GB／T 19277.1受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法标

GB／T 19277．1—2011／ISO 14855-1：2005代替GB／T 19277—2003
受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法
第1部分:通用方法
Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under conctrolled composting conditions-
Method by analysis of evolved cabon dioxide-
Part 1:General method
(ISO 14855-1:2005,IDT)
前言
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB/T19277-2003《受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解和崩解能力的测定采 用测定释放的二氧化碳的方法》。本标准与GB/T19277--2003相比主要变化如下:
本标准名称变化,名称中去除了崩解能力的测定;
结合了ISO14855:1999/Amd.1:2004的内容,增加了矿物质床作为接种物的试验方法(见8.6)。 本标准使用翻译法等同采用ISO14855-1:2005《受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测 定采用测定释放的二氧化碳的方法第1部分:通用方法》。
本标准由全国生物基材料及降解制品标准化技术委员会(SAC/TC380)归口。
本标准起草单位:轻工业塑料加工应用研究所、宁波天安生物材料有限公司、内蒙古蒙西高新技术 集团有限责任公司、武汉华丽环保科技有限公司、国家塑料制品质量监督检验中心(北京)。
本标准主要起草人:翁云宣、李字义、陈学军、张光军、张先炳。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
GB/T 19277-2003.
引言
本标准规定了利用腐熟堆肥作为固床(养分和富含嗜热菌的接种物源),在固相需氧条件下进行试 验的方法。腐熟堆肥是异相、极其复杂的材料,所以在试验结束时很难对残留在固床中的聚合物材料进 行量化;也难以测定高分子降解中可能释放到固床中的小分子;同时难以评估生物质。因此,也很难计 算完全的碳平衡。腐熟堆肥有时遇到的另一个困难是所谓的“引发效应”,即混人腐熟堆肥中的大量有 机物会遭受聚合物引发的降解。这种引发效应会影响生物分解能力的测定。
为了克服这些问题,提高方法的可靠性,可用蛭石来代替腐熟堆肥作为固床介质进行试验以便于分 析。这个改进的方法通过测量二氧化碳释放来测定生物分解率,从而对试验结束后固床中的生物质和 聚合物残余物进行量化测定,进而计算碳平衡;而且该方法不受引发效应的影响,因此可用于评估用腐 熟堆肥作为固床时导致上述问题的那些材料。矿物固床还可以用来进行生物毒性分析以核查生物分解 后固床的任何毒性活性。
GB/T 19277.1-2011/10 14855-1:2005
受控堆肥条件下材料最终 需氧生物分解能力的测定
采用测定释放的二氧化碳的方法，
第1部分:通用方法
警告:废水、活性污泥、土壤和堆肥中可能含有潜在致病菌,因此,处理时应采取适当的防护措施。 处理毒性试验化合物或性质未知的化合物时须特别小心。
1范围
本标准规定了一种测定方法,用于将材料作为有机化合物在受控的堆肥化条件下,通过测定其排放 的二氧化碳量来确定其最终需氧生物分解能力及其崩解程度。本方法模拟混人城市固体废料中有机部 分的典型需氧堆肥处理条件。试验材料曝置在堆肥产生的接种物中,在温度、氧浓度和湿度都受到严格 检测和控制的环境条件下进行堆肥。本方法测定试验材料中碳转化成释放出的二氧化碳的转化百 分率。
8.6和8.7规定了利用矿物固床代替腐熟堆肥作为富含嗜热菌的接种物(从堆肥通过特殊处理途 径得到),来测定试验材料中碳转化成释放出的二氧化碳转化百分率的一种方法。
本标准所述的条件并不总是相当于出现最大生物分解时的最佳条件。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
ISO 5663:1984水质凯氏定氮法硒矿化作用法(Water quality-Determination of Kjeldahl nitrogen--Method after mineralization with selenium)
ISO 8245:1999水质总有机碳(TOC)和溶解有机碳(TOC)的测定指南[Water quality-- Guide- lines for the determination of total organic carbon (TOC and dissolved organic carbon <DOC)]
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
最终需氧生物分解oltimate aerobic biodegradation
在有氧条件下,有机化合物被微生物分解为二氧化碳(CO,)、水(H,O)及其所含元素的矿化无机盐 以及新的生物质。
3.2
堆肥化composting
产生堆肥的一种需氧处理方法。
注;堆肥是混合物生物分解得到的有机土壤调节剂。该混合物主要由植物残余组成,有时也含有一些有机材料和 一定的无机物。
3.3
崩解disintegration
材料物理断裂成为极其细小的碎片。
3.4
总干固体total dry solids
将已知体积的材料或堆肥在105℃温度下干燥至恒重所得到的固体量。
3.5
3.6
挥发性固体volatile solids
将已知体积的材料或堆肥的总干固体量减去在550℃温度下荧烧后得到的残留固体量所得的差。 注，挥发性固体含惫用于表征材料的有机物含骨。
二氧化碳理论释放theoretical amount of evolved carbon dioxide,ThCO,
试验材料完全氧化时所能生成的二氧化碳理论最大值，可由分子式计算得到,以每克或每毫克试验 材料释放出的二氧化碳的毫克数表示(mg COz/g或rmg试验材料)。
3.7
迟滞阶段lag phase
从试验开始一直到微生物适应(或选定了)分解物,并且试验材料的生物分解程度已经增加至最大 生物分解率10%时所需要的天数。
3.8
最大生物分解率maximum level of biodegradation
试验中，试验材料不再发生生物分解时的生物分解程度，以百分率表示。
3.9
生物分解阶段biodegradation phase
从迟滞阶段结束至达到最大生物分解率的90%时所需的天数。
3.10
平稳阶段plateau phase
从生物分解阶段结束至试验结束时所需的天数。
3.1]
活化蛭石activated vermicalite
接种初级生长阶段微生物菌群的蛭石。
4原理
本测定方法在模拟的强烈需氧堆肥条件下,测定试验材料最终需氧生物分解能力和崩解程度。使 用的接种物来自于稳定的、腐熟的堆肥,如可能,从城市固体废弃物中有机物的堆肥中获取。
试验材料与接种物混合,导人静态堆肥容器。在该容器中,混合物在规定的温度、氧浓度和湿度下 进行强烈的需氧堆肥。试验周期不超过6个月。
在试验材料的需氧生物分解过程中,二氧化碳、水、矿化无机盐及新的生物质都是最终生物分解的 产物。在试验中连续监测、定期测量试验容器和空白容器产生的二氧化碳,累计产生的二氧化碳量。试 验材料在试验中实际产生的二氧化碳量与该材料可以产生的二氧化碳的理论量之比为生物分解百 分率。
根据实际测量的总有机碳(TOC)含量可以计算出二氧化碳的理论释放量。生物分解百分率不包 括已转化为新的细胞生物质的碳量,因为它在试验周期内不代谢为二氧化碳。
此外,在试验结束时可以确定试验材料的崩解程度,也可以测定试验材料的质量损失。
以下情况应使用蛭石代替腐熟的堆肥:
a)试验材料导致的引发效应影响生物分解率的测定时;和/或
b)需要测定并还原残留试验材料生物质的碳平衡时。
蛭石,作为无机物,可以明显减小引发效应,从而提高试验的可靠性。更大的优点是由于其低生物 活性使空白试验容器中释放极少的二氧化碳(几乎为零),这就可以用来测定低生物分解性的一些材料。
使用活化蛭石得到的矿化率(也称为生物分解水平和生物分解率)和使用熟化堆肥得到的结果是一 致或十分相似的。
5试验环境
微生物的培养应放在容器或室内、在黑暗或弱光下进行,没有任何会影响微生物生长的蒸汽,并保 持恒温58。C土2C。在特殊情况下,比如材料的熔点很低,则可以选择其他温度,但试验期间该温度要 保持恒定在土2C。如有温度变化,应当进行调节,并且要在试验报告中明确注明。
6试剂
6.1薄层色谱级(TLC)纤维素
使用薄层色谱级(TLC)纤维索作为正控制参比材料,粒度小于20um。
6试剂
6.1薄层色谱级(TLC)纤维素
使用薄层色谱级(TLC)纤维索作为正控制参比材料,粒度小于20pm。
6.2蛭石
蛭石是一种建筑用矿物黏土,广泛认同其特别适合作为微生物载体,维持微生物的生存并充满活 性。由当地的矿物组成的蛭石,在热处理前含有Al,O,10%,MgO 30%,CaO5%,SiO,50%和5%结 晶水。热处理后将失去结晶水并膨胀,称为“膨胀蛭石”。膨胀蛭石呈薄片状,可吸收大量的水,作为培 养基其含水量与腐熟堆肥相当。
蛭石可分为三类,如下:
a)“粗糙型”;表观密度80kg/m'士16kg/m*(多为袋包装);粒径:80%在4mm~12mm之间，2%的颗粒可通过0.5mm筛。
b)“中型”:表观密度90kg/m*士16kg/m';粒径:80%在1mm~6mm之间,2%的颗粒可过0.5mm筛。
c)“优型”:表观密度100kg/m*士20kg/m*;粒径:80%在0.7mm~3mm之间,5%的颗粒可过0.5mm筛。
本标准采用“粗糙型”。
7仪器
确定所有的器血完全清洗千净,尤其不能附着任何有机物或毒性物质。
7.1堆肥容器
采用玻璃容器或不影响堆肥效果的其他材料制成的器皿,要保证气体均匀往上流出,并要满足8.2 和8.3的要求,其容积视试验材料而异,但至少要2L。如果只是定性分析试验材料的生物分解能力， 可选用容积较小的容器。如果试验要求测定试验材料的质量损失,则应称取每一个堆肥容器的空重。
7.2供气系统
能够以预定的流量向每一个堆肥容器输送干燥的或水饱和的、或者无二氧化碳的(如果需要)空气。 该空气流量应在试验期间提供充分的需氧条件(参见附录A)。
7.3测定二氧化碳的分析仪器
用于直接测定二氧化碳,或者用碱性溶液完全吸收后再通过测定溶解无机碳(DIC)来计算二氧化 碳量(参见附录A)。如果用连续红外分析仪或气相色谱仪直接测量排放气中的二氧化碳量,需要精确 控制并测量空气流量。
7.4气密管
用于连接堆肥容器与空气系统和二氧化碳测量系统。
7.5pH计
用于测试pH值的仪器，
7.6测定干固体、挥发性固体、总有机碳分析仪
用于测定干固体(在105C)、挥发性固体(在550C)、总有机碳,用于材料的元素分析,必要时,还 用于测定溶解无机碳(DIC)。
7.7天平(可选项)
用于测定盛放了堆肥和试验材料的试验容器的质量,其量程一般为3kg~5kg,精确到0.01go
7.8测定氧浓度、湿度、挥发性脂肪酸和总氨含量的分析仪器(可选项)
用于测定空气中的氧浓度、湿度、挥发性脂肪酸和总氮含量(采用ISO5663:1984凯氏定氮法)。
7.9蛭石活化反应器
容积为5L~20L,不能主动通气的密闭容器,应可以避免内容物过度干燥。但开启时,可允许空 气交换,以保证在生物活性阶段的需氧条件。
例如可使用聚乙烯或其他材质的箱子作为活化反应器,尺寸为:30cmX20cmX10cm(长X宽X 高)。箱上配有紧固的盖子以避免水分过度蒸发。沿20cm宽的两面中间,离箱子底部6.5cm高处打 一直径为5mm的孔。通过这两个孔,可使箱体内外的气体得以交换。
8试验步骤
8.1接种物制备
正常运行的需氧堆肥装置产生的充分曝气的堆肥可以用作接种物。接种物应均匀、没有大的惰性 物质,比如玻璃、石块、金属件。手工去除这些杂质后用孔径0.5cm~1.0cm的筛子将堆肥进行筛选。
注1:为了保证徽生物的多样性,建议使用城市固体废弃物中有机物在堆肥装置中产生的堆肥。堆肥肥龄最好2个月~4个月。没有这样的堆肥,则可采用园林和农田废料,或者园林废料和城市固体废弃物的混合物在堆 肥装置中产生的堆肥。
注2:为了尽可能维持良好的曝气条件,建议加人多孔、惰性或难以生物分解的结构性材料,以阻止堆肥在试验期间 粘连和堵塞。
测定接种物中的总千固体含量和挥发性固体含量。总千固体含量应当是湿固体量的50%~55%， 挥发性固体含量不超过干固体含量30%,或不超过湿固体量的15%。必要时,在使用堆肥前加水,或进 行适当的干燥(比如用干燥空气对堆肥进行曝气处理),从而对水分含量进行适当调节。制备1份接种 物与5份无离子水的混合液,将它们充分振荡均匀后立即测pH值,其值应在7.0~9.0之间。
注3:为了进一步表征接种物,可以在试验开始和结束时另外再测定总有机碳、总氮或脂肪酸含量，
在试验期间用可生物分解参比材料(见第6章),再测定空白容器释放的二氧化碳,从而来检验接种 物的活性。在试验结束时,参比材料应至少分解70%(见第10章)。在试验开始的10d内,容器内的接 种物相对每克挥发性固体产生的二氧化碳大约为50mg~150mg(见第10章)。如果二氧化碳释放量 太高,则堆肥应当曝气几天,再用于新的试验。如果活性太小,则应选用其他堆肥作接种物。
8.2准备试验材料和参比材料
按照ISO8245测定试验材料和参比材料的总有机碳(TOC),以每克总于固体的总有机碳的克数 来表示。或者,如果材料不含有无机碳,则可以用元素分析法测定其含碳量。试验材料应含有足够的有 机碳,以便产生适合于测定所需的二氧化碳。一般，每个容器50g总于固体至少含有20g总有机碳。 如果要测定试验材料的质量损失,则应当测定试验材料的总干固体含量和挥发性固体含量。
注，试验期间测定的试验材料和参比材料的质量损失,可用作补充资料。如附录C的示例,在试验开始时测定试验 材料的挥发性固体含量,将它与试验结束时的挥发性固体含量进行对比。
试验材料的型式包括粒状、粉末状、薄膜、或简单形状(比如哑铃型)。每一件试样的最大表面积大 约为2cmX2cm。如果试样原件超过该尺寸,则应加以减小。
8.3开始试验
至少准备下列数量的堆肥容器(见7.1):
a)3个装试验材料的容器;
b)3个装参比材料的容器;
c)3个空白容器。
试验材料和接种物的试验混合物的量,取决于试验材料的性质(见8.2)和堆肥容器的尺寸。接种 物的干重与试验材料的干重比大约为6:1。应保证每个容器中堆肥的量都相同。如果加人惰性材料(见8.1注2),则不考虑该比例。试验混合物的体积不得大于堆肥容器容积的3/4,以留下足够的顶部 空间,使得试验混合物能够进行人工振荡。
个大约3L的容器,可装人约600g总于固体的接种物和约100g干固体的试验材料。试验混合 物水分含量约50%(见8.1)。混合物应感到有点发黏,或者用手稍稍一压有游离水出来。如有必要,可 适当加水或用干燥空气进行曝气处理来调节混合物的水分含量。将混合物充分混匀后装人堆肥容器。 注1:试验混合物中的有机碳与氮的比(C:N)应适当,以保证进行良好的堆肥,其值在10~40之间。必要时可以 用尿素来进行调节。从试验材料和接种物的总有机碳(TOC)可以计算出有机碳含量。用试验混合物的代表
性试样可以测定总氮含量(采用ISO5663规定的凯氏法测定)。
把堆肥容器放置在58C土2C的试验环境中(见第5章),用水饱和的、没有二氧化碳的空气进行 曝气。将空气通过灌满氢氧化钠溶液的洗瓶就可以得到所需的水饱和的、没有二氧化碳的空气(参见附 录A)。
注2:如果直接测量排放气中的二氧化碳浓度,则可以使用一般的空气,而不是没有二氧化碳的空气。此时,建议测 量每一个容器进出口的二氧化碳浓度。为了校正,将出口的二氧化碳浓度减去进口的二氧化碳浓度。
应当采用足够大的空气流量,以保证在整个试验期间每一个堆肥容器都能维持曝气条件。应当定 期检查(可采用空气流量计)每一个出口的空气流量,以保证系统任何部分都没有泄漏。
注3:定期测量堆肥容器排出气中的氧气浓度有助于维持曝气条件,氧气浓度应不低于6%。第一个星期应当密切 监测氧气浓度,至少每天测量2次,以后,测量次数可以减少。必要时,调节空气流量。
11试验报告
试验报告应当列出所有有关资料,尤其是下列资料:
a)引用的标准;
b)所有标识和描述试验材料所需的资料,比如:千固体含量、挥发性固体含量、有机碳含量、形状 或外观;
c)标识和描述试验参比材料所需的任何资料及其有机碳含量;
d)堆肥容器的容积、试验材料、参比材料和接种物的量,以及用来测定二氧化碳和碳的仪器的主
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要特征;
e)堆肥的资料，比如来源、肥龄、接种日期、存储、处理、稳定、总千固体、挥发性固体、悬浮液的 pH值、总氮含量或挥发性脂肪酸;
f)每一个堆肥容器测出的释放的二氧化碳和生物分解百分率及其平均值,可以采用图表形式,也 可以采用曲线形式,以及试验材料和参比材料的最终生物分解程度和接种物的活性(空白容器10d后产生的二氧化碳量);
g)在试验期间和试验结束后接种物和试验材料的直观检查的结果,如水分含量、霉菌生长、色泽、 结构、气味、崩解程度以及物理测量值和/或照片;
h)在试验开始和试验结束后每一个堆肥容器的质量如测量质量损失,则注明详细的质量损失 情况;
i)试验结果不合格的理由;
j)如使用蛭石,则标明其来源、类型和用量;
k)如需要,列出碳平衡测定结果。
 
本GB／T 19277.1受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法标准全文节选仅供相关技术人员了解可降解塑料堆肥降解如何按标准进行实验，仅用于分享不得用于商业用途。如需详尽资料需要与山东泉科瑞达进一步沟通。