水中生化需氧量(BOD5)稀釋與接種法測定結(jié)果不確定度評(píng)定

■周蓉

（重慶市石柱縣環(huán)境監(jiān)測站 重慶409100）

水中生化需氧量(BOD5)稀釋與接種法測定結(jié)果不確定度評(píng)定

■周蓉

（重慶市石柱縣環(huán)境監(jiān)測站 重慶409100）

為對(duì)水中生化需氧量（BOD5）測定結(jié)果進(jìn)行合理判定，提高檢測結(jié)果的可比性，保證測定結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)將測定結(jié)果不確定度評(píng)定作為測定試驗(yàn)考慮的重點(diǎn)內(nèi)容。本文依據(jù)HJ505-2009標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定水中生化需氧量稀釋與接種法測定結(jié)果不確定度。

水中生化需氧量BOD稀釋與接種法不確定度評(píng)定

水中生化需氧量是評(píng)定水體污染程度的重要指標(biāo)，對(duì)BOD5科學(xué)的測定應(yīng)注重分析測定不確定度。測定不確定度用于衡量測定結(jié)果正確的可疑程度，尤其完整的測量結(jié)果表述中應(yīng)包括不確定度評(píng)定的描述，因此，HJ505-2009標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)測定結(jié)果不確定度的評(píng)定成為測定實(shí)施人員考慮的重點(diǎn)。

1 測定方法與數(shù)據(jù)計(jì)算

1.1 測定方法

以某城市污水為例，使用HQ25d型溶解氧測定儀，依據(jù)HJ505-2009標(biāo)準(zhǔn)測定培養(yǎng)5d前后水樣的溶解氧濃度。培養(yǎng)條件為：使水樣將處于完全密閉狀態(tài)下的溶解氧瓶充滿，在（20±1）℃條件下進(jìn)行暗處培養(yǎng)。試驗(yàn)時(shí)分別測定水樣培養(yǎng)前后溶解氧的質(zhì)量密度，利用質(zhì)量密度之差計(jì)算出水樣中氧的消耗量，從而判定水樣的污染程度。文中試驗(yàn)的培養(yǎng)液總體積、水樣體積分別為300mL、15mL。

1.2 數(shù)據(jù)計(jì)算

水中生化需氧量計(jì)算依據(jù)的公式為：[（C1-C2）-（B1-B2）f1]/f2，其中C1、C2分別表示水樣培養(yǎng)前后溶解氧濃度，B1、B2接種稀釋水培養(yǎng)前后溶解氧濃度，f1、f2分別表示接種稀釋水、水樣占培養(yǎng)液的比例。經(jīng)分析可知，計(jì)算公式復(fù)雜程度較高，不同變量既有加減又有乘除運(yùn)算。同時(shí)，考慮到不確定度的評(píng)定有相對(duì)不確定及絕對(duì)不確定度的轉(zhuǎn)換，為便于處理，先對(duì)分量進(jìn)行評(píng)定，而后合并計(jì)算得出最后的不確定度，即，分別使用H、D表示水樣培養(yǎng)前后溶解濃度之差、接種稀釋水培養(yǎng)前后溶解氧濃度之差。顯然H=C1-C2，D=B1-B2，而E=H-Df1，此時(shí)可將計(jì)算公式化簡為E/f2。

2 不確定度引入因素

2.1 重復(fù)性測量

水樣生化需氧量重復(fù)性測量會(huì)引入A類不確定度，本試驗(yàn)共進(jìn)行6次測定，測得BOD5的平均值為107mg/L。將測定的結(jié)果帶入貝塞爾公式：

檢測重復(fù)性A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度及相對(duì)不確定度分別為：

u（A）=S/√n=3.14/√6=1.39mg/L

u（A）相對(duì)=u（A）/X平=1.39/107=1.3×10-2

2.2 水樣體積測量

測量水樣體積不確定度主要有以下因素引起：移液管估讀、移液管自身、移液管校準(zhǔn)及應(yīng)用溫度。試驗(yàn)使用15mL的移液管，評(píng)定不確定度時(shí)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范最大允許誤差，按均勻分布進(jìn)行評(píng)定，計(jì)算得知不確定度的值為0.014mL。試驗(yàn)操作時(shí)環(huán)境溫度在±1℃范圍，且在溫度影響下水體積變化系數(shù)為2.1×10-4mL/℃。評(píng)定時(shí)依據(jù)近似分布，不確定度為：1×2.1×10-4×15/√3=0.002mL。另外，重復(fù)性方面，分析試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出A類不確定度為0.010mL。合并處理后取樣時(shí)移液管形成的不確定度為0.017mL，則相對(duì)不確定度為0.017/15=1.1×10-3。

2.3 培養(yǎng)液總體體積測定

測定培養(yǎng)液總體積引入的不確定度與測定水樣體積類似，主要受校準(zhǔn)、溫度、重復(fù)性影響。其中300mL培養(yǎng)液由500mL量筒配制而成，依據(jù)規(guī)范要求誤差為±2.5mL，由此不難得出不確定度為2.5/√3=1.4mL。溫度引起的不確定度計(jì)算方式參考水樣體積測定的不確定度，計(jì)算得出不確定度為0.36mL。同時(shí)，重復(fù)性A類不確定度為1.0mL，由量筒取樣形成的不確定度為1.8mL，得出最終不確定度為1.8/300=6.0×10-3。

2.4 溶解氧濃度測量

依據(jù)所用的溶解氧測定儀器量度及允許的誤差，可計(jì)算出溶解氧濃度測量的不確定度，本試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果為0.017mL。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度

本試驗(yàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)樣品相對(duì)擴(kuò)展不確定度0.06，相對(duì)不確定度為3.0×10-2。

3 結(jié)果分析

通過本實(shí)驗(yàn)得知，水中生化需氧量不確定度來源有多個(gè)方面，如測定溶解氧濃度、測定稀釋比體積、水樣重復(fù)測定以及標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度測定等均存在一定的不確定度。結(jié)合試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，對(duì)合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度、合成不確定度、擴(kuò)展不確定度進(jìn)行計(jì)算得知，得出的結(jié)果分別為：0.034、3.6mg/L、7mg/L。在綜合分析不確定度的基礎(chǔ)上得出水中生化需氧量濃度為（107±7）mg/L。

4 討論

通過本文試驗(yàn)不難得知，測定水中生化需氧量涉及的環(huán)節(jié)較多，不同環(huán)節(jié)的實(shí)施均可引入不確定度，為掌握測定不確定度情況，給實(shí)際的測定工作帶來有意義的參考應(yīng)注重以下內(nèi)容的落實(shí)：

首先，對(duì)合成不確定度進(jìn)行評(píng)定時(shí)，應(yīng)注重不確定度分量的全面分析，并確保對(duì)各分量不確定度的合理評(píng)定，尤其應(yīng)根據(jù)實(shí)際不考慮影響給測定結(jié)果幾乎無影響的分量。同時(shí)，應(yīng)用公式計(jì)算不確定度時(shí)，為降低計(jì)算難度，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)分量，對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行簡化，而后計(jì)算出最終的不確定度。其次，對(duì)水樣進(jìn)行檢測時(shí)應(yīng)采用相同的步驟，對(duì)BOD5的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測。同時(shí)，為保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，使用溶解氧儀前應(yīng)先進(jìn)行校核，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，應(yīng)確保BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測結(jié)果處于規(guī)定的濃度范圍中，因此，分量合成不確定度操作時(shí)應(yīng)注重考慮標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度產(chǎn)生的不確定度分量。再次，通過文中試驗(yàn)結(jié)果可知，檢測BOD5標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度時(shí)產(chǎn)生的不確定組最大，在所有不確定度中占有的比例為78%，因此，實(shí)際評(píng)定時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。最后，通過對(duì)測定不確定度的分析不難得出，重復(fù)性測量產(chǎn)生的不確定度較為重要。實(shí)際檢測時(shí)，如平行進(jìn)行兩次的測定產(chǎn)生的不確定度會(huì)有所增加，應(yīng)特別注意。另外，測定C1、C2、B1、B2溶解氧濃度時(shí)使用的測量儀器為同一臺(tái)，在進(jìn)行不確定度合成時(shí)予以簡化，對(duì)其相關(guān)性不做探討。

[1]徐勇翔,周華云.水中生化需氧量 (BOD_5)稀釋與接種法測定結(jié)果不確定度評(píng)定 [J].四川環(huán)境,2006,01:55-57.

[2]康長安,吳志強(qiáng),彭剛?cè)A,夏新.稀釋接種法測定水中BOD_5的質(zhì)量控制指標(biāo)研究 [J].化學(xué)分析計(jì)量,2015,06:30-34.

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P217[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-181-1