基于改进粒子群算法和元胞自动机的城市扩张模拟——以南京为例

为合理利用多智能体算法解决城市扩张动态模拟问题,基于地理学理论和社会学规律对粒子群算法进行有针对性的改进,提出分段式粒子群算法(SPSO),并结合元胞自动机模拟复杂时空过程的能力,构建出适用于城市扩张模拟的地理元胞自动机SPSO-CA。在SPSO-CA中我们利用多时像的土地利用数据、交通路网数据和地形数据,挖掘出1995~2000年南京城市扩张的土地转换规则。再由此规则实现1995~2008年的南京市城市扩张过程的动态模拟。最后对比SPSO-CA、PSOCA及NULL模型结果得:SPSO-CA总精度86.3%,Kappa系数为0.792,Moran’s I为0.078,PSO-CA总精度83.6%,Kappa系数为0.755,Moran’s I为0.054,NULL模型总精度81.9%,Kappa系数为0.741,真实的Moran’s I为0.072。这表明无论是总精度还是空间一致性,SPSO-CA都优于PSO-CA和NULL模型,即用SPSO-CA模拟城市扩张是可行的。     

采用支持向量机算法优化电化学处理油田污水的工艺参数

采用支持向量机(SVM)算法,将Box-Behnken设计法与支持向量回归算法(SVR)实验参数优化软件相结合,优化电化学去除油田污水COD的工艺参数。通过量子粒子群算法对SVM算法参数进行优化,从建立的回归模型中找到工艺参数的全局最佳点:电解时间60 min,电解电流3 A,三维电极填充料中石英砂质量695 g。模型得到的COD理论最优去除率为92.48%,验证实验得到的COD去除率为91.43%。     

PbO_2复合电极预处理甲苯二胺废水

通过涂覆—热分解法与电沉积法制备了β-PbO_2/α-PbO_2/SnO_2-Sb2O3/Ti复合电极(PbO_2复合电极),采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安法(CV)、线性极化法(LSV)和加速寿命试验对电极进行表征。将PbO_2复合电极用于处理甲苯二胺(TDA)废水,考察了电解质浓度、电流密度对TDA降解效果的影响。实验结果表明:α-PbO_2呈梭状,β-PbO_2呈花菜状,多层结构的PbO_2电极利于提高电极的稳定性和活性;PbO_2复合电极的析氧电位(1.9 V)明显高于TDA的氧化电位(1.28 V),其使用寿命长达486 d;在电流密度为60 m A/cm2、Na2SO4质量浓度为10 g/L、电解时间为240 min的条件下,对COD为4 791.74 mg/L、TDA质量浓度为486.4mg/L的废水进行处理,TDA去除率高达97.3%,COD去除率可达88.1%。     

菲和镉单一及复合污染条件下在毛蚶体内的富集动力学研究

采用室内半静态双箱动力学模型实验,研究了菲和镉单一及复合污染条件下在毛蚶(Anadara subcrenata)体内的生物富集,通过对富集与释放过程中毛蚶体内菲和Cd的富集量进行非线性曲线拟合,获得了菲和Cd单一及复合污染条件下在毛蚶体内的吸收速率常数k1、释放速率常数k2、生物富集因子BCF、生物半衰期B1/2和平衡状态下最大富集量CA max等动力学参数。实验结果表明,菲和Cd在实验前期富集速率较高,8 d以后富集速率减缓,释放阶段与富集阶段相似。毛蚶对菲的BCF值为37.80,远大于Cd的BCF值13.12,且生物半衰期时间更长,菲更容易在生物体内富集。菲和Cd联合暴露条件下,在毛蚶体内的CA max和BCF值均大于单一作用,说明二者同时暴露时,毛蚶对菲和镉的吸收富集均有所增强。实验模型拟合度较好,输出值和实测值之间无显著性差异,拟合方程和拟合参数可信。     

近10 a武汉市城市热岛效应演变及其#br# 与土地利用变化的关系

城市化进程的加快,农村人口大量涌入城市,城市布局及局部气候改变等因素使得城市热岛效应问题日益突出,已成为当前城市环境研究热点之一。以武汉市为例,应用遥感技术与地理信息系统技术,选取2004~2015年5个时相Landsat系列影像数据,利用单窗算法反演地表温度,并以此为基础进行热岛强度分级,获取了近10 a武汉市城市热岛效应变化结果,并分析了武汉市11个辖区城市热岛效应动态变化特征及热岛效应与土地利用变化的关系。研究结果表明：（1）自2007年后,武汉市老城区热岛面积持续减少,而新城区热岛面积则持续增加,呈现出以老城区为中心向新城区扩张的趋势,至2015年,新老城区热岛面积仅相差20.74 km2;（2）东西湖区、蔡甸区、江夏区与洪山区是近些年城市热岛面积增长较为显著的辖区,其中江夏区的热岛面积年际变化最大,最高值达95.42 km2;（3）城市热岛效应与土地利用类型的面积年际平均值拟合关系显示,2004~2015年,城市热岛效应与建筑用地的R2值最大,为0.681 2,建筑用地面积的增加是城市热岛强度面积扩张的重要影响因素。     

基于支持向量机的地下水质量综合评价

提出基于支持向量机(SVM)机器学习算法的地下水质量评价模型。首先给出了训练样本生成和数据规范化处理的具体方法,然后采用支持向量机的多分类算法构建模型,并使用k折交叉核实方法对参数进行验证优化。最后通过实证分析,并与单因子指数法、模糊综合评价法和BP神经网络法的评价结果对比分析可知,该方法简便易行,评价结果客观且准确度较高,具有很强的实用性。     

3种组合工艺处理农村生活污水

进行了厌氧折流板反应器-垂直潜流人工湿地(ABR-VSFCW)、复合厌氧反应器-水平潜流人工湿地(HAR-HSFCW)、膨胀颗粒污泥床-人工快速渗滤系统(EGSB-CRI)3种组合工艺处理农村生活污水的研究。结果表明,在温度为10~29℃,进水COD为325.3~386.5 mg/L的条件下,3种组合工艺对COD均有较高的处理效果,当厌氧段HRT大于16 h时,3种组合工艺出水COD浓度均达到了我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准;EGSB-CRI、HAR-HSFCW对TP的去除效果较好,出水TP浓度均达到了我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准,且显著优于ABR-VSFCW,ABR-VSFCW出水TP浓度达到了二级标准;ABR-VSFCW、HAR-HSFCW、EGSB-CRI出水NH+4-N浓度分别为25.24~42.20、29.59~41.60和9.80~15.35 mg/L,其出水NH+4-N浓度达到了我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)二级标准;3种组合工艺对TN的去除效果无明显差异,去除率仅为23.9%~46.4%。因此,EGSB-CRI对农村生活污水的处理效果最好,HAR-HSFCW次之,ABR-VSFCW较差。     

响应面法在复合垂直流人工湿地对村镇污水脱氮优化设计中的应用

构建复合垂直流人工湿地系统处理村镇污水,获得了不同流程、水力负荷、C/N条件下湿地系统对污水TN的净化效果数据,并进行分析。利用响应面分析法与遗传优化算法对主要工艺参数进行优化设计,找到正交试验以外的最优点和最差点。结果表明,复合垂直流人工湿地TN去除率随流程的增加呈上升趋势,TN主要在下行池中去除;随水力负荷增加,TN去除率呈现下降趋势;在所研究的范围内,C/N为15.00时TN去除效果最佳。基于正交试验设计的响应面回归方程,可作为垂直流人工湿地的TN去除率计算函数,相对误差基本控制在10%以内;使用遗传算法对响应面回归方程进行全局优化分析,对不同植物床湿地的最优点和最差点进行对比分析,这些点与湿地种植的植物相关关系不大,不同植物床湿地呈现相似的参数条件。     

一种包埋微生物复合填料的制备及性能评价

采用包埋法制备出一种复合生物填料,测其各项理化性质,并以NO。模拟废气验证其脱硝性能。填料主要由碳酸钙、牛粪堆肥腐殖质、菌剂载体、水泥、轻质珍珠岩、立体网状纤维及脱硝功能微生物等复合而成,粒径书12mm×20mm,自然堆积密度（471±0．8）kg／m2,持水量（49±1．3）％,比表面积3．91m2／g,平均机械强度（427．3±0．2）N,pH为10．5-0．2。填料能长期在潮湿环境中保持良好的粘结强度,并具有营养缓释及pH缓冲能力。包埋脱硝功能微生物复合填料中初期微生物数量5．3×10^5 CFU／g,运行60d后微生物数量达到8．6×10 8 CFU／g,闲置停运30d微生物有所减少,但重启后净化效率基本不变。当进气负荷低于I878mg／（13m3·h）,气体停留时间为14．47s时,BF,的去除率高达93．15％。     

铁氧化物复合氧化铝催化臭氧化过程中溴酸盐的生成控制

以市售活性炭、硅藻土和氧化铝小球为载体,考察了负载铁基活性组分对催化臭氧化过程中溴酸盐的控制情况,其中,铁基复合氧化铝小球体现出更好的溴酸盐还原特性和催化剂稳定性,证实催化剂中铁氧化物是溴酸盐得到有效控制的主要活性组分。进一步考察了铁基复合氧化铝小球催化臭氧化处理实际原水过程中对溴酸盐的生成控制,以及反应过程中溶解性有机碳（DOC）的去除情况。结果表明,与单独臭氧化相比,该催化剂既能有效去除水中的溶解性有机物,又能明显抑制溴酸盐的生成,反应50h,其活性并没有明显下降。催化剂失活主要归因于吸附位点数量的下降,可以通过负载铁氧化物来实现催化剂的再生。