基于注意力机制优化的LSTM河流溶解氧预测模型研究

溶解氧(DO)是水体中的重要水质指标,构建数据驱动模型,实现对溶解氧的准确预测,将为水环境管理提供科学有效的技术手段. 考虑到溶解氧序列数据非线性强、非平稳性突出的特点,提出一种基于双阶段注意力权重优化机制的长短时记忆网络(long short-term memory, LSTM)的河流溶解氧预测模型(DAIW-LSTM模型),该模型的编码器包含双阶段权重优化的空间注意力机制,而解码器包含双阶段权重优化的时间注意力机制. 将该模型应用于流溪河流域白云李溪坝、流溪河山庄、从化街口等水质监测站溶解氧日均值预测的研究,开展了该模型与DA-LSTM、LSTM、Bi-LSTM等基线模型的预测效果对比分析,探讨了特征权重优化机制及上游站点水质数据输入对模型预测性能的影响. 结果表明:①通过与基线模型的预测效果对比,验证了DAIW-LSTM模型的精准性,其对白云李溪坝站溶解氧预测的对称平均绝对百分比误差(SMAPE)、平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)分别为0.075、0.611、0.712,在所有模型中最优. ②对于新的注意力权重优化机制,第二阶段会对第一阶段的初步权重进行优化修正;针对pH、电导率、水温、气温等影响溶解氧预测的重要特征,DAIW-LSTM模型会自适应调整其权重在时间序列上的分布,从而提高该模型的预测精度. ③加入上游水质特征的输入影响,通过9个组合试验对比可知,DAIW-LSTM模型仍然为表现最佳的模型,该系列组合试验也证明上游站点及其特征变量选取的重要性. 研究显示,注意力权重优化机制的引入使得该模型相较其他基线模型展现出更好的适用性和精准性,可为地表水水质预测研究提供新思路.      

氧微纳气泡改性矿物对水体的增氧效果及机理

氧微纳气泡改性矿物可改善富营养化引起的水体和表层沉积物的缺氧/厌氧问题,但微纳气泡的生成和增氧机理尚不明确。该研究以天然多孔矿物凹凸棒石和蒙脱石为例,研究了改性矿物的氧微纳气泡释放和对水体的增氧性能,并分析了氧微纳气泡的生成和增氧机理。光学显微镜和NanoSight测试结果表明两种改性矿物均能有效释放微米气泡(约100μm)和纳米气泡(80.0～213.9 nm),凹凸棒石比蒙脱石有更高的氧微纳气泡释放量和气泡固定效率,其释放量为0.12 mg/g,是蒙脱石的4倍。在本实验体系下,改性凹凸棒石和蒙脱石应用24 h可将材料空隙水DO从1.6 mg/L分别升高到7.3和5.6 mg/L;应用72 h可将上覆水DO从1.5 mg/L分别升高到4.6和4.4 mg/L。研究发现材料将氧携带到水体后,表面孔对从材料中脱附的氧起分散作用,进而生成了氧微纳气泡。     

污水处理厂抑制硝化反应主因排查及供氧速率影响硝化反应的机理

污水处理厂硝化效果变差,为解决这一问题,在生化池进行监测分析。发现好氧区末端ρ(DO)>2 mg/L时仍存在曝气系统供氧能力不足的现象,认为抑制硝化反应的根本原因是供氧速率而非溶解氧浓度(DO)。提出利用观察好氧区液面、测定曝气系统全开时好氧区末端溶解氧浓度的方法可简捷判断供氧能力是否充足。同时引入供氧速率参数,使判断更准确。更换空气扩散装置后问题得到解决,进一步探讨了供氧速率影响硝化反应的机理。     

溶解氧对固定气体流量曝气系统亚硝化特性的影响

通过实时控制系统并结合其他工艺参数的调控,在SBR系统中实现了垃圾渗滤液短程硝化过程的快速启动,并在稳定期考察了固定气体流量曝气系统中溶解氧(DO)对短程硝化的影响。结果表明:在线监测p H的"氨谷"可判断氨氧化反应的终点;采用固定气体流量的曝气方式,使得单周期好氧段后期ρ(DO)高达7.95 mg/L,出水亚硝态氮积累率维持在98.3%左右,氨氮去除率高达96.5%;好氧段后期高溶解氧并没有导致硝化菌(NOB)的再次增长,短程硝化系统稳定。     

生物活性炭对不同C/N比废水同步硝化反硝化脱氮效果的影响

以连续运行的生物活性炭(biological actived carbon,BAC)填料反应器为研究对象,与序批式活性污泥反应器(sequencing batch reactor,SBR)对比,考察了BAC的加入对不同C/N比废水同步硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification,SND)脱氮效果的影响.在室温(15~27℃),初始溶解氧(dissolved oxygen,DO)质量浓度2~3 mg·L-1条件下,以甲醇做外加碳源,分别设置进水C/N比为3、5、8和10运行120个周期,比较两反应器的脱氮效果及稳定性.结果表明,C/N比由3依次升至5和8时BAC填料反应器脱氮效果优于SBR,TN平均去除率分别达44.88%、58.07%和66.64%.继续增大进水C/N至10,SBR发生污泥膨胀,而BAC反应器仍能保持63.65%的TN去除率.实验证明BAC在单一反应器内创造了多样的溶解氧环境,为SND创造了适宜的条件.BAC的加入减小了过量有机碳对硝化系统带来的影响,扩大了反应器的C/N比适用范围,增加了运行的稳定性,提高了有机物的脱氮容量,为高效脱氮提供了可能.     

测定地表水中溶解氧的微型化学实验研究

利用微型滴定法测定地表水中溶解氧的含量,并对微型实验和常量实验的平行测定结果进行了比较。微型滴定的测定结果准确可靠,微型实验具有现象明显、节省试剂、分析速度快等特点,能降低实验成本,提高学生的创新能力,完全符合绿色化学的理念,值得推广。     

影响碘量法测定DO值因素的分析

在环境监测中准确测定地面水中的溶解氧至关重要，但在日常采样和监测过程中往往受各种主，客观因素的影响而使测定结果脱离实际或令人质疑。在至今无统一溶解氧标样的前提下，只能从布点采样到监测分析以及数据处理等全面分析可能出现的影响因素，来控制或避免这些因素的出现以达到现今的准确度控制。本文单就论述在碘量法测定溶解氧时，分析采样和监测技术中既易出现又易被忽视的主客观因素对测定结果的影响。     

夏季南黄海西部溶解氧的分布特征及其影响因素分析

基于2006年夏季对南黄海调查所得的溶解氧(DO)资料,重点分析了DO的分布特征及影响因素。结果表明,2006年夏季南黄海DO的浓度范围为1.36～10.36 mg/L,平均值为7.21 mg/L;DO的水平分布趋势主要受控于环流结构,水体层化和生物化学作用明显影响着夏季南黄海西南部海域和冷水团范围内的DO含量,同时温度也是影响石岛外海、苏北近岸和海州湾东南部-苏北浅滩外侧DO含量的主要因素;从DO的垂直分布来看,30 m层的DO浓度最高,这是DO垂直分布最大值现象的具体表现,而且DO断面分布存在四种典型的类型。总体来看,南黄海西南部底层DO低值现象和受黄海冷水团影响的外海层化区存在的DO垂直分布最大值现象是调查海域DO分布的两个最显著的特征。     

硫化物废水的生物处理技术研究

生物脱硫工艺与传统工艺相比,具有明显的优越性。文章介绍了硫化物废水的各种处理技术、特点及原理,综述了国内外生物脱硫的研究现状,重点阐述了硫化物废水生物处理的几个重要的影响因素：溶解氧、pH值、硫化物负荷、反应器及填料的类型,指出利用基因工程技术构建的新型工程茵株将具有更好的脱硫效果。