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聚丙烯纳米塑料对生物脱氮和微生物氮代谢的影响及机制

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聚丙烯纳米塑料对生物脱氮和微生物氮代谢的影响及机制

作者：徐军帅安徽建筑大学

学位级别：硕士

污水处理厂作为城市与工业废水处理的关键环节,经常发现含有纳米塑料,尤其是聚丙烯纳米塑料(PP NPs,Nanoplastics),其在污水中普遍存在且浓度较高。在污水的生物处理过程中,PP NPs因其尺寸小和较强的吸附能力直接威胁到微生物的活性,进... 详细信息

污水处理厂作为城市与工业废水处理的关键环节,经常发现含有纳米塑料,尤其是聚丙烯纳米塑料(PP NPs,Nanoplastics),其在污水中普遍存在且浓度较高。在污水的生物处理过程中,PP NPs因其尺寸小和较强的吸附能力直接威胁到微生物的活性,进而干扰微生物氮代谢功能。然而,现有研究主要集中在PP NPs对生物脱氮性能的影响上,而且研究所用NPs浓度较低、范围不全,且尚未深入至分子生物学及微生物生态学层面去探讨PP NPs对微生物氮代谢的影响机制。理解生物脱氮活性、微生物氮代谢与生物脱氮过程之间的紧密联系至关重要,这些因素的变化会影响整个脱氮过程的效率。因此,通过在序批式反应器中模拟城市污水并添加不同浓度的PP NPs(0 mg/L、1 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L),深入探究了PP NPs对生物脱氮性能、生物脱氮活性和微生物氮代谢的影响及机制。该研究采用化学分析和线性回归模型来评估不同浓度PP NPs对生物脱氮系统中的脱氮速率、污泥比耗氧速率、活性氧含量、乳酸脱氢酶含量以及脱氮关键酶活性的影响,并进一步探究脱氮关键酶活性与脱氮性能之间的相互关系。接着,利用实时荧光定量PCR技术测量氮转化功能基因的丰度,利用线性回归方法分析不同浓度PP NPs对氮去除的关键功能基因的驱动因素。最后,采用主坐标分析、冗余分析、皮尔逊相关性分析不同浓度PP NPs胁迫下功能基因与生物脱氮的相互关系,通过曼特尔检验分析不同浓度PP NPs胁迫下微生物氮代谢的关键影响因素,并采用化学分析方法量化检测微生物能量载体产量、电子载体产量和微生物电子传递系统活性,从而在分子生物学和微生物生态学层面上探讨了不同浓度PP NPs对生物脱氮的影响机制。具体结论如下:(1)通过分析不同浓度PP NPs对生物脱氮性能的影响。结果显示,随着PP NPs浓度的升高及作用时间的增加,生物脱氮性能变差,生物脱氮系统遭到破坏。(2)采用化学分析和线性回归模型来评估不同浓度PP NPs对生物脱氮系统中的脱氮速率、污泥比耗氧速率、活性氧含量、乳酸脱氢酶含量以及脱氮关键酶活性的影响,并进一步探究脱氮关键酶活性与脱氮性能之间的相互关系。结果显示,不同浓度的PP NPs对生物脱氮脱氮活性均有抑制作用,随着PP NPs浓度的增加抑制作用逐渐增强。PP NPs浓度增加,污泥表面吸附过多PP NPs,减弱了细菌的传质能力,引起细胞内活性氧含量产生与乳酸脱氢酶含量释放增多。PP NPs诱导的活性氧含量增加加剧了细胞的氧化状态,造成过氧化损伤,同时乳酸脱氢酶含量的释放改变了细胞膜的通透性,细胞膜损伤后导致酶失活、蛋白质氧化与DNA结构破坏,降低了活性污泥的脱氮能力。线性回归结果显示,氨单加氧酶活性与氨氧化作用之间存在显著线性关系;亚硝酸盐氧化酶活性与硝化作用具有线性关系;硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性与反硝化作用呈显著的线性关系。(3)使用实时荧光定量PCR技术测量了氮转化功能基因的丰度,利用线性回归方法分析了不同浓度PP NPs对氮去除的关键功能基因的驱动因素。通过统计学方法,该研究探讨了PP NPs不同浓度下对功能基因与生物脱氮的相互关系及微生物氮代谢的关键影响因素。通过化学分析手段,量化生物脱氮过程中微生物能量及电子载体产生量以及微生物电子传递系统活性,从而在微生物生态层面解析了PP NPs不同浓度对生物脱氮的影响机制。研究发现随PP NPs浓度增加,除nir K和nor B基因表达上升外,其他氮转化功能基因的表达普遍下降,表明PP NPs对功能基因表达具有抑制作用。在移除0 mg/L和1 mg/L PP NPs处理组后,nxr A/amo A与出水氨氮浓度显示出显著的线性关系。nir S/16S r RNA与出水硝氮浓度显示出显著的线性关系。nos Z/nar G与硝氮去除量显示出显著的线性关系。指出这些基因是相应氮去除过程的关键驱动因素。研究发现,皮尔逊相关性分析显示,部分功能基因与出水氨氮、亚硝氮及化学需氧量的浓度呈负相关,而与好氧硝氮的浓度呈正相关,但程度各异。冗余分析,蒙特卡洛检验显示PP NPs、好氧末端硝氮及出水亚硝氮是最能够解释功能基因变化的化学指标,表明功能基因表达对脱氮过程的十分重要。主坐标分析指出,随PP NPs浓度增加,样品间功能基因的差异性变得更加明显。曼特尔检验揭示在PP NPs影响下,氮转化功能基因、关键蛋白酶活性、能量及电子载体含量、微生物电子传递系统活性和污泥比耗氧速率是微生物氮代谢的决定性因素。研究发现,在PP NPs作用下,能量及电子载体含量呈现下降趋势及微生物电子传递系统活性下降表明微生物电化学活性受到一定程度的抑制,这说明高浓度PP NPs抑制了微生物的能源生成、传递与利用效率。在PP

关键词：纳米塑料微生物氮代谢氮转化功能基因相互关系

分数阶移相全桥变换器的建模分析与优化控制研究

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分数阶移相全桥变换器的建模分析与优化控制研究

作者：陈新帅石家庄铁道大学

学位级别：硕士

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基于风险规避的微电网优化控制技术研究

基于风险规避的微电网优化控制技术研究

作者：王贵帅北方工业大学

学位级别：硕士

微电网是联系分布式能源与大电网之间的重要枢纽,是建设新型能源体系进而实现“双碳”目标的重要途径,具有广泛的应用前景。微电网中能量的转换主要是通过控制电力电子变换器完成,用来提高分布式电源的利用率。然而,在微电网孤岛模式下... 详细信息

微电网是联系分布式能源与大电网之间的重要枢纽,是建设新型能源体系进而实现“双碳”目标的重要途径,具有广泛的应用前景。微电网中能量的转换主要是通过控制电力电子变换器完成,用来提高分布式电源的利用率。然而,在微电网孤岛模式下,变换器通常会受到分布式电源输入波动、外部负载突变扰动等多种不确定性因素的影响,导致系统难以获得期望的性能指标,存在着输出电压失稳风险,不利于微电网的安全稳定运行。因此,为了增强微电网中变换器的控制性能,研究并设计动、静态性能和鲁棒性优良的控制策略,保证输出电压的稳定,具有重要的研究意义。根据孤岛微电网系统电压、电流物理特性,建立DC-DC Buck变换器,DC-AC三相逆变器的状态空间模型。通过对一次控制中传统电压电流双闭环PI控制进行分析,发现在扰动出现的情况下,系统难以获得理想的动态响应速度,因此采用线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)最优控制提高系统的动态性能。针对直流微电网电源侧存在统计大方差性质的随机扰动,提出了基于风险规避LQR的控制策略。既包括标准LQR期望成本目标,同时又将风险方差项加入到约束项中。另一方面,针对直流微电网负荷侧负载变化等扰动,为了提升Buck变换器输出电压的性能,提出了一种基于LQR控制器与扰动观测器结合的控制方法。通过将负载投切和分布式电源功率波动等因素对系统性能的影响视为总扰动,设计扰动观测器实时估计总扰动的作用量,并将估计值补偿至系统输入端,以实现对扰动的抑制,增强了Buck变换器系统的鲁棒性。针对交流微电网中存在负载投切、三相不平衡负载接入等扰动,为了提高逆变器的输出性能,在LQR控制器的基础上,提出了一种基于残差生成器的扰动补偿控制策略。以状态观测器为基础,构造残差生成器,获取系统存在扰动时的残差信号。为了抑制扰动对系统的影响,利用模型匹配原理,设计扰动动态补偿控制器,增强了逆变器系统的鲁棒性,保证微电网系统的稳定运行。

关键词：微电网变换器线性二次型最优控制风险规避扰动观测器残差生成器

基于山水自然地理特质的滨水新区城市设计研究 ——以安徽太湖晋湖片区城市设计为例

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基于山水自然地理特质的滨水新区城市设计研究 ——以安徽太湖晋...

作者：张德帅安徽建筑大学

学位级别：硕士

论文的选题源于笔者跟随导师所参与的相关滨水地区城市设计实践、及相关城市考察的思考,特别关注了具有山水自然地理特质的滨水新区城市设计,同时反观当下此类型的城市设计存在着自然山水与人工环境相互割裂以及建筑形态空间山水意象不... 详细信息

论文的选题源于笔者跟随导师所参与的相关滨水地区城市设计实践、及相关城市考察的思考,特别关注了具有山水自然地理特质的滨水新区城市设计,同时反观当下此类型的城市设计存在着自然山水与人工环境相互割裂以及建筑形态空间山水意象不足、地域文化传承缺失等相关问题,由此展开了论文命题的相关探讨。本文梳理整合了国内外目前关于滨水新区城市设计的相关理论以及研究进展,并结合福鼎市铁锵滨海新区城市设计、重庆丰都县长江-龙河滨水地区、浏阳市水佳片区三个规划案例,从理论和实践出发,探讨基于山水自然地理特质的滨水新区的城市设计理念、原则、方法以及技术路线,最后通过“安徽太湖晋湖片区城市设计”实践项目对其进行实证探讨,以期为类似的城市滨水新区建设提供设计理论与方法的借鉴,本文的基本学术观点如下:(1)基于山水自然地理特质的滨水新区城市设计,实际上是一个总体城市设计的范畴,其研究应以城市设计的思想方法为统领,结合山水城市建设、地域文化传承、旅游文化形象塑造等相关内容,来探讨滨水新区与所在城市的自然地理特质之间的关系,以及历史文化资源特质传承发展的问题。(2)基于山水自然地理特质的滨水新区城市设计,重在关注自然山水与城市建筑空间的整合,并在建筑、规划、景观三位一体的城市设计理念指导下,遵循“区位与意象并行”、“文化艺术审美性”、“城市设计整合性”、“旅游文化形象建构”四项设计原则。(3)基于山水自然地理特质的滨水新区城市设计方法与技术路线,应在区位空间关系审视层面来把握区位主体特质和区位空间关系特质,并结合地域文化相关专题研究以及基地现状分析,确立城市设计战略命题,进而在形态空间设计层面下进行滨水新区的“整体形态空间建构”、“标志建筑空间建构”以及“旅游文化形象打造”。图[62]表[3]参[76]

关键词：城市设计滨水新区山水城市旅游文化形象地域文化传承

纳豆芽孢杆菌对脂多糖应激下肉鸡生产性能和肠道健康的影响

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纳豆芽孢杆菌对脂多糖应激下肉鸡生产性能和肠道健康的影响

作者：张超帅河南农业大学

学位级别：硕士

本试验旨在研究饲粮中添加纳豆芽孢杆菌对应激状态下肉仔鸡生长性能、抗氧化能力和免疫功能以及肠道菌群的影响。通过利用脂多糖刺激构建应激模型,探索纳豆芽孢杆菌与肉鸡生理特性、肠道菌群之间的关系,为纳豆芽孢杆菌在家禽饲料中的应... 详细信息

本试验旨在研究饲粮中添加纳豆芽孢杆菌对应激状态下肉仔鸡生长性能、抗氧化能力和免疫功能以及肠道菌群的影响。通过利用脂多糖刺激构建应激模型,探索纳豆芽孢杆菌与肉鸡生理特性、肠道菌群之间的关系,为纳豆芽孢杆菌在家禽饲料中的应用提供依据。试验一,不同浓度的纳豆芽孢杆菌对肉仔鸡生长性能、血清抗氧化能力和盲肠微生物的影响。选用240只体重相近的肉仔鸡,随机分为5组,每组6个重复,每个重复8只鸡。试验Ⅰ-试验Ⅳ组,添加量为100-400 mg/kg纳豆菌的梯度实验。在14日龄和42日龄采集样品。结果表明:(1)肉鸡平均日增重、料重比和42日龄体重,随着纳豆菌添加比例的提高而提高,在达到300 mg/kg时,肉仔鸡平均日增重显著高于其余处理。(2)纳豆菌在动物日粮中的添加,会促进动物机体血清内抗氧化酶含量的增加,在300 mg/kg的添加比例时,达到峰值。(3)纳豆菌会提高肠道微生物的物种数量和均匀程度,在门水平上,200-400 mg/kg的添加量,均会对厚壁菌门丰度增高起到促进作用,减少拟杆菌门丰度占比。而在属水平上,300 mg/kg的添加比例,会大幅提高42日龄肠道内另枝菌属的占比,另枝菌属具有良好的炎症调节作用。综合考虑下,选取300 mg/kg纳豆菌的添加量,对动物机体肠道菌群和生产性能改善效果最佳。试验二,纳豆芽孢杆菌对脂多糖刺激下的肉鸡生产性能和肠道健康的影响。选取144只体重接近的1日龄肉仔鸡,分为3个处理。处理一是腹腔注射生理盐水,处理二是腹腔注射LPS,处理三则在处理二的基础上饲喂300 mg/kg的纳豆芽孢杆菌。应激模型的构建,则是从第二周开始,每周的1、3、5日,根据肉鸡当前体重,按500μg/kg BW的添加比例,将LPS溶解于1 m L的生理盐水中,通过腹腔注射促进肉鸡吸收,这个过程持续两周第一部分,对LPS应激下肉鸡生产性能和血清理化性质的影响结果表明:(1)对生产性能的影响:LPS的注射,会大幅降低肉鸡日采食量,而且纳豆菌的添加后,不仅能提高动物采食量,同时还能有效降低料重比。(2)对血清理化性质的影响:纳豆菌的饲喂,通过提高血清免疫球蛋白含量,能够缓解由于LPS应激导致的抗氧化能力的下降趋势,增加动物机体血清抗氧化能力。同时,LPS引发的炎症应激,会显著降低血清免疫球蛋白含量(P<0.05),纳豆菌饲喂后,能缓解应激导致的免疫球蛋白含量降低,并在试验后期,显著提高血清内Ig G的含量(P<0.05)。第二部分,对LPS应激下肉鸡肠道健康的影响结果表明:(1)对肠道黏膜的影响:纳豆菌的添加会显著改善黏膜抗氧化能力,在修复LPS对肠道黏膜抗氧化能力的破坏后,显著提高GSH-PX和SOD的含量,同时会抑制促炎因子的产生,提高黏膜SIg A和抑炎因子IL-10的含量。(2)对肠道菌群Alpha多样性的影响:应激会促进有害菌种类和丰富度的增加,最终导致后期Shannon指数显著降低(P<0.05),降低菌群丰富度和多样性。纳豆菌处理能抑制有害菌定植,缓解应激导致的菌群丰富度和多样性的改变。(3)对Beta多样性的影响:试验前期,LPS注射后,门水平上,与试验Ⅱ组相比,试验Ⅲ组饲喂纳豆菌后能显著增加厚壁菌门丰度占比(P<0.05),提高放线菌门丰度占比,降低互养菌门和脱硫杆菌门占比。属水平上,与试验Ⅰ组相比,试验Ⅱ组unclassified＿f＿＿Oscillospiraceae属的菌群丰度显著提高(P<0.05),梭状芽孢杆菌丰度占比显著降低(P<0.05);粪杆菌属、考拉杆菌属和另枝杆菌属丰度占比明显降低;试验Ⅲ饲喂纳豆菌后,Christensenellaceae＿R-7＿group菌属和梭状芽孢杆菌丰度占比显著提高(P<0.05)。试验后期,门水平上,纳豆菌的饲喂,能有效降低变性菌门、蓝细菌门和拟杆菌门的丰度占比,提高厚壁菌门的比例。属水平上,饲喂纳豆菌后,粪杆菌属菌群占比显著提高(P<0.05),肠球菌属显著降低(P<0.05)。综上所述,纳豆菌的饲喂添加,改善有益菌和有害菌的比例,调整菌群结构,缓解炎症应激造成的肠道损伤

关键词：纳豆芽孢杆菌脂多糖应激肠道健康

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海栖热袍菌木聚糖酶序列重构及应用研究

海栖热袍菌木聚糖酶序列重构及应用研究

作者：胡国帅武汉轻工大学

学位级别：硕士

Mg98.5Y1Zn0.5变形镁合金组织演变规律及断裂机制研究

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Mg98.5Y1Zn0.5变形镁合金组织演变规律及断裂机制研究

作者：帅川中北大学

学位级别：硕士

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基于有限/固定时间的机械臂柔顺控制研究

基于有限/固定时间的机械臂柔顺控制研究

作者：印帅盐城工学院

学位级别：硕士

近年来,机械臂在复杂环境中执行较为困难的接触式任务时,仅依赖单一的位置控制已无法满足机械臂的柔顺控制需求。因为当机械臂与外部环境接触时会产生接触力,接触力太大会影响机械臂的柔顺性和稳定性;而接触力过小则会导致机械臂无法顺... 详细信息

近年来,机械臂在复杂环境中执行较为困难的接触式任务时,仅依赖单一的位置控制已无法满足机械臂的柔顺控制需求。因为当机械臂与外部环境接触时会产生接触力,接触力太大会影响机械臂的柔顺性和稳定性;而接触力过小则会导致机械臂无法顺利完成预期任务。因此,机械臂需要在确保自身拥有足够柔顺性和稳定性的同时顺利完成任务,阻抗控制和轨迹跟踪控制则是实现这一目标的关键。轨迹跟踪控制可以让机械臂精确完成给定任务,而阻抗控制则可以根据接触力的大小对机械臂进行位置控制,使机械臂做出柔顺动作,从而提高机械臂的柔顺性。此外,复杂的工作环境中存在着各种干扰,在这些干扰的影响下,会使机械臂控制系统出现跟踪精度低、收敛速度慢等问题,这些问题的研究对机械臂柔顺控制的发展至关重要。因此,本文以柔顺控制策略中的阻抗控制为基础,结合有限/固定时间控制理论,对机械臂的轨迹跟踪进行研究,主要研究内容如下:(1)以双连杆工业机械臂为研究对象,建立基于改进型DH参数法的运动学模型,并对机械臂的正运动学和逆运动学进行了详细推导,使用MATLAB中的机器人工具箱(Robotic Toolbox)对机械臂进行了运动学建模,以检验用DH参数法建立的机械臂运动学模型的准确性,并验证了机械臂正运动学和逆运动学推导结果的正确性,最后分别采用数值法和Monte Carl法对机械臂工作空间进行可视化仿真分析,为后续柔顺控制研究提供基础。(2)针对机械臂在复杂环境中进行柔顺控制时存在未知扰动影响导致跟踪精度差、柔顺性低的问题,提出了基于实际有限时间的双幂次滑模阻抗控制方案。首先,建立带有未知干扰项的机械臂动力学模型,并将机械臂动力学进行空间转换。然后引入滑模控制,提高系统响应速度,并结合阻抗控制和双幂次函数设计了双幂次滑模阻抗来控制机械臂末端的运动轨迹,将接触力转化为位置控制,提高了机械臂系统的跟踪精度和柔顺性。接着设计了Lyapunov函数证明系统是实际有限时间稳定。通过仿真对比实例,对所设计的控制方案进行了仿真验证,结果证明了控制方案的有效性。(3)针对机械臂在受到关节摩擦等不确定因素影响下导致柔顺控制时跟踪误差高、系统收敛慢等问题,设计了一种基于模糊自适应滑模算法的固定时间机械臂阻抗控制方案,该控制方案首先建立了含有关节摩擦等不确定因素影响的机械臂动力学方程,并对关节摩擦力和其他不确定因素等非线性项进行补偿。通过模糊自适应控制对机械臂轨迹运动进行实时轨迹调整以提高控制精度。结合滑模控制,加快系统柔顺控制的响应时间和提高系统的鲁棒性,然后将阻抗控制、模糊自适应控制和滑模控制组成复合控制方案,并设计合适的Lyapunov函数,证明了系统是实际固定时间稳定。最后的仿真实例和对比实验表明,该柔顺控制策略能有效提高机械臂柔顺性以及鲁棒性。

关键词：机械臂柔顺控制有限/固定时间稳定性轨迹跟踪模糊自适应控制