生物降解試驗

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飛凡檢測提醒您：生物降解是指微生物把有機物質轉化成為簡單無機物的現(xiàn)象。自然界中各種生物的排泄物及死體經微生物的分解作用轉化為簡單無機物。微生物還可降解人工合成有機化合物。如通過氧化作用，把艾氏劑轉化為狄氏劑；通過還原作用，把含硝基的除蟲劑還原為胺；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(tǒng)的良性循環(huán)。

引言

本標準規(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,所以在試驗結束時很難對殘留在固床中的聚合物材料進行量化;也難以測定高分子降解中可能釋放到固床中的小分子;同時難以評估生物質。因此,也很難計算完全的碳平衡。腐熟堆肥有時遇到的另一個困難是所謂的“引發(fā)效應”,即混人腐熟堆肥中的大量有機物會遭受聚合物引發(fā)的降解。這種引發(fā)效應會影響生物分解能力的測定。

為了克服這些問題,**方法的可靠性,可用蛭石來代替腐熟堆肥作為固床介質進行試驗以便于分析。這個改進的方法通過測量二氧化碳釋放來測定生物分解率,從而對試驗結束后固床中的生物質和聚合物殘余物進行量化測定,進而計算碳平衡;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導致上述問題的那些材料。礦物固床還可以用來進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(guī)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，通過測定其排放的二氧化碳量來確定其*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(guī)定的溫度、氧濃度和濕度下進行強烈的需氧堆肥。試驗周期不超過6個月。

在試驗材料的需氧生物分解過程中,二氧化碳、水、礦化無機鹽及新的生物質都是*終生物分解的產物。在試驗中連續(xù)監(jiān)測、定期測量試驗容器和空白容器產生的二氧化碳,累計產生的二氧化碳量。試驗材料在試驗中實際產生的二氧化碳量與該材料可以產生的二氧化碳的理論量之比為生物分解百分率。

根據實際測量的總有機碳(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,在試驗結束時可以確定試驗材料的崩解程度,也可以測定試驗材料的質量損失。

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;和/或

b)需要測定并還原殘 留試驗材料生物質的碳平衡時。

蛭石,作為無機物,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(yǎng)應放在容器或室內、在黒暗或弱光下迸行，沒有任何會影響微生物生長的蒸汽,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(jié)，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活性。由當地的礦物組成的蛭石,在熱處理前含有Al2O310% ,MgO 30% ,CaO 5% , SiO250%和5%結晶水。熱處理后將失去結晶水并膨脹,稱為“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.

蛭石可分為三類,如下:

a)“粗糙型" :表觀密度80 kg/m3士16 kg/m(多為袋包裝);粒徑:80%在4 mm~12mm之間，2%的顆粒可通過0.5 mm篩。

b)“中型” :表觀密度90 kg/m3士16 kg/m3 ;粒徑:80%在1 mm~6 mm之間,2%的顆?？蛇^0.5mm篩。

c) “優(yōu)型":表觀密度100 kg/m3士20 kg/m3;粒徑:80%在0. 7 mm~3 mm之間,5%的顆粒可過0.5mm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2L。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量損失，則應稱取毎一個堆肥容器的空重.

2.供氣系統(tǒng)

能夠以預定的**向毎一個堆肥容器輸送干燥的或水飽和的、或者無二氧化碳的(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測定溶解無機碳(DIC)來計算二氧化碳量.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(tǒng)和二氧化碳測量系統(tǒng).

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~20L,不能主動通氣的密閉容器,應可以避免內容物過度干燥。但開啟吋，可允許空氣交換，以保證在生物活性階段的需氧條件.

實驗步驟

1.接種物制備

正常運行的需氧堆肥裝置產生的充分曝氣的堆肥可以用作接種物。接種物應均勻、沒有大的惰性物質,比如玻璃、石塊、金屬件。手工去除這些雜質后用孔徑0.5cm~1.0 cm的篩子將堆肥進行篩選。

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生的堆肥，堆肥肥齡**2個月~4個月。沒有這樣的堆肥,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?？偢晒腆w含量應當是濕固體量的50% ~55%,揮發(fā)性固體含量不超過干固體含量30%,或不超過濕固體量的15%。必要時,在使用堆肥前加水,或進行適當的干燥(比如用干燥空氣對堆肥進行曝氣處理),從而對水分含量進行適當調節(jié)。制備1份接種物與5份無離子水的混合液,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：為了進一步表征接種物,可以在試驗開始和結束時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,從而來檢驗接種物的活性。在試驗結束時,參比材料應至少分解70%。在試驗開始的10d內,容器內的接種物相對每克揮發(fā)性固體產生的二氧化碳大約為50 mg~150mg。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表示?；蛘?如果材料不含有無機碳,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，以便產生適合于測定所需的二氧化碳。一般,每個容器50g總干固體至少含有20g總有機碳。如果要測定試驗材料的質量損失,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量損失,可用作補充資料。在試驗開始時測定試驗材料的揮發(fā)性固體含量,將它與試驗結束時的揮發(fā)性固體含量進行對比。

試驗材料的型式包括粒狀、粉末狀、薄膜、或簡單形狀(比如啞鈴型)。每一件試樣的*大表面積大約為2 cmX2cm.如果試樣原件超過該尺寸，則應加以減小。

3.開始試驗

至少準備下列數量的堆肥容器:

a) 3個裝試驗材料的容器 ;

b) 3 個裝參比材料的容器;

c) 3個空白容器。

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行人工振蕩。

一個大約3 L的容器,可裝人約600 g總干固體的接種物和約100g干固體的試驗材料。試驗混合物水分含量約50%.混合物應感到有點發(fā)黏,或者用手稍稍一壓有游離水出來。如有必要,可適當加水或用干燥空氣進行曝氣處理來調節(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:試驗混合物中的有機碳與氮的比(C:N)應適當,以保證進行良好的堆肥,其值在10~40之間。必要時可以用尿素來進行調節(jié)。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、沒有二氧化碳的空氣進行曝氣。將空氣通過灌滿氫氧化鈉溶液的洗瓶就可以得到所需的水飽和的、沒有二氧化碳的空氣。

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，而不是沒有二氧化碳的空氣。此時,建議測量每一個容器進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口的二氧化碳濃度。

應當采用足夠大的空氣**,以保證在整個試驗期間每一個堆肥容器都能維持曝氣條件。應當定期檢查(可采用空氣**計)每一個出口的空氣**,以保證系統(tǒng)任何部分都沒有泄露.

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%.第一個星期應當密切監(jiān)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，調節(jié)空氣**。

參比材料的處理方法與試驗材料的處理方法相同?？瞻兹萜髦缓臃N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(yǎng)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,時間間隔大約6h,在平穩(wěn)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機碳1次,在平穩(wěn)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:建議先斷開供氣系統(tǒng),然后振蕩堆肥容器.

應經常進行直觀檢查,保證堆肥容器中試驗混合物的濕度適當,沒有任何游離水或料塊。一般,堆肥容器頂部沒有冷凝水說明系統(tǒng)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(jié)系統(tǒng)至所需的水分含量。從進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。如果進行調節(jié),則應當密切監(jiān)測排放的二氧化碳。

在堆肥容器每周振蕩時及試驗期結束時,應當記錄堆肥性狀直觀觀察結果,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6個月,溫度要保持58 °C士2° C,這是實際堆肥處理的代表性溫度。如果還能觀測到明顯的生物分解現(xiàn)象,則試驗期應當延長到恒定平穩(wěn)階段為止。如果平穩(wěn)階段提前出現(xiàn)，則可以縮短試驗周期.

試驗開始后,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,這會抑制材料的生物分解。此時,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生的揮發(fā)性脂肪酸含量趣過2g,則由于酸化及微生物活性受到抑制,該試驗應視作無效。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量損失,則稱量每一個盛放試驗混合物的堆肥容器。從每個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觀察結果的詳細情況,以確定其崩解程度。

注:建議進一步研究剩下的試驗材料,比如測量有關的物理性質、化學分析及照相。

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、無機物和腐熟堆肥培養(yǎng)液中進行，蛭石與培養(yǎng)液的比例為1 : 3(質量/體積)。

7.使用蛭石復原操作過程和碳平衡

試驗結束時,通過提取蛭石培養(yǎng)基,復原并測定試驗材料殘留量、生物分解副產物含量和生物質含量。每個容器的試驗可進行單獨分析或對全部試驗綜合分類分析。所得生物質、試驗材料殘留量、副產物含量可與試驗中的二氧化碳釋放量相結合,進一步驗證*終碳平衡。通過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、轉化為生物質的碳含量、殘留試驗樣品和生物分解副產物的碳含量進行比較,從而確定*終的生物分解程度。