算湖北省17个市(州、林区)在三个时间节点的生态足迹与生态承载力,对各地区生态足迹和生态盈亏状况从时间和空间上进行动态研究。研究结果表明:湖北省17个市(州、林区)的总生态足迹和人均生态足迹呈迅速增长趋势,其中中部地区增长最快;2005年生态赤字最为严重的地区集中于以武汉为代表的中东部,2013年生态赤字最为严重的地区集中于中西部,生态赤字空间分布的重心逐渐由东部向西部转移;6种生态生产性土地增长速度由快到慢依次是建筑用地、化石能源、草地、水域、林地和耕地,其中潜江、恩施、天门、仙桃、黄冈等地建筑用地生态足迹增速最快,十堰、鄂州、黄石、荆州、荆门等地则是水域生态足迹增速最快,草地、水域、化石能源用地和耕地的生态足迹增长共同决定各地区人均生态足迹的变化趋势。     

Levels and distribution of Dechloranes in sediments of Lake Taihu,China

The occurrence and spatial distribution of dechloranes including mirex, dechlorane plus (DP), dechlorane (Dec) 602, Dec 603, and Dec 604 in surficial sediments of Lake Taihu were investigated in this study. The concentrations of mirex and DP ranged from below detection limit (BDL) to 1.29 ng g^?1 dw and 0.051 to 2.10 ng g^?1 dw, respectively. Dec 602, Dec 603, and Dec 604 on the other hand, were BDL in any of the samples. The contamination levels of DP were higher than that of Mirex at 21 of all 22 sampling sites. Levels of mirex and DP in the lake sediments were correlated when an extremely high mirex value was removed. Both mirex and DP levels were correlated with the amount of organic matters in the sediment samples. Spatial distribution of mirex and DP suggested that these two chemicals in the lake had similar input sources except for one site. Comparison to previously reported flame retardants’ levels in the sediments shows that DP levels were similar with the levels of tetrabromobisphenol A, hexabromocyclododecane but lower than PBDEs and organophosphates levels in Lake Taihu. The higher levels in the north-east part of Lake Taihu adjacent to two major cities: Wuxi and Suzhou, indicated that city effluent might be a major source for DP contamination in the lake.     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。     

改性糠醛渣吸附脱硫废水中钙离子

石灰石-石膏法烟气脱硫技术中石灰石利用率低导致钙流失严重,为实现脱硫废水中Ca2+的资源化利用,进行糠醛渣改性和Ca2+的吸附特性研究。实验结果表明,利用H3PO4改性后的糠醛渣对脱硫废水中Ca2+具有较高的吸附率;在振荡的前30 min吸附率上升极快,至90 min时基本达到平衡吸附量;对Ca2+浓度对吸附率影响研究结果表明,平衡吸附量与平衡浓度关系符合Langmuir等温吸附方程;在初始Ca2+浓度为300 mg/L的溶液中加入3 g吸附剂,温度30℃条件下振荡90 min,平衡吸附量为8.41 mg/g。     

腐植酸强化苯酚厌氧发酵降解

在无外加电子受体的条件下,首次研究了腐植酸对活性污泥厌氧降解苯酚的影响。研究结果表明,腐植酸Suwannee River Humic Acid Standard(SR-HA)、Leonardite Humic Acid Standard(L-HA)和Pahokee Peat Humic Acid(PP-HA)作为氧化还原介体能够提高苯酚的厌氧发酵降解效率。其中腐植酸PP-HA对苯酚的厌氧降解表现出了最为明显的强化效果,反应进行36 h后,苯酚去除率提高了18.5%。当单独投加的PP-HA浓度在0至100 mg/L范围内,苯酚的厌氧降解效率随着腐植酸浓度增加而逐渐提高,而浓度大于100 mg/L后,腐植酸对苯酚降解效率的促进作用随着PP-HA浓度的增加逐渐减缓。除此之外,当低浓度的蒽醌-2-磺酸钠(AQS)(0.02 m M)和PP-HA(20 mg/L)在反应体系中共存时,相比于无介体存在的对照组,苯酚厌氧降解效率提高了约1.4倍。产物分析结果表明,乙酸和CH4作为苯酚发酵降解的重要产物被检测出来。最后,在氧化还原介体腐植酸的存在下,初步探讨了苯酚厌氧发酵降解的代谢途径。     

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)。     

石油降解菌Pseudomonas stutzeri TH-31的分离与降解条件优化

使用稀释富集法,从大港油田采油废水处理站生化池中定向快速的分离出多株高效石油降解菌株。对分离获得的1株优势菌株进行生理生化和分子生物学鉴定,显示属于Pseudomonas stutzeri的1个新菌株,命名为Pseudomonas stutzeri TH-31。通过批次实验,对菌株TH-31的生长条件和石油降解条件进行了优化,经过条件优化,P.stutzeri TH-31在初始p H 7,原油投加量为300 mg/L,35℃培养5 d后,获得最高石油烃降解率92.7%。     

大气压等离子体射流对水中铜绿微囊藻的灭活作用

以铜绿微囊藻为研究对象,将空气源大气压等离子体射流(APPJ)引入到液相,构建新型的大气压等离子体射流液相反应体系,考察了不同APPJ处理方式对铜绿微囊藻的灭活效率,观察了放电处理的藻细胞形态,分析了培养基p H的变化和液相产生的主要活性物质(H2O2和O3)对藻灭活的作用,并探讨了APPJ灭活铜绿微囊藻的作用机理。研究结果表明,当电压为7 k V,空气气体流速为4 L/min,藻液吸光度约为0.200,铜绿微囊藻的灭活率达到99.16%;处理后的藻发生细胞变形和破裂;处理后的藻液中产生H2O2和O3等活性物质,同时产生大量的NO-3和NO-2离子,导致液相p H迅速下降。通过考察主要活性物质(H2O2和O3)及藻液p H因素发现,单一因素灭活效果不佳,主要活性物质(H2O2和O3)和p H的组合因素是APPJ灭活水中铜绿微囊藻的主要原因。