基于系统稳定性而设计的水样COD浓度测量方法与流程

本发明属于化学需氧量(chemicaloxygendemand，cod)测量技术领域，尤其涉及一种基于系统稳定性而设计的水样cod浓度测量方法。

背景技术：

化学需氧量(chemicaloxygendemand，cod)，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。cod是一种依赖于检测方法、环境等的一种实验与曲线拟合的综合测试方法，与cod的输出值与检测的量间存在严重的非线性性，严重影响测量结果的准确性。

对于化学法实现的在线测量仪表测量的cod值(qcod)，影响的因素比较多，测量样品的量(q1)、消解池温度(t)、环境湿度(h)、添加化学试剂重铬酸钾量(q2)、添加化学试剂酸量(q3)、添加化学抗干扰试剂汞盐(q4)、添加化学催化剂银盐(q5)。

在测量过程中，需氧的有机物被重铬酸钾(k2cr2o7)、硫酸(h2so4)氧化，产生水和二氧化碳，6价铬(cr⁶⁺)被还原为3价铬(cr³⁺)。在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作催化剂，经沸腾回流后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸钾，将硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。在酸性重铬酸钾条件下，芳烃及吡啶难以被氧化，其氧化率较低。在硫酸因催化作用下，直链脂肪族化合物可有效地被氧化。

测量出的化学需氧量(qcod)可以用下面的表达式表示：

qcod＝f(t,h,q1,q2,q3,q4,q5)

这里，f为与在线测量系统特性有关的非线性函数。由于函数f具有非线性的特点，基于线性系统的一些分析方法及得出的结论，可能都不适用了。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了基于系统稳定性而设计的水样cod浓度测量方法，克服测量过程中受到一些非线性因素、环境因素等干扰问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于系统稳定性而设计的水样cod浓度测量方法，

包括如下步骤：

s1，建立化学需氧量模型qcod＝f(t,h,q1,q2,q3,q4,q5)并输入模型约束量，模型约束量包括测量样品的量(q1)、消解池温度(t)、环境湿度(h)、添加化学试剂重铬酸钾量(q2)、添加化学试剂酸量(q3)、添加化学抗干扰试剂汞盐(q4)、添加化学催化剂银盐(q5)；

s2，类比线性系统y＝y(x)＝y(x1x2x3x4)，其中，x1、x2、x3、x4为四个自变量，y是该线性系统的输出；

s3，在确定控制对象满足一定的约束条件后，利用线性系统的稳定性函数v(x^t)，x^t是x的转置；对应线性系统的v(x^t)采用积分方法得到，测量非线性系统的vf(x^t)采用变量梯度法，通过待定系数得到；

s4，修改后用于化学需氧量(qcod)的测量处理，满足化学需氧量(qcod)基线漂移、重复性等稳定性方面的要求及量程非线性等方面的要求；

s5，最后在非线性系统化学需氧量(qcod)的实际模型上验证方法的正确性。进一步的，s3中，非线性系统的能量函数vf通过变量梯度法、类比线性系统的能量函数v得到的；非线性系统vf函数获取方法如下：

vf函数的梯度为δvf＝(δv1，a，δvn)

对这些梯度加上限制条件

如：(a)选择aij(x)使得v为负；

(b)使向量场δv表现为一位场，

在此条件下，求得δvf后，vf就是它的积分，即：

对第i项设置一定的约束，就可以得到非线性控制系统qcod的测量参数；

vf(x)＝δvi(x1，x2，---xi，---，xn)。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明能将对于影响检测输出的干扰因素都放在系统稳定性这个最基本的范围内进行。由于线性系统的稳定性具有普遍规律性，而本专利涉及的的化学需氧量(qcod)的测量具有严重的非线性特征，对于非线性系统，它的稳定性判断没有普遍规律，往往如大海捞针，难度非常大。所以，在本专利中提出一种可实现的方法，即：类比线性系统，在确定控制对象满足一定的约束条件后，利用线性系统的稳定性函数，修改后用于化学需氧量(qcod)的测量处理，满足化学需氧量(qcod)基线漂移、重复性等稳定性方面的要求及量程非线性等方面的要求，最后在非线性系统化学需氧量(qcod)的实际模型上验证方法的正确性。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

化学需氧量(chemicaloxygendemand，cod)，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。cod是一种依赖于检测方法、环境等的一种实验与曲线拟合的综合测试方法，与cod的输出值与检测的量间存在严重的非线性性，严重影响测量结果的准确性。

对于化学法实现的在线测量仪表测量的cod值(qcod)，影响的因素比较多，测量样品的量(q1)、消解池温度(t)、环境湿度(h)、添加化学试剂重铬酸钾量(q2)、添加化学试剂酸量(q3)、添加化学抗干扰试剂汞盐(q4)、添加化学催化剂银盐(q5)。

在测量过程中，需氧的有机物被重铬酸钾(k2cr2o7)、硫酸(h2so4)氧化，产生水和二氧化碳，6价铬(cr⁶⁺)被还原为3价铬(cr³⁺)。在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作催化剂，经沸腾回流后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸钾，将硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。在酸性重铬酸钾条件下，芳烃及吡啶难以被氧化，其氧化率较低。在硫酸因催化作用下，直链脂肪族化合物可有效地被氧化。

测量出的化学需氧量(qcod)可以用下面的表达式表示：

qcod＝f(t,h,q1,q2,q3,q4,q5)

这里，f为与在线测量系统特性有关的非线性函数。由于函数f具有非线性的特点，基于线性系统的一些分析方法及得出的结论，可能都不适用了。

本发明专利提出一种基于稳定性函数的直接设计方法，对于影响检测输出的干扰因素都放在系统稳定性这个最基本的范围内进行。

由于线性系统的稳定性具有普遍规律性，而本专利涉及的的化学需氧量(qcod)的测量具有严重的非线性特征，对于非线性系统，它的稳定性判断没有普遍规律，往往如大海捞针，难度非常大。

所以，本发明提供一种基于系统稳定性而设计的水样cod浓度测量方法，

包括如下步骤：

s1，建立化学需氧量模型qcod＝f(t，h，q1，q2，q3，q4，q5)并输入模型约束量，模型约束量包括测量样品的量(q1)、消解池温度(t)、环境湿度(h)、添加化学试剂重铬酸钾量(q2)、添加化学试剂酸量(q3)、添加化学抗干扰试剂汞盐(q4)、添加化学催化剂银盐(q5)；

s2，类比线性系统y＝y(x)＝y(x1x2x3x4)，其中，x1、x2、x3、x4是四个自变量，y是该线性系统的输出；

s3，在确定控制对象满足一定的约束条件后，利用线性系统的稳定性函数v(x^t)，x^t是x的转置；对应线性系统的v(x^t)采用积分方法得到，测量非线性系统的vf(x^t)采用变量梯度法，通过待定系数得到；

s4，修改后用于化学需氧量(qcod)的测量处理，满足化学需氧量(qcod)基线漂移、重复性等稳定性方面的要求及量程非线性等方面的要求；

s5，最后在非线性系统化学需氧量(qcod)的实际模型上验证方法的正确性。

进一步的，s3中，非线性系统的能量函数vf通过变量梯度法、类比线性系统的能量函数v得到的；非线性系统vf函数获取方法如下：

vf函数的梯度为δvf＝(δv1，a，δvn)

对这些梯度加上限制条件

如：(a)选择aij(x)使得v为负；

(b)使向量场δv表现为一位场，

在此条件下，求得δvf后，vf就是它的积分，即：

对第i项设置一定的约束，就可以得到非线性控制系统qcod的测量参数；

vf(x)＝δvi(x1，x2，---xi，---，xn)。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。