沼液中五日生化需氧量測(cè)量的不確定度計(jì)算

張冀川， 冉 毅， 席 江， 陳子愛， 丁自立， 李晉梅， 賀 莉

(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041； 2.農(nóng)業(yè)部沼氣產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 成都 610041)

沼液中五日生化需氧量測(cè)量的不確定度計(jì)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(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041； 2.農(nóng)業(yè)部沼氣產(chǎn)品及設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 成都 610041)

五日生化需氧量值是沼液特征的一項(xiàng)重要指標(biāo)，根據(jù)HJ505-2009《水質(zhì)五日生化需氧量(BOD5)測(cè)定稀釋與接種法》對(duì)沼液進(jìn)行測(cè)定，通過對(duì)不確定度的分析和評(píng)定，找出實(shí)驗(yàn)的主要影響因素，為進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)精確度和精密度提供了依據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明，合成不確定度為0.58%，擴(kuò)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(jī)物等需氧污染物質(zhì)含量的一個(gè)綜合指標(biāo)。說明水中有機(jī)物由于微生物的生化作用進(jìn)行氧化分解，使之無機(jī)化或氣體化時(shí)所消耗水中溶解氧的總數(shù)量。其值越高說明水中有機(jī)污染物質(zhì)越多，污染也就越嚴(yán)重。筆者實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按照儀器的檢定規(guī)程操作，介紹1種檢測(cè)沼液中BOD測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性的方法。

1 不確定度分析實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

參照HJ505-2009《水質(zhì)五日生化需氧量(BOD5)的測(cè)定稀釋與接種法》，具體實(shí)驗(yàn)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(yǎng)5 d，分別測(cè)定培養(yǎng)前后水樣中溶解氧的質(zhì)量濃度，由培養(yǎng)前后溶解氧的質(zhì)量濃度之差，計(jì)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(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的精確，對(duì)沼液進(jìn)行了稀釋，其稀釋系數(shù)用f1和f2表示。實(shí)驗(yàn)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(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型見公式(1)：

(1)

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

2 不確定度分量的識(shí)別和判定

2.1 不確定度分量的識(shí)別

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

2.1.1 水樣重復(fù)測(cè)定的不確定度

為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，重復(fù)測(cè)量水樣6次，其中f1=0.95，f2=0.05實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 沼液中BOD5測(cè)量結(jié)果 (mg·L-1)

從表1得知，當(dāng)測(cè)量次數(shù)為6次時(shí)，BOD5的平均值為2484.12 mg·L-1。見公式(2)：

(2)

重復(fù)性相對(duì)不確定度見公式(3)：

(3)

2.1.2 分度吸管帶入的不確定度

實(shí)驗(yàn)中使用分度吸管管量取試樣和空白體積。從計(jì)量檢定規(guī)程JJG196-2006可得25 mL分度吸管(A級(jí))允差為±0.04，按照均勻分布，重復(fù)測(cè)定的不確定度和實(shí)驗(yàn)室的溫差引起的不確定度忽略不計(jì)，其測(cè)量不確定度為公式(4)：

(4)

2.1.3 培養(yǎng)液體積測(cè)量的不確定度

筆者實(shí)驗(yàn)中使用量筒配置培養(yǎng)液。從計(jì)量檢定規(guī)程JJG196-2006可得500 mL量筒(A級(jí))允差為±2.5 mL，按照均勻分布，重復(fù)測(cè)定的不確定度和實(shí)驗(yàn)室的溫差引起的不確定度忽略不計(jì)，其測(cè)量不確定度為公式(5)：

(5)

2.2 測(cè)量總不確定度和擴(kuò)展不確定度

2.2.1 總不確定度

如文中分析，測(cè)量過程中不確定度來源包括以下部分: 1)水樣重復(fù)測(cè)定的不確定度； 2)分度吸管帶入的不確定度； 3)培養(yǎng)液體積測(cè)量的不確定度。因此，合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為公式(6):

(6)

2.2.2 擴(kuò)展不確定度

取置信概率為95%包含因子k= 2。則其擴(kuò)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(bào)告

筆者通過對(duì)沼液BOD5不確定度的評(píng)定, 得到置信區(qū)間為95%的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel 95為1.16%分析3類不確定度，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)最大，要求實(shí)驗(yàn)人員在工作中不斷提高實(shí)驗(yàn)操作水平。嚴(yán)格監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室條件也是提高實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確度的重要因素，堅(jiān)持對(duì)實(shí)驗(yàn)日常環(huán)境條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄是保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的重要保障。

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．JJG-2006中華人民共和國計(jì)量檢定規(guī)程[M].北京：中國計(jì)量出版社, 2006,126-128.

[2] 中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會(huì).化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南[M].北京：中國計(jì)量出版社,2002,1277-1279.

[3] JJF1059-1999[S],測(cè)量不確定度評(píng)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(chǎn)品及設(shè)備檢測(cè)方法研發(fā)工作，E-mail:nybzqzj@163.com

賀 莉，E-mail:heli@caas.cn

S216.4

B

1000-1166(2017)04-0071-02