沼液中五日生化需氧量測量的不確定度計算

張冀川， 冉 毅， 席 江， 陳子愛， 丁自立， 李晉梅， 賀 莉

(1.農業部沼氣科學研究所， 成都 610041； 2.農業部沼氣產品及設備質量監督檢驗中心， 成都 610041)

沼液中五日生化需氧量測量的不確定度計算

張冀川1,2， 冉 毅1,2， 席 江1,2， 陳子愛1,2， 丁自立1,2， 李晉梅1,2， 賀 莉1,2

(1.農業部沼氣科學研究所， 成都 610041； 2.農業部沼氣產品及設備質量監督檢驗中心， 成都 610041)

五日生化需氧量值是沼液特征的一項重要指標，根據HJ505-2009《水質五日生化需氧量(BOD5)測定稀釋與接種法》對沼液進行測定，通過對不確定度的分析和評定，找出實驗的主要影響因素，為進一步提高實驗精確度和精密度提供了依據。測試結果表明，合成不確定度為0.58%，擴展不確定度為1.16%。

五日生化需氧量； 不確定度

五日生化需氧量是水中有機物等需氧污染物質含量的一個綜合指標。說明水中有機物由于微生物的生化作用進行氧化分解，使之無機化或氣體化時所消耗水中溶解氧的總數量。其值越高說明水中有機污染物質越多，污染也就越嚴重。筆者實驗嚴格按照儀器的檢定規程操作，介紹1種檢測沼液中BOD測定結果的準確性和可靠性的方法。

1 不確定度分析實驗方法

1.1 實驗方法

參照HJ505-2009《水質五日生化需氧量(BOD5)的測定稀釋與接種法》，具體實驗流程如下：250 mL沼液樣品充滿完全密閉的250 mL溶解氧瓶中，在20℃的暗處培養5 d，分別測定培養前后水樣中溶解氧的質量濃度，由培養前后溶解氧的質量濃度之差，計算每升樣品消耗的溶解氧量，以BOD5形式表示。其單位用ppm或mg·L-1表示。

為保證實驗測量結果的精確，對沼液進行了稀釋，其稀釋系數用f1和f2表示。實驗中，用分度吸管吸取沼液樣品50 mL，加入接種稀釋水，用1 L的容量瓶定容，故f1=0.95,f2=0.05。

1.2 數學模型

數學模型見公式(1)：

(1)

式中：C1為沼液培養前溶解氧濃度，mg·L-1；C2為沼液培養5日后溶解氧濃度，mg·L-1；B1為接種稀釋水(為降低誤差，引入接種稀釋水)培養前溶解氧濃度，mg·L-1；B2為接種稀釋水培養5日后溶解氧濃度，mg·L-1；f1為接種稀釋水在培養液中所占比例；f2為水樣在培養液中所占比例。

2 不確定度分量的識別和判定

2.1 不確定度分量的識別

按照沼液測定的過程，分析得知不確定度來源于以下方面：1)水樣重復測定的不確定度； 2)分度吸管帶入的不確定度； 3)培養液體積測量的不確定度。

2.1.1 水樣重復測定的不確定度

為保證實驗的準確性，重復測量水樣6次，其中f1=0.95，f2=0.05實驗結果見表1。

表1 沼液中BOD5測量結果 (mg·L-1)

從表1得知，當測量次數為6次時，BOD5的平均值為2484.12 mg·L-1。見公式(2)：

(2)

重復性相對不確定度見公式(3)：

(3)

2.1.2 分度吸管帶入的不確定度

實驗中使用分度吸管管量取試樣和空白體積。從計量檢定規程JJG196-2006可得25 mL分度吸管(A級)允差為±0.04，按照均勻分布，重復測定的不確定度和實驗室的溫差引起的不確定度忽略不計，其測量不確定度為公式(4)：

(4)

2.1.3 培養液體積測量的不確定度

筆者實驗中使用量筒配置培養液。從計量檢定規程JJG196-2006可得500 mL量筒(A級)允差為±2.5 mL，按照均勻分布，重復測定的不確定度和實驗室的溫差引起的不確定度忽略不計，其測量不確定度為公式(5)：

(5)

2.2 測量總不確定度和擴展不確定度

2.2.1 總不確定度

如文中分析，測量過程中不確定度來源包括以下部分: 1)水樣重復測定的不確定度； 2)分度吸管帶入的不確定度； 3)培養液體積測量的不確定度。因此，合成相對標準不確定度為公式(6):

(6)

2.2.2 擴展不確定度

取置信概率為95%包含因子k= 2。則其擴展不確定度為公式(7)：

Urel 95%=k×Urel=0.58%×2=1.16%

(7)

3 不確定度報告

筆者通過對沼液BOD5不確定度的評定, 得到置信區間為95%的相對擴展不確定度為Urel 95為1.16%分析3類不確定度，實驗的重復性對不確定度的貢獻最大，要求實驗人員在工作中不斷提高實驗操作水平。嚴格監控實驗室條件也是提高實驗室檢測數據的精確度的重要因素，堅持對實驗日常環境條件進行監測和記錄是保證實驗數據穩定可靠的重要保障。

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局．JJG-2006中華人民共和國計量檢定規程[M].北京：中國計量出版社, 2006,126-128.

[2] 中國實驗室國家認可委員會.化學分析中不確定度的評估指南[M].北京：中國計量出版社,2002,1277-1279.

[3] JJF1059-1999[S],測量不確定度評定與表示.

EvaluationoftheDeterminationuncertaintyofBiochemicalOxygenDemandforBiogasSlurry/

ZHANGJi-chuan1,2,RANYi1,2,XIJiang1,2,CHENZi-ai1,2,DINGZi-li1,2,LIJin-mei1,2,HELi1,2/

( 1.BiogasInstituteofMinistryofAgriculture，Chengdu610041，China; 2.TheQualityInspectionCenterofBiogasApplianceofMinistryofAgriculture(BIQIC-MOA),Chengdu610041，China)

Biochemical Oxygen Demand is one of the most important parameter of biogas slurry. For the purpose of reducing experiment error and improving precision, experiment uncertainty were analyzed and evaluated in this paper. The results showed that combined uncertainty was 0.58% and expanded uncertainty was 1.16% .

uncertainty； biogas slurry； biochemical oxygen demand

2017-05-04

張冀川(1982- )，男，助理研究員，主要從事沼氣產品及設備檢測方法研發工作，E-mail:nybzqzj@163.com

賀 莉，E-mail:heli@caas.cn

S216.4

B

1000-1166(2017)04-0071-02