污染物的微生物降解动力学及定量结构性质关系预测的新概念、新算法研究

摘要

该论文在活性污泥动力学方面,基于原有的进水F/M比(即f<,i>)等概念,首次引入了出水F/M比(即f<,e>)、进出水F/M比减少量(即-△f)和复合半饱和常数K<,fs>等新概念,建立了F/M比(包括f<,i>、f<,e>和-△f)与曝气池主要运行参数及性能指标之间的相关定性定量关系,以及f<,e>随时间变化的动态定量关系.采用真实的污水厂的数据,对相关关系的合理性进行了验证,并用灵敏度分析证明了f<,e>较优地反映了曝气池运行状况.这些为F/M比概念的深入理解和应用提供了理论依据.在微生物动力学方面,采用改进遗传算法在较大参数搜索空间内生成合适初始参数估计,联合传统局部寻优的Gauss-Newton方法用来解决生物降解动力学参数估计问题.在酶动力学方面,将微生物动力学参数估计问题中提出的加权非线性最小二乘残差平方和(SSWE)引入到形式上类似的酶动力学方程中,给出了一种用于酶动力学积分模型的简便精确的参数估计新方法,即采用加权非线性最小二乘分析连用Matlab的lsqnonlin函数的方法.模拟数据验证了这种方法的有效性.在QSAR和QSPR模型方面,采用贝叶斯规整化神经网络(BRBPNNs),基于ChemOffice2004内置的MOPAC2000计算了6个量子化学参数(分子最高占据能E<,HOMO>、分子最低占据能E<,LUMO>、分子生成热HF、分子偶极矩DIP、分子的电子能量EE和分子的核核排斥能CCR)以及氯原子数(Cl)和分子量(MW),建立了87种氯代芳香族化合物结构与电化学还原电位定量关系的预测模型.

目录

文摘

英文文摘

湖南大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

第1章绪论

1.1环境基础动力学模型

1.1.1微生物动力学模型

1.1.2微生物动力学模型的发展

1.1.3酶动力学模型

1.1.4微生物动力学及酶动力学模型的参数估计

1.1.5遗传算法

1.2活性污泥动力学模型

1.2.1传统静态模型

1.2.2活性污泥动态模型

1.2.3污泥动力学的发展趋势

1.3环境中的QSAR和QSPR模型

1.3.1环境意义的活性

1.3.2分子描述符

1.3.3模型的建立与求解

1.4本文工作

第2章F/M比的概念扩展和相关关系的建立

2.1引言

2.2概念方法与模型发展

2.2.1进水F/M比(即fi)和出水F/M比(即fe)的关系

2.2.2二级处理效率η分别与fi和fe的关系

2.2.3生物固体平均停留时间(或污泥龄)θc与fi、fe的关系

2.2.4fe的动态模型

2.3结果与讨论

2.3.1 F/M比的意义及其概念的扩展

2.3.2进水的F/M比与出水的F/M比之间的关系

2.3.3 F/M比参数与曝气池主要运行参数的定量关系

2.3.4 F/M比参数与曝气池主要性能参数的定性关系

2.3.5fe动态模型的校正与检验

2.4结论

第3章微生物降解动力学参数估计复合方法

3.1引言

3.2理论

3.2.1 Contois生物降解动力学模型

3.2.2简单改进的遗传算法

3.2.3 复合参数估计方法

3.3数据验证

3.4结果和讨论

3.4.1遗传算法生成模拟数据的初始参数估计

3.4.2复合算法对模拟数据的参数估计结果

3.4.3搜索能力的互补

3.4.4复合算法对实验数据的参数估计结果

3.5结论

第4章微生物降解动力学模型参数估计新方法比较

4.1引言

4.2理论

4.2.1生物降解动力学模型的参数估计

4.2.2两种改进的遗传算法(IEPGA和IGA)

4.2.3多次随机初值联用lsqnonlin的方法

4.3数据验证

4.4结果和讨论

4.4.1基于模拟数据集的IEPGA和IGA的比较

4.4.2基于模拟数据集的遗传算法和lsqnonlin的比较

4.4.3基于实验数据集的比较

4.5结论

第5章基于Lsqnonlin的积分酶动力学模型参数估计的加权最小二乘方法

5.1引言

5.2理论

5.2.1积分形式的酶动力模型

5.2.2加权残差平方和(SSWE)

5.2.3 lsqnonlin方法

5.3数据验证

5.4结果和讨论

5.4.1求解SSWE的过程

5.4.2模拟数据验证

5.5结论

第6章基于BRBPNN的氯代芳香族化合物还原电位的QSPR模型

6.1引言

6.2材料方法

6.2.1贝叶斯规整化的BP神经网络模型(BRBPNNs)理论

6.2.2数据集和分子描述符

6.2.3特征选取和数据预处理

6.2.4计算环境

6.3结果与讨论

6.3.1特征选取

6.3.2 BRBPNN的结构确定

6.3.3 BRBPNN与线性模型的预测结果比较

6.3.4 BRBPNN的稳健性

6.3.4描述符对还原电位的影响及量子化学解释

6.4结论

结论

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)

附录B(遗传算法源程序示例)