基于响应面法的抑尘剂组分配比优选模型

为解决抑尘剂多功能组分优选过程中存在的非线性问题,提出基于响应面法(RSM)的抑尘剂配比优化模型,在分析影响因素与响应值、各影响因素之间的交互作用特征的基础上,通过分析响应面的变化特征获得抑尘剂的最优配比。采用星点设计法,以润湿、保湿、黏结组分的体积分数为自变量,以粉尘沉降时间、失水率和风蚀率为因变量,在室内试验数据的基础上,开展多元线性方程拟合和方差分析,获得最优配比的预测结果,并进行试验验证。研究结果表明：星点设计—RSM模型的预测值与试验值偏差小于6.0%,优选组相比对照组(水)而言,粉尘沉降时间缩短23倍,失水率和风蚀率分别降低3.00%和2.64%,说明优选组具有优良的润湿、保湿和黏结性能,证明所构建的优化模型对抑尘剂多组分非线性优化问题具有良好的预测性能。     

基于极点配置的汽温控制系统优化

针对史密斯预估器在模型失配时其控制效果变差的缺陷,本文设计了一种基于极点配置的状态观测器构建的汽温控制系统模型。该模型通过极点配置的方法,使多个常系数一阶惯性环节构造的状态观测器逼近被控对象,观测器的输出经 PD(比例-微分)控制器可以超前反馈到系统中,以克服滞后环节和系统不确定性的影响,其中微分作用,可以消除系统的动态偏差。同时,结合带有滞后环节的二阶被控对象对该优化模型进行仿真验证。仿真结果表明:该方法构建的汽温控制系统具有较好的动态性能和控制品质,为消除滞后环节对汽温控制系统的影响提供了一种有效途径。     

山区农村居民点时空格局演变特征及蚁群仿真优化——以重庆澄江镇为例

山地农村居民点系统因受自然因素及人类活动等多重扰动而处于深刻转型中,探索山区农村居民点时空格局特征及其优化策略,对于优化山区国土空间格局、推进山区国土空间综合治理与乡村振兴具有重要意义。基于构建理论框架,集成运用景观格局指数法、栅格权重叠加评价法、改进蚁群算法（ACO）等,以重庆澄江镇为例,探索山区农村居民点时空格局演变特征及优化过程,提出优化调控策略。结果表明：（1）研究区农村居民点空间格局演变特征呈现集中、靠拢的演化发展趋势,总体呈现匀质、线状、向心、院落四种分布形态;同时高程、坡度、水域、城镇、道路、基础设施等自然—经济社会因素均对山区农村居民点时空格局演化产生重要影响。（2）改进蚁群算法优化后,研究区农村居民点斑块面积（CA）减少10.07%,居民点斑块数量（NP）和密度（PD）分别减少83.12%和81.16%,平均斑块面积（MPS）增加了4.3倍,平均最近邻体距离（MENN）增加了42.82%。优化后69.1%的农村居民点斑块都集中在适宜区和较适宜区内,且重点向交通便利、公共设施完善、生产便利和中心村庄集中。优化后的农村居民点空间格局更加紧凑有序,土地集约节约效率更高。（3）基于仿真优化结果,综合考虑村庄振兴“产业—人口—土地”互动耦合机制,提出城郊融合、产业集聚、景村融合、搬迁撤并四类农村居民点格局优化方案,助推山区乡村振兴。（4）优化结果同时表明改进的蚁群算法非常适用于复杂环境条件下的较小尺度要素空间布局优化,能够为山区国土空间规划编制提供技术支撑。     

碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

水泥窑热工条件下十溴二苯醚的热分解规律

基于水泥窑热工条件参数,结合响应曲面设计基本原理,开展了十溴二苯醚(BDE-209)热分解规律及影响因素研究,并分析了BDE-209的脱溴路径。结果表明:烟气中多溴二苯醚(PBDEs)含量随着溴取代数降低而降低;不同PBDEs单体受不同因素影响明显,烟气中BDE-209浓度主要受样品中原始浓度和温度的影响,九溴二苯醚和八溴二苯醚浓度主要受温度和氧气交互作用的影响;结合文献研究与本实验结果推测BDE-209在水泥窑热工条件下的最主要的两条降解路径,生成九溴二苯醚的最主要路径是由BDE-209 脱去一个溴生成BDE-207;生成八溴二苯醚的最主要路径是由BDE-209 脱去一个溴生成BDE-206,再由BDE-206脱去一个溴再生成BDE-203。明确BDE-209的热分解规律及影响因素,能够为水泥窑热工条件下处置含PBDEs废物提供理论支撑。     

垃圾焚烧炉掺烧陈腐垃圾及其配风优化的数值模拟

以某350 t/d的垃圾焚烧炉为研究对象,采用CFD模拟方法研究了城市生活垃圾掺烧填埋场陈腐垃圾及不同配风方案对燃烧过程、流场分布及NO_x排放规律等影响。结果表明:掺烧陈腐垃圾延后了床层焦炭燃烧过程,有利于挥发分析出,从而使燃烧区及烟道气相燃烧更剧烈,提高了炉膛整体温度,但也加剧了局部超温,同时一烟道出口NO_x浓度从247.85 mg/Nm3降低到198.75 mg/Nm3。工况4增大了上下层二次风,使燃烧区流体充分混燃,且烟道流体湍动度增大,使炉膛内温度更加均匀,有利于缓解一烟道高温腐蚀现象。合适的配风比可极大降低一烟道出口NO_x浓度,使之从198.75 mg/Nm3降至89.80 mg/Nm3,同时也延长了炉膛烟气的停留时间。该研究结果可为垃圾焚烧炉改进陈腐垃圾掺烧比和配风比提供参考。     

基于"五级处理-五级回用"的高新区污水近零排放新模式

污水近零排放是提高高新区水资源利用效率,推动产业结构调整升级的有效途径。然而,目前近零排放研究多关注单元技术的开发与改进,缺乏园区整体的近零排放方案,制约了近零排放在高新区的实践与推广。针对这一问题,以高新区整体为研究对象,在系统分析高新区典型产业的用水、排水特征的基础上,提出耦合单元处理-分质利用、企业处理-综合利用、园区处理-市政杂用、生态处理-生态回用、再生处理-工业回用的"五级处理-五级回用"园区污水近零排放模式,剖析该模式推广运行面临的智慧决策系统开发、水处理关键技术研发以及运行保障体系构建等关键问题,为高新区污水近零排放提供了可行、有效的途径。     

KOH和NH3·H2O联合固态预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响

为提高青稞秸秆的综合利用率,选用KOH和NH₃·H₂O作为青稞秸秆固态预处理试剂进行中温批式厌氧发酵产甲烷试验研究,并通过Box-Behnken响应面法来考察不同含量的KOH、NH₃·H₂O及预处理时间对青稞秸秆累积甲烷产量的交互影响. 结果表明:各因素对青稞秸秆累积甲烷产量的影响程度表现为NH₃·H₂O含量>KOH含量>预处理时间;通过响应面模型验证试验得到最优预处理条件为KOH含量5.13%、NH₃·H₂O含量3.35%、预处理时间13.87 h,该条件下累积甲烷产量实测值为282.34 mL/g(以VS计),与预测值(286.4 mL/g)非常接近,相对误差小于5%,证明验证模型有效. KOH和NH₃·H₂O联合预处理能够显著提高青稞秸秆厌氧发酵产甲烷能力(P<0.05),累积甲烷产量较7% KOH和5% NH₃·H₂O单一预处理及未处理分别提高了7.59%、20.82%和70.78%;二者联合预处理还能够有效降解木质素(降解率为29.21%),提高发酵液营养价值;同时,可减少回收预处理试剂的成本,降低对环境的污染. 研究显示,Box-Behnken响应面法能较好地优化青稞秸秆厌氧发酵的预处理条件,KOH和NH₃·H₂O联合预处理是高效生产生物甲烷和环境友好的木质纤维素类废弃物的处理方法.      

土壤中磺胺二甲嘧啶赋存对水稻生长的影响

为探究土壤中残留抗生素对植物生长的影响,选取土壤中检出率较高的磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶作为外源污染物,分析水稻苗期和成熟期生长指标、根系和叶片生理生化指标、水稻各器官中抗生素残留量和富集转运因子的变化特性,并评价水稻籽粒中残留磺胺二甲嘧啶的健康风险.结果表明,磺胺二甲嘧啶对水稻株高和生物量的抑制作用存在于整个生长周期中,且苗期的影响大于生长成熟期,根部受到的影响大于苗部.苗期秧苗根系活力、硝酸还原酶活性和叶片叶绿素含量受到随抗生素含量增加而增大的抑制作用,而抗氧化酶活性的变化趋势表现出不同特征,具体为超氧化物歧化酶活性增强、过氧化氢酶和过氧化物酶先被激活后被抑制.磺胺二甲嘧啶在水稻各器官中的积累量表现为：根>叶>茎>籽粒,且水稻籽粒的抗生素风险评估结果显示EDI/ADI<0.1,不构成健康风险.生长成熟期土壤中磺胺二甲嘧啶对水稻富集因子和转运系数的影响大于苗期.综合磺胺二甲嘧啶对水稻的不利影响,在水稻种植中施加畜禽粪便作为有机肥和使用养殖水进行农田灌溉时,需要关注磺胺二甲嘧啶的生态效应,保障水稻等作物的安全生产.     

西部横断山区强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究∗

在强降温极端气候条件下,桥塔混凝土表面存在开裂风险。为此,以我国西部横断山脉地区某大跨悬索桥为工程背景,开展了强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究。首先,提出了桥址区极端天气的识别与模拟方法,并验证了所提模拟方法的有效性。随后,建立桥塔节段的 3D 有限元模型,分析了强降温极端天气下混凝土桥塔的温度场以及温度应力分布特征。最后,针对强降温极端天气下混凝土桥塔外表面存在开裂风险的问题,提出了两种桥塔混凝土表面抗裂优化方法,并通过参数分析给出了本例桥塔的最优参数。研究结果表明：在强降温天气下,当不考虑任何抗裂优化措施前,桥塔表面拉应力极值为 2.06 MPa,存在较大开裂风险;当采用抗裂优化措施后,提出的两种措施均能有效降低混凝土桥塔表面的拉应力极值。通过参数分析发现,采用有机涂料涂装桥塔表面的优化方法时,白色有机涂料的优化效果最佳;当采用桥塔表面覆盖 UHPC 的优化方法时,其厚度为 0.04 m 时优化效果最佳。