GB／T 19277．1—2011／ISO 14855-1：2005代替GB／T 19277—2003
受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解能力的測定采用測定釋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
本標準按照GB/T1.1-2009給出的規則起草。
本標準代替GB/T19277-2003《受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解和崩解能力的測定采 用測定釋放的二氧化碳的方法》。本標準與GB/T19277--2003相比主要變化如下:
本標準名稱變化,名稱中去除了崩解能力的測定;
結合了ISO14855:1999/Amd.1:2004的內容,增加了礦物質床作為接種物的試驗方法(見8.6)。 本標準使用翻譯法等同采用ISO14855-1:2005《受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解能力的測 定采用測定釋放的二氧化碳的方法第1部分:通用方法》。
本標準由全國生物基材料及降解制品標準化技術委員會(SAC/TC380)歸口。
本標準起草單位:輕工業塑料加工應用研究所、寧波天安生物材料有限公司、內蒙古蒙西高新技術 集團有限責任公司、武漢華麗環保科技有限公司、國家塑料制品質量監督檢驗中心(北京)。
本標準主要起草人:翁云宣、李字義、陳學軍、張光軍、張先炳。
本標準所代替標準的歷次版本發布情況為:
GB/T 19277-2003.
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“引發效應”,即混人腐熟堆肥中的大量有 機物會遭受聚合物引發的降解。這種引發效應會影響生物分解能力的測定。
為了克服這些問題,提高方法的可靠性,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。
GB/T 19277.1-2011/10 14855-1:2005
受控堆肥條件下材料最終 需氧生物分解能力的測定
采用測定釋放的二氧化碳的方法，
第1部分:通用方法
警告:廢水、活性污泥、土壤和堆肥中可能含有潛在致病菌,因此,處理時應采取適當的防護措施。 處理毒性試驗化合物或性質未知的化合物時須特別小心。
1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,通過測定其排放 的二氧化碳量來確定其最終需氧生物分解能力及其崩解程度。本方法模擬混人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。
8.6和8.7規定了利用礦物固床代替腐熟堆肥作為富含嗜熱菌的接種物(從堆肥通過特殊處理途 徑得到),來測定試驗材料中碳轉化成釋放出的二氧化碳轉化百分率的一種方法。
本標準所述的條件并不總是相當于出現最大生物分解時的最佳條件。
2規范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
ISO 5663:1984水質凱氏定氮法硒礦化作用法(Water quality-Determination of Kjeldahl nitrogen--Method after mineralization with selenium)
ISO 8245:1999水質總有機碳(TOC)和溶解有機碳(TOC)的測定指南[Water quality-- Guide- lines for the determination of total organic carbon (TOC and dissolved organic carbon <DOC)]
3術語和定義
下列術語和定義適用于本文件。
3.1
最終需氧生物分解oltimate aerobic biodegradation
在有氧條件下,有機化合物被微生物分解為二氧化碳(CO,)、水(H,O)及其所含元素的礦化無機鹽 以及新的生物質。
3.2
堆肥化composting
產生堆肥的一種需氧處理方法。
注;堆肥是混合物生物分解得到的有機土壤調節劑。該混合物主要由植物殘余組成,有時也含有一些有機材料和 一定的無機物。
3.3
崩解disintegration
材料物理斷裂成為極其細小的碎片。
3.4
總干固體total dry solids
將已知體積的材料或堆肥在105℃溫度下干燥至恒重所得到的固體量。
3.5
3.6
揮發性固體volatile solids
將已知體積的材料或堆肥的總干固體量減去在550℃溫度下熒燒后得到的殘留固體量所得的差。 注，揮發性固體含憊用于表征材料的有機物含骨。
二氧化碳理論釋放theoretical amount of evolved carbon dioxide,ThCO,
試驗材料完全氧化時所能生成的二氧化碳理論最大值，可由分子式計算得到,以每克或每毫克試驗 材料釋放出的二氧化碳的毫克數表示(mg COz/g或rmg試驗材料)。
3.7
遲滯階段lag phase
從試驗開始一直到微生物適應(或選定了)分解物,并且試驗材料的生物分解程度已經增加至最大 生物分解率10%時所需要的天數。
3.8
最大生物分解率maximum level of biodegradation
試驗中，試驗材料不再發生生物分解時的生物分解程度，以百分率表示。
3.9
生物分解階段biodegradation phase
從遲滯階段結束至達到最大生物分解率的90%時所需的天數。
3.10
平穩階段plateau phase
從生物分解階段結束至試驗結束時所需的天數。
3.1]
活化蛭石activated vermicalite
接種初級生長階段微生物菌群的蛭石。
4原理
本測定方法在模擬的強烈需氧堆肥條件下,測定試驗材料最終需氧生物分解能力和崩解程度。使 用的接種物來自于穩定的、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,導人靜態堆肥容器。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最終生物分解的 產物。在試驗中連續監測、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。
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,可以明顯減小引發效應,從而提高試驗的可靠性。更大的優點是由于其低生物 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。
5試驗環境
微生物的培養應放在容器或室內、在黑暗或弱光下進行,沒有任何會影響微生物生長的蒸汽,并保 持恒溫58。C土2C。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 保持恒定在土2C。如有溫度變化,應當進行調節,并且要在試驗報告中明確注明。
6試劑
6.1薄層色譜級(TLC)纖維素
使用薄層色譜級(TLC)纖維索作為正控制參比材料,粒度小于20um。
6試劑
6.1薄層色譜級(TLC)纖維素
使用薄層色譜級(TLC)纖維索作為正控制參比材料,粒度小于20pm。
6.2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Al,O,10%,MgO 30%,CaO5%,SiO,50%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80kg/m'士16kg/m*(多為袋包裝);粒徑:80%在4mm~12mm之間，2%的顆粒可通過0.5mm篩。
b)“中型”:表觀密度90kg/m*士16kg/m';粒徑:80%在1mm~6mm之間,2%的顆粒可過0.5mm篩。
c)“優型”:表觀密度100kg/m*士20kg/m*;粒徑:80%在0.7mm~3mm之間,5%的顆粒可過0.5mm篩。
本標準采用“粗糙型”。
7儀器
確定所有的器血完全清洗千凈,尤其不能附著任何有機物或毒性物質。
7.1堆肥容器
采用玻璃容器或不影響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,并要滿足8.2 和8.3的要求,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,則應稱取每一個堆肥容器的空重。
7.2供氣系統
能夠以預定的流量向每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。 該空氣流量應在試驗期間提供充分的需氧條件(參見附錄A)。
7.3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(參見附錄A)。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,需要精確 控制并測量空氣流量。
7.4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。
7.5pH計
用于測試pH值的儀器，
7.6測定干固體、揮發性固體、總有機碳分析儀
用于測定干固體(在105C)、揮發性固體(在550C)、總有機碳,用于材料的元素分析,必要時,還 用于測定溶解無機碳(DIC)。
7.7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3kg~5kg,精確到0.01go
7.8測定氧濃度、濕度、揮發性脂肪酸和總氨含量的分析儀器(可選項)
用于測定空氣中的氧濃度、濕度、揮發性脂肪酸和總氮含量(采用ISO5663:1984凱氏定氮法)。
7.9蛭石活化反應器
容積為5L~20L,不能主動通氣的密閉容器,應可以避免內容物過度干燥。但開啟時,可允許空 氣交換,以保證在生物活性階段的需氧條件。
例如可使用聚乙烯或其他材質的箱子作為活化反應器,尺寸為:30cmX20cmX10cm(長X寬X 高)。箱上配有緊固的蓋子以避免水分過度蒸發。沿20cm寬的兩面中間,離箱子底部6.5cm高處打 一直徑為5mm的孔。通過這兩個孔,可使箱體內外的氣體得以交換。
8試驗步驟
8.1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~1.0cm的篩子將堆肥進行篩選。
注1:為了保證徽生物的多樣性,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。堆肥肥齡最好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,建議加人多孔、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。
測定接種物中的總千固體含量和揮發性固體含量。總千固體含量應當是濕固體量的50%~55%， 揮發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。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(見第6章),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%(見第10章)。在試驗開始的10d內,容器內的接 種物相對每克揮發性固體產生的二氧化碳大約為50mg~150mg(見第10章)。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。
8.2準備試驗材料和參比材料
按照ISO8245測定試驗材料和參比材料的總有機碳(TOC),以每克總于固體的總有機碳的克數 來表示。或者,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總于固體至少含有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。如附錄C的示例,在試驗開始時測定試驗 材料的揮發性固體含量,將它與試驗結束時的揮發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)。每一件試樣的最大表面積大 約為2cmX2cm。如果試樣原件超過該尺寸,則應加以減小。
8.3開始試驗
至少準備下列數量的堆肥容器(見7.1):
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(見8.2)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。如果加人惰性材料(見8.1注2),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。
個大約3L的容器,可裝人約600g總于固體的接種物和約100g干固體的試驗材料。試驗混合 物水分含量約50%(見8.1)。混合物應感到有點發黏,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。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(采用ISO5663規定的凱氏法測定)。
把堆肥容器放置在58C土2C的試驗環境中(見第5章),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(參見附 錄A)。
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流量,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(可采用空氣流量計)每一個出口的空氣流量,以保證系統任何部分都沒有泄漏。
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,調節空氣流量。
11試驗報告
試驗報告應當列出所有有關資料,尤其是下列資料:
a)引用的標準;
b)所有標識和描述試驗材料所需的資料,比如:千固體含量、揮發性固體含量、有機碳含量、形狀 或外觀;
c)標識和描述試驗參比材料所需的任何資料及其有機碳含量;
d)堆肥容器的容積、試驗材料、參比材料和接種物的量,以及用來測定二氧化碳和碳的儀器的主
GB/T 19277.1---2011/I$0 14855-1;2005
要特征;
e)堆肥的資料，比如來源、肥齡、接種日期、存儲、處理、穩定、總千固體、揮發性固體、懸浮液的 pH值、總氮含量或揮發性脂肪酸;
f)每一個堆肥容器測出的釋放的二氧化碳和生物分解百分率及其平均值,可以采用圖表形式,也 可以采用曲線形式,以及試驗材料和參比材料的最終生物分解程度和接種物的活性(空白容器10d后產生的二氧化碳量);
g)在試驗期間和試驗結束后接種物和試驗材料的直觀檢查的結果,如水分含量、霉菌生長、色澤、 結構、氣味、崩解程度以及物理測量值和/或照片;
h)在試驗開始和試驗結束后每一個堆肥容器的質量如測量質量損失,則注明詳細的質量損失 情況;
i)試驗結果不合格的理由;
j)如使用蛭石,則標明其來源、類型和用量;
k)如需要,列出碳平衡測定結果。
 
本GB／T 19277.1受控堆肥條件下材料最終需氧生物分解能力的測定采用測定釋放的二氧化碳的方法標準全文節選僅供相關技術人員了解可降解塑料堆肥降解如何按標準進行實驗，僅用于分享不得用于商業用途。如需詳盡資料需要與山東泉科瑞達進一步溝通。