|
ISO 14855塑料材料在控制堆肥环境下最
终需氧生物降解度及崩解性测定法---
二氧化碳释出量分析法（摘译）
注意：废水、活性污水、土壤及堆肥中可能含有能致病的生物，因此，在进行处理时应加以注意，毒性实验用化合物及未知其性质的化合物应小心地加以处理。
1. 范围
此国际标准阐述了一种通过测定在实验结束时的CO2放出量及塑料的分解程度来测定在受控堆肥条件下塑料（有机化合物）的最大有氧生物降解性的方法。此方法模拟城市固体垃圾混合物中有机组分的典型的有氧堆肥条件。实验材料暴置在来源于堆肥的接种物中。堆肥过程在温度、通气及湿度受到密切监控的环境中进行。设计此方法的目的是为求得实验材料中的C转化为CO2 的百分率及转化速率。
此国际标准采用的实验条件不必都与发生最大生物降解的优化条件相一致。
2. 引用标准
下列标准所包含的条款通过在本标准中引用而构成本标准的条款。本标准出版时，所示版本均有效。所有标准都会被修订。使用本标准的各方应积极探讨使用下列标准最新版本的可能性。IEC和ISO的成员应保存现行有效的国际标准。
ISO5663：1984，水质量--用硒矿化后测定kjeldahl氮
ISO8245：1999，水质量--用机碳总量（TOC）及溶解的有机碳（DOC）测定指南
3. 定义
3.1 最大需氧生物降解
在氧的存在下，有机化合物被微生物分解为CO2、H2 O及所含其它元素的矿物盐及新生物量。
3.2堆肥化
产生堆肥的需氧过程。
注：堆肥主要是由蔬菜残渣，有时含其它有机物和有限的矿物质组成的混合物经生物降解而形成的一种有机土壤。
3.3 分解
一种材料破碎成碎片的物理过程。
3.4干固体总重（总干固体量）
已知体积的实验材料或堆肥在105℃下干燥至质量恒定所获得的固体的重量。
3.5 挥发性固体
相同样品（已知体积的实验材料或堆肥）的固体的总干重减去550℃下煅烧后剩余物的质量所得的固体量（即挥发性固体的量）。
3.6 CO2的理论放出量ThCO2
一种化合物完全氧化所生成的CO2的理论最大值，由分子式计算而得，用mgCO2放出量/g或mg 表示。
3.7 停滞阶段（lag phase）
从开始实验到得到降解微生物并使化合物或有机物的降解度达到最大降解度的10%左右所需的时间，以天计。
3.8 最大生物降解度
在实验中，化合物或有机物不再发生降解时的降解度，以百分数计。
3.9 生物降解阶段
从停滞阶段结束到达到最大生物降解度的90%所需的时间，以天计。
3.10 平稳阶段
从降解阶段结束至实验结束所需的时间，以天计。
4. 原理
本方法是在模拟充分有氧堆肥过程的条件下，测定实验材料的最终生物降解率及分解度，所使用的接种物由（可能的话）来源于城市固体废弃物中有机成分的稳定的、熟化堆肥组成。
实验材料与接种物混合后放入静置的堆肥化容器中，在优化的氧气、温度和湿度条件下进行充分的堆肥化，实验期不超过6个月。
在实验材料的需氧生物降解过程中，最终的生物降解产物为CO2、H2O、矿物盐及新的微生物细胞成分（生物量）。按固定的时间间隔对实验容器（盛装实验材料）和空白容器中产生的CO2进行连续监测或测量来测定CO2的累积放出量。生物降解率由实验材料所产生的CO2与其CO2的最大理论放出量的比值来表示。
CO2的最大理论放出量由所测得的有机碳总量（TOC）来计算。生物降解率不包括转化成新的细胞生物量的碳量（在实验过程中不新陈代谢为CO2）。
另外，在实验结束时测定实验材料的分解程度，还可测定实验材料的质量损失。
5. 实验环境
应在黑暗或有散射光的箱中进行培养，箱中温度应恒定在58℃±2℃且没有抑制微生物的蒸汽。
在特殊情况下，例如实验材料的熔点较低时，可以选择其它实验温度。在整个实验过程中应保持温度恒定，误差为±2℃。温度有变化时应进行调整，并在实验报告中明确地指出。
6. 试剂
只能用分析纯级试剂。
使用粒径小于20um的TLC（薄层色谱仪）级纤维素（cellulose）作为正控制参照材料。
7. 实验仪器
所有玻璃仪器都应清洗干净，尤其不能含有机物及毒性物质。
7.1 堆肥化容器
玻璃烧瓶或其它能从顶部均匀放出气体的瓶子。
按8.2和8.3的要求，所需烧瓶的容积至少为2.0L。根据实验材料的不同可以采用较小体积的容器用于筛选。如果要测定实验材料的质量损失，应称出每个堆肥化容器的净重。
7.2 送风系统
能按预定流量为每个堆肥化容器提供干燥的或水饱和的空气（如果需要的话，不含CO2的空气），其流量应足够提供在实验过程中所需的真正的需氧条件。（示例见附录A）
7.3 测定CO2所需的仪器
为直接测定CO2或通过用基准液完全吸收并测定溶解的无机碳（DIC） （示例见附录A）而设计。如果能直接测定排出空气中的CO2，例如通过连续的红外分析仪或气相色谱仪来测定，则需准确控制或测定空气的流速。
7.4 气密性接管
用于连接堆肥化容器及送风和CO2测定系统。
7.5 PH计
7.6 分析装置
用于测定干固体量（在105℃）、挥发性固体量（在550℃）及有机碳总量（TOC）；用于对实验材料进行元素分析；如果需要的话，用于测定溶解的无机碳量（DIC）。
7.7 天平（可选项）
用于称量盛放堆肥及实验材料的实验容器，称量范围一般为3㎏~5㎏。
7.8 分析装置（可选项）
用于测定空气中的氧气、湿度、挥发性脂肪酸及总氮量（例如通过ISO5663所述的kjeldahl法）。
8. 实验步骤
8.1 接种物的制备
应选取有氧堆肥处理厂中的通风良好的堆肥作为接种物。接种物应均匀、不含惰性物质，如：玻璃、石块或金属碎片。用手捡出这些惰性物质，然后用筛孔为0.5cm~1.0cm的筛子进行筛选。
注1：建议用采自含有有机组分的城市固体废弃物（堆肥处理厂中的）的堆肥作为培养物，这样能保证产生足够的微生物。堆肥的肥龄应为2~4个月。如果找不到此类堆肥，也可使用在花园或农场废弃物处理厂中的堆肥或花园废弃物与城市固体废弃物的混合物。
注2：建议使用有足够孔隙率的堆肥，以获得尽可能多的通风条件，在堆肥中添加大 块的物质，如小木块或其它惰性物质、非降解性物质，以防止堆肥在实验过程中粘连在一起。
测定接种物的干固体总量及挥发性固体的含量。干固体总量应为湿固体量的50%~55%；挥发性固体量应小于湿固体量的15%或干固体量的30%。如果必要的话，在使用堆肥前应对堆肥的含水量进行调节：加水或轻度干燥，例如：可用干空气为堆肥通风。
将一份接种物和五份去离子水混合、摇匀，并立即测定其PH值。PH值应在7.0~9.0之间。
注3：为进一步确定接种物的特征，可在（可选项）实验开始和结束时对适当的参数如：有机碳总量、N总量或脂肪酸含量进行测定。在实验过程中，通过可生物降解参照材料（见第6条）及测定空白实验瓶中CO2的放出量来检验接种物（inoculum）的活性。在实验结束时，实验材料 的降解率应≥70%（见第10条）。在实验开始的前10天，空白实验瓶中的接种物放出的CO2量为50~150mg/g挥发性固体（见第10条）。如果产生的CO2量过高，在将其用于新实验之前，通风几天使其稳定；如果活必性较低，应选用另一种堆肥作为接种物。
8.2 实验材料和参照材料的制备
测定实验材料和参照材料的有机碳总量（TOC），例如用ISO-8245所规定的方法进行测定，并写入实验报告，最好用gTOC/g干固体总量来表示。另外，如果材料中不含无机碳，可通过元素分析来测定碳的含量，实验材料所产生的CO2的量应能满足检测的需要量，通常每个实验瓶中最小用量为50g干物质总量（含20gTOC）。
注：可以对在实验过程中实验材料和参照材料的质量损失进行检测（可选项作为补充材料）。在附录C的示例中，在实验开始时对实验材料的挥发性固体量进行检测，并与在实验结束时测得的挥发性固体量进行比较。
所使用的实验材料可为粒状、粉末、薄膜或其它简单形状（例如：哑铃形）。实验材料单个碎片的最大面积应为2cm×2cm。如果原始实验材料中有较大的碎片，应将其弄碎。
8.3 开始实验
至少安装以下堆肥化容器（7.1）：
⒈三个用于实验材料
⒉三个用于参照材料
⒊三个用于空白实验
在实验中所使用的含有接种物和实验材料的实验混合物，其用量取决于实验材料的质量好坏(见8.2)及堆肥化容器的体积。接种物和实验材料的干重比应为6︰1。确保每个实验容器中的堆肥量应相同。如果加入惰性物质，则不考虑这种关系。在堆肥化容器中加入约3/4体积的实验混合物，容器顶部要留出足够的空间以便于用手摇匀。
一个典型的实例是：准备若干容积约为3L的堆肥化容器，称出含600g干固体总量的接种物的重量，含100g干固体量的实验材料的重量，并搅拌均匀。实验混合物的含水量应与接种物（见8.1）的含水量相同(约为50%)。用手轻压时，应能感觉有点粘并有游离水析出。如果需要的话，可通过加水或通风来调节混合物的湿度。把准备好的混合物放入堆肥化容器中。
注1：建议对实验混合物的有机碳和氮的比值进行优化，以确保堆肥化过程进行良好。C/N比最好在10~40之间。如果需要的话可用尿素进行调节。有机碳的含量可通过接种物和实验材料的TOC计算而得，总氮量可从有代表性的实验混合物的试样中，通过例如ISO5663所示的kjeldahl法测得。
将堆肥化容器置于温度为58℃±2℃（见第5条）的实验环境中，开始通入水饱和的、不含CO2的空气。这可以通过将空气通入含NaOH溶液（见附录A）的洗瓶而获得。
注2：如果在空气的排出口能直接测定CO2的浓度，则可使用普通空气而非不含CO2的空气。在此情况下建议在每个容器的进出口对CO2的浓度进行测定。用出口的浓度减去入口的浓度。
通入空气的流量要足够大，以确保在整个实验过程中每个堆肥化容器能获得足够通风条件。定期检查每个出口的空气流量（例如通过使用洗瓶），以确保系统中任何部位都不发生泄漏。
注3：定期测定堆肥化容器排出空气中的O2的浓度能有助于保持足够的通风条件。如果测定的话，O2的浓度降低值不应低于6%。在实验的第一周，应密切监测O2的浓度值，例如每天至少测两次。此后可以减少测定频率。按需要调节空气的流量。
参照材料和实验材料的处理方法相同。用于空白实验的容器中只放接种物，其所含干
固体总量应与盛放实验材料的容器中的干固体总量相同。
8.4培育阶段
用气相色谱仪，TOC或红外分析仪按中等时间间隔直接对每个堆肥化容器排出空气中的CO2的量进行测定。也可用，例如ISO8245（见附录A）方法测量经NaOH溶液吸收后溶解的无机碳（DIC）从而测出CO2的累积放出量。测定频率取决于所使用的测定方法、所期望的生物降解曲线的准确度以及实验混合物的生物降解率。如果进行直接测定，在生物降解阶段应至少每天测定两次CO2的放出量，时间间隔为6h，在此后的平稳阶段至少每天测一次。如果采用累积测定法，在生物降解阶段每天测一次DIC，在平稳阶段每周测两次。
每周摇动一次堆肥化容器，防止形成大范围的沟流，确保实验材料受到微生物的均匀侵蚀。
注1：建议在摇动堆肥化容器前断开送风系统和CO2测定系统。通过视觉观察来保证堆肥化容器中实验混合物的湿度不要太高或太低。容器中不能有游离水或出现材料的结块现象。如果在堆肥化容器的顶部没有凝结水，则表明过于干燥。也可利用适宜的仪器对湿度进行测定。在这种情况下，湿度应保持在50%左右（见8.1）。可以通过通入湿空气或干空气来达到所期望的湿度。通过空气的入口加水或排水来适度地改变湿度。每周对堆肥化容器进行摇动有助于湿度（含水量）的均匀分布。如果进行调整，应密切监测CO2的放出量。
在每周摇动（搅拌agitation）堆肥化容器过程中及实验的末期，记录下所有观察到的堆肥的外观情况，如：结构、湿度、颜色、真菌的形成情况，排出空气的气味以及实验材料的分解情况（disintegration）。
在恒温58℃±2℃的环境中对堆肥化容器中的材料进行培育，培育期不超过6个月，以此代表自然环境下的堆肥过程。如果还能观察到实验材料有明显的降解，可将培育期延长至达到平稳状态为止。如果达到平稳状态的时间较早，也可缩短培育期。
按实验开始时方法（见8.1）定期测定PH值。
注2：如果PH值底于7.0，可能会因易降解实验材料的降解而使堆肥酸化从而抑制了降解作用。在这种情况下，建议对挥发性脂肪酸进行光谱（spectrum）测定以检查堆肥化容器内的物质是否变酸（souring）。如果每公斤总干固体量生成的挥发性脂肪酸大于2g，那么就应认为由于酸化和微生物的活动受到抑制而导致实验无效。
8.5 实验的终点
如果要测定实验材料的质量损失（见8.2的注解），应称出装有实验混合物的堆肥化容器的重量。从每个容器中取样，测定总的干固体量及挥发性固体量。
记录下所有观察到的实验材料外观的情况以确定其分解程度。
注：建议对实验材料的剩余物作进一步的调查，例如，测定相关的物理性能、进行化学分析及谱图分析（pliotograpliy）。
（待续）
|