為什么要做生物降解試驗(yàn)？生物降解測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GBT解析飛凡檢測(cè)提醒您：生物降解是指微生物把有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物的現(xiàn)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(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物。
微生物還可降解人工合成有機(jī)化合物。
如通過(guò)氧化作用，把艾氏劑轉(zhuǎn)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(xiàn)象也是微生物降解作用常見(jiàn)的一種反應(yīng)。
微生物降解作用使得生命元素的循環(huán)往復(fù)成為可能，使各種復(fù)雜的有機(jī)化合物得到降解，從而保持生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。
引言本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了利用腐熟堆肥作為固床(養(yǎng)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(yàn)的方法。
腐熟堆肥是異相、極其復(fù)雜的材料,在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)很難對(duì)殘留在固床中的聚合物材料進(jìn)行量化;也難以測(cè)定高分子降解中可能釋放到固床中的小分子;難以評(píng)估生物質(zhì)。
也很難計(jì)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(yīng)”,即混人腐熟堆肥中的大量有機(jī)物會(huì)遭受聚合物引發(fā)的降解。
這種引發(fā)效應(yīng)會(huì)影響生物分解能力的測(cè)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(yàn)以便于分析。
這個(gè)改進(jìn)的方法通過(guò)測(cè)量二氧化碳釋放來(lái)測(cè)定生物分解率,從而對(duì)試驗(yàn)結(jié)束后固床中的生物質(zhì)和聚合物殘余物進(jìn)行量化測(cè)定,進(jìn)而計(jì)算碳平衡;該方法不受引發(fā)效應(yīng)的影響，可用于評(píng)估用腐熟堆肥作為固床時(shí)導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種測(cè)定方法，用于將材料作為有機(jī)化合物在受控的堆肥化條件下，通過(guò)測(cè)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(jī)部分的典型需氧堆肥處理?xiàng)l件。
試驗(yàn)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(yán)格檢測(cè)和控制的環(huán)境條件下進(jìn)行堆肥。
本方法測(cè)定試驗(yàn)材料中碳轉(zhuǎn)化成釋放出的二氧化碳的轉(zhuǎn)化百分率。
原理本測(cè)定方法在模擬的強(qiáng)烈需氧堆肥條件下,測(cè)定試驗(yàn)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(wěn)定的、腐熟的堆肥，如可能,從城市固體廢棄物中有機(jī)物的堆肥中獲取。
試驗(yàn)材料與接種物混合,導(dǎo)入靜態(tài)堆肥容器。
在該容器中,混合物在規(guī)定的溫度、氧濃度和濕度下進(jìn)行強(qiáng)烈的需氧堆肥。
試驗(yàn)周期不超過(guò)6個(gè)月。
在試驗(yàn)材料的需氧生物分解過(guò)程中,二氧化碳、水、礦化無(wú)機(jī)鹽及新的生物質(zhì)都是*終生物分解的產(chǎn)物。
在試驗(yàn)中連續(xù)監(jiān)測(cè)、定期測(cè)量試驗(yàn)容器和空白容器產(chǎn)生的二氧化碳,累計(jì)產(chǎn)生的二氧化碳量。
試驗(yàn)材料在試驗(yàn)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(jù)實(shí)際測(cè)量的總有機(jī)碳(TOC)含量可以計(jì)算出二氧化碳的理論釋放量。
生物分解百分率不包括已轉(zhuǎn)化為新的細(xì)胞生物質(zhì)的碳量,因?yàn)樗谠囼?yàn)周期內(nèi)不代謝為二氧化碳.在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)可以確定試驗(yàn)材料的崩解程度,也可以測(cè)定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失。
飛凡檢測(cè)提示你以下情況應(yīng)使用蛭石代替腐熟的堆肥:a)試驗(yàn)材料導(dǎo) 致的引發(fā)效應(yīng)影響生物分解率的測(cè)定時(shí);和/或b)需要測(cè)定并還原殘 留試驗(yàn)材料生物質(zhì)的碳平衡時(shí)。
蛭石,作為無(wú)機(jī)物,可以明顯減小引發(fā)效應(yīng),從而**試驗(yàn)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(yàn)容器中釋放極少的二氧化碳(幾乎為零) ,這就可以用來(lái)測(cè)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(jié)果是一致或十分相似的。
試驗(yàn)環(huán)境微生物的培養(yǎng)應(yīng)放在容器或室內(nèi)、在黒暗或弱光下迸行，沒(méi)有任何會(huì)影響微生物生長(zhǎng)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(yàn)期間該溫度要保持恒定在士2 °C.如有溫度変化，應(yīng)當(dāng)迸行調(diào)節(jié)，并且要在試驗(yàn)報(bào)告中明確注明.試劑1.薄層色譜級(jí)(TLC)纖維素用薄層色譜級(jí)(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(rèn)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(dāng)?shù)氐牡V物組成的蛭石,在熱處理前含有Al2O3 10% ,MgO 30% ,CaO 5% , SiO2 50%和5%結(jié)晶水。
熱處理后將失去結(jié)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(yǎng)基其含水量與腐熟堆肥相當(dāng).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%的顆粒可過(guò)0.5 mm篩。
本標(biāo)準(zhǔn)采用“粗糙型”。
儀器確定所有的器皿完全清洗干浄,尤其不能附著任何有機(jī)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(yàn)材料而異,但至少要2 L。
如果只是定性分析試驗(yàn)材料的生物分解能力,可選用容積較小的容器.如果試驗(yàn)要求測(cè)定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失，則應(yīng)稱(chēng)取毎一個(gè)堆肥容器的空重.2.供氣系統(tǒng)能夠以預(yù)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(yīng)在試驗(yàn)期間提供充分的需氧條件。
3.測(cè)定二氧化碳的分析儀器用于直接測(cè)定二氧化碳，或者用堿性溶液完全吸收后再通過(guò)測(cè)定溶解無(wú)機(jī)碳(DIC)來(lái)計(jì)算二氧化碳量.如果用連續(xù)紅外分析儀或氣相色譜儀直接測(cè)量排放氣中的二氧化碳量，需要**控制并測(cè)量空氣**。
4.氣密管用于連接堆肥容器與空氣系統(tǒng)和二氧化碳測(cè)量系統(tǒng).5. pH計(jì)用于測(cè)試pH值的儀器.6.測(cè)定干固體 、揮發(fā)性固體、總有機(jī)碳分析儀用于測(cè)定干固體(在105°C、揮發(fā)性固體(在550°C)、總有機(jī)碳，用于材料的元素分析，必要吋，還用于測(cè)定溶解無(wú)機(jī)碳(DIC).7.天平（可選項(xiàng)）用于測(cè)定盛放了堆肥和試驗(yàn)材料的試驗(yàn)容器的質(zhì)量,其量程一般為3 kg~5 kg,精碗到0.01 g.8.測(cè)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(xiàng))用于測(cè)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(yīng)可以避免內(nèi)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(yàn)步驟1.接種物制備正常運(yùn)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(yīng)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(jī)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(nóng)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(jié)構(gòu)性材料,以阻止堆肥在試驗(yàn)期間粘連和堵塞.測(cè)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(yīng)當(dāng)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(dāng)?shù)母稍?比如用干燥空氣對(duì)堆肥進(jìn)行曝氣處理) ,從而對(duì)水分含量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。
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(cè)pH值,其值應(yīng)在7.0~9.0之間。
注3：為了表征接種物,可以在試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)再測(cè)定總有機(jī)碳、總氮或脂肪酸含量。
在試驗(yàn)期間用可生物分解參比材料 ,再測(cè)定空白容器釋放的二氧化碳,從而來(lái)檢驗(yàn)接種物的活性。
在試驗(yàn)結(jié)束時(shí),參比材料應(yīng)至少分解70%。
在試驗(yàn)開(kāi)始的10 d內(nèi),容器內(nèi)的接種物相對(duì)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(yīng)當(dāng)曝氣幾天,再用于新的試驗(yàn)。
如果活性太小，則應(yīng)選用其他堆肥作接種物。
.2.準(zhǔn)備試驗(yàn)材料和參比材料按照測(cè)定試驗(yàn)材料和參比材料的總有機(jī)碳(TOC),以每克總干固體的總有機(jī)碳的克數(shù)來(lái)表示。
或者,如果材料不含有無(wú)機(jī)碳,則可以用元素分析法測(cè)定其含碳量。
試驗(yàn)材料應(yīng)含有足夠的有機(jī)碳，以便產(chǎn)生適合于測(cè)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(jī)碳。
如果要測(cè)定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失,則應(yīng)當(dāng)測(cè)定試驗(yàn)材料的總干固體含量和揮發(fā)性固體含量。
注:試驗(yàn)期間測(cè)定的試驗(yàn)材料和參比材料的質(zhì)量損失,可用作補(bǔ)充資料。
在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)測(cè)定試驗(yàn)材料的揮發(fā)性固體含量,將它與試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的揮發(fā)性固體含量進(jìn)行對(duì)比。
試驗(yàn)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(yīng)加以減小。
3.開(kāi)始試驗(yàn)至少準(zhǔn)備下列數(shù)量的堆肥容器:a) 3個(gè)裝試驗(yàn)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(yàn)材料和接種物的試驗(yàn)混合物的量,取決于試驗(yàn)材料的性質(zhì)和堆肥容器的尺寸。
接種物的干重與試驗(yàn)材料的干重比大約為6: 1.應(yīng)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(yàn)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(yàn)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(yàn)材料。
試驗(yàn)混合物水分含量約50%.混合物應(yīng)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(dāng)加水或用干燥空氣進(jìn)行曝氣處理來(lái)調(diào)節(jié)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(yàn)混合物中的有機(jī)碳與氮的比(C: N)應(yīng)適當(dāng),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(diào)節(jié)。
從試驗(yàn)材料和接種物的總有機(jī)碳(TOC)可以計(jì)算出有機(jī)碳含量。
用試驗(yàn)混合物的代表性試樣可以測(cè)定總氮含量。
把堆肥容器放置在58 °C士2°C的試驗(yàn)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(cè)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(cè)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(yīng)當(dāng)采用足夠大的空氣**,以保證在整個(gè)試驗(yàn)期間每一個(gè)堆肥容器都能維持曝氣條件。
應(yīng)當(dāng)定期檢查(可采用空氣**計(jì))每一個(gè)出口的空氣**,以保證系統(tǒng)任何部分都沒(méi)有泄露.注3:定期測(cè)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(yīng)不低于6%.第一個(gè)星期應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測(cè)氧氣濃度,至少每天測(cè)量2次,以后,測(cè)量次數(shù)可以減少。
必要時(shí)，調(diào)節(jié)空氣**。
參比材料的處理方法與試驗(yàn)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(yàn)材料容器中接種物的總干固體的量應(yīng)當(dāng)相等。
4.培養(yǎng)階段在試驗(yàn)期間定期用氣相色譜儀、總有機(jī)碳分析儀或紅外分析儀測(cè)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(cè)量溶解無(wú)機(jī)碳(DIC),作為累計(jì)放出的二氧化碳量.測(cè)量的次數(shù)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(yàn)材料的可生物分解性。
如果采用直接測(cè)量法,在生物分解階段至少每天測(cè)量2次,時(shí)間間隔大約6 h,在平穩(wěn)階段,每天至少測(cè)量1次。
如果采用累計(jì)法,則在生物分解階段每天測(cè)量溶解無(wú)機(jī)碳1次,在平穩(wěn)階段,每周測(cè)量2次。
堆肥容器每周振蕩一次,防止板結(jié),保證微生物與試驗(yàn)材料充分接觸。
注1:建議先斷開(kāi)供氣系統(tǒng),振蕩堆肥容器.應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行直觀(guān)檢查,保證堆肥容器中試驗(yàn)混合物的濕度適當(dāng),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(tǒng)處于很干燥的狀態(tài)。
可以用適當(dāng)?shù)膬x器測(cè)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(diào)節(jié)系統(tǒng)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(diào)節(jié),則應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測(cè)排放的二氧化碳。
在堆肥容器每周振蕩時(shí)及試驗(yàn)期結(jié)束時(shí),應(yīng)當(dāng)記錄堆肥性狀直觀(guān)觀(guān)察結(jié)果,比如結(jié)構(gòu)、水分含量、色澤、霉菌生成、排放氣的氣味,以及試驗(yàn)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(cè)到明顯的生物分解現(xiàn)象,則試驗(yàn)期應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)到恒定平穩(wěn)階段為止。
如果平穩(wěn)階段提前出現(xiàn)，則可以縮短試驗(yàn)周期.試驗(yàn)開(kāi)始后,應(yīng)定期測(cè)量pH值.注2:如果pH值低于7. 0,是因?yàn)槿菀追纸獾脑囼?yàn)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(cè)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(yàn)應(yīng)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(yàn)材料、增加堆肥,再重復(fù)試驗(yàn).生物降級(jí)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一覽圖5.結(jié)束試驗(yàn)如果要測(cè)定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失,則稱(chēng)量每一個(gè)盛放試驗(yàn)混合物的堆肥容器。
從每個(gè)容器取出試驗(yàn)混合物的試樣。
測(cè)定總干固體和揮發(fā)性固體.記錄每次試驗(yàn)材料性狀直觀(guān)觀(guān)察結(jié)果的詳細(xì)情況,以確定其崩解程度。
注:建議研究剩下的試驗(yàn)材料,比如測(cè)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(yīng)在含有有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和腐熟堆肥培養(yǎng)液中進(jìn)行，蛭石與培養(yǎng)液的比例為1 : 3(質(zhì)量/體積)。
7.使用蛭石復(fù)原操作過(guò)程和碳平衡試驗(yàn)結(jié)束時(shí),通過(guò)提取蛭石培養(yǎng)基,復(fù)原并測(cè)定試驗(yàn)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(yàn)可進(jìn)行單獨(dú)分析或?qū)θ吭囼?yàn)綜合分類(lèi)分析。
所得生物質(zhì)、試驗(yàn)材料殘留量、副產(chǎn)物含量可與試驗(yàn)中的二氧化碳釋放量相結(jié)合,驗(yàn)證*終碳平衡。
通過(guò)對(duì)原試驗(yàn)樣品的碳含量分析與試驗(yàn)中轉(zhuǎn)化為二氧化碳的碳含量、轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)的碳含量、殘留試驗(yàn)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(duì)于不同材質(zhì)的試驗(yàn)材料進(jìn)行提取時(shí),初步依次使用水和/或其他有機(jī)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(yàn)。
結(jié)果的有效性只有試驗(yàn)符合下列事項(xiàng),才可認(rèn)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(yàn)結(jié)束時(shí) 毎個(gè)堆肥容器的生物分解百分率之間的相對(duì)偏差不超辻20%；c)在培養(yǎng)前 10 d內(nèi),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).