Без названия
Актуально на 04.11.2026.
Как цитировать: Без названия. https://bukva.ai/docs/bez-nazvaniya-5026
Документ 47982
ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ
flowchart LR n0["ГОСТ Р ИСО 14851-2022"]:::doc n1["ГОСТ ISO 14851-2025"]:::notEnt n0 --> n1 classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000; classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000; classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;
Введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 августа 2026 г. № 1008-ст
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБНОСТИ К ПОЛНОМУ АЭРОБНОМУ БИОЛОГИЧЕСКОМУ РАЗЛОЖЕНИЮ В ВОДНОЙ СРЕДЕ. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА В ЗАКРЫТОМ РЕСПИРОМЕТРЕ
Plastics. Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in an aqueous medium. Method by measuring the oxygen demand in a closed respirometer
(ISO 14851:2019, Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in an aqueous medium — Method by measuring the oxygen demand in a closed respirometer, IDT)
Дата введения 1 сентября 2027 года с правом досрочного применения
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»
1 ПОДГОТОВЛЕН Научно-производственным республиканским унитарным предприятием «Белорусский государственный институт стандартизации и сертификации» (БелГИСС) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5
2 ВНЕСЕН Государственным комитетом по стандартизации Республики Беларусь
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по результатам голосования в АИС МГС (протокол от 30 сентября 2025 г. № 189-П)
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 августа 2026 г. № 1008-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 14851-2025 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 сентября 2027 г. с правом досрочного применения
5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 14851:2019 «Определение способности к полному аэробному биологическому разложению пластмассовых материалов в водной среде.»
Метод с измерением потребления кислорода в закрытом респирометре» («Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in an aqueous medium — Method by measuring the oxygen demand in a closed respirometer», IDT).
Международный стандарт разработан подкомитетом SC 14 «Аспекты окружающей среды» Технического комитета ISO/TC 61 «Пластмассы» Международной организации по стандартизации (ISO).
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для увязки с наименованиями, принятыми в существующем комплексе межгосударственных стандартов.
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочного международного стандарта соответствующий ему межгосударственный стандарт, сведения о котором приведены в дополнительном приложении ДА
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»
В связи с расширением области применения пластмасс возникла проблема их переработки и захоронения. Первоочередной задачей является переработка пластмасс. Однако их полная переработка является затруднительной. Например, отходы пластика, поступающие в основном от потребителей, затруднительно переработать в полном объеме. Примерами пластмасс, плохо поддающихся переработке, также являются рыболовные снасти, пластиковые микрочастицы, содержащиеся в средствах личной гигиены, и водорастворимые полимеры. Данные полимерные материалы способны попадать в окружающую среду в процессе обращения с отходами. Одним из доступных вариантов, позволяющих решить существующие экологические проблемы, является использование биоразлагаемых пластмасс. Ожидается, что пластмассы, например изделия или упаковочные материалы из пластика, которые отправляют на объекты компостирования, будут потенциально биоразлагаемыми. Поэтому очень важно определить потенциальную способность таких материалов к биоразложению и получить информацию об их способности к биоразложению в окружающей среде.
Настоящий стандарт устанавливает метод определения степени аэробного биоразложения пластмасс, в том числе содержащих составные добавки, путем измерения потребления кислорода. Испытуемый материал подвергают воздействию инокулята из активного ила в водной среде.
Если в качестве инокулята используют неадаптированный активный ил, то в процессе испытания осуществляется биоразложение в условиях, соответствующих естественной водной среде; если используется смешанный или подвергнутый предварительному воздействию инокулят, то метод настоящего стандарта применяют для изучения потенциальной способности испытуемого материала к биоразложению.
Условия проведения испытания, установленные настоящим стандартом, могут не соответствовать условиям, при которых достигается максимальная степень биоразложения, однако метод настоящего стандарта предназначен для оценки потенциальной способности пластмасс к биоразложению и анализа биоразлагаемости пластмасс в условиях окружающей среды.
Метод настоящего стандарта позволяет осуществить оценку способности к биоразложению путем вычисления углеродного баланса (см. приложение E).
Метод применяют для следующих материалов:
- природных и/или синтетических полимеров и сополимеров, а также их смесей;
- пластмасс, содержащих добавки, например пластификаторы или красители и др.;
- водорастворимых полимеров;
- материалов, которые в условиях проведения испытаний не подавляют активность микроорганизмов, присутствующих в инокуляте. Ингибирующее воздействие можно определить с помощью оценки ингибирования или другим соответствующим методом (см., например, [2]). Если испытуемый материал подавляет активность микроорганизмов в инокуляте, следует использовать другой тип зрелого компоста или предварительно выдержанный компост.
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт [для датированной ссылки применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированной — последнее издание (включая все изменения)]:
ISO 8245, Water quality — Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC) [Качество воды. Руководство по определению суммарного количества органического углерода (TOC) и растворенного органического углерода (DOC)]
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.
ISO и IEC поддерживают терминологические базы данных для использования в целях стандартизации по следующим адресам:
- платформа онлайн-просмотра ISO, доступна по адресу: http://www.iso.org/obp;
- Электропедия IEC, доступна по адресу: http://www.electropedia.org/.
3.1 полная аэробная биоразлагаемость (ultimate aerobic biodegradation): Разложение органических соединений в присутствии кислорода на диоксид углерода, воду, минеральные соли других присутствующих элементов (минерализация) с образованием новой биомассы в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.
3.2 активный ил (activated sludge): Биомасса, сформированная в сточной воде, прошедшей очистку в аэробных условиях, в результате роста бактерий и других микроорганизмов в присутствии растворенного кислорода.
3.3 концентрация взвешенных твердых частиц в активном иле (concentration of suspended solids in an activated sludge): Количество твердых частиц, полученное в результате фильтрования или центрифугирования известного объема активного ила (3.2) и высушивания до постоянной массы при температуре примерно 105 °C.
3.4 биохимическое потребление кислорода; BOD (biochemical oxygen demand; BOD): Массовая концентрация растворенного кислорода в воде, поглощенного при установленных условиях аэробного биологического окисления химического соединения или органического вещества.
Примечание - Выражают в миллиграммах поглощенного кислорода на килограмм испытуемой почвы.
3.5 теоретическое потребление кислорода; ThOD (theoretical oxygen demand; ThOD): Максимальное теоретическое количество кислорода, необходимое для полного окисления химического соединения, рассчитанное из молекулярной формулы.
Примечание - Выражается в миллиграммах потребленного кислорода на миллиграмм или грамм испытуемого материала.
3.6 общий органический углерод; TOC (total organic carbon; TOC): Количество углерода, связанного в органическом соединении.
3.7 растворенный органический углерод; DOC (dissolved organic carbon; DOC): Часть органического углерода в воде, которую нельзя удалить установленным методом фазового разделения, например центрифугированием со скоростью 40 000 м·с-2 в течение 15 мин или мембранной фильтрацией с использованием мембран с диаметром пор от 0,2 до 0,45 мкм.
3.8 лаг-фаза (lag phase): Период времени, выраженный в сутках, от начала испытания до наступления адаптации микроорганизмов и/или их разрушения, за который степень биоразложения химического соединения или органического вещества увеличивается примерно до 10% от максимального уровня биоразложения (3.9).
3.9 максимальный уровень биоразложения (maximum level of biodegradation): Степень биоразложения химического соединения или органического вещества, выраженная в процентах, при достижении которой не происходит дальнейшего биоразложения в процессе испытания.
3.10 фаза биоразложения (biodegradation phase): Период времени, выраженный в сутках, от окончания периода лаг-фазы (3.8) до достижения степени биоразложения примерно 90% от максимального уровня биоразложения (3.9).
3.11 фаза плато (plateau phase): Период времени, выраженный в сутках, от завершения фазы биоразложения (3.10) до окончания испытания.
3.12 предварительная выдержка (pre-exposure): Предварительная выдержка инокулята в присутствии испытуемого химического соединения или органического вещества с целью повышения способности почвы к биоразложению испытуемого материала путем адаптации и/или отбора микроорганизмов.
3.13 предварительное кондиционирование (pre-conditioning): Предварительная выдержка инокулята в условиях последующих испытаний при отсутствии испытуемого химического соединения или органического вещества с целью увеличения результативности испытания путем адаптации микроорганизмов к условиям испытания.
Биоразлагаемость пластмасс определяют под воздействием аэробных микроорганизмов в водной среде. Испытуемая смесь содержит неорганическую среду, органический испытуемый материал (являющийся единственным источником углерода и энергии) концентрацией от 100 до 2000 мг/л органического углерода и активный ил в качестве инокулята. Смесь размешивают в закрытых колбах респирометра в течение периода времени, не превышающего 2 мес. Выделившийся диоксид углерода поглощается соответствующим абсорбентом, находящимся в верхней части колб. Определяют потребление кислорода (BOD), например, путем измерения количества кислорода, необходимого для поддержания постоянного объема газа в колбе респирометра, или путем автоматического либо ручного измерения изменения объема или давления (или комбинацией двух методов). Пример подходящего респирометра приведен в приложении C. В качестве альтернативы можно применять двухфазный закрытый респирометр, требования к которому установлены в [3] (см. приложение D).
Степень биоразложения определяют путем сравнения BOD с теоретическим потреблением кислорода (ThOD) и выражают в процентах. При этом необходимо учитывать влияние на BOD нитрификации. За результат испытания принимают максимальный уровень биоразложения, соответствующий фазе плато на кривой биоразложения. При необходимости для получения дополнительной информации о биоразложении осуществляют расчет углеродного баланса (см. приложение E). Кроме того, для получения дополнительной информации о биоразложении также в конце испытания можно определять количество диоксида углерода, поглощенного абсорбентом (см. приложение G).
В отличие от [6], который применяется для различных органических соединений, настоящий стандарт предназначен для определения способности к биоразложению пластмасс. При выборе инокулята и испытательной среды необходимо соблюдать установленные требования. Расчет углеродного баланса также позволяет повысить результативность оценки биоразлагаемости пластмасс.
Инкубацию проводят в темноте или при диффузном освещении в камере, в которой не содержатся пары, замедляющие активность микроорганизмов, и поддерживается постоянная температура в пределах +/- 1 °C от диапазона от 20 °C до 25 °C или другая подходящая температура, которая определяется в зависимости от используемого инокулята и других условий проведения испытания.
Следует использовать реактивы только аналитической степени чистоты.
6.1 Дистиллированная или деионизированная вода
Дистиллированная или деионизированная вода, не содержащая токсичные вещества (особенно медь), концентрация DOC в которой составляет менее 2 мг/л.
6.2 Испытательная среда
В зависимости от цели испытания можно использовать различные испытательные среды. Например, для моделирования естественных условий окружающей среды используют стандартную испытательную среду (см. 6.2.1). Если испытуемый материал используют в более высоких концентрациях, то применяют оптимизированную испытательную среду (см. 6.2.2) с более высокой буферной способностью и концентрацией питательных веществ.
6.2.1 Стандартная испытательная среда
6.2.1.1 Раствор A
Растворяют в воде (см. 6.1) следующие компоненты и доводят объем до 1000 мл:
- безводный дигидрофосфат калия KH2PO4 — 8,5 г;
- безводный гидроортофосфат калия K2HPO4 — 21,75 г;
- динатрия гидрофосфат дигидрат Na2HPO4·2H2O — 33,4 г;
- хлорид аммония NH4Cl — 0,5 г.
Правильный состав раствора можно проверить, измерив pH, который должен составлять 7,4.
6.2.1.2 Раствор B
22,5 г гептагидрата сульфата магния MgSO4·7H2O растворяют в воде и доводят объем раствора до 1000 мл.
6.2.1.3 Раствор C
36,4 г дигидрата хлорида кальция CaCl2·2H2O растворяют в воде и доводят объем раствора до 1000 мл.
6.2.1.4 Раствор D
0,25 г гексагидрата хлорида железа (III) FeCl3·6H2O растворяют в воде и доводят объем раствора до 1000 мл.
Используют свежеприготовленный непосредственно перед испытанием раствор во избежание выпадения осадка или добавляют каплю концентрированной соляной кислоты HCl или каплю водного раствора этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA) концентрацией 0,4 г/л.
6.2.1.5 Приготовление
Чтобы приготовить 1 л испытательной среды, к 500 мл воды (см. 6.1) добавляют следующие компоненты:
Объем полученной смеси доводят водой (см. 6.1) до 1000 мл. Используют свежеприготовленную непосредственно перед испытанием испытательную среду. Растворы A — C допускается хранить в темном месте при комнатной температуре не более 6 мес.
6.2.2 Оптимизированная испытуемая среда
Данная оптимизированная среда имеет высокую буферную способность и содержит большее количество неорганических питательных веществ. Это необходимо для поддержания постоянного уровня pH в системе во время испытания даже при высоких концентрациях испытуемого материала. Данная среда содержит примерно 2400 мг/л фосфора и 50 мг/л азота и может применяться для испытаний материалов с концентрацией органического углерода менее 2000 мг/л. Если концентрация органического углерода имеет более высокое значение, увеличивают содержание азота для поддержания соотношения углерода и азота (C:N) равным примерно 40:1.
6.2.2.1 Раствор A
Растворяют в воде (см. 6.1) следующие компоненты и доводят объем до 1000 мл:
- безводный дигидрофосфат калия KH2PO4 — 37,5 г;
- динатрия гидрофосфат дигидрат Na2HPO4·2H2O — 87,3 г;
- хлорид аммония NH4Cl — 2,0 г.
6.2.2.2 Раствор B
22,5 г гептагидрата сульфата магния MgSO4·7H2O растворяют в воде и доводят объем раствора до 1000 мл.
6.2.2.3 Раствор C
36,4 г дигидрата хлорида кальция CaCl2·2H2O растворяют в воде и доводят объем раствора до 1000 мл.
6.2.2.4 Раствор D
0,25 г гексагидрата хлорида железа (III) FeCl3·6H2O растворяют в воде (см. 6.1) и доводят объем раствора до 1000 мл (см. 6.2.1.4, второй абзац).
6.2.2.5 Раствор E (допускается использовать растворы с незначительным количеством примесей)
Растворяют в 10 мл водного раствора HCl (25%, 7,7 моль/л) в следующей последовательности: 70 мг ZnCl2, 100 мг MnCl2·4H2O, 6 мг H3BO3, 190 мг CoCl2·6H2O, 3 мг CuCl2·2H2O, 240 мг NiCl2·6H2O, 36 мг Na2MoO4·2H2O, 33 мг Na2WO4·2H2O и 26 мг Na2SeO3·5H2O.
Объем раствора доводят водой (см. 6.1) до 1000 мл.
6.2.2.6 Раствор F (раствор витаминов, применение не является обязательным)
Растворяют в 100 мл воды (см. 6.1) 0,6 мг биотина, 2,0 мг никотинамида, 2,0 мг раминобензоата, 1,0 мг пантотеновой кислоты, 10,0 мг гидрохлорида пиридоксаля, 5,0 мг цианокобаламина, 2,0 мг фолиевой кислоты, 5,0 мг рибофлавина, 5,0 мг DL-липоевой кислоты и 1,0 мг двухлористого тиамина или используют раствор дрожжевого экстракта с массой вещества 15 мг, растворенного в 100 мл воды (см. 6.1). Раствор для стерилизации фильтруют через мембранные фильтры (см. 7.4).
Применение растворов E и F не является обязательным и может не осуществляться, если используется достаточная концентрация инокулята, например активного ила. Рекомендуется приготавливать порции раствора объемом 1 мл и хранить их охлажденными до использования.
6.2.2.7 Приготовление
Чтобы приготовить 1 л испытательной среды, к 800 мл воды (см. 6.1) добавляют следующие компоненты:
Объем полученной смеси доводят водой (см. 6.1) до 1000 мл и определяют pH.
Правильный состав испытательной среды можно проверить, измерив pH, который должен составлять 7,0 +/- 0,2.
6.3 Раствор пирофосфата
2,66 г безводного пирофосфата натрия Na4P2O7 растворяют в воде (см. 6.1) и доводят объем раствора до 1000 мл.
6.4 Абсорбент диоксида углерода
В качестве абсорбента диоксида углерода предпочтительно использовать пеллеты натровой извести или другой подходящий абсорбент.
Необходимо обеспечить, чтобы все стеклянное оборудование было тщательно очищено и, в частности, не содержало органических или токсичных веществ.
7.1 Закрытый респирометр, в том числе сосуды для испытаний (стеклянные колбы) с мешалками, и другое необходимое оборудование, расположенное в помещении с постоянной температурой или в термостатируемом устройстве (например, водяной бане). Для примера см. приложение A.
Примечание - Может применяться любой респирометр, который с установленной точностью позволяет определить биохимическое потребление кислорода, предпочтительно это должно быть устройство, которое позволяет осуществить измерение и автоматическую подмену потребляемого кислорода так, чтобы во время процесса разложения не возникало недостатка кислорода и не происходило подавления активности микроорганизмов. Вместо стандартного респирометра может применяться двухфазный закрытый респирометр (см. приложение D).
7.2 Аналитическое оборудование для определения общего органического углерода (TOC) и растворенного органического углерода (DOC) в соответствии с ISO 8245.
7.3 Аналитическое оборудование для определения концентрации нитратов и нитритов.
Рекомендуется сначала провести качественный анализ, чтобы определить, имела ли место нитрификация. В случае обнаружения в среде нитратов/нитритов проводят количественное определение с применением соответствующего метода (например, ионной хроматографии).
7.4 Центрифуга.
7.5 Аналитические весы (используют лабораторное оборудование).
7.6 pH-метр (используют лабораторное оборудование).
8.1 Испытуемый материал
Испытуемый материал должен иметь известную массу и содержать достаточное количество углерода для получения BOD, которое можно измерить с достаточной точностью с помощью используемого респирометра. Вычисляют TOC по химической формуле или определяют ThOD методом элементного анализа (см. приложение A) и TOC (в соответствии с ISO 8245). Используют испытуемый материал в концентрации не менее 100 мг/л, что соответствует значению ThOD примерно 170 мг/л или значению TOC примерно 60 мг/л. Более низкие концентрации допускаются в том случае, если респирометр обладает достаточной чувствительностью. Максимальное количество испытуемого материала ограничено подводом кислорода в систему для испытания и испытательную среду. При использовании оптимизированной испытательной среды (см. 6.2.2) концентрация испытуемого материала должна быть такой, чтобы значение TOC не превышало примерно 2000 мг/л, т.е. соотношение C:N должно быть примерно 40:1. Если для проведения испытания требуются высокие концентрации, то увеличивают количество азота в испытательной среде.
Если необходимо, чтобы процессы биоразложения протекали в условиях, аналогичных естественным условиям окружающей среды, рекомендуется использовать стандартную испытательную среду и испытуемый материал концентрацией 100 мг/л.
Испытуемый материал рекомендуется использовать в форме порошка, но допускается также использовать для испытания кусочки пленки или фрагменты изделий. Форма и геометрические размеры испытуемого материала способны оказывать влияние на его биоразлагаемость. При сравнительном анализе разных видов пластмасс рекомендуется, чтобы они имели похожую форму. Если испытуемый материал имеет порошкообразную форму, для испытания используют мелкие частицы, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга. Рекомендуется, чтобы максимальный гранулометрический состав материала соответствовал диаметру частиц 250 мкм. Кроме того, размер используемого испытательного оборудования может зависеть от формы испытуемого материала. Следует убедиться, что в испытуемом материале не возникает нежелательных изменений, вызванных конструкцией используемого оборудования, например устройства для измельчения. Обычно способ обработки испытуемого материала не оказывает значительного влияния на процесс разложения материала (например, использование порошкообразных материалов в случае композиционных материалов). При необходимости определяют содержание водорода, кислорода, азота, фосфора и серы, а также молекулярную массу испытуемого полимерного материала, используя, например, эксклюзионную хроматографию (см., например, [1] или другой подходящий стандартизованный метод). Рекомендуется проводить испытания с использованием пластмасс, не содержащих добавки, например пластификаторы. Если испытуемый материал все же содержит такие добавки, для оценки его биоразлагаемости необходимо предоставить информацию о биоразлагаемости входящих в его состав добавок.
Более подробная информация об обращении с соединениями, имеющими ограниченную растворимость в воде, приведена в [7].
8.2 Контрольный материал
В качестве контрольного материала используют анилин и/или четко определенный биоразлагаемый полимерный материал (например, порошок микрокристаллической целлюлозы, беззольные целлюлозные фильтры или ). Рекомендуется, чтобы значение TOC, форма и размер контрольного материала совпадали со значением TOC, формой и размером испытуемого материала.
В качестве отрицательного контрольного образца можно использовать не поддающийся биоразложению полимер (например, полиэтилен) в том же виде, что и испытуемый материал, однако это не является обязательным.
Для отрицательного контроля используют небиоразлагаемый полимерный материал (например, полиэтилен), предпочтительно с формой частиц, соответствующей форме частиц испытуемого материала.
8.3 Приготовление инокулята
Активный ил, собранный на станции очистки сточных вод, на которой обрабатываются преимущественно хозяйственно-бытовые сточные воды, является подходящим источником инокулята. Его получают из активной аэробной среды, и он доступен в широком географическом диапазоне, в котором необходимо провести испытания широкого спектра пластмасс. Если необходимо определить биоразложение в определенной системе обработки отходов, собирать инокулят следует непосредственно в данной среде.
Отбирают пробу активного ила, собранного на эксплуатируемой надлежащим образом станции очистки сточных вод или на лабораторной установке, работающей преимущественно с хозяйственно-бытовыми сточными водами. Пробу тщательно перемешивают, хранят в аэробных условиях и используют предпочтительно в день отбора (в течение не более 72 ч).
Перед использованием определяют концентрацию взвешенных твердых частиц (например, в соответствии с [4]). При необходимости ил концентрируют путем осаждения так, чтобы объем ила, добавляемый в ходе анализа при испытании, был минимальным. Добавляют объем, необходимый для получения концентрации взвешенных твердых частиц в окончательной смеси, составляющей от 30 до 1000 мг/л.
Если эндогенная респирация инокулята слишком высока, то перед применением инокулят стабилизируют методом аэрации. Температуру испытания устанавливают в соответствии с используемым инокулятом.
Может быть полезно определять колониеобразующие единицы (КОЕ) для используемого инокулята. Предпочтительно, чтобы испытуемая смесь содержала примерно от 103 до 106 КОЕ/мл.
Если необходимо, чтобы процессы биоразложения протекали в естественных условиях окружающей среды или требуется определить углеродный баланс (см. приложение E), рекомендуется использовать инокулят с концентрацией твердых частиц 30 мг/л. Поскольку присутствие твердых веществ способно затруднять определение углеродного баланса, рекомендуется соблюдать следующую процедуру приготовления инокулята. Отбирают 500 мл активного ила и гомогенизируют в течение 2 мин на средней скорости в измельчителе или соответствующем высокоскоростном перемешивающем устройстве. Отстаивают инокулят до тех пор, пока надосадочная жидкость не будет содержать достаточное количество взвешенных частиц, однако в любом случае продолжительность отстаивания должна быть не менее 30 мин. Декантируют достаточный объем надосадочной жидкости и переносят в колбы так, чтобы объемная концентрация в испытательной среде составляла от 1% до 5%. Следует избегать переноса частиц ила.
Инокулят может быть подвергнут предварительному кондиционированию, но, как правило, предварительно кондиционированный инокулят для испытаний не используют, особенно в случае, когда процесс биоразложения осуществляется в естественных условиях окружающей среды. В зависимости от цели испытания допускается использование инокулята, подвергнутого предварительному воздействию, при условии, что это указывается в протоколе испытаний (степень биоразложения = x% с использованием инокулята, подвергнутого предварительному воздействию) с подробным описанием метода воздействия. Почва, подвергнутая предварительному воздействию, может быть получена при проведении соответствующих лабораторных испытаний на биоразложение (см. [8]), осуществляемых в различных условиях, или из проб, отобранных в местах с определенными условиями окружающей среды (например, загрязненные участки или промышленные очистные сооружения).
8.4 Проведение испытания
Для проведения испытания требуется следующее количество емкостей:
a) три колбы для испытуемого материала (условное обозначение FT);
b) три колбы для контрольной пробы (условное обозначение FB);
c) две колбы для контроля активности инокулята с использованием контрольного материала (условное обозначение Fc);
d) одна колба для оценки возможности возникновения абиотического разложения или изменений небиологического характера в испытуемом материале (условное обозначение FS). Раствор для испытания в FS следует стерилизовать, например, в автоклаве или путем добавления подходящего неорганического токсичного соединения, чтобы предотвратить микробную активность. Используют, например, 5 мл/л раствора хлорида ртути (II) HgCl2 концентрацией 10 г/л. При необходимости добавляют такое же количество токсичного вещества во время испытания;
e) одна колба для оценки ингибирующего действия, которое может оказывать испытуемый материал (условное обозначение FI). Следует учитывать, что соотношение углерода в испытуемом материале и контрольном материале и азота в среде должно быть не менее C:N = 40:1. При необходимости добавляют азот.
В колбы добавляют необходимое количество испытательной среды (см. 6.2) и инокулята (см. 8.3) в соответствии с таблицей 1.
Окончательное распределение испытуемого и контрольного материалов
Измеряют pH в колбах и при необходимости доводят его значение до 7. Добавляют абсорбент диоксида углерода (см. 6.4) в отсеки для абсорбента в респирометре (см. приложение C). Испытуемый материал (см. 8.1), контрольный материал и материал для отрицательного контроля (см. 8.2) добавляют в соответствующие колбы согласно таблице 1. Если необходимо определить углеродный баланс (см. приложение E), то в начале и в конце периода инкубации удаляют известный достаточный объем инокулированной испытательной среды из каждой колбы или из дополнительных колб для определения DOC и биомассы. Объем удаленной испытательной среды учитывают при регулировании окончательного объема и при вычислении результатов испытания.
Колбы помещают в условия, обеспечивающие поддержание постоянной температуры (см. раздел 5), и выдерживают до достижения необходимой температуры. Выполняют все необходимые процедуры для подключения к респирометру или системе для получения воздуха, не содержащего CO2, и проводят инкубацию.
Снимают соответствующие показания манометра (при измерении вручную) либо контролируют исправность работы регистрирующего устройства (при автоматическом способе измерения). В качестве альтернативы можно применять двухфазный закрытый респирометр, требования к которому установлены в [3] (см. приложение D).
При достижении постоянного уровня BOD (достижении фазы плато) и прекращении процесса биоразложения испытание считают завершенным. Продолжительность испытания обычно составляет не более 2 мес. Однако, если биоразложение продолжает активно осуществляться и фаза плато не была достигнута по истечении установленной продолжительности испытания, испытание может быть продлено на срок не более 6 мес. Если продолжительность испытания превышает установленный срок, необходимо провести анализ испытания с технической точки зрения (например, проверить герметичность сосудов для испытания и их соединения).
В конце испытания измеряют уровень pH и определяют концентрацию нитратов и нитритов в колбах FT (см. абзац, приведенный ниже) или берут пробы, содержащие консервант. Полученные значения используют для регулирования вычисленной степени биоразложения в случае процесса нитрификации (см. приложение B).
Аллилтиомочевина является биоразлагаемой и способна ингибировать процесс нитрификации только в течение непродолжительных периодов инкубации. Поэтому не рекомендуется добавлять аллилтиомочевину для предотвращения процесса нитрификации. Однако, как показывает практика, при низких концентрациях инокулята (объемная доля примерно 1%) процесс нитрификации не будет осуществляться даже в течение продолжительных периодов инкубации, протекающих при отсутствии ингибитора.
При необходимости в конце испытания дополнительно определяют количество диоксида углерода, поглощенного абсорбентом (см. приложение G).
9 Вычисление и оформление результатов
9.1 Вычисление
Для каждой колбы снимают показания, соответствующие потреблению кислорода, используя метод, установленный изготовителем для соответствующего типа респирометра. Вычисляют биохимическое потребление кислорода (BOD) для испытуемого материала как разность между потреблением кислорода в колбах для испытуемого материала FT и колбах контрольной пробы FB, разделенную на концентрацию испытуемого материала по формуле (1):
где BODS — удельное биохимическое потребление кислорода, мг/г испытуемого материала;
BODt — биохимическое потребление кислорода в колбах FT, содержащих испытуемый материал, за время t, мг/л;
BODBt — биохимическое потребление кислорода в колбах FB, содержащих контрольную пробу, за время t, мг/л;
Аналогично вычисляют BOD и степень биоразложения Dt как отношение удельного биохимического потребления кислорода к теоретическому потреблению кислорода (ThOD), мг/г испытуемого материала, по формуле (2):
Затем аналогичным образом вычисляют BOD и степень биоразложения контрольного материала FC, а также если выполнялась оценка в колбе для оценки абиотического разложения FS, в колбе для оценки ингибирования FI и в колбе для отрицательного контроля FN.
Для вычисления ThOD см. приложение A. Если определены значительные концентрации нитрита и нитрата, следует учитывать потребление кислорода при нитрификации (см. приложение B). Если необходимо рассчитать углеродный баланс, используют указания, приведенные в приложении E.
9.2 Выражение и интерпретация результатов
Составляют таблицу, в которой приводят значения BOD и степень биоразложения, %, для каждого промежутка времени, в который проводились измерения. Для каждой колбы строят график зависимости BOD и график зависимости степени биоразложения, %, от времени. Если для трех колб были получены сопоставимые результаты, для построения графика используют средние значения.
Степень биоразложения испытуемого материала определяют как максимальный уровень биоразложения, соответствующий среднему значению в фазе плато на графике биоразложения, или наибольшее значение, т.е. значение, до достижения которого кривая убывает, а после достижения начинает медленно возрастать в фазе плато. Если углеродный баланс был определен, то результат данного определения определяет полную степень биоразложения.
Способность к смачиванию испытуемого материала и форма его частиц могут оказывать влияние на результаты испытаний, вследствие чего процедура испытания может быть ограничена сравнением пластиков, имеющих аналогичную химическую структуру.
Наличие сведений о токсичности испытуемого материала может быть полезным при интерпретации результатов испытаний, указывающих на низкую биоразлагаемость.
10 Достоверность результатов испытаний
Результаты испытаний считают достоверными, если:
a) степень биоразложения контрольного материала (колба для оценки активности инокулята FC) в конце испытания составляет более 60%;
b) значение BOD контрольной пробы FB в конце испытания не превышает верхнего предельного значения, полученного экспериментальным путем (по результатам межлабораторных испытаний данное значение зависит от количества инокулята и, например, при концентрации сухого вещества, равной 30 мг/л, составляет примерно 60 мг/л);
c) значения BOD для трех контрольных проб FB и трех колб с испытуемым материалом FT или количество выделяемого из них диоксида углерода находятся в пределах 20% от среднего значения в фазе плато или в конце испытания.
Если в колбе FI (если выполнялась оценка ингибирования) степень биоразложения составляет менее 25% и не наблюдается значительного разложения испытуемого материала, то можно предположить, что испытуемый материал является ингибирующим.
Если в колбе FS (если выполнялась оценка абиотического разложения) значение BOD является существенным (составляет более 10%), это указывает на возможность протекания абиотических процессов разложения.
Если использовалась колба FN (для отрицательного контроля), значение BOD не должно быть существенным.
Если вышеуказанные условия не выполнены, испытание повторяют, используя инокулят, прошедший предварительное кондиционирование или предварительную выдержку.
Протокол испытаний должен содержать:
a) ссылку на настоящий стандарт;
b) всю информацию, необходимую для идентификации испытуемого и контрольного материалов, в том числе TOC, ThOD, химический состав и формулу (если известно), тип, форму частиц, количество/концентрацию в пробах;
c) основные параметры испытания, в том числе испытуемый объем, используемую испытуемую среду, температуру инкубации и окончательный уровень pH;
d) источник и количество инокулята, в том числе сведения о любом предварительном воздействии на инокулят;
e) информацию о применяемых аналитических методах испытания, в том числе о принципе работы респирометра и TOC, а также результаты определения концентрации нитратов и нитритов;
f) результаты испытаний, полученные для испытуемого и контрольного материалов (в форме графиков и таблиц), в том числе измеренное значение BOD, степень биоразложения, %, значения указанных характеристик и графики их зависимости от времени, концентрации нитратов и нитритов;
g) продолжительность лаг-фазы и фазы разложения, максимальный уровень биоразложения, а также общую продолжительность испытания;
а также дополнительные сведения (при наличии):
h) результаты оценки абиотического разложения FS, оценки ингибирования FI и отрицательного контроля FN;
i) результаты определения углеродного баланса, включая, например:
-
количество углерода в испытуемом материале, окисленного до диоксида углерода, полученного в результате определения степени биоразложения на основе BOD;
-
повышение DOC в испытательной среде во время периода инкубации из-за присутствия растворимых в воде веществ;
-
повышение органического углерода в биомассе в процессе испытания;
-
содержание углерода в остаточных полимерных материалах в конце испытания;
-
суммарное измеренное количество углерода, выраженное в % от количества углерода, введенного в качестве испытуемого материала;
j) колониеобразующие единицы (КОЕ/мл) в инокулированных испытуемых смесях;
k) иные сведения, связанные с испытанием (например, начальная молекулярная масса пробы, молекулярная масса остаточных полимерных материалов).
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА (ThOD)
Теоретическое потребление кислорода (ThOD) веществом CcHhClclNnSsPpNanaOo с относительной молекулярной массой Mr может быть рассчитано, если элементный состав известен или может быть определен элементным анализом, по формуле (A.1)
Данная формула учитывает, что углерод преобразуется в CO2, водород — в H2O, фосфор — в P2O5, сера приобретает степень окисления +6, а галогены переходят в галогениды водорода. Оценку окисления N, P и S проверяют при проведении анализа. Формула также учитывает, что азот высвобождается в виде аммония.
ThOD выражают в миллиграммах на грамм вещества или в миллиграммах на миллиграмм вещества.
A.2 Пример: поли( кислота) (ПГБ)
Общая формула: C4H6O2, c = 4, h = 6, o = 2; относительная молекулярная масса Mr = 86. См. формулу (A.2).
ThOD = 1,674 4 мг/мг ПГБ = 1 674,4 мг/г ПГБ.
Примечание - ПГБ является полимером мономера . Для полимеризации (образования сложного эфира) воду удаляют, чтобы общая формула ПГБ совпадала с формулой мономера за вычетом одной молекулы воды, которая исключается из химической реакции.
A.3 Пример: смесь полиэтилена/крахмала/глицерина
| Компонент | Формула | ThOD | Количество компонента | ThOD | |
| мг/г | % | мг/колба | мг/колба | ||
| Полиэтилен | (C2H4)n | 3400 | 50 | 500 | 1700 |
| Крахмал | (C6H10O5)n | 1190 | 40 | 400 | 476 |
| Глицерин | C3H8O3 | 1200 | 10 | 100 | 120 |
| Итоговая смесь | 100 | 1000 | 2296 | ||
ПОПРАВКА ЗНАЧЕНИЙ BOD, УЧИТЫВАЮЩАЯ ВЛИЯНИЕ НИТРИФИКАЦИИ
Процесс нитрификации может оказывать влияние на значения BOD. Чтобы избежать серьезных ошибок при расчете степени биоразложения, основанного на окислении углерода в азотосодержащем испытуемом материале, необходимо вводить поправочный коэффициент.
В случае с безазотистыми веществами ошибки обычно являются несущественными, поскольку окисление аммония в среде учитывается путем вычитания значения для контрольной пробы.
Соли аммония и азотосодержащие испытуемые соединения во время периода инкубации при испытании на биоразложение могут окисляться до нитритов или нитратов. Поскольку реакции идут последовательно (с участием разных видов бактерий), возможно увеличение или уменьшение концентрации нитритов. В случае уменьшения концентрации нитритов образуются нитраты в эквивалентной концентрации. Протекающие химические реакции соответствуют формулам (B.1) — (B.3):
2NH4Cl + 3O2 = 2HNO2 + 2HCl + 2H2O, (B.1)
2NH4Cl + 4O2 = 2HNO3 + 2HCl + 2H2O. (B.3)
Из данных формул можно сделать вывод, что:
- для окисления 2 моль (28 г) аммиачного азота (добавленного как NH4Cl в неорганической среде) до нитрита необходимо 3 моль (96 г) кислорода (BOD NO2), в результате чего показатель потребления кислорода на мг азота принимает значение, равное 3,43 (96/28) мг;
- для окисления 2 моль (28 г) аммиачного азота до нитратов необходимо 4 моль (128 г) кислорода (BOD NO3), в результате чего показатель потребления кислорода на мг азота принимает значение, равное 4,57 (128/28) мг.
Величину нитрификации можно определить путем измерения концентраций нитратов и нитритов в конце испытания в среде в колбах FT. Рекомендуется сначала провести качественный анализ, чтобы определить, имел ли место процесс нитрификации. В случае обнаружения в среде нитратов/нитритов проводят количественное определение с применением соответствующего метода.
Часть BOD, полученную в результате окисления азота в конце испытания, BODN рассчитывают, мг/л, по формуле (B.4)
где — измеренная концентрация нитратного азота в колбах FT в конце испытания, мг/л;
4,57 — показатель потребления кислорода для образования нитрата;
3,43 — показатель потребления кислорода для образования нитрита.
Часть BOD, полученную в результате окисления углерода в конце испытания, BODC рассчитывают, мг/л, по формуле (B.5)
BODC = BODG — BODN — BODBt, (B.5)
где BODG — BOD в колбах FT, измеренное в конце испытания, мг/л;
BODBt — BOD в колбах для контрольной пробы FB, измеренное в конце испытания, мг/л.
BODC соответствует BODt и используется для расчета BODS и Dt (см. формулы (1) и (2) в 9.1).
Испытуемое вещество — 2-этилгексиловый эфир п-аминобензойной кислоты концентрацией 100 мг/л в колбе FT.
Измеренное BODt в конце испытания: 199 мг/л.
Измеренное BODBt контрольной пробы: 8 мг/л.
Dt без поправки на нитрификацию: 80%.
Содержание нитратов в конце испытания 15 мг/л: .
Содержание нитритов в конце испытания 1 мг/л: .
BODN в конце испытания: 17 мг/л.
Dt с поправкой на нитрификацию: 73%.
УСТРОЙСТВО ЗАКРЫТОГО МАНОМЕТРИЧЕСКОГО РЕСПИРОМЕТРА (ПРИМЕР)
Респирометр устанавливают в среду, обеспечивающую возможность регулирования температуры (например, водяную баню). Респирометр включает следующие элементы: сосуды для испытаний, каждый из которых оборудован магнитной мешалкой и контейнером, расположенным в верхней части сосуда и предназначенным для заполнения абсорбентом CO2, кулонометрическую систему генерации кислорода, манометр, магнитные мешалки для каждого сосуда, внешнее устройство управления и регистрирующее устройство (печатающее устройство, графическое регистрирующее устройство или компьютер). Сосуды для испытания заполняют примерно на одну треть их объема испытуемой смесью. См. рисунок C.1.
Непрерывное перемешивание обеспечивает равномерное распределение кислорода между водной и газовой фазами. Если происходит биоразложение, то микроорганизмы потребляют кислород и выделяют диоксид углерода, который полностью поглощается. Общее давление в сосудах уменьшается. Снижение давления регистрируется манометром и используется для электролитической генерации кислорода. Когда восстанавливается начальное давление, электролиз прекращается, а используемое количество электричества, пропорциональное потреблению кислорода, непрерывно измеряется и используется для отображения потребления кислорода, мг/л BOD, на регистрирующем устройстве.
1 — абсорбент CO2; 2 — блок управления; 3 — печатающее устройство, графическое регистрирующее устройство или компьютер; 4 — манометр; 5 — водяная баня; 6 — система генерации кислорода; 7 — испытательная колба; 8 — мешалка
Рисунок C.1 — Принципиальная схема манометрического респирометра
МЕТОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХФАЗНОГО ЗАКРЫТОГО РЕСПИРОМЕТРА
Данный метод испытания может применяться в качестве альтернативного, например в случае отсутствия стандартного респирометра. Инокулированную среду, испытуемые и контрольные материалы встряхивают или перемешивают при температуре от 20 °C до 25 °C в закрытых сосудах, содержащих известные объемы водной среды и воздуха, чтобы обеспечить устойчивое распределение кислорода между водной и газовой фазами. В процессе биоразложения с регулярной периодичностью измеряют концентрации растворенного кислорода в водной фазе. Общее потребление кислорода в колбах вычисляют по разности измеренных концентраций растворенного кислорода в колбе для контрольной пробы и колбе с испытуемым материалом, разделенной на значение насыщения кислородом при нормальных условиях и умноженной на общее содержание кислорода, изначально содержащегося в водной и газовой фазах. Биоразлагаемость рассчитывают как общее поглощение кислорода, разделенное на теоретическое потребление кислорода (ThOD), и выражают в процентах.
D.2.1 Сосуды для инкубации: газонепроницаемые сосуды, например узкогорлые колбы вместимостью от 200 до 300 мл с пробкой (например, притертой стеклянной пробкой, бутилкаучуковой пробкой или завинчивающейся пробкой), обеспечивающие защиту содержимого от света (например, сосуды из коричневого стекла). Рекомендуется использовать зажимы для пробок. На каждый сосуд наносят маркировку с помощью маркера на водной основе. Если кислородные электроды со встроенными мешалками не используются, применяют сосуды с магнитной мешалкой с покрытием из политетрафторэтилена (PTFE). Используют стандартные сосуды, для которых стандартное отклонение от средней вместимости партии составляет менее 1 мл, либо измеряют и записывают вместимость отдельных пронумерованных сосудов с точностью до 1 мл. Необходимо тщательно смазывать пробки сосудов инертной смазкой на основе кремния, чтобы обеспечить надлежащее закрытие и легкое извлечение пробок.
D.2.2 Кислородный электрод, предпочтительно со встроенной мешалкой, обеспечивающий измерение в диапазоне от 0 до 10 мг/л с точностью до 1%. Состояние равновесия должно быть достигнуто в течение примерно 1,5 мин. Электрод устанавливают, например, внутри инертной пробки, которая плотно фиксируется в горлышке сосуда для инкубации с притертой стеклянной пробкой, не допуская протекания, или применяют метод измерения концентрации кислорода в круговом байпасе.
D.2.3 Магнитная мешалка или перемешивающее устройство.
Сосуды для инкубации устанавливают в соответствии с указаниями, приведенными в 8.4, используя при этом по три колбы — FT, FB и FC. В каждый сосуд, для которого предусмотрено перемешивание, а не встряхивание, помещают магнитную мешалку. Испытательную среду готовят в количестве, достаточном для проведения испытания. Предпочтительнее использовать стандартную испытательную среду (см. 6.2.1). Чтобы обеспечить поступление питательных веществ, количество хлорида аммония в растворе A (см. 6.2.1.1) увеличивают в три раза до 1,5 г/л. Инокулируют среду согласно 8.3, предпочтительно используя активный ил с концентрацией взвешенных твердых частиц 30 мг/л, тщательно перемешивают и помещают смесь в сосуды. Объем жидкости в сосудах должен составлять две трети от их вместимости (например, объем жидкости в сосудах вместимостью 300 мл должен составлять 200 мл). Сосуды помещают в устройства для встряхивания или перемешивают, а затем инкубируют при температуре от 20 °C до 25 °C в течение одной недели. В процессе инкубации бактерии потребляют остаточные вещества и происходит стабилизация инокулята. Затем аэрируют сосуды с помощью сжатого воздуха, насыщенного водой, и воздухораспределительного устройства в течение примерно 15 мин. Измеряют начальную концентрацию кислорода. В соответствующие сосуды помещают испытуемый и контрольный материалы согласно 8.1 и 8.2. Максимальная концентрация испытуемого материала должна соответствовать значению ThOD, равному 150 мг/л, что соответствует значению TOC, равному 90 мг/л. Все сосуды плотно закрывают пробками и продолжают инкубацию.
По завершении периодов инкубации продолжительностью, равной одной неделе, или чаще в каждом сосуде определяют концентрацию растворенного кислорода. Сосуды для испытания выдерживают при температуре инкубации, которая должна быть постоянной (+/- 0,5 °C) в процессе измерений. Электрод калибруют в соответствии с указаниями изготовителя. Для проведения измерений кислорода поочередно берут каждую склянку и энергично встряхивают в течение примерно 30 с. Сосуд помещают в мешалку, не перемешивая его содержимое. Извлекают пробку и сразу же проводят кислородный электрод таким образом, чтобы пробка электрода надежно закрывала сосуд, а его наконечник находился значительно ниже поверхности жидкости. Запускают мешалку со скоростью, обеспечивающей проведение измерения кислорода и не допускающей появления вихря. Данную скорость мешалки используют также при проведении других измерений и в процессе калибровки электрода. Когда концентрация кислорода в сосуде становится постоянной, что достигается примерно через 2 мин, записывают ее значение. Для вычисления результатов испытания используют только те сосуды, в которых концентрация кислорода превышает 1,5 мг/л. В качестве альтернативы допускается применять другие методы измерения концентрации растворенного кислорода в водной фазе, такие как размещение кислородного электрода в закрытом круговом байпасе.
Измеряют pH в каждом сосуде и записывают его значение. Если pH ниже 6,0, регулируют его значение примерно до 7,5 с помощью раствора гидроксида натрия концентрацией от 0,1 до 0,5 моль/л. Если значение pH выше 8,0, его значение регулируют до 7,5 с помощью раствора соляной кислоты концентрацией от 0,1 до 0,5 моль/л. Аэрируют среду в каждом сосуде с помощью воздухораспределительного устройства в течение 15 мин и повторно измеряют концентрацию кислорода в соответствии с указаниями, приведенными выше. Сосуды закрывают пробками, помещают их в устройство для встряхивания и продолжают инкубацию. По завершении испытания учитывают поправку для измеренных значений BOD (см. 8.4 и приложение B).
Относительное поглощение кислорода Ur, измеренное в водной фазе в каждом сосуде, вычисляют по формуле (D.1)
где CBt — среднее значение концентрации растворенного кислорода в сосудах с контрольной пробой после инкубации за время t, мг/л;
Ct — концентрация растворенного кислорода в каждом сосуде с испытуемым материалом после инкубации за время t, мг/л;
Cs — значение насыщения растворенным кислородом, мг/л.
За значение насыщения Cs принимают среднее значение, измеренное после каждой аэрации или повторной аэрации сосудов с контрольной пробой и испытуемым материалом. Теоретическое значение при стандартном атмосферном давлении (1013 гПа) и температуре 20 °C составляет 9,08 мг/л.
Общую кислородную емкость сосуда Oc, мг/сосуд, определяют по формуле (D.2), используя значения, соответствующие максимальному содержанию кислорода в газовой фазе и содержанию кислорода в водной фазе при стандартном давлении и температуре 20 °C (D.2)
Oc = (0,28·Vg) + (0,009·VI), (D.2)
где 0,28 — содержание кислорода в обычном воздухе, мг/мл;
Vg — объем газа в сосуде для инкубации, мл;
0,009 — содержание кислорода в насыщенной воде, мг/мл;
VI — объем жидкости в сосуде для инкубации, мл.
Как правило, значение VI в серии испытаний сохраняет постоянное значение, за исключением процедуры отбора проб, при этом значение Vg может различаться в зависимости от применяемых сосудов. Если данные различия не являются существенными, допускается использовать постоянное значение Oc. В случае существенных различий (например, > 2 мл для сосудов вместимостью 200 мл) значение Oc следует вычислять для каждого сосуда. Если значение VI уменьшается в соответствии с объемом отобранной пробы, то значение Vg пропорционально увеличивается.
Затем вычисляют потребление кислорода BOD, мг/сосуд, по формуле (D.3)
Определяют значение BOD в конце испытания, суммируя значения потребления кислорода , мг/сосуд, для всех n периодов инкубации по формуле (D.4)
Степень биоразложения определяют согласно 9.1.
Используют соответствующие формулы, чтобы определить абиотическое разложение, а также биоразложение контрольного материала и результаты оценки ингибирования.
ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО БАЛАНСА
Пластмассы обычно имеют более сложный состав, чем вещества с низкими молекулярными массами. Для характеристики и количественного определения биоразлагаемости зачастую недостаточно определить количество выделившегося CO2 или значение BOD. В процессе биоразложения с участием микроорганизмов происходит формирование новой биомассы, в результате которого часть углерода в испытуемом материале преобразуется в биомассу, но при этом не подвергается биохимическому окислению. Поэтому такие аналитические показатели, как количество выделившегося CO2 и значение BOD, даже при условии полного биоразложения испытуемого материала, как правило, не совпадают на 100% со своими теоретическими значениями, вследствие чего результаты испытаний способны ложно указывать на недостаточное биоразложение. В подобных случаях для подтверждения полной биоразлагаемости материалов определяют общий углеродный баланс в соответствии с указаниями, приведенными в настоящем приложении. Определение общего углеродного баланса основано на суммировании значений, соответствующих измеренному количеству: углерода, выделившегося в форме диоксида углерода, углерода, вошедшего в состав новой биомассы, углерода, преобразованного в растворимые в воде органические метаболиты, углерода, определенного как DOC, и остаточного углерода, находящегося в составе неразложившегося полимерного материала. Полученную сумму значений, соответствующих количеству углерода, сравнивают с количеством углерода, введенного в систему для испытаний.
Определяют значение BOD в соответствии с 8.4.
Отбирают пробы инокулированной среды в начале испытания, перед добавлением испытуемого материала и в конце периода инкубации. Отбор проб необходимо проводить надлежащим образом, чтобы получить представительные пробы. Пробы пропускают через мембранный фильтр или центрифугируют их со скоростью примерно 40 000 м·с-2.
Для каждой пробы определяют количество биомассы в фильтрате или центрифугате с применением соответствующих методов, например измерение белка. Определяют или оценивают количество углерода в биомассе и по разности полученных значений рассчитывают увеличение количества органического углерода в биомассе.
В фильтрате каждой пробы определяют DOC в соответствии с ISO 8245 и рассчитывают увеличение количества органического углерода. Если возможно, определяют вещества, образующие DOC, чтобы подтвердить образование растворимых в воде метаболитов.
Определяют количество углерода в остаточных полимерах в конце испытания, используя в полном объеме каждую оставшуюся пробу. Как правило, это сложная процедура, и ее можно выполнить либо напрямую, если имеется возможность проведения анализа, специфичного для полимеров (см. приложение F), либо косвенно. В первом случае извлекают и взвешивают остаточные полимеры и по их известному составу вычисляют количество углерода. Один из возможных методов косвенного определения заключается в мойке, сушке, взвешивании остатка и определении общего органического углерода (TOC). Затем от значения TOC отнимают количество углерода в биомассе (см. выше), чтобы получить количество углерода в остаточных полимерах. Другой метод заключается во взвешивании остатка и его последующей обработке с использованием метода, который оказывает разрушающее действие на биомассу, но не на полимеры (что должно быть проверено заранее). Используют, например, гипохлорит натрия для удаления растворимой части и снова взвешивают пробу. Когда есть основание полагать, что вся биомасса была полностью удалена, по значению полученной массы полимера вычисляют содержание полимера в остатке.
E.3 Расчет углеродного баланса
Количество биохимически окисленного углерода CBOD, мг/л, в испытуемом материале, который вносят в систему для испытаний (содержание углерода CMAT), вычисляют по степени биоразложения Dt, определенного при испытании в респирометре (см. 9.1), по формуле (E.1)
Увеличение содержания углерода в биомассе в колбах, содержащих испытуемый материал CBIO, мг/л, определяют путем сравнения биомасс в начале и конце периода инкубации по разности измеренного или рассчитанного количества углерода в биомассе CB(конец) и CB(начало) по формуле (E.2)
CBIO = CB(конец) — CB(начало). (E.2)
Увеличение значения DOC в период инкубации CDOC, мг/л, определяют по разности концентраций в конце DOC(конец) и в начале DOC(начало) испытания по формуле (E.3)
CDOC = DOC(конец) — DOC(начало). (E.3)
Определяют количество органического углерода в остаточных полимерах в конце испытания CPOL.
Вычисляют различные количества преобразованного углерода, % от внесенного углерода CMAT, и суммируют эти значения, чтобы получить расчетное количество углерода CCALC, %, по формуле (E.4)
CCALC = CBOD + CBIO + CDOC + CPOL. (E.4)
Введение испытуемого материала: CMAT = 600 мг/л = 334,8 мг/л углерода.
Степень биоразложения: Dt = 78%.
| CB(начало) | CB(конец) | CBIO | DOC(начало) | DOC(конец) | DOC | CBOD | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| мг/л | 3,2 | 61,0 | 57,8 | 2,0 | 22,0 | 20,0 | 261 |
| % от CMAT | 17,2 | 6,0 | 78 |
ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА И МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ НЕРАСТВОРИМОГО В ВОДЕ ОСТАТКА ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА В КОНЦЕ ИСПЫТАНИЯ НА БИОРАЗЛОЖЕНИЕ
Рекомендуется применять процедуру определения количества и молекулярной массы остатка полимера в конце испытания на биоразложение. Допускается применение приведенного ниже или другого подходящего метода анализа полимеров, нерастворимых в воде и растворимых в органических растворителях, которые не смешиваются с водой.
a) Испытуемую смесь помещают в отдельную воронку, добавляют подходящий органический растворитель и встряхивают в течение 10 — 20 мин, чтобы извлечь оставшиеся полимеры. Слой органического растворителя отделяют от водного. Добавляют свежий растворитель и повторяют процедуру.
b) Объединяют органические экстракты и выпаривают растворитель до тех пор, пока он полностью не растворится. Растворяют твердую пробу в соответствующем объеме подходящего элюента.
c) Необходимое количество полученного раствора с помощью шприца вводят в аппарат для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), имеющий колонку, заполненную гелем для эксклюзионной хроматографии. Начинают анализ и записывают хроматограмму.
d) Количество полимерного материала определяют с помощью калибровочной кривой.
e) Определяют молекулярную массу полимерного материала путем введения в хроматограф того же полимера или полимеров с аналогичной структурой и известной молекулярной массой. Зависимость времени удерживания от молекулярной массы получают из итоговой хроматограммы. Используя данную зависимость, определяют молекулярную массу.
Абсолютная молекулярная масса испытуемого полимерного материала также может быть определена методом ВЭЖХ с использованием комбинированного детектора малоуглового лазерного рассеяния света (LALLS) и дифференциального рефрактометрического детектора (RI).
ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ CO2, ПОГЛОЩЕННОГО АБСОРБЕНТОМ
Если в процессе испытания происходит нитрификация, при расчете степени биоразложения, основанного на поглощении кислорода, необходимо вводить поправочный коэффициент (см. приложение B). Поскольку небольшие различия в содержании нитратов и нитритов требуют больших поправочных коэффициентов при расчете степени биоразложения, степень биоразложения рекомендуется определять, используя количество выделившегося диоксида углерода. Степень биоразложения, определенную исходя из количества выделившегося диоксида углерода, можно использовать для верификации значений, определенных исходя из потребления кислорода, после введения поправки на нитрификацию.
Количество диоксида углерода определяют в абсорбенте после каждого его обновления, а также в конце испытания. Содержимое всех колб подкисляют в конце испытания, используя от 1 до 10 мл концентрированной соляной кислоты HCl для разложения карбонатов и бикарбонатов. Продолжают аэрацию в течение 24 ч с последующим определением диоксида углерода.
Пример соответствующей аналитической процедуры: 1 мл 3 н раствора KOH добавляют в отсек для абсорбента CO2. Количество поглощенного CO2 определяют методом титрования. Объем полученного раствора KOH доводят дистиллированной или деионизированной водой (см. 6.1) до 60 мл и титруют 0,05 н раствором HCl.
Теоретическое количество диоксида углерода ThCO2, г, вычисляют по формуле (G.1)
где TOC(%) — TOC пластика (или контрольного материала), разделенное на 100;
Степень биоразложения для колбы FT вычисляют по формуле (G.2)
где (мг выделившегося CO2)T — количество диоксида углерода, выделившегося в колбе FT за период от начала до конца испытания, мг;
(мг выделившегося CO2)B — количество диоксида углерода, выделившегося в колбе FB для контрольной пробы за период от начала до конца испытания, мг;
ThCO2 — теоретическое количество диоксида углерода, выделяемого испытуемым материалом, мг.
Таким же образом вычисляют степень биоразложения контрольного материала в колбе для оценки инокулята Fc.
СВЕДЕНИЯ О СООТВЕТСТВИИ ССЫЛОЧНОГО МЕЖДУНАРОДНОГО СТАНДАРТА МЕЖГОСУДАРСТВЕННОМУ СТАНДАРТУ
<1> Отменен. Действует ASTM D 5296-19 «Стандартный метод определения средней молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полистирола методом высокоэффективной эксклюзионной хроматографии».
<2> В Российской Федерации действует ГОСТ Р ИСО 9408-2016 «Качество воды. Оценка биоразлагаемости органических соединений в водной среде. Метод оценки полной аэробной биоразлагаемости путем определения кислородной потребности в закрытом респирометре».
<3> В Российской Федерации действует ГОСТ Р ИСО 10634-2024 «Качество воды. Оценка биоразлагаемости органических соединений в водной среде. Подготовка и обработка малорастворимых в воде органических соединений для последующей оценки».
<4> В Российской Федерации действует ГОСТ Р 56989-2016 «Качество воды. Оценка биоразлагаемости органических соединений в водной среде. Выбор метода оценки».
| УДК 678.5:691.175:006.354 | МКС 83.080 | IDT |
| Ключевые слова: пластмассы, определение способности к аэробному биоразложению, респирометр, потребление кислорода, водная среда, углеродный баланс | ||
Иллюстрации
\text{поли} - \beta - \text{гидроксибутират}
BOD_{S} = \frac{BOD_{t} - BOD_{Bt}}{\rho_{\text{ТС}}}
\rho_{\text{ТС}}
D_{t} = \frac{BOD_{S}}{ThOD} \cdot 100
ThOD = \frac{16[2c + 0,5(h - cl - 3n) + 3s + 2,5p + 0,5na - o]}{M_{r}}
\beta - \text{гидроксимасляная}
ThOD = \frac{16[2 \cdot 4 + 0,5 \cdot 6 - 2]}{86}
\beta - \text{гидроксибутирата}
BOD_{N} = (\rho_{NO_{3}} \cdot 4,57) + (\rho_{NO_{2}} \cdot 3,43)
\rho_{NO_{3}}
\rho_{NO_{2}}
\rho_{NO_{3}} = 3,5\text{мг}/\text{л}
\rho_{NO_{2}} = 0,3\text{мг}/\text{л}
U_{r} = \frac{C_{Bt} - C_{t}}{C_{s}}
\sum BOD
\sum BOD = BOD_{1} + BOD_{2} + ...BOD_{n}
C_{BOD} = \frac{C_{MAT} \cdot D_{t}}{100}
\text{поли}(\beta - \text{гидроксибутирата})
ThCO_{2} = \text{образец}(\text{мг}) \cdot \frac{\text{ТОС }(\%)}{100} \cdot \frac{44}{12}
FakultätfürPÜCHNERwäßrigenTrägermaterialien