生物矿化在重金属污染治理领域的研究进展

生物矿化通过生物代谢影响金属及类金属物质的形态分布,进而改变金属及类金属物质的生物有效性及毒性,在环境污染治理领域成为研究热点.文献计量学结果显示,2007—2017年生物矿化研究以微生物为主要对象,在纳米颗粒物和矿区修复等方面形成热点,并在环境学、生物学、化学和工程学等领域形成交叉学科.结合典型矿化菌与重金属间的矿化关联规律和微界面反应对微生物矿化中重金属的钝化机制进行归纳:①依据矿化菌与矿化产物的关联性对矿化菌进行分类,从碳酸盐、铁锰氧化物、硫化物和磷酸盐4类矿化产物角度汇总了碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌的代表微生物;②矿化菌通过诱导矿化的方式固定重金属离子,其中碳酸盐矿化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌可以直接促进金属矿物的形成,铁锰氧化菌生成的矿物间接吸附金属离子;③微生物矿化是由外及内的过程,细胞壁及胞外多聚物具有丰富基团,在矿化初期提供吸附和成核位点,原生质体也可以提供矿化场所,在矿化中后期继续固定游离离子.但是,由于微生物复杂的细胞结构及独特的生理习性,矿化过程的微界面反应机制研究尚显不足,需要利用生物学、矿物学、环境科学等领域的先进技术进一步的探索;同时也应开展宏观生态水平的生物矿化研究,并结合实际问题完善生物矿化在环境污染治理中的理论,为重金属污染地区的治理提供新的思路和技术.      

藻类光竞争模型构建及水体紊动对竞争的影响

光是藻类进行光合作用的重要能量来源,决定藻类的初始生产力,当多种浮游藻类共同生存时,会一起竞争光强.光竞争能力强的浮游藻类浓度增加,光竞争能力较弱的则减少,从而完成水体中浮游藻类优势藻的替代.本文通过在以往建立的单藻模型的基础上,耦合入竞争模型,构建两种（多种）浮游藻类光竞争模型,尝试通过数值模拟,研究不同水体紊动中竞争藻属分别取得竞争优势的机理.模拟结果表明：稳态水体中,竞争藻属的自身垂向迁移决定藻浓度的垂向分布,具有浮力调节能力的微囊藻属占据上层水体优势地位,并取得竞争优势;动态水体中,竞争藻属垂向分布均较为均匀,生长速率决定藻的竞争优势,小球藻属生长速率快,最终易取得竞争优势.此外,考虑浮游藻属的动态自遮蔽,会加速稳态水体中微囊藻属取得竞争优势,并限制动态水体中小球藻属的无限制生长,使得模拟结果更加符合实际情况.     

基于机器学习方法的安全帽佩戴行为检测

施工现场作业人员是否佩戴安全帽主要依靠人工检查,存在监管效率低、时效性差等问题,为了实时自动监管作业人员是否佩戴安全帽,提出1种基于机器学习的安全帽佩戴行为检测方法。首先利用深度学习YOLOv3算法检测出现场视频中的施工人员脸部位置,根据安全帽与人脸的关系估算出安全帽潜在区域;然后对安全帽潜在区域图像进行增强处理,使用HOG（方向梯度直方图）提取样本的特征向量;再利用SVM（机器学习的支持向量机）分类器对脸部上方是否有安全帽进行判断,进而实现对施工人员安全帽佩戴行为的实时检测与预警。以某高铁站施工现场为例进行验证,研究数据表明在施工通道和塔吊作业区域,该方法可实时有效检测出工人未佩戴安全帽的行为,识别率达90%。     

安全与危险纠缠理论创建及其研究

针对安全概念不统一,安全科学与技术发展相对滞后,重特大安全事故频发等问题,通过借鉴量子纠缠理论,提出了安全与危险纠缠理论学说。建立了安全与危险纠缠理论模型,阐述了其纠缠机制,明确了一个系统中的安全与危险在不同时段内存在的方式和状态:通常人们所认知的安全或危险均是系统在过去时段内以“一显一隐”的方式塌缩成确定的状态,而在现在与未来时段,它们分别是以“显性”、“隐性”的方式纠缠为不确定的状态;若该系统的“安全与危险纠缠”状态向安全方向塌缩时,系统则表现为安全,若向危险转化时,则系统表现为事故。同时,分析了“安全与危险纠缠”理论建立的对安全科学及安全生产实际意义与理论价值,及其未来展望和存在问题。     

汶川地震灾区小流域洪水计算方法初探

汶川地震灾区小流域山洪不仅造成巨大损失,同时也是泥石流等灾害的激发因素,探寻一种准确且可操作的洪水峰值流量计算方法对防灾减灾具有重要意义。本文选择不同产流和汇流计算方法,组合成不同水文模型,进行小流域洪水过程计算,对模拟结果和参数选择进行对比,旨在探究最适合该地区的小流域水文计算方法。分别选择SCS曲线法、Green-Ampt入渗法、初损稳渗法进行坡面产流计算,应用SCS单位线法、Snyder单位线法和运动波方程进行坡面和沟道汇流计算,组合成5种小流域产汇流计算模型,利用6场洪水进行参数率定和结果验证。模拟结果对比分析,得出SCS曲线法是最适宜的产流模型,其与SCS单位线、运动波汇流计算方法组合而成的SCS和SKK模型,峰现时间的模拟误差最小,在0~25 min之间;洪峰流量模拟的相对误差较小,平均误差不超过4%;洪水总量模拟误差在10%左右。另外,这两种模型参数设置及确定较简单,更适合在数据稀缺的小流域中进行洪水模拟应用。研究可为汶川地震灾区小流域山洪和泥石流等灾害的流量估算提供方法和参数借鉴。     

六价铬细菌还原的分子机制研究进展

工业化进程中铬(Cr)的广泛使用造成了严重的环境污染,其中Cr(Ⅵ)由于具有致癌、致畸变作用以及极强的水相迁移性使其成为Cr污染的主要形式,而Cr(Ⅲ)在环境中易形成沉淀且毒性较小,因此将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)被认为是一种有效的Cr(Ⅵ)污染治理策略.Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)可以通过化学反应或微生物转化,其中细菌介导的Cr(Ⅵ)还原是一种极具潜力的铬污染修复方式,具有反应温和、能耗低且无二次污染等特点,因此其还原过程的分子机制受到了越来越多的关注.本文总结了已发现的Cr(Ⅵ)还原细菌种类以及在污染治理中的应用,并详细阐述了Cr(Ⅵ)还原的分子途径和具体的功能蛋白,逐级深入的展示了目前已研究的Cr(Ⅵ)细菌还原的分子机制,对目前该领域存在的科学问题及未来的发展方向进行了归纳和总结.     

Automatic unattended sampling and analysis of background levels of C2;C5 hydrocarbons

As part of the European program for monitoring anthropogenic air pollutants (EUROTRAC), C₂C₅ hydrocarbons (gas phase) are being routinely measured at a background station at Rörvik, Sweden. A 2 ℓ air sample is taken every 4 h, and a compressed air standard and helium blank are analysed daily. The method is based on adsorption of the hydrocarbons onto an active charcoal based adsorbent, desorption/crofocusing onto a capillary trap, and analysis using capillary gas chromatography with a flame ionization detector. A Perma Pure dryer is used to remove water from the sample, and hydrocarbons > C₆ are removed using a Tenax adsorbent. The analytical instrument can be left unattended for up to 2 weeks at a time, depending on the consumption of liquid nitrogen and the compressed gases. Baseline or near baseline resolution is obtained for the 23 hydrocarbons monitored in this study. Reproducibility for the C₂C₄ isomers is 1–2%, and 2–15% for the C₅ isomers. The detection limit is 1–7 pptv. Preliminary mean hydrocarbon concentrations are presented for the period 21 February–9 April 1989.     

Waste streams in a crewed space habitat

A compilation of generation rates and chemical compositions of potential waste streams in a typical crewed space habitat was made in connection with the waste-management aspect of NASA's Physical/Chemical Closed-Loop Life Support Program. Waste composition definitions are needed for the design of waste-processing technologies involved in closing major life support functions in future, long-duration, human space missions. Data for the constituents and chemical formulae of the following waste streams are presented and/or discussed: human urine, feces, hygiene (laundry and shower) water, cleansing agents, trash, humidity condensate, dried sweat, and trace contaminants. Data on dust generation are also presented and discussed.     

次氯酸钠废液活化法制备柚子皮活性炭

以柚子皮为原料,采用次氯酸钠废液活化法制备了柚子皮活性炭,通过正交实验优化了制备条件,并运用SEM、FTIR和XRD技术对活性炭产品进行了表征。实验结果表明:制备柚子皮活性炭的最佳工艺条件为炭化温度350℃、次氯酸钠废液含量25%(φ)、次氯酸钠废液活化时间25 min、高温活化温度650℃、高温活化时间60 min;最佳条件下,柚子皮活性炭的产率为31.88%、碘吸附值为854 mg/g、亚甲基蓝吸附值为216.9 mg/g。表征结果显示:活化后的柚子皮炭具有更大的孔体积、更有序的孔径排布和更发达的孔隙结构;柚子皮活性炭表面存在大量的含氧基团;柚子皮活性炭的石墨化度为61.32%,具有较高的稳定性。