本發(fā)明涉及水質(zhì)硫化檢測，尤其涉及一種全自動(dòng)水質(zhì)硫化物酸化智能吹氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水中的硫化物主要包括溶解性的硫化氫(h2s)、氫硫根離子(hs-)、硫離子(s2-)，以及懸浮物中的可溶性硫化物、酸可溶解的金屬硫化物和未電離的有機(jī)、無機(jī)硫化物；硫化氫具有高度揮發(fā)性，容易從水體中釋放到空氣中，散發(fā)出明顯的臭雞蛋氣味，并且具有較強(qiáng)的毒性；即使水中硫化氫濃度僅為零點(diǎn)幾毫克每升，便足以引發(fā)不適，甚至對人體健康造成危害；硫化氫會(huì)干擾細(xì)胞色素和氧化酶的正常功能，導(dǎo)致細(xì)胞組織缺氧，嚴(yán)重時(shí)可危及生命；因此，控制水中硫化物的濃度是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工作中的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，具有重要的生態(tài)和公共健康意義。

2、目前的水質(zhì)硫化物酸化吹氣系統(tǒng)中，酸化過程是釋放硫化物的關(guān)鍵步驟，而傳統(tǒng)的吹氣系統(tǒng)通常預(yù)設(shè)酸化劑量及反應(yīng)時(shí)間，這種“固定配方”方式未將不同水樣中硫化物含量和化學(xué)環(huán)境的差異作為考量指標(biāo)，導(dǎo)致酸化不完全或過度酸化的問題；如果硫化物濃度較高，預(yù)設(shè)的酸量不足以完全釋放所有的硫化物，導(dǎo)致測定結(jié)果偏低，在低硫化物濃度的情況下，過多的酸會(huì)引發(fā)副反應(yīng)，干擾硫化物的準(zhǔn)確測定；此外對于硫化物的定量分析，傳統(tǒng)的吹氣系統(tǒng)中一般是在整個(gè)酸化和吹氣過程結(jié)束后才會(huì)進(jìn)行，事后分析則無法有效發(fā)現(xiàn)和修正在反應(yīng)過程中出現(xiàn)的異常；同時(shí)如果酸化或吹氣步驟中出現(xiàn)問題，如酸化不足、吹氣不充分，這些誤差會(huì)累積到最終結(jié)果中，導(dǎo)致測定結(jié)果失真。

3、而目前針對上述的，未將不同水樣中硫化物含量和化學(xué)環(huán)境的差異作為考量指標(biāo)、在酸化和吹氣過程結(jié)束后才進(jìn)行硫化物的定量分析問題；目前的解決方案通常是采用過量的酸和固定反應(yīng)時(shí)間來保證大部分硫化物能夠釋放出來，但這往往伴隨著副產(chǎn)物的生成以及試劑浪費(fèi)的問題，難以應(yīng)對復(fù)雜水樣；針對事后定量分析問題分析一般是通過冗余步驟，如重復(fù)吹氣來減少誤差，但同時(shí)也會(huì)增加時(shí)間和試劑的消耗，且仍然無法應(yīng)對所有突發(fā)情況，因此亟需一種全自動(dòng)水質(zhì)硫化物酸化智能吹氣系統(tǒng)來解決此類問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供一種全自動(dòng)水質(zhì)硫化物酸化智能吹氣系統(tǒng)，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中未將不同水樣中硫化物含量和化學(xué)環(huán)境的差異作為考量指標(biāo)、在酸化和吹氣過程結(jié)束后才進(jìn)行硫化物的定量分析問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種全自動(dòng)水質(zhì)硫化物酸化智能吹氣系統(tǒng)，包括：

3、酸化反應(yīng)控制模塊，負(fù)責(zé)硫化物的酸化反應(yīng)過程，包括酸的添加、反應(yīng)時(shí)間控制及酸化過程的動(dòng)態(tài)調(diào)整；

4、硫化物釋放動(dòng)力學(xué)監(jiān)測模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測硫化氫氣體的產(chǎn)生速率，作為酸化過程控制依據(jù)；

5、定量反饋校正模塊，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測吹氣過程中的硫化氫釋放量，并自動(dòng)校正任何檢測過程中出現(xiàn)的異常，保證準(zhǔn)確的測定結(jié)果；

6、自動(dòng)吹氣捕集模塊，該模塊執(zhí)行吹氣操作，將硫化氫氣體從酸化反應(yīng)中吹出并捕集到指定溶液中，保證硫化物的完全釋放和定量捕集；

7、結(jié)果輸出模塊，包括數(shù)據(jù)處理單元，結(jié)果輸出模塊處理系統(tǒng)各個(gè)模塊采集的數(shù)據(jù)，輸出最終硫化物含量的測定結(jié)果；結(jié)果輸出模塊整合各傳感器的數(shù)據(jù)，執(zhí)行計(jì)算并校正誤差，得出硫化物濃度結(jié)果。

8、進(jìn)一步地，酸化反應(yīng)控制模塊包括：

9、酸液輸送系統(tǒng)，用于添加酸液至反應(yīng)器中，添加量根據(jù)控制信號動(dòng)態(tài)調(diào)整，控制信號來自反饋控制系統(tǒng)；

10、ph和電導(dǎo)率傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)液相的ph值和電導(dǎo)率變化，提供硫化物釋放速率的間接指示；

11、反饋控制系統(tǒng)，基于傳感器反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整酸液添加速率、酸化過程中的參數(shù)設(shè)置和反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)酸化控制；

12、硫化物釋放動(dòng)力學(xué)監(jiān)測模塊包括：

13、硫化氫氣體傳感器，實(shí)時(shí)檢測反應(yīng)器中硫化氫氣體的濃度變化，并計(jì)算其產(chǎn)生速率；

14、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，收集傳感器數(shù)據(jù)并傳輸至反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行分析；

15、定量反饋校正模塊包括：

16、光譜分析儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測吹氣過程中硫化氫的濃度和變化情況；

17、電化學(xué)傳感器，檢測硫化氫的定量信息，并與預(yù)設(shè)曲線進(jìn)行對比；

18、自動(dòng)校正系統(tǒng)，一旦檢測到異常，自動(dòng)調(diào)整吹氣參數(shù)，包括氣體流量、吹氣時(shí)間，以糾正誤差；

19、自動(dòng)吹氣捕集模塊包括：

20、氣流控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)氣流速率，保證硫化氫的高效吹出；

21、捕集裝置，捕集并溶解從氣體中釋放的硫化氫，保證定量捕集。

22、進(jìn)一步地，酸化反應(yīng)控制模塊操作流程包括：

23、酸液輸送系統(tǒng)根據(jù)初始設(shè)定值開始添加酸液；

24、ph和電導(dǎo)率傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)展，反饋數(shù)據(jù)至反饋控制系統(tǒng)；

25、反饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整酸液添加速率，保證最佳酸化條件；

26、當(dāng)傳感器數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定終止條件，系統(tǒng)停止酸化反應(yīng)并進(jìn)入下一階段；

27、硫化物釋放動(dòng)力學(xué)監(jiān)測模塊操作流程包括：

28、硫化氫氣體傳感器在反應(yīng)過程中持續(xù)采集氣體濃度數(shù)據(jù)；

29、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將氣體濃度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至反饋控制系統(tǒng)；

30、反饋控制系統(tǒng)根據(jù)氣體產(chǎn)生速率的變化，調(diào)整酸化過程中的參數(shù)設(shè)置；

31、定量反饋校正模塊操作流程包括：

32、吹氣過程中，光譜分析儀和電化學(xué)傳感器同步采集硫化氫的濃度數(shù)據(jù)；

33、系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的硫化物釋放曲線進(jìn)行對比；

34、當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)偏離預(yù)期時(shí)，自動(dòng)校正系統(tǒng)調(diào)整酸化或吹氣參數(shù)，實(shí)時(shí)修正過程中的誤差。

35、進(jìn)一步地，自動(dòng)吹氣捕集模塊操作流程包括：

36、在酸化反應(yīng)結(jié)束后啟動(dòng)吹氣操作，氣流控制系統(tǒng)調(diào)整氣流速率以保證最佳吹氣效果；

37、捕集裝置接收并溶解從反應(yīng)器中吹出的硫化氫，完成定量捕集；

38、結(jié)果輸出方式為：

39、各模塊采集的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行計(jì)算、校正及分析，得出最終結(jié)果；結(jié)果輸出模塊生成分析報(bào)告。

40、進(jìn)一步地，全自動(dòng)水質(zhì)硫化物酸化智能吹氣系統(tǒng)的整體工作流程包括：

41、步驟s1，初始設(shè)置，用戶輸入實(shí)驗(yàn)條件和水樣信息，系統(tǒng)根據(jù)輸入自動(dòng)配置初始參數(shù)；

42、步驟s2，酸化過程，酸化反應(yīng)控制模塊根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行酸化操作，自適應(yīng)調(diào)整酸量和反應(yīng)時(shí)間；

43、步驟s3，硫化物釋放監(jiān)測，硫化物釋放動(dòng)力學(xué)監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)跟蹤硫化氫的產(chǎn)生速率，提供反饋用于調(diào)整酸化過程；

44、步驟s4，吹氣與捕集，自動(dòng)吹氣捕集模塊啟動(dòng)，捕集硫化氫氣體；

45、步驟s5，實(shí)時(shí)校正，定量反饋校正模塊在整個(gè)吹氣過程中進(jìn)行異常監(jiān)測并進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的即時(shí)校正；

46、步驟s6，結(jié)果輸出，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過處理與校正后，輸出最終的硫化物濃度結(jié)果。

47、進(jìn)一步地，所述步驟s2酸化過程中，還進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與自適應(yīng)酸化控制：

48、在酸化反應(yīng)器內(nèi)配置高精度硫化氫氣體傳感器和電導(dǎo)率傳感器，實(shí)時(shí)獲取硫化物釋放的速率數(shù)據(jù)；

49、反饋控制系統(tǒng)監(jiān)測硫化物釋放速率，實(shí)時(shí)提供酸化反應(yīng)的即時(shí)反饋：如果檢測到硫化物釋放速率低于預(yù)期，則自動(dòng)增加酸量；如果釋放速率過高，則減少酸量，以防止過度酸化；

50、當(dāng)硫化物釋放速率接近零或穩(wěn)定在較低水平時(shí)，反饋控制系統(tǒng)自動(dòng)終止酸化反應(yīng)，防止不必要的反應(yīng)時(shí)間延長，同時(shí)保證硫化物充分釋放；

51、自適應(yīng)酸化控制能夠根據(jù)每個(gè)水樣的特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證硫化物在最佳條件下釋放，減少副產(chǎn)物的生成；同時(shí)通過精確控制酸的使用量，減少化學(xué)試劑的浪費(fèi)，提高實(shí)驗(yàn)的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

52、進(jìn)一步地，反饋控制系統(tǒng)組成包括：

53、傳感器輸入包括：硫化氫氣體傳感器、ph傳感器、電導(dǎo)率傳感器，分別用于實(shí)時(shí)監(jiān)測硫化氫釋放速率r(t)、液相ph值ph(t)和液相電導(dǎo)率σ(t)，t表示監(jiān)測時(shí)間；

54、參考設(shè)定值：預(yù)期硫化氫釋放速率設(shè)定值rset(t)，液相ph設(shè)定值phset(t)；

55、控制輸出：酸液添加速率qa(t)；

56、狀態(tài)估計(jì)器：估計(jì)反應(yīng)過程中的未測量狀態(tài)變量；

57、多目標(biāo)優(yōu)化器：優(yōu)化酸液的添加速率和酸化時(shí)間；

58、反饋控制系統(tǒng)中定義目標(biāo)函數(shù)j(t)，包括硫化物釋放速率和酸化過程：

59、其中σset(t)為目標(biāo)電導(dǎo)率，α1,α2,α3為權(quán)重參數(shù)，dt表示時(shí)間增量；

60、采用非線性控制器動(dòng)態(tài)調(diào)整酸液添加速率，以此靈活應(yīng)對硫化物釋放速率的變化：

61、

62、其中qa(t)表示酸液的添加速率，kp表示比例控制增益，調(diào)節(jié)酸液速率與硫化物釋放速率誤差關(guān)系，kd表示微分控制增益，用于減緩快速變化的硫化物釋放速率對系統(tǒng)的沖擊，

63、ki表示積分控制增益，用于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，β1,β2表示非線性調(diào)節(jié)系數(shù)，用于修正酸液添加速率，rmax表示硫化物釋放速率的最大值，phopt表示最優(yōu)ph值，表示對時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)操作，表示預(yù)期的硫化氫釋放速率和實(shí)際釋放速率之間誤差的變化率。

64、進(jìn)一步地，反饋控制系統(tǒng)中：

65、采用卡爾曼濾波器(kalmanfilter)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，預(yù)測未測量的反應(yīng)狀態(tài)變量；

66、利用多目標(biāo)優(yōu)化算法(粒子群優(yōu)化或遺傳算法)動(dòng)態(tài)優(yōu)化酸液添加速率qa(t)和反應(yīng)時(shí)間t：求解目標(biāo)是找到最優(yōu)的qa(t)和t，使得目標(biāo)函數(shù)j(t)最小化，優(yōu)化結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至反饋控制系統(tǒng)，更新酸液添加策略；

67、酸化反應(yīng)終止條件觸發(fā)包括：

68、硫化物釋放速率接近零：當(dāng)r(t)滿足r(t)＜εr時(shí)，系統(tǒng)判定反應(yīng)基本完成，其中εr為極小值門限；

69、系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定：當(dāng)ph值ph(t)和電導(dǎo)率σ(t)均穩(wěn)定在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，且不再顯著變化，終止酸化反應(yīng)；

70、實(shí)現(xiàn)對水樣中硫化物釋放的精確控制，在以下應(yīng)用場景中具有顯著優(yōu)勢：

71、在高濃度硫化物水樣場景中，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)增加酸量，使得硫化物的完全釋放；

72、在低濃度硫化物水樣場景中，系統(tǒng)能夠減少酸量，避免過度酸化和副產(chǎn)物的生成；

73、在動(dòng)態(tài)變化的水樣環(huán)境場景中，通過實(shí)時(shí)調(diào)整應(yīng)對環(huán)境條件的變化，維持硫化物釋放的穩(wěn)定性；

74、從而減少化學(xué)試劑的浪費(fèi)，提高反應(yīng)的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

75、進(jìn)一步地，所述步驟s4吹氣與捕集階段，還進(jìn)行實(shí)時(shí)定量反饋與自動(dòng)校正：

76、在吹氣系統(tǒng)中集成光譜分析儀和電化學(xué)傳感器，實(shí)時(shí)采集硫化氫的濃度和釋放動(dòng)態(tài)；

77、自動(dòng)校正系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)期的釋放曲線進(jìn)行比對：如果檢測到釋放量低于預(yù)期，則即時(shí)判斷可能存在酸化不足或吹氣不足的問題；

78、自動(dòng)校正系統(tǒng)根據(jù)異常情況自動(dòng)調(diào)整酸化參數(shù)或吹氣參數(shù)，保證硫化物釋放過程符合預(yù)期，避免誤差累積影響最終結(jié)果；

79、通過實(shí)時(shí)反饋和自動(dòng)校正響應(yīng)異常情況，保持檢測過程的高精度，減少測定誤差；自動(dòng)校正機(jī)制減少因過程異常導(dǎo)致的檢測失敗，提高整體檢測的可靠性和一致性。

80、進(jìn)一步地，步驟s4的吹氣與捕集階段中，實(shí)時(shí)定量反饋與自動(dòng)校正方式為：

81、吹氣系統(tǒng)中集成的光譜分析儀和電化學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測硫化氫的濃度和釋放動(dòng)態(tài)，并將濃度數(shù)據(jù)傳送至反饋控制系統(tǒng)中；

82、光譜分析儀用于檢測硫化氫的光學(xué)特性，推算其濃度變化；電化學(xué)傳感器則直接測量溶液中的硫化氫濃度補(bǔ)充光譜分析的數(shù)據(jù)；

83、反饋控制系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的硫化氫釋放曲線進(jìn)行比對；

84、根據(jù)比對結(jié)果進(jìn)行異常檢測，如果發(fā)現(xiàn)硫化氫的釋放量低于預(yù)期，進(jìn)行警告；

85、如果檢測到硫化氫釋放不足且酸化過程已經(jīng)完成，延長吹氣時(shí)間或提高氣流速度；

86、動(dòng)態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整，實(shí)時(shí)響應(yīng)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)變化，直到硫化氫的釋放恢復(fù)到預(yù)期范圍內(nèi)；

87、在調(diào)整參數(shù)后繼續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控硫化氫的釋放情況，并將新的數(shù)據(jù)與修正后的預(yù)期曲線進(jìn)行比對；如果檢測到新的偏差再次進(jìn)行調(diào)整；

88、反饋循環(huán)持續(xù)進(jìn)行，直到硫化氫的釋放過程穩(wěn)定，并且符合預(yù)期的釋放曲線。

89、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

90、本發(fā)明，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測酸化過程中硫化物的釋放動(dòng)力學(xué)特征，包括硫化氫氣體的產(chǎn)生速率、液相電導(dǎo)率變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整酸的加入量和反應(yīng)時(shí)間，具體的：

91、通過傳感器實(shí)時(shí)檢測酸化過程中硫化物釋放的速率，提供反應(yīng)的即時(shí)反饋；

92、根據(jù)監(jiān)測到的硫化物釋放速率自動(dòng)調(diào)整酸的添加量，如果反應(yīng)速率低于預(yù)期，系統(tǒng)會(huì)增加酸量；反之，則減少酸量，避免過度酸化；

93、根據(jù)釋放速率的變化，自動(dòng)決定反應(yīng)的終止時(shí)間，保證硫化物充分釋放的同時(shí)，避免不必要的反應(yīng)時(shí)間延長。

94、本發(fā)明，采用自適應(yīng)酸化控制保證不同水樣中的硫化物都在最佳條件下被釋放，提高測定的準(zhǔn)確性，同時(shí)減少化學(xué)試劑的浪費(fèi)和副產(chǎn)物的生成。

95、本發(fā)明，采用實(shí)時(shí)硫化物定量反饋與自動(dòng)校正機(jī)制，具體的：

96、在吹氣過程中通過光譜分析和電化學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測硫化物的釋放量，能夠立即獲得反應(yīng)的當(dāng)前狀態(tài)信；

97、對比實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)期硫化物釋放曲線，一旦檢測到釋放量低于預(yù)期，即刻判斷為可能存在酸化不足或吹氣不足的問題；

98、當(dāng)系統(tǒng)檢測到異常時(shí)，會(huì)立即調(diào)整酸化強(qiáng)度、吹氣流量或時(shí)間，保證硫化物的釋放達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，自動(dòng)校正機(jī)制能夠?qū)崟r(shí)糾正過程中出現(xiàn)的誤差，避免將誤差累積到最終測定結(jié)果中。

99、本發(fā)明，通過實(shí)時(shí)反饋和自動(dòng)校正，能夠在硫化物檢測過程中保持高精度，并顯著減少因過程異常引起的測定誤差，從而提高整體的檢測可靠性。

100、解決了現(xiàn)有技術(shù)中未將不同水樣中硫化物含量和化學(xué)環(huán)境的差異作為考量指標(biāo)、在酸化和吹氣過程結(jié)束后才進(jìn)行硫化物的定量分析問題。