响应曲面法优化电化学氧化处理染料废水工艺参数的研究

采用响应曲面分析中的Box-Behnken设计法,以电流密度、初始pH值、氯化钠浓度和反应时间为实验因素,以电化学氧化处理酸性粒子元青染料废水过程中的TOC去除率和能耗为响应值,通过响应曲面法结合优化期望函数得出电化学氧化最优效能的工艺参数。结果表明,分析得出的TOC去除率与反应能耗的多元二次回归模型均达到显著并有很好的相关性。电化学氧化最优工艺参数为电流密度55mA/cm~2,初始pH值为6,氯化钠浓度0.15mol/L,反应时间120min,在此条件下,TOC去除率为80.20%,能耗为19.85kWh/g(TOC),预测值与实际值之间的相对误差分别为2.2%与4.6%。表明此方法可用于优化电化学氧化处理染料废水工艺参数,为实际工程应用中制定高效节能的处理方案提供参考。     

温度和盐度对华贵栉孔扇贝免疫相关酶的联合效应

为研究温度和盐度对华贵栉孔扇贝免疫相关酶活力的联合效应,采用中心复合设计(CCD)和响应曲面分析法(RSM)进行试验,在实验室条件下研究了温度(19~31℃),盐度(22~38)对华贵栉孔扇贝酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)、谷胱甘肽还原酶(GR)三种免疫相关酶活性的联合效应,旨在考察温度与盐度对ACP,AKP和GR活性的影响及华贵栉孔扇贝免疫水平较高时的最佳温度和盐度组合,为华贵栉孔扇贝人工养殖所需条件提供理论基础。结果表明:温度的一次效应和二次效应对ACP,AKP和GR活力影响显著(P0.05);盐度的一次效应和二次效应对ACP,AKP和GR的活力影响显著(P0.05);温度和盐度的交互作用对ACP,AKP和GR活力的影响显著(P0.05)。采用响应曲面法,建立了温度和盐度对华贵栉孔扇贝ACP,AKP和GR活性影响的模型方程,该模型方程决定系数分别为0.986 6,0.981 3和0.957 6(P0.01),预测系数分别为0.934 5,0.888 0和0.738 4,表明该模型可以用于预测华贵栉孔扇贝ACP,AKP和GR活力变化。通过模型优化和验证实验,得到在温度24.30℃、盐度30.55时,ACP和AKP活力达到最小值,分别为170.43,181.74U/mg,而GR活力最大为0.34U/mg,满意度达0.95。     

一株脂肽产生菌发酵参数的响应曲面法优化

从渤海污染土壤中分离的表面活性剂产生菌,经鉴定为Bacillus sp.BO2,该菌在对数生长期产生表面活性剂,至稳定期后可将发酵液的表面张力降低至31.0 mN·m1.初步分析发现其表面活性剂成分为环脂肽,该脂肽在不同温度、盐度、pH条件下有较好的稳定性.进一步采用响应曲面法(RSM),以乳化系数作为响应值来优化菌株BO2产生物表面活性剂培养条件.还通过实验确定碳源(液体石蜡)、NH4NO3、KH2PO4为3个影响表面活性剂产量的显著因素,再进行发酵培养基优化,获得最佳培养基配方.获得的发酵参数为利用该菌株发酵生产生物表面活性剂提供数据,为石油降解菌的应用开发提供了有价值的信息.     

低温柔性管道关键结构层的多目标优化设计

低温柔性管道是海上浮式液化天然气装置系统(FLNG)的核心输运装备。针对低温柔性管道多材料、多层复合的结构设计难点,将其按照不同功能解耦成内衬层、抗拉铠装层以及辅助层三个关键结构层。基于神经网络模型(RBF)、Kriging模型以及响应面模型(RSM)三种建模方法建立了上述三个结构层响应分析的代理模型,并通过模型准确度的比较,发现RBF的误差均最小。在优化设计中,基于遗传算法分别对低温柔性管道上述关键结构层进行多目标优化设计。在内衬层结构的优化中,以质量及弯曲刚度最小为优化目标;在抗拉铠装层结构的优化中,以质量最小及拉伸刚度最大为优化目标;在辅助层结构的优化中,以质量、弯曲刚度及传热速率最小为优化目标。研究工作为低温柔性管道的结构提供了关键设计参数及理性的设计方法。     

基于分区间泛化Kriging近似模型的船舶局部结构形状优化

为提高Kriging近似模型在船舶结构性能多维度响应预测方面的适用性,对常规Kriging近似模型进行分区间泛化改进:一是对设计样本点的各个维度(分量)进行划区,并在每一个分区间内采用最优拉丁超立方(OLhd)取样;二是引入比例系数w1组合高斯与指数型相关函数提高模型对数据的泛化能力,从而在每个划分的区间内建立泛化的Kriging近似模型。通过SCH测试函数,验证了构造的分区间泛化Kriging模型有效性。结合参数化建模和改进Kriging近似模型对某过渡肘板和舱口角隅边界进行形状优化,优化第一阶段由改进的近似模型通过多岛遗传算法得到全局初步的最优解,第二阶段在初步解的基础上缩小优化变量范围,由少量的FEM计算即可在小范围内搜寻到精确的最优设计变量。结果表明:分区间泛化Kriging近似模型在预测多维度响应时较常规Kriging模型预测精度更高;分阶段的形状优化流程在保证极小误差和缩小计算成本的情况下能够得到理想的应力分布和重量优化结果,有助于船舶结构的轻量化研究。     

基于遗传算法-支持向量机模型在热带气旋强度预报中的应用

利用遗传算法对支持向量机(SVM)模型参数进行寻优,找到最优参数组合后代入SVM模型中,得到基于遗传算法的支持向量机模型(GA-SVM),利用此模型对热带气旋强度进行预报实验。该模型对热带气旋强度12 h、24 h和48 h的预报平均绝对误差分别为3.01 m/s、4.46 m/s和6.57 m/s;比最小二乘回归法的预报精度分别提高了12%、11%、14%。     

亚临界流体中酶催化制备富含多不饱和脂肪酸甘油酯

研究亚临界流体中酶催化制备富含多不饱和脂肪酸甘油酯.采用亚临界R134a作为固定化脂肪酶Nonozym435催化富含n-3多不饱和脂肪酸甘油酯合成的反应介质,并利用响应面法对影响甘油酯合成的工艺条件进行了优化.结果表明,反应时间、酶用量、底物摩尔比、初始水分是影响酯化率的显著因素.通过对转化率的拟合模型响应面分析,得到了优化工艺条件:在亚临界R134a体系中,体系压力4 MPa,温度40 ℃,反应时间3.59 h,酶量:底物量的3.44%,底物摩尔比质量分数为4.55∶1(甘油/游离脂肪酸),初始水分含量0.81%;在此优化工艺条件下,酯化率的预测值为78.89%,试验值为84.06%.试验值与预测值的相符性很好,RSM模型的有效性得到验证.     

基于响应面法分析温度和盐度及其交互作用对大菱鲆幼鱼抗氧化酶活性的影响

为了分析温度和盐度及其交互作用对大菱鲆(Scophthalmus maximus)抗氧化酶活性的影响,作者采用中心组合设计和响应曲面法研究温度(17~23℃)和盐度(20~40)对大菱鲆幼鱼血清超氧化物歧化酶(SOD)活力的效应。结果表明:温度对大菱鲆幼鱼血清SOD活力的线性效应极显著(P0.01),累积效应不显著(P0.05);盐度对大菱鲆幼鱼肠道SOD活力线性效应显著(P0.05),累积效应极显著(P0.01);温度和盐度对SOD活力的互作效应达到显著水平(P0.05)。响应曲面法分析表明,随着温度和盐度的增大,SOD的活力基本上均呈先降后升的趋势。建立SOD活力与温度、盐度及其温度-盐度互作效应的模型方程Y=74.76–9.53 X1+5.31 X2+1.8 X1 X2+5.31 X12+10.53 X22,并据此预测大菱鲆幼鱼血清SOD的活力。对所建模型进行优化,得到SOD活性最低的理论最佳条件为:温度21.84℃,盐度27.97,在此条件下SOD活性值为70.0463 U/mg。     

基于响应曲面法的垂直流人工湿地脱氮工艺优化

以新型间歇增氧垂直流人工湿地系统为研究对象,采用中心复合设计响应曲面法优化垂直流人工湿地脱氮处理过程中曝气工艺参数并预测其脱氮效能。以曝气量、曝停比、曝停周期为间歇曝气影响因素,分别以人工湿地氨氮去除率和总氮去除率为响应值建立垂直流人工湿地氨氮去除率和总氮去除率的二次回归模型,通过假设检验(F-test),模型均非常显著且具有较好的相关性。间歇增氧垂直流人工湿地脱氮处理中曝气量、曝停比为对氨氮去除影响极显著的曝气参数,通过影响因子主次分析,曝气量、曝停比、曝停周期对氨氮去除率的影响顺序是:曝停比>曝气量>曝停周期;曝停周期为对总氮去除具有极显著影响的曝气参数,通过影响因子主次分析,曝气量、曝停比、曝停周期对TN去除率的影响顺序是:曝停周期>曝气量>曝停比。模型预测氨氮与总氮去除率的最佳曝气参数分别为:曝气量2 m3/h、曝停比0.25、曝停周期12 h、曝气量2 m3/h、曝停比0.25、曝停周期6 h;氨氮、总氮去除率预测值分别为98.4%、83.2%,预测值与实测值吻合。响应曲面法用于优化曝气参数对人工湿地脱氮效能影响具有可行性,可实现间歇增氧人工湿地脱氮效能的准确预测。     

利用响应面法优化鼠尾藻幼苗生长条件的研究

利用响应面方法优化并确定了鼠尾藻幼苗生长的最佳生态因子组合条件。采用单因子实验方法,分别测定在不同温度、光照强度和盐度条件下鼠尾藻幼苗的特定生长率,结果发现,温度、光照强度和盐度分别为18℃、8 000lx和28时,其特定生长率最大。以单因子实验结果进行估算,确定了温度、光照强度和盐度的水平范围,根据Box-Behnken中心组合设计,采用多因子实验方法进一步测定了鼠尾藻幼苗特定生长率。利用响应面法对中心组合实验数据进行分析,结合验证实验,确定了鼠尾藻幼苗生长的最佳生态因子组合条件为温度17.74℃、光照强度7 449.27lx、盐度29.08,在该条件下鼠尾藻幼苗特定生长率为6.28%,高于单因子实验和Box-Behnken中心组合设计试验中测定的鼠尾藻幼苗特定生长率。研究表明,响应面法优化鼠尾藻幼苗生长的生态因子组合条件,可用于指导鼠尾藻幼苗早期培育,同时为鼠尾藻生态学、养殖学和鼠尾藻规模化繁育提供理论依据。     

大亚湾夏、冬浮游植物群落结构与环境因子

根据2015-08和2015-12大亚湾海域的调查数据,对大亚湾浮游植物种类组成、丰度分布、多样性及与环境因子的关系等进行分析。结果显示:夏冬两季共鉴定出浮游植物5门39属102种,其中硅藻70种,甲藻27种,金藻和绿藻分别为2种,蓝细菌1种。浮游植物丰度夏季波动范围为(0.80～42.43)×10~6个/m^3,均值为10.70×10~6个/m^3;冬季波动范围为(0.13～43.80)×10~6个/m^3,均值为7.24×10~6个/m^3;浮游植物丰度组成夏季以硅藻为主,占总丰度的97.51%,冬季则以金藻和蓝细菌为主,占97.41%。夏季优势种为中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、柔弱拟菱形藻(Peseudo-nitzschia delicatissima)和菱形海线藻(Thalassionema nitzschioides);冬季优势种为球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)和束毛藻(Trichodesmium sp.)。冗余分析显示,影响大亚湾浮游植物分布的关键环境因子,夏季为透明度、氮磷比、温度和盐度,冬季为盐度、pH、温度和亚硝氮。     

雅浦海沟南缘铁锰结核矿物与地球化学特征及其成因研究

本文采用X射线衍射、全岩地球化学和电子探针等测试方法,对雅浦海沟南部附近海域获得的铁锰结核样品进行了显微构造、矿物和地球化学分析,并探讨了其成因。结果表明:铁锰结核的显微构造主要包括平行纹层构造、柱状构造、叠层状构造和同心环状构造;显微构造和探针结果显示铁锰结核在生长初期处于底部海洋动力比较强烈的环境,后期生长环境逐渐趋于稳定;铁锰结核的矿物组分以水羟锰矿、钠水锰矿、石英和钙十字石为主;样品中Fe、Mn元素含量较高且含量比较接近,Cu、Co、Ni和REE相对富集,REE分布模式整体比较平缓并都出现较强的Ce正异常和重稀土元素亏损现象;文中两块铁锰结核都为水成成因,成矿物质主要来自同期的海水沉淀,同时也受一定海底火山物质和陆源风尘物质的影响。     

不同周期分潮簇对复杂河网潮位分布的影响

在不规则半日潮为主的河口,半日和全日周期的分潮簇在很大程度上影响了潮位的振幅。但当潮波向三角洲河网内部传播时,由于不同周期分潮簇的振幅沿程变化速率存在差异,特别是半月周期分潮簇振幅作用得到增强,使得不同周期分潮簇对河网内潮位分布的影响具有明显的区域性特征。通过珠江三角洲河网一维水动力模型得到研究区域内高频且长周期的潮位资料,基于小波分解重构出主要周期分潮簇的振幅,采用谱聚类图像分割算法,通过像素分割计算确定综合相似度,从图像学等角度论证了不同周期分潮簇与复杂河网潮位分布的空间关联性。研究发现,半日和全日周期的分潮簇影响了复杂河网口门潮位振幅的量值,但半月周期的分潮簇却影响了复杂河网整体潮位分布的形态特征。     

对二甲苯和苯乙烯对海洋微藻生长和光合能力的影响

为了探讨对二甲苯和苯乙烯对海洋微藻的毒性效应,本研究以三角褐指藻和亚心形扁藻为材料,分别比较了不同浓度的对二甲苯和苯乙烯胁迫对微藻生长以及叶绿素含量的影响,并计算对二甲苯和苯乙烯对三角褐指藻和亚心形扁藻96hEC50。研究表明,对二甲苯和苯乙烯对三角褐指藻和亚心形扁藻生长的抑制呈显著的剂量-效应关系,对二甲苯和苯乙烯对三角褐指藻96hEC50分别为60.20mg/L和47.82mg/L,对亚心形扁藻的96hEC50值分别为26.49mg/L和85.62mg/L,相比而言,三角褐指藻对苯乙烯敏感,而亚心形扁藻对对二甲苯更为敏感。同时研究还发现,对二甲苯和苯乙烯胁迫下,试验微藻的叶绿素含量均随处理浓度以及处理时间而显著降低。这些结果为评估对二甲苯和苯乙烯对海洋微藻的毒性效应提供了依据。     

大沽河下游地区地下咸水的水化学特征及成因

大沽河下游地区存在大面积咸水体,为了查明咸水体盐分的来源,揭示地下水咸化机理,于2017年4、8和10月在大沽河下游地区采集地下水样品,对其进行研究。现场原位监测地下水的水位、水温、电导率和总溶解性固体等,并采集水样进行主要水化学离子测定。用数理统计法、吉布斯图解法、主要水化学离子比值法以及卤族元素比值法对地下水样进行综合分析,分析地下水化学分布特征,识别出地下咸水的盐分来源;并结合古地理、地质和水文地质资料,研究其咸水形成机理。结果表明:(1)研究区由西北向东南方向,TDS和Cl浓度均逐渐升高,水质由淡水逐渐向盐水转化,地下水的优势阴离子类型沿着HCO_3型→HCO_3·Cl型→Cl·HCO_3型→Cl型变化,大部分地区的阳离子以Na^+占主导地位。(2)研究区内地下淡水受到岩石风化-溶滤和蒸发浓缩的共同影响,地下咸水的形成主要受到与海水的混合作用控制,还受到阳离子的交换吸附和矿物溶解作用的影响。(3)综合Br/Cl和I含量,证实了研究区存在着海相沉积地层的溶解作用,这是研究区东南部地下咸水的重要盐分来源。     

沙尘和灰霾对西北太平洋浮游植物群落结构变化的影响

通过在西北太平洋黑潮亲潮混合区(E02和E10M)和副热带寡营养区(M1和M1B)开展的船基围隔培养实验,探究了不同海域表层海水中浮游植物对沙尘和灰霾添加的响应,以及浮游植物群落结构的变化。结果表明,黑潮亲潮混合区浮游植物可能受铁(Fe)限制,副热带寡营养区浮游植物主要受氮(N)限制。沙尘和灰霾添加均可以促进浮游植物生长,并可使浮游植物的粒级结构分布发生明显变化。在黑潮亲潮混合区,沙尘添加组使小型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Micro)由～10%上升至～55%,超微型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Pico)由～70%下降至～20%,但在培养实验过程中,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化量与沙尘添加量无明显的相关关系,这种现象的原因可能是不同量的沙尘添加均可为浮游植物的生长提供较充足的Fe导致的。在副热带寡营养区,沙尘或灰霾添加组的C_Micro由～10%上升至～35%,C_Pico由～70%下降至～55%～～35%,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化与沙尘或灰霾添加量呈线性相关关系,表明浮游植物的生长对沙尘或灰霾的N供给量具有较高的敏感性。     

盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性的影响

本文研究了盐度变化对序批式生物膜反应器(SBBR)性能及微生物活性的影响。研究结果表明,进水盐度不超过1.5%时,SBBR对COD的平均去除率高于88.63%,但进水盐度为2.5%时,对SBBR的COD去除产生抑制。当进水盐度由0%增加到2.5%时,NH^+_4—N去除未受到影响,出水NO^-_3—N浓度在0.30～3.30 mg/L范围内变化,然而出水NO^-_2—N浓度从0 mg/L逐渐增大到(4.35±0.02) mg/L。比耗氧速率由进水盐度为0%时的(27.39±1.16) mg O_2/(g MLSS·h)增大至进水盐度为1.5%时的(83.41±1.17) mg O_2/(g MLSS·h),而在盐度为2.5%时比耗氧速率降低至(38.62±1.08) mg O_2/(g MLSS·h)。比氨氧化速率、比亚硝酸盐氧化速率、比硝酸盐还原速率和比亚硝酸盐还原速率均随着进水盐度从0%增加到2.5%而逐渐降低。当进水盐度为2.5%时,氨单加氧酶、亚硝酸盐氧化还原酶、硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶和脱氢酶的活性与盐度为0%时相比分别降低了41.48%、95.86%、28.57%、27.85%和48.13%,表明盐度增加抑制了微生物酶的活性。     

Temperature and salinity distributions in the South China Sea and adjacent waters

The South China Sea branch of the Kuroshio is described using data collected with a CTD on board R/V ‘Experiment 3’ of the South China Sea Institute, Academia Sinica, in the northeastern waters in the South China Sea and adjacent waters. Features of water mixing are examined in terms of the Cox number along seven sections in these regions. The existence and behaviour of the South China Sea branch of the Kuroshio are shown.     

西沙群岛东岛浮岩矿物地球化学特征及成因探讨

本文对采自西沙群岛东岛的2件浮岩样品进行了岩石学和矿物地球化学研究,研究表明,东岛浮岩样品属于中性火山岩,SiO_2含量在60%左右,化学组成相当于粗面岩,斑状结构,斑晶主要为斜长石、单斜辉石和少量橄榄石,基质为玻璃质。斜长石及辉石斑晶矿物具有中心熔蚀结构,斜长石形成温度为1030℃-1080℃;单斜辉石属均为普通辉石,斑晶Al_2O_3含量较低;橄榄石属于透铁橄榄石,橄榄石斑晶Fo值为55.40-60.53,从核部到边部各化学成分略有降低,且具有轻微的化学成分环带。从核部到边部Fo值略有降低。东岛浮岩岩浆是西沙地块受到拉张作用,中地壳物质减压熔融形成粗面质岩浆,并经历短暂的岩浆房冷凝时期,拉张减薄作用形成裂谷后,由于压力突然释放,粗面质岩浆沿裂谷快速上升在水下喷发形成浮岩。     

USV-LIF遥测系统的控制系统设计与实现

无人船作为一种新型平台,在海洋环境监测中具有布放灵活、自动测量等优势。对于近岸港口等溢油事故发生频繁区域的环境监测,相比于传统的机载和船载溢油激光荧光遥感技术,采用无人船平台搭载激光荧光传感器进行探测更为方便有效。本文对基于无人船的激光荧光(USV-LIF)遥测系统进行总体方案设计,并详细设计了其控制系统,该系统包括岸基远程控制模块和USV-LIF现场机控制模块两部分。利用无线网络通信链路实现从岸基终端对USV-LIF现场机的远程控制与通信,并通过现场机的控制模块实现对USV-LIF现场机的仪器状态控制、数据采集以及时序控制等功能。在实验室条件下,对USV-LIF遥测系统的整体运行、远程控制数据传输以及系统长时间连续工作进行了模拟联调测试,结果表明,所研发的控制系统的功能基本达到了现场探测需求。