為什么要做生物降解試驗？生物降解測試標準GBT解析飛凡檢測提醒您：生物降解是指微生物把有機物質(zhì)轉化成為簡(jiǎn)單無(wú)機物的現象。
自然界中各種生物的排泄物及死體經(jīng)微生物的分解作用轉化為簡(jiǎn)單無(wú)機物。
微生物還可降解人工合成有機化合物。
如通過(guò)氧化作用，把艾氏劑轉化為狄氏劑；通過(guò)還原作用，把含硝基的除蟲(chóng)劑還原為胺；芳香基的環(huán)裂現象也是微生物降解作用常見(jiàn)的一種反應。
微生物降解作用使得生命元素的循環(huán)往復成為可能，使各種復雜的有機化合物得到降解，從而保持生態(tài)系統的良性循環(huán)。
引言本標準規定了利用腐熟堆肥作為固床(養分和富含嗜熱菌的接種物源),在固相需氧條件下進(jìn)行試驗的方法。
腐熟堆肥是異相、極其復雜的材料,所以在試驗結束時(shí)很難對殘留在固床中的聚合物材料進(jìn)行量化;也難以測定高分子降解中可能釋放到固床中的小分子;同時(shí)難以評估生物質(zhì)。
因此,也很難計算完全的碳平衡。
腐熟堆肥有時(shí)遇到的另一個(gè)困難是所謂的“引發(fā)效應”,即混人腐熟堆肥中的大量有機物會(huì )遭受聚合物引發(fā)的降解。
這種引發(fā)效應會(huì )影響生物分解能力的測定。
為了克服這些問(wèn)題,**方法的可靠性,可用蛭石來(lái)代替腐熟堆肥作為固床介質(zhì)進(jìn)行試驗以便于分析。
這個(gè)改進(jìn)的方法通過(guò)測量二氧化碳釋放來(lái)測定生物分解率,從而對試驗結束后固床中的生物質(zhì)和聚合物殘余物進(jìn)行量化測定,進(jìn)而計算碳平衡;而且該方法不受引發(fā)效應的影響，因此可用于評估用腐熟堆肥作為固床時(shí)導致上述問(wèn)題的那些材料。
礦物固床還可以用來(lái)進(jìn)行生物毒性分析以核查生物分解后固床的任何毒性活性。
范圍本標準規定了一種測定方法，用于將材料作為有機化合物在受控的堆肥化條件下，通過(guò)測定其排放的二氧化碳量來(lái)確定其*終需氧生物分解能力及其崩解程度。
本方法模擬混合入城市固體廢料中有機部分的典型需氧堆肥處理條件。
試驗材料曝置在堆肥產(chǎn)生的接種物中，在溫度、氧濃度和濕度都受到嚴格檢測和控制的環(huán)境條件下進(jìn)行堆肥。
本方法測定試驗材料中碳轉化成釋放出的二氧化碳的轉化百分率。
原理本測定方法在模擬的強烈需氧堆肥條件下,測定試驗材料*終需氧生物分解能力和崩解程度。
使用的接種物來(lái)自于穩定的、腐熟的堆肥，如可能,從城市固體廢棄物中有機物的堆肥中獲取。
試驗材料與接種物混合,導入靜態(tài)堆肥容器。
在該容器中,混合物在規定的溫度、氧濃度和濕度下進(jìn)行強烈的需氧堆肥。
試驗周期不超過(guò)6個(gè)月。
在試驗材料的需氧生物分解過(guò)程中,二氧化碳、水、礦化無(wú)機鹽及新的生物質(zhì)都是*終生物分解的產(chǎn)物。
在試驗中連續監測、定期測量試驗容器和空白容器產(chǎn)生的二氧化碳,累計產(chǎn)生的二氧化碳量。
試驗材料在試驗中實(shí)際產(chǎn)生的二氧化碳量與該材料可以產(chǎn)生的二氧化碳的理論量之比為生物分解百分率。
根據實(shí)際測量的總有機碳(TOC)含量可以計算出二氧化碳的理論釋放量。
生物分解百分率不包括已轉化為新的細胞生物質(zhì)的碳量,因為它在試驗周期內不代謝為二氧化碳.此外,在試驗結束時(shí)可以確定試驗材料的崩解程度,也可以測定試驗材料的質(zhì)量損失。
飛凡檢測提示你以下情況應使用蛭石代替腐熟的堆肥:a)試驗材料導 致的引發(fā)效應影響生物分解率的測定時(shí);和/或b)需要測定并還原殘 留試驗材料生物質(zhì)的碳平衡時(shí)。
蛭石,作為無(wú)機物,可以明顯減小引發(fā)效應,從而**試驗的可靠性。
更大的優(yōu)點(diǎn)是由于其低生物活性使空白試驗容器中釋放極少的二氧化碳(幾乎為零) ,這就可以用來(lái)測定低生物分解性的一些材料。
使用活化蛭石得到的礦化率(也稱(chēng)為生物分解水平和生物分解率)和使用熟化堆肥得到的結果是一致或十分相似的。
試驗環(huán)境微生物的培養應放在容器或室內、在黒暗或弱光下迸行，沒(méi)有任何會(huì )影響微生物生長(cháng)的蒸汽,并保持恒溫58° C士2 °C.在特殊情況下,比如材料的熔點(diǎn)很低,則可以選擇其他溫度,但試驗期間該溫度要保持恒定在士2 °C.如有溫度変化，應當迸行調節，并且要在試驗報告中明確注明.試劑1.薄層色譜級(TLC)纖維素用薄層色譜級(TLC)纖維素作為正控制參比材料.2.蛭石蛭石是一種建筑用礦物黏土,廣泛認同其特別適合作為微生物載體,維持微生物的生存并充滿(mǎn)活性。
由當地的礦物組成的蛭石,在熱處理前含有Al2O3 10% ,MgO 30% ,CaO 5% , SiO2 50%和5%結晶水。
熱處理后將失去結晶水并膨脹,稱(chēng)為“膨脹蛭石”。
膨脹蛭石呈薄片狀,可吸收大量的水，作為培養基其含水量與腐熟堆肥相當.蛭石可分為三類(lèi),如下:a)“粗糙型" :表觀(guān)密度80 kg/m3士16 kg/m(多為袋包裝);粒徑:80%在4 mm~12 mm之間，2%的顆?？赏ㄟ^(guò)0.5 mm篩。
b)“中型” :表觀(guān)密度90 kg/m3士16 kg/m3 ;粒徑:80%在1 mm~6 mm之間,2%的顆?？蛇^(guò)0.5 mm篩。
c) “優(yōu)型":表觀(guān)密度100 kg/m3士20 kg/m3;粒徑:80%在0. 7 mm~3 mm之間,5%的顆?？蛇^(guò)0.5 mm篩。
本標準采用“粗糙型”。
儀器確定所有的器皿完全清洗干浄,尤其不能附著(zhù)任何有機物或毒性物貭.1.堆肥容器采用玻璃容器或不影呵堆肥效果的其他材料制成的器皿，要保證氣體均勻往上流出,其容積視試驗材料而異,但至少要2 L。
如果只是定性分析試驗材料的生物分解能力,可選用容積較小的容器.如果試驗要求測定試驗材料的質(zhì)量損失，則應稱(chēng)取毎一個(gè)堆肥容器的空重.2.供氣系統能夠以預定的**向毎一個(gè)堆肥容器輸送干燥的或水飽和的、或者無(wú)二氧化碳的(如果需要)空氣.該空氣**應在試驗期間提供充分的需氧條件。
3.測定二氧化碳的分析儀器用于直接測定二氧化碳，或者用堿性溶液完全吸收后再通過(guò)測定溶解無(wú)機碳(DIC)來(lái)計算二氧化碳量.如果用連續紅外分析儀或氣相色譜儀直接測量排放氣中的二氧化碳量，需要**控制并測量空氣**。
4.氣密管用于連接堆肥容器與空氣系統和二氧化碳測量系統.5. pH計用于測試pH值的儀器.6.測定干固體 、揮發(fā)性固體、總有機碳分析儀用于測定干固體(在105°C、揮發(fā)性固體(在550°C)、總有機碳，用于材料的元素分析，必要吋，還用于測定溶解無(wú)機碳(DIC).7.天平（可選項）用于測定盛放了堆肥和試驗材料的試驗容器的質(zhì)量,其量程一般為3 kg~5 kg,精碗到0.01 g.8.測定氧濃度 、濕度、揮發(fā)性脂肪酸和總氧含量的分析儀器(可選項)用于測定空氣中的氧依度、濕度、揮發(fā)性脂肪酸和總氮含量.9. 蛭石活化反座器容積為5 L~20 L,不能主動(dòng)通氣的密閉容器,應可以避免內容物過(guò)度干燥。
但開(kāi)啟吋，可允許空氣交換，以保證在生物活性階段的需氧條件.實(shí)驗步驟1.接種物制備正常運行的需氧堆肥裝置產(chǎn)生的充分曝氣的堆肥可以用作接種物。
接種物應均勻、沒(méi)有大的惰性物質(zhì),比如玻璃、石塊、金屬件。
手工去除這些雜質(zhì)后用孔徑0.5 cm~1.0 cm的篩子將堆肥進(jìn)行篩選。
注1:為了保證微生物的多樣性,建議使用城市固體廢棄物中有機物在堆肥裝置中產(chǎn)生的堆肥，堆肥肥齡**2個(gè)月~4個(gè)月。
沒(méi)有這樣的堆肥,則可采用園林和農田廢料,或者園林廢料和城市固體廢棄物的混合物在堆肥裝置中產(chǎn)生的堆肥.注2:為了盡可能維持良好的曝氣條件,建議加入多孔、惰性或難以生物分解的結構性材料,以阻止堆肥在試驗期間粘連和堵塞.測定接種物中的總干固體含量和揮發(fā)性固體含量。
總干固體含量應當是濕固體量的50% ~55%,揮發(fā)性固體含量不超過(guò)干固體含量30% ,或不超過(guò)濕固體量的15%。
必要時(shí),在使用堆肥前加水,或進(jìn)行適當的干燥(比如用干燥空氣對堆肥進(jìn)行曝氣處理) ,從而對水分含量進(jìn)行適當調節。
制備1份接種物與5份無(wú)離子水的混合液,將它們充分振蕩均勻后立即測pH值,其值應在7.0~9.0之間。
注3：為了進(jìn)一步表征接種物,可以在試驗開(kāi)始和結束時(shí)另外再測定總有機碳、總氮或脂肪酸含量。
在試驗期間用可生物分解參比材料 ,再測定空白容器釋放的二氧化碳,從而來(lái)檢驗接種物的活性。
在試驗結束時(shí),參比材料應至少分解70%。
在試驗開(kāi)始的10 d內,容器內的接種物相對每克揮發(fā)性固體產(chǎn)生的二氧化碳大約為50 mg~150 mg。
如果二氧化碳釋放量太高,則堆肥應當曝氣幾天,再用于新的試驗。
如果活性太小，則應選用其他堆肥作接種物。
.2.準備試驗材料和參比材料按照測定試驗材料和參比材料的總有機碳(TOC),以每克總干固體的總有機碳的克數來(lái)表示。
或者,如果材料不含有無(wú)機碳,則可以用元素分析法測定其含碳量。
試驗材料應含有足夠的有機碳，以便產(chǎn)生適合于測定所需的二氧化碳。
一般,每個(gè)容器50g總干固體至少含有20 g總有機碳。
如果要測定試驗材料的質(zhì)量損失,則應當測定試驗材料的總干固體含量和揮發(fā)性固體含量。
注:試驗期間測定的試驗材料和參比材料的質(zhì)量損失,可用作補充資料。
在試驗開(kāi)始時(shí)測定試驗材料的揮發(fā)性固體含量,將它與試驗結束時(shí)的揮發(fā)性固體含量進(jìn)行對比。
試驗材料的型式包括粒狀、粉末狀、薄膜、或簡(jiǎn)單形狀(比如啞鈴型)。
每一件試樣的*大表面積大約為2 cmX2 cm.如果試樣原件超過(guò)該尺寸，則應加以減小。
3.開(kāi)始試驗至少準備下列數量的堆肥容器:a) 3個(gè)裝試驗材料的容器 ;b) 3 個(gè)裝參比材料的容器;c) 3個(gè)空白容器。
試驗材料和接種物的試驗混合物的量,取決于試驗材料的性質(zhì)和堆肥容器的尺寸。
接種物的干重與試驗材料的干重比大約為6: 1.應保證每個(gè)容器中堆肥的量都相同。
如果加入惰性材料,則不考慮該比例。
試驗混合物的體積不得大于堆肥容器容積的3/4,以留下足夠的頂部空間,使得試驗混合物能夠進(jìn)行人工振蕩。
一個(gè)大約3 L的容器,可裝人約600 g總干固體的接種物和約100 g干固體的試驗材料。
試驗混合物水分含量約50%.混合物應感到有點(diǎn)發(fā)黏,或者用手稍稍一壓有游離水出來(lái)。
如有必要,可適當加水或用干燥空氣進(jìn)行曝氣處理來(lái)調節混合物的水分含量。
將混合物充分混勻后裝人堆肥容器。
注1:試驗混合物中的有機碳與氮的比(C: N)應適當,以保證進(jìn)行良好的堆肥,其值在10~40之間。
必要時(shí)可以用尿素來(lái)進(jìn)行調節。
從試驗材料和接種物的總有機碳(TOC)可以計算出有機碳含量。
用試驗混合物的代表性試樣可以測定總氮含量。
把堆肥容器放置在58 °C士2°C的試驗環(huán)境中,用水飽和的、沒(méi)有二氧化碳的空氣進(jìn)行曝氣。
將空氣通過(guò)灌滿(mǎn)氫氧化鈉溶液的洗瓶就可以得到所需的水飽和的、沒(méi)有二氧化碳的空氣。
注2:如果直接測量排放氣中的二氧化碳濃度,則可以使用一般的空氣，而不是沒(méi)有二氧化碳的空氣。
此時(shí),建議測量每一個(gè)容器進(jìn)出口的二氧化碳濃度。
為了校正,將出口的二氧化碳濃度減去進(jìn)口的二氧化碳濃度。
應當采用足夠大的空氣**,以保證在整個(gè)試驗期間每一個(gè)堆肥容器都能維持曝氣條件。
應當定期檢查(可采用空氣**計)每一個(gè)出口的空氣**,以保證系統任何部分都沒(méi)有泄露.注3:定期測量堆肥容器排出氣中的氧氣濃度有助于維持曝氣條件,氧氣濃度應不低于6%.第一個(gè)星期應當密切監測氧氣濃度,至少每天測量2次,以后,測量次數可以減少。
必要時(shí)，調節空氣**。
參比材料的處理方法與試驗材料的處理方法相同。
空白容器只含接種物。
空白容器與試驗材料容器中接種物的總干固體的量應當相等。
4.培養階段在試驗期間定期用氣相色譜儀、總有機碳分析儀或紅外分析儀測量每個(gè)堆肥容器排放氣中的二氧化碳的含量,或者用氫氧化鈉溶液吸收后,測量溶解無(wú)機碳(DIC),作為累計放出的二氧化碳量.測量的次數取決于所用的方法、所需的生物分解曲線(xiàn)的精度以及試驗材料的可生物分解性。
如果采用直接測量法,在生物分解階段至少每天測量2次,時(shí)間間隔大約6 h,在平穩階段,每天至少測量1次。
如果采用累計法,則在生物分解階段每天測量溶解無(wú)機碳1次,在平穩階段,每周測量2次。
堆肥容器每周振蕩一次,防止板結,保證微生物與試驗材料充分接觸。
注1:建議先斷開(kāi)供氣系統,然后振蕩堆肥容器.應經(jīng)常進(jìn)行直觀(guān)檢查,保證堆肥容器中試驗混合物的濕度適當,沒(méi)有任何游離水或料塊。
一般,堆肥容器頂部沒(méi)有冷凝水說(shuō)明系統處于很干燥的狀態(tài)。
可以用適當的儀器測量水分含量并將其保持在大約50%.用濕空氣或干空氣可以調節系統至所需的水分含量。
從進(jìn)氣口排水或加水可以使水分含量發(fā)生明顯變化。
每周振蕩一次堆肥容器有助于保證水分的均勻分布。
如果進(jìn)行調節,則應當密切監測排放的二氧化碳。
在堆肥容器每周振蕩時(shí)及試驗期結束時(shí),應當記錄堆肥性狀直觀(guān)觀(guān)察結果,比如結構、水分含量、色澤、霉菌生成、排放氣的氣味,以及試驗材料的崩解程度。
堆肥周期不超過(guò)6個(gè)月,溫度要保持58 °C士2° C ,這是實(shí)際堆肥處理的代表性溫度。
如果還能觀(guān)測到明顯的生物分解現象,則試驗期應當延長(cháng)到恒定平穩階段為止。
如果平穩階段提前出現，則可以縮短試驗周期.試驗開(kāi)始后,應定期測量pH值.注2:如果pH值低于7. 0,是因為容易分解的試驗材料迅速分解使堆肥酸化,這會(huì )抑制材料的生物分解。
此時(shí),建議測量揮發(fā)性脂肪酸含量,檢查堆肥容器中組分的酸化情況。
如果每千克總干固體產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸含量趣過(guò)2 g,則由于酸化及微生物活性受到抑制,該試驗應視作無(wú)效。
要防止酸化,可增加所有堆肥容器中堆肥的量,或者減少試驗材料、增加堆肥,再重復試驗.生物降級檢測標準一覽圖5.結束試驗如果要測定試驗材料的質(zhì)量損失,則稱(chēng)量每一個(gè)盛放試驗混合物的堆肥容器。
從每個(gè)容器取出試驗混合物的試樣。
測定總干固體和揮發(fā)性固體.記錄每次試驗材料性狀直觀(guān)觀(guān)察結果的詳細情況,以確定其崩解程度。
注:建議進(jìn)一步研究剩下的試驗材料,比如測量有關(guān)的物理性質(zhì)、化學(xué)分析及照相。
6.蛭石的使用如果使用蛭石代替堆肥，首次接種應在含有有機物、無(wú)機物和腐熟堆肥培養液中進(jìn)行，蛭石與培養液的比例為1 : 3(質(zhì)量/體積)。
7.使用蛭石復原操作過(guò)程和碳平衡試驗結束時(shí),通過(guò)提取蛭石培養基,復原并測定試驗材料殘留量、生物分解副產(chǎn)物含量和生物質(zhì)含量。
每個(gè)容器的試驗可進(jìn)行單獨分析或對全部試驗綜合分類(lèi)分析。
所得生物質(zhì)、試驗材料殘留量、副產(chǎn)物含量可與試驗中的二氧化碳釋放量相結合,進(jìn)一步驗證*終碳平衡。
通過(guò)對原試驗樣品的碳含量分析與試驗中轉化為二氧化碳的碳含量、轉化為生物質(zhì)的碳含量、殘留試驗樣品和生物分解副產(chǎn)物的碳含量進(jìn)行比較,從而確定*終的生物分解程度。
對于不同材質(zhì)的試驗材料進(jìn)行提取時(shí),初步依次使用水和/或其他有機溶劑提取,以選擇適合的溶劑。
分析方法包括:光譜法(紅外,紫外分光光度,核磁共振等),色譜法,重量分析,元素分析等。
這些方法可直接用于提取物和/或濃縮提取物。
提取物也可進(jìn)行生物毒性試驗。
結果的有效性只有試驗符合下列事項,才可認為有效:a)45d后參比材料的生物分解百分率超辻70%;b)在試驗結束時(shí) 毎個(gè)堆肥容器的生物分解百分率之間的相對偏差不超辻20%；c)在培養前 10 d內,空白容器中接種物產(chǎn)生50 mg CO2/g揮發(fā)性固體(平均值)至150 mg CO2/g揮發(fā)性固體(平均值).