iso 14852 摘要

1、<p>　　ISO 14852 摘要</p><p>　　測定塑料材料在溶液介質(zhì)中需氧生物降解性能—分析CO2釋放量的方法</p><p><b>　　1范圍：</b></p><p>　　本國際標準規(guī)定了一種方法，該方法是把測試材料置于由活性污泥、堆肥或土壤制成的培菌液介質(zhì)的實驗條件下，通過測定CO2釋放量來確定塑料材料（包括那些

2、含有添加劑的塑料材料）的需氧生物降解程度的方法。</p><p>　　如果采用未熟化的活性污泥作為培菌液，那么該測試模擬了發(fā)生在自然環(huán)境溶液中的生物降解過程；如果采用混合的預暴光的培菌液，這個方法就用于研究測試材料潛在的生物降解性。</p><p>　　在本國際標準中使用的條件，雖然不是達到最高生物降解水平的最佳條件，但是本標準適于測定塑料材料的潛在生物降解性，或指出在自然環(huán)境中它們的生物

3、降解性。通過計算碳平衡能夠進一步提高本方法評估生物降解性能的能力。</p><p>　　本方法適用于以下材料：</p><p>　　___天然和/或合成的聚合物，共聚物或混合物等。</p><p>　　___含有添加劑的塑料，如：增塑劑、顏料或其它化合物。</p><p><b>　　___水溶性聚合物</b></

4、p><p>　　___在測試條件下，不會抑制培菌液中微生物生長的材料。用抑制控制或相似的方法（見ISO8192[3]）來測定抑制影響。如果材料對培菌液有抑制性的，可降低測試濃度，或用其它的培菌液，或預馴化的培菌液。</p><p><b>　　2.參考標準：</b></p><p>　　ISO 8245：1999水質(zhì)標準——測定有機碳總量（TOC）

5、和溶解性有機碳（DOC）的水質(zhì)標準。</p><p>　　ISO 9439：—1）水質(zhì)標準——測定溶液介質(zhì)中有機化合物的最終需氧生物降解能力的方法——CO2釋放量測試。</p><p>　　ISO 10634：1995水質(zhì)標準——指導制備和處理溶液介質(zhì)中低水溶性有機化合物，為了測得該材料在溶液介質(zhì)中的生物降解性能。</p><p>　　ISO/T2 15462：19

6、97水質(zhì)標準——選擇生物降解性的試驗。</p><p><b>　　3.定義：</b></p><p>　　3．1 最終需氧生物降解：</p><p>　　在有氧的條件下，有機化合物經(jīng)過微生物的作用，完全分解為CO2、水、礦物質(zhì)及新增生物量。</p><p><b>　　3．2 活性污泥：</b>&

7、lt;/p><p>　　在已溶有氧氣的條件下，細菌和其它微生物的繁殖使處理污水產(chǎn)生生物量。</p><p>　　3．3 活性污泥中懸浮顆粒的濃度：</p><p>　　對已知體積的活性污泥進行過濾或離心分離，并在105℃下干燥成均一的物質(zhì)，所得到的固體的數(shù)量。</p><p>　　3．4 溶解性無機碳DIC：</p><p&g

8、t;　　在水中的無機碳部分，不能通過特定的相分離方法分離出去，例如：在40000m/s2的條件下進行15分鐘的離心分離和用孔徑在0.2μm到0.45μm的過濾板過濾。</p><p>　　3．5 CO2的理論釋放量ThCO2：</p><p>　　在對化合物進行完全氧化作用之后，產(chǎn)生CO2的理論最大值，可由分子式或表達式計算出來，單位是mgCO2/mg測試材料或mgCO2/g測試材料。&l

9、t;/p><p>　　3．6 有機碳總量TOC：</p><p>　　所有溶解或懸浮于水里的有機物質(zhì)中的碳。</p><p>　　3．7 溶解性有機碳DOC：</p><p>　　在水中的有機碳部分，不能通過特定的相分離方法分離出去，例如：在40000m/s2的條件下進行15分鐘的離心分離和用孔徑在0.2μm到0.45μm的過濾板過濾。</

10、p><p><b>　?。?８滯后期：</b></p><p>　　以天數(shù)計算，從測試開始直到降解微生物獲得適應性和（或）選擇性，同時有機物或化合物的生物降解水平已經(jīng)達到生物降解水平最大值的10%。</p><p>　　3.9最高生物降解水平：</p><p>　　在測試期間化合物或有機物不再進行生物降解，所測定的生物降解百

11、分數(shù)。</p><p>　　3.10生物降解期：</p><p>　　以天數(shù)計算，時間從測試的滯后期終點直到達到生物降解最高水平的90%。</p><p><b>　　3.11穩(wěn)定期：</b></p><p>　　以天數(shù)計算，時間從生物降解期終點直到測試結(jié)束。</p><p><b>　

12、　3.12預馴化:</b></p><p>　　在測試條件下，對含有化合物或有機物的培菌液預先培養(yǎng)，目的是：通過增強微生物的適應性和（或）選擇性，提高培菌液對測試材料的生物降解性。</p><p><b>　　3.13預處理：</b></p><p>　　在測試條件下，對不含有化合物或有機物的培菌液進行預先培養(yǎng)，以使微生物適應測試環(huán)

13、境而提高測試質(zhì)量。</p><p><b>　　4.原理</b></p><p>　　用需氧微生物對溶液體系中的塑料材料進行生物降解。要測試的混合物含有：一種無機介質(zhì)，有100mg/l到2000mg/l的有機碳濃度的有機測試材料具（唯一的碳源和能源），作為培菌液的活性污泥、活性土或堆肥的懸浮物。攪動測試瓶內(nèi)的混合物，并且根據(jù)生物降解的動力學，用除去CO2氣體的空氣對該

14、混合物通氣，不要超過6個月。在微生物降釋放出CO2氣體時，用一種合適的方法進行測定，例如：附錄A。</p><p>　　測定生物降解水平用產(chǎn)生的CO2與理論CO2（ThCO2）量的比較百分比來表示。測試結(jié)果是生物降解水平的最大值，它可由生物降解曲線的穩(wěn)定階段得出。本國際標準不象適用于多種有機化合物的標準ISO 9439，它是專門為塑料材料的生物降解性的測定而設(shè)計的。這個特殊性需要有效的培菌液和測試介質(zhì)，</

15、p><p><b>　　5. 測試環(huán)境：</b></p><p>　　培育期在一個黑暗或弱光的條件下進行，不含抑制微生物的氣體，保持恒溫，最好在20～25℃之間，誤差為±1℃，或根據(jù)所用的培菌液和環(huán)境的溫度采用其它合適的溫度。</p><p>　　6.試劑：所用試劑為分析級。</p><p>　　6.1蒸餾水或去離

16、子水：</p><p>　　不含有毒物質(zhì)（特別是Cu），DOC的含量少于2mg/l。</p><p><b>　　6.2測試介質(zhì)：</b></p><p>　　根據(jù)測試目的，選用不同的測試介質(zhì)。如：若模擬是自然環(huán)境，用標準測試介質(zhì)（6.2.1），若測試材料的濃度較高，用具有較高的緩沖能力和營養(yǎng)濃度的最佳的測試介質(zhì)（6.2.2）。</p&g

17、t;<p>　　6.2.1標準測試介質(zhì)：</p><p>　　6.2.1.1溶液A：</p><p>　　把KH2PO4 8.5g，K2HPO4 21.75 g，Na2HPO4.2H2O 33.4g，NH4Cl 0.5g，溶于（6.1）所述的水中，配成1000ml的溶液。</p><p>　　6.2.1.2溶液B：</p><

18、;p>　　溶解MgSO4.7H2O 22.5 g于（6.1）所述的水中，配成1000ml的溶液。</p><p>　　6.2.1.3溶液C：</p><p>　　溶解CaCl2.2H2O 36.4g于（6.1）所述的水中，配制成1000ml的溶液。</p><p>　　6.2.1.4溶液D：</p><p>　　溶解FeCl3.6H

19、2O 0.25g于（6.1）所述的水中，配制成1000ml的溶液。</p><p>　　在使用之前配制新鮮的溶液，以免產(chǎn)生沉淀，或加一滴濃鹽酸，或加一滴0.4g/l的EDTA水溶液。</p><p>　　6.2.1.5制備：</p><p>　　──10ml的溶液A，</p><p>　　──各1ml的B、C、D溶液，</p>

20、<p>　　加入的500ml的（6.1）所述的水中，再配制成1000ml的水溶液。</p><p>　　6.2.2最佳測試介質(zhì)：</p><p>　　該介質(zhì)具有較高的緩沖能力和營養(yǎng)有機物，在測試期間，有必要保持系統(tǒng)的PH值，即使測試材料有較高濃度。該介質(zhì)含有2400mg/l的磷酸鹽和50mg/l的氮，因此它適合于測試材料的有機碳到2000mg/l的濃度。如果用到較高或較低的測試

21、材料濃度，提高或降低相應的氮含量，保持碳：氮大約為40：1。</p><p>　　6.2.2.1溶液A：</p><p>　　把KH2PO4 37.5g，Na2HPO4.2H2O 87.5g，NH4Cl 2.0g，溶于（6.1）所述的水中，配制成1000ml的溶液。</p><p>　　6.2.2.2溶液B：</p><p>　　MgS

22、O4.7H2O 22.5g，溶于（6.1）所述的水中，配成1000ml的溶液。</p><p>　　6.2.2.3溶液C：</p><p>　　CaCl2..2H2O 36.4g，溶于（6.1）所述的水中，配成1000ml的溶液。</p><p>　　6.2.2.4溶液D：</p><p>　　FeCl3.6H2O 0.25 g，溶于（

23、6.1）所述的水中，配成1000ml的溶液。</p><p>　　6.2.2.7制備：把</p><p>　　──100ml的溶液A，</p><p>　　──各1ml的B、C、D溶液，</p><p>　　加入到800ml的（6.1）所述的水中，配制成1000ml的溶液，測試PH值。</p><p>　　注：可以用P

24、H計測試實驗介質(zhì)中合適的成分的PH值，為70.2。</p><p>　　6.3焦磷酸鹽溶液：</p><p>　　將Na4P2O7 2.66g溶于（6.1）所述的水中，配制成1000ml的溶液。</p><p>　　7.設(shè)備：保證所有的玻璃管干凈，特別是沒有有機物和有毒物質(zhì)，</p><p><b>　　7.1測試瓶：</b

25、></p><p>　　可以釋放氣體、搖晃和攪拌的玻璃瓶（例如：瓶子或錐型瓶），把它們置于一個恒溫的房間或恒溫的設(shè)備里。</p><p>　　7.2除去空氣中CO2的設(shè)備：</p><p>　　把空氣中的CO2除去，使每個瓶中的氣體流速在50ml/min~100ml/min之間，保持在10%的范圍之間（看附錄A）。</p><p>　　

26、7.3測定CO2的分析儀器：</p><p>　　有足夠的精度的任何分析設(shè)備，如：CO2分析儀、DIC分析儀、或滴定吸收CO2的堿性溶液的儀器。注意，如果使用了紅外分析儀，就不需要把空氣中的CO2除去。</p><p>　　7.4分析測定有機碳總量（TOC）和溶解的有機碳（DOC）的分析設(shè)備（看ISO8245）。</p><p>　　7.5分析天平（實驗室設(shè)備）。&

27、lt;/p><p>　　7.6離心分離或過濾設(shè)備：用網(wǎng)格（0.45μm孔徑）過濾，它不會吸收或放出有機碳。</p><p>　　7.7PH計（實驗室設(shè)備）。</p><p>　　7.8電磁攪拌或震動設(shè)備（實驗室設(shè)備）。</p><p><b>　　8.過程：</b></p><p><b>

28、　　8.1測試材料：</b></p><p>　　已知的測試材料物質(zhì)應當含有足夠的碳來產(chǎn)生CO2，以便使分析系統(tǒng)準確測量。由化學式計算出TOC或用一種合適的分析設(shè)備（如：元素分析測定儀或ISO8245的測定法）進行測定，并計算出ThCO2。測試材料的濃度TOC的含量至少為100mg/l，測試材料濃度的最大值受到測試系統(tǒng)氧氣的供給量和所用測試介質(zhì)的限制。當用最佳的測試介質(zhì)（6.2.2），測試材料的濃度T

29、OC不要超過2000mg/l，如：C：N比率大約是40：1。如果用更高的測試材料濃度，提高測試介質(zhì)中N的含量。怎樣處理低水溶性的化合物，看ISO 10634的詳細說明。</p><p><b>　　8.2參比材料：</b></p><p>　　用苯胺和（或）其它確定的可生物降解聚合物（例如：微晶體粉末纖維，無灰過濾纖維或聚-β羥丁酸鹽）作為一種參比材料。如果可能，使測

30、試材料的TOC、組成和尺寸保持一致。</p><p>　　作為一種負控制，一個非生物降解聚合物（如：PE）與測試材料一樣，可以任意選用。</p><p>　　8.3培菌液的制備：</p><p>　　由污水處理場處理產(chǎn)生污水中的活性污泥適合作為培菌液的來源。它取自一個活性需氧環(huán)境，并能夠應用于廣泛地區(qū)的塑料材料測試。也可用土壤和（或）堆肥懸浮物替代接種，因為細菌的活

31、性對塑料材料的生物降解性十分重要。若要測定一個特定污水處理環(huán)境中的生物降解性，應從那個環(huán)境中收集培菌液</p><p>　　培菌液可由8.3.1和8.3.2中所述的來源中制得，或由它們的混合物制得。目的是為了得到多樣具有充分生物降解活性的濃縮微生物菌。如果培菌液的內(nèi)在呼吸作用很強，在使用之前用通氣的方法穩(wěn)定培菌液。調(diào)整所用培菌液的溫度（見5）。</p><p>　　8.3.1污水處理場的培

32、菌液：</p><p>　　從一個控制較好的污水處理場采集活性污泥樣品，或從經(jīng)過實驗室處理的良好的生活污泥中采集樣品。混合均勻，樣品在有氧的條件下保存，并且在收集的當天使用（72小時內(nèi)）。</p><p>　　使用之前，測定懸浮物的濃度（ISO 11923[3]的實例）。如果有必要，用沉淀法濃縮污泥，使加入到測試材料的污泥體積是極微量的。加入合適的體積，在最終的混合物中得到懸浮固體的濃度在

33、30mg/l至1000mg/l之間。</p><p>　　8.3.2土壤和（或）堆肥培菌液：</p><p>　　把10g有菌、肥沃的土壤或主要由堆肥場處理過的垃圾堆肥放入100ml的測試介質(zhì)中（6.2.1或6.2.2）或懸浮在一般土壤微生物所用的焦磷酸鹽溶液中。大約放置30分鐘，輕輕倒出和過濾該懸浮液，用一個粗的多孔的過濾器過濾，并把培菌液倒入一個測試瓶中，可得到測試介質(zhì)的濃度為1%（V

34、/V）~5%（V/V）。如果有必要，可以用更多量的培菌液，但是這可能會引起建立碳平衡的問題。用堆肥可以提高細菌的數(shù)量，提高塑料的生物降解性。在這種情況下，在測試報告中指明堆肥的情況（如：熟肥，發(fā)熱階段為50℃）。</p><p>　　當需要更高濃度的培菌液時，在測試介質(zhì)中懸浮更多的土壤或堆肥，然后沖淡稀釋到所用的濃度。</p><p><b>　　8.4測試：</b>

35、</p><p>　　a)兩個放測試材料的測試長頸瓶（FT）。</p><p>　　b)兩個空白瓶（FB）。</p><p>　　c)一個用參比材料檢測培菌液活性的長頸瓶（FC）。</p><p>　　把除去CO2氣體的空氣產(chǎn)生裝置與長頸瓶系統(tǒng)連接起來（看附錄A）。在所要求的溫度下進行培育，給長頸瓶系統(tǒng)通氣24小時，使產(chǎn)生CO2氣體。用合適的

36、設(shè)備，防止任何液體的進入和損失。用電磁攪拌或搖晃對測試瓶進行攪拌如果有大量的泡沫產(chǎn)生，用頂部通氣攪拌法抑制氣體產(chǎn)生。預先通氣階段以后，把每個長頸瓶的氣體出口和測試系統(tǒng)或CO2收集器連接起來。</p><p>　　加入測試材料（8.1），參比材料和負控制材料（8.2）如表1所示，開始測試。把不含CO2氣體的空氣通入長頸瓶內(nèi)，保證整個測試瓶中有充足的氧氣。一般合適的速率為50ml/min~100 ml/min。<

37、;/p><p>　　根據(jù)CO2釋放速率按一定規(guī)律間隔進行測定。用一種合適的和準確的計算方法，測定每個瓶中CO2的釋放量。</p><p>　　當CO2產(chǎn)生量達到一個穩(wěn)定值（穩(wěn)定階段到達），并且沒有進一步生物降解發(fā)生，可考慮測試結(jié)束。最長測試期為6個月。在較長的測試期間，要特別注意測試設(shè)備系統(tǒng)。</p><p>　　在測試的最后一天，測試PH值，用1mlHCL濃酸酸化所有

38、瓶內(nèi)物質(zhì)。目的是分解碳酸鹽和碳酸氫鹽，排出、移走CO2氣體。繼續(xù)通氣24小時，測定一系列長頸瓶（FT、FB、FC）中產(chǎn)生的CO2氣。</p><p>　　9.結(jié)果的計算與表示：</p><p><b>　　9.1計算：</b></p><p>　　9.1.1測試材料產(chǎn)生的CO2理論量：</p><p>　　ThCO2=m

39、×Xc×44/12 …….（1）</p><p>　　這里： m：在測試系統(tǒng)中引入的測試材料物質(zhì)，mg。</p><p>　　Xc：測試材料的碳含量。</p><p>　　44和12：代表CO2分子量和碳原子量。</p><p>　　用同樣方法計算出參比材料ThCO2。</p><p&g

40、t;　　9.1.2 由CO2產(chǎn)生量計算生物降解百分比：</p><p><b>　　……（2）</b></p><p>　　這里：Σ（CO2）T：從試驗測試開始到t時刻，測試瓶FT中產(chǎn)生的CO2氣體總量，mg。</p><p>　　Σ（CO2）B：從試驗測試開始到t時刻，空白瓶FB中產(chǎn)生的CO2</p><p><

41、b>　　氣體總量，mg。</b></p><p>　　ThCO2，測試材料的CO2理論，理論量，mg。</p><p>　　如果可能，計算出重復測試瓶的平均值。同樣計算出在培菌測試瓶FC中的參比測試材料生物降解百分數(shù)。如有必要，測出負控制FI中參比材料和測試混合物的降解百分數(shù)，以及無生命降解FS和負控制制FN的測試材料生物降解百分數(shù)。</p><p&g

42、t;　　如果進行了碳反應，在測試期間由CO2產(chǎn)生量計算出生物降解百分數(shù)和生物量組成的碳含量。</p><p>　　9.2結(jié)果表示與解釋說明：</p><p>　　繪制一個有關(guān)每個測試瓶CO2量及每次間隔測定的生物降解百分率的表格。畫出每個容器內(nèi)CO2釋放量和生物降解百分數(shù)隨時間變化的曲線。若比較重復測試瓶的試驗結(jié)果，可以繪制出一個平均曲線。</p><p>　　生物

43、降解的最高程度是由生物降解曲線穩(wěn)定期的平均值或最高值決定，例如：當曲線在穩(wěn)定期下降或緩慢升高，表征了測試材料的生物降解性能。若已經(jīng)測定了碳平衡，那該結(jié)果就代表了生物降解最高水平。</p><p>　　測試材料的形狀或潤濕度，可能會影響到所測的結(jié)果。因此，測試過程可能會受到與相類似化學結(jié)構(gòu)塑料材料比較的限制。</p><p>　　所用的測試材料的毒性會干擾測試結(jié)果，而表現(xiàn)出低生物降解水平。&

44、lt;/p><p>　　10.結(jié)果有效性：以下情況考慮測試值有效：</p><p>　　a)參比材料（FC培菌液）的生物降解程度在試驗最后>60%。</p><p>　　b)在測試的最后，空白瓶FB放出的CO2量不會超過經(jīng)驗值的上限（該值依賴于培菌液的用量，例如：30mg/l的干燥物，在試驗室用大約為90mg/l）。</p><p>　　如

45、果瓶FI（若包括抑制控制）的生物降解白分數(shù)<25%,觀察到?jīng)]有明顯的降解，就認為測試材料有抑制性。</p><p>　　如果瓶FS（若有無生命降解），可以觀察到有明顯的CO2釋放出來（>10%），那就發(fā)生了無生命降解過程。</p><p>　　如果包括瓶FN（負控制），將不會觀察到有CO2產(chǎn)生。</p><p>　　如果不能滿足以上這些標準依據(jù)，用另外的

46、預先條見或預先暴光方法重復測試。</p><p>　　11.測試報告：測試報告包括以下內(nèi)容：</p><p>　　a)本國際標準的說明。</p><p>　　b)所有關(guān)于測試材料、參比材料的內(nèi)容，包括：它們的TOC、ThCO2、化學成分、分子式、形狀、及樣品的數(shù)量和濃度。</p><p>　　c)測試主要因素，包括：測試體積，測試介質(zhì)，培育溫

47、度和PH值。</p><p>　　d)所用培菌液的來源，包括任何預先暴露和堆肥的詳細內(nèi)容。</p><p>　　e)所用分析技術(shù)，包括：測定CO2、TOC、DOC和菌群的方法。</p><p>　　f)測試和參比材料的測試結(jié)果，包括CO2累積量，生物降解百分數(shù)和這些因素與時間關(guān)系的曲線。</p><p>　　g)延遲階段、生物降解階段和最高生

48、物降解階段，以及整個測試培育期。</p><p><b>　　如果進行了可選項：</b></p><p>　　h）無生物降解測試瓶FS，抑制控制檢測瓶FI，負控制檢測瓶FN的結(jié)果。</p><p>　　碳平衡測定結(jié)果，包括如下：</p><p>　　1)在測試中，測試材料的碳被氧化成CO2的量，</p>&

49、lt;p>　　2)由于水溶液介質(zhì)在培育測試期間，DOC的增長，</p><p>　　3)在測試期間菌群中有機碳的增長，</p><p>　　4)在測試最后聚合物殘渣內(nèi)碳含量，</p><p>　　5)測試碳的總量，在測試材料中用百分率表達；</p><p>　　j)在培育測試混合物中生物量單元（cfu/ml）；</p>&

50、lt;p>　　k)任何其它相關(guān)的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　附錄A</b></p><p>　　測試產(chǎn)生CO2氣體系統(tǒng)原理</p><p>　　一系列的長頸瓶的設(shè)置如圖1所示，用不滲透二氧話碳的管子連接起來。用連續(xù)的低壓，把50ml/min~100ml/min的無CO2氣體的空氣通入該系統(tǒng)。記數(shù)空氣泡數(shù)，或用一種合適的氣體流動控制

51、儀來檢測空氣流動速率。用除去CO2的空氣或加壓氣體。在后面的條件中，用含有干燥蘇打石灰的瓶子，把通入的空氣中的CO2氣體吸收掉，至少有兩個洗瓶，例如500mL的10ml/LKOH溶液。用另一個含有100ml的0.0125mol/lBa（OH）2溶液的瓶子來顯示氣體中CO2的有無。用另一個空瓶子放于后面的測試瓶與指示瓶之間，防止液體帶出去。如果有生物降解發(fā)生，測試瓶中有CO2氣體產(chǎn)生，并被連續(xù)的吸收瓶吸收，用于測定。在附錄B中描述。<