iso 14852 摘要

1、<p>　　ISO 14852 摘要</p><p>　　測定塑料材料在溶液介質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水質標準——測定有機碳總量（TOC）

5、和溶解性有機碳（DOC）的水質標準。</p><p>　　ISO 9439：—1）水質標準——測定溶液介質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水質標準——指導制備和處理溶液介質中低水溶性有機化合物，為了測得該材料在溶液介質中的生物降解性能。</p><p>　　ISO/T2 15462：19

6、97水質標準——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，有機化合物經過微生物的作用，完全分解為CO2、水、礦物質及新增生物量。</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，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，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生的CO2與理論CO2（ThCO2）量的比較百分比來表示。測試結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計的。這個特殊性需要有效的培菌液和測試介質，</

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（特別是Cu），DOC的含量少于2mg/l。</p><p><b>　　6.2測試介質：</b></p><p>　　根據(jù)測試目的，選用不同的測試介質。如：若模擬是自然環(huán)境，用標準測試介質（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（6.2.2）。</p&g

17、t;<p>　　6.2.1標準測試介質：</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：</p><p>　　該介質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.設備：保證所有的玻璃管干凈，特別是沒有有機物和有毒物質，</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備里。</p><p>　　7.2除去空氣中CO2的設備：</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）的分析設備（看ISO8245）。</p><p>　　7.5分析天平（實驗室設備）。&

27、lt;/p><p>　　7.6離心分離或過濾設備：用網格（0.45μm孔徑）過濾，它不會吸收或放出有機碳。</p><p>　　7.7PH計（實驗室設備）。</p><p>　　7.8電磁攪拌或震動設備（實驗室設備）。</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應當含有足夠的碳來產生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的限制。當用最佳的測試介質（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，或從經過實驗室處理的良好的生活污泥中采集樣品?；旌暇鶆?，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）。</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，使產生CO2氣體。用合適的

36、設備，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生，用頂部通氣攪拌法抑制氣體產生。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，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、瓶內物質。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）中產生的CO2氣。</p><p>　　9.結果的計算與表示：</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，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結果表示與解釋說明：</p><p>　　繪制一個有關每個測試瓶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。若已經測定了碳平衡，那該結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果。因此，測試過程可能會受到與相類似化學結構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果，而表現(xiàn)出低生物降解水平。&

44、lt;/p><p>　　10.結果有效性：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%,觀察到沒有明顯的降解，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容：</p><p>　　a)本國際標準的說明。</p><p>　　b)所有關于測試材料、參比材料的內容，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，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容。</p><p>　　e)所用分析技術，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果，包括CO2累積量，生物降解百分數(shù)和這些因素與時間關系的曲線。</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的結果。</p><p>　　碳平衡測定結果，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)任何其它相關的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　附錄A</b></p><p>　　測試產生CO2氣體系統(tǒng)原理</p><p>　　一系列的長頸瓶的設置如圖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氣體產生，并被連續(xù)的吸收瓶吸收，用于測定。在附錄B中描述。<