堆肥法生物降解實(shí)驗(yàn)步驟

1.接種物制備

正常運(yùn)行的需氧堆肥裝置產(chǎn)生的充分曝氣的堆肥可以用作接種物。接種物應(yīng)均勻、沒(méi)有大的惰性物質(zhì),比如玻璃、石塊、金屬件。手工去除這些雜質(zhì)后用孔徑0.5 cm~1.0 cm的篩子將堆肥進(jìn)行篩選。

注1:為了保證微生物的多樣性,建議使用城市固體廢棄物中有機(jī)物在堆肥裝置中產(chǎn)生的堆肥，堆肥肥齡zuihao2個(gè)月~4個(gè)月。沒(méi)有這樣的堆肥,則可采用園林和農(nóng)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(chǎn)生的堆肥.

注2:為了盡可能維持良好的曝氣條件,建議加入多孔、惰性或難以生物分解的結(jié)構(gòu)性材料,以阻止堆肥在試驗(yàn)期間粘連和堵塞.

測(cè)定接種物中的總干固體含量和揮發(fā)性固體含量?？偢晒腆w含量應(yīng)當(dāng)是濕固體量的50% ~55%,揮發(fā)性固體含量不超過(guò)干固體含量30% ,或不超過(guò)濕固體量的15%。必要時(shí),在使用堆肥前加水,或進(jìn)行適當(dāng)?shù)母稍?比如用干燥空氣對(duì)堆肥進(jìn)行曝氣處理) ,從而對(duì)水分含量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。制備1份接種物與5份無(wú)離子水的混合液,將它們充分振蕩均勻后立即測(cè)pH值,其值應(yīng)在7.0~9.0之間。

注3：為了表征接種物,可以在試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)再測(cè)定總有機(jī)碳、總氮或脂肪酸含量。

在試驗(yàn)期間用可生物分解參比材料 ,再測(cè)定空白容器釋放的二氧化碳,從而來(lái)檢驗(yàn)接種物的活性。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí),參比材料應(yīng)至少分解70%。在試驗(yàn)開(kāi)始的10 d內(nèi),容器內(nèi)的接種物相對(duì)每克揮發(fā)性固體產(chǎn)生的二氧化碳大約為50 mg~150 mg。如果二氧化碳釋放量太高,則堆肥應(yīng)當(dāng)曝氣幾天,再用于新的試驗(yàn)。如果活性太小，則應(yīng)選用其他堆肥作接種物。.

2.準(zhǔn)備試驗(yàn)材料和參比材料

按照測(cè)定試驗(yàn)材料和參比材料的總有機(jī)碳(TOC),以每克總干固體的總有機(jī)碳的克數(shù)來(lái)表示。或者,如果材料不含有無(wú)機(jī)碳,則可以用元素分析法測(cè)定其含碳量。試驗(yàn)材料應(yīng)含有足夠的有機(jī)碳，以便產(chǎn)生適合于測(cè)定所需的二氧化碳。一般,每個(gè)容器50g總干固體至少含有20 g總有機(jī)碳。如果要測(cè)定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失,則應(yīng)當(dāng)測(cè)定試驗(yàn)材料的總干固體含量和揮發(fā)性固體含量。

注:試驗(yàn)期間測(cè)定的試驗(yàn)材料和參比材料的質(zhì)量損失,可用作補(bǔ)充資料。在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)測(cè)定試驗(yàn)材料的揮發(fā)性固體含量,將它與試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的揮發(fā)性固體含量進(jìn)行對(duì)比。

試驗(yàn)材料的型式包括粒狀、粉末狀、薄膜、或簡(jiǎn)單形狀(比如啞鈴型)。每一件試樣的最大表面積大約為2 cmX2 cm.如果試樣原件超過(guò)該尺寸，則應(yīng)加以減小。

3.開(kāi)始試驗(yàn)

至少準(zhǔn)備下列數(shù)量的堆肥容器:

a) 3個(gè)裝試驗(yàn)材料的容器 ;

b) 3 個(gè)裝參比材料的容器;

c) 3個(gè)空白容器。

試驗(yàn)材料和接種物的試驗(yàn)混合物的量,取決于試驗(yàn)材料的性質(zhì)和堆肥容器的尺寸。接種物的干重與試驗(yàn)材料的干重比大約為6: 1.應(yīng)保證每個(gè)容器中堆肥的量都相同。如果加入惰性材料,則不考慮該比例。試驗(yàn)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(yàn)混合物能夠進(jìn)行人工振蕩。

一個(gè)大約3 L的容器,可裝人約600 g總干固體的接種物和約100 g干固體的試驗(yàn)材料。試驗(yàn)混合物水分含量約50%.混合物應(yīng)感到有點(diǎn)發(fā)黏,或者用手稍稍一壓有游離水出來(lái)。如有必要,可適當(dāng)加水或用干燥空氣進(jìn)行曝氣處理來(lái)調(diào)節(jié)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(yàn)混合物中的有機(jī)碳與氮的比(C: N)應(yīng)適當(dāng),以保證進(jìn)行良好的堆肥,其值在10~40之間。必要時(shí)可以用尿素來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。從試驗(yàn)材料和接種物的總有機(jī)碳(TOC)可以計(jì)算出有機(jī)碳含量。用試驗(yàn)混合物的代表性試樣可以測(cè)定總氮含量。

把堆肥容器放置在58 °C士2°C的試驗(yàn)環(huán)境中,用水飽和的、沒(méi)有二氧化碳的空氣進(jìn)行曝氣。將空氣通過(guò)灌滿氫氧化鈉溶液的洗瓶就可以得到所需的水飽和的、沒(méi)有二氧化碳的空氣。

注2:如果直接測(cè)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(méi)有二氧化碳的空氣。此時(shí),建議測(cè)量每一個(gè)容器進(jìn)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(jìn)口的二氧化碳濃度。

應(yīng)當(dāng)采用足夠大的空氣流量,以保證在整個(gè)試驗(yàn)期間每一個(gè)堆肥容器都能維持曝氣條件。應(yīng)當(dāng)定期檢查(可采用空氣流量計(jì))每一個(gè)出口的空氣流量,以保證系統(tǒng)任何部分都沒(méi)有泄露.

注3:定期測(cè)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(yīng)不低于6%.第一個(gè)星期應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測(cè)氧氣濃度,至少每天測(cè)量2次,以后,測(cè)量次數(shù)可以減少。必要時(shí)，調(diào)節(jié)空氣流量。

參比材料的處理方法與試驗(yàn)材料的處理方法相同?？瞻兹萜髦缓臃N物?？瞻兹萜髋c試驗(yàn)材料容器中接種物的總干固體的量應(yīng)當(dāng)相等。

4.培養(yǎng)階段

在試驗(yàn)期間定期用氣相色譜儀、總有機(jī)碳分析儀或紅外分析儀測(cè)量每個(gè)堆肥容器排放氣中的二氧化碳的含量,或者用氫氧化鈉溶液吸收后,測(cè)量溶解無(wú)機(jī)碳(DIC),作為累計(jì)放出的二氧化碳量.測(cè)量的次數(shù)取決于所用的方法、所需的生物分解曲線的精度以及試驗(yàn)材料的可生物分解性。如果采用直接測(cè)量法,在生物分解階段至少每天測(cè)量2次,時(shí)間間隔大約6 h,在平穩(wěn)階段,每天至少測(cè)量1次。如果采用累計(jì)法,則在生物分解階段每天測(cè)量溶解無(wú)機(jī)碳1次,在平穩(wěn)階段,每周測(cè)量2次。

堆肥容器每周振蕩一次,防止板結(jié),保證微生物與試驗(yàn)材料充分接觸。

注1:建議先斷開(kāi)供氣系統(tǒng),振蕩堆肥容器.

應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行直觀檢查,保證堆肥容器中試驗(yàn)混合物的濕度適當(dāng),沒(méi)有任何游離水或料塊。一般,堆肥容器頂部沒(méi)有冷凝水說(shuō)明系統(tǒng)處于很干燥的狀態(tài)?？梢杂眠m當(dāng)?shù)膬x器測(cè)量水分含量并將其保持在大約50%.用濕空氣或干空氣可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)至所需的水分含量。從進(jìn)氣口排水或加水可以使水分含量發(fā)生明顯變化。每周振蕩一次堆肥容器有助于保證水分的均勻分布。如果進(jìn)行調(diào)節(jié),則應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測(cè)排放的二氧化碳。

在堆肥容器每周振蕩時(shí)及試驗(yàn)期結(jié)束時(shí),應(yīng)當(dāng)記錄堆肥性狀直觀觀察結(jié)果,比如結(jié)構(gòu)、水分含量、色澤、霉菌生成、排放氣的氣味,以及試驗(yàn)材料的崩解程度。

堆肥周期不超過(guò)6個(gè)月,溫度要保持58 °C士2° C ,這是實(shí)際堆肥處理的代表性溫度。如果還能觀測(cè)到明顯的生物分解現(xiàn)象,則試驗(yàn)期應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)到恒定平穩(wěn)階段為止。如果平穩(wěn)階段提前出現(xiàn)，則可以縮短試驗(yàn)周期.

試驗(yàn)開(kāi)始后,應(yīng)定期測(cè)量pH值.

注2:如果pH值低于7. 0,是因?yàn)槿菀追纸獾脑囼?yàn)材料迅速分解使堆肥酸化,這會(huì)抑制材料的生物分解。此時(shí),建議測(cè)量揮發(fā)性脂肪酸含量,檢查堆肥容器中組分的酸化情況。如果每千克總干固體產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸含量趣過(guò)2 g,則由于酸化及微生物活性受到抑制,該試驗(yàn)應(yīng)視作無(wú)效。要防止酸化,可增加所有堆肥容器中堆肥的量,或者減少試驗(yàn)材料、增加堆肥,再重復(fù)試驗(yàn).

5.結(jié)束試驗(yàn)

如果要測(cè)定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失,則稱量每一個(gè)盛放試驗(yàn)混合物的堆肥容器。從每個(gè)容器取出試驗(yàn)混合物的試樣。測(cè)定總干固體和揮發(fā)性固體.記錄每次試驗(yàn)材料性狀直觀觀察結(jié)果的詳細(xì)情況,以確定其崩解程度。

注:建議研究剩下的試驗(yàn)材料,比如測(cè)量有關(guān)的物理性質(zhì)、化學(xué)分析及照相。

6.蛭石的使用

如果使用蛭石代替堆肥，首次接種應(yīng)在含有有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和腐熟堆肥培養(yǎng)液中進(jìn)行，蛭石與培養(yǎng)液的比例為1 : 3(質(zhì)量/體積)。

7.使用蛭石復(fù)原操作過(guò)程和碳平衡

試驗(yàn)結(jié)束時(shí),通過(guò)提取蛭石培養(yǎng)基,復(fù)原并測(cè)定試驗(yàn)材料殘留量、生物分解副產(chǎn)物含量和生物質(zhì)含量。每個(gè)容器的試驗(yàn)可進(jìn)行單獨(dú)分析或?qū)θ吭囼?yàn)綜合分類分析。所得生物質(zhì)、試驗(yàn)材料殘留量、副產(chǎn)物含量可與試驗(yàn)中的二氧化碳釋放量相結(jié)合,驗(yàn)證最終碳平衡。通過(guò)對(duì)原試驗(yàn)樣品的碳含量分析與試驗(yàn)中轉(zhuǎn)化為二氧化碳的碳含量、轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)的碳含量、殘留試驗(yàn)樣品和生物分解副產(chǎn)物的碳含量進(jìn)行比較,從而確定最終的生物分解程度。

對(duì)于不同材質(zhì)的試驗(yàn)材料進(jìn)行提取時(shí),初步依次使用水和/或其他有機(jī)溶劑提取,以選擇適合的溶劑。

分析方法包括:光譜法(紅外,紫外分光光度,核磁共振等),色譜法,重量分析,元素分析等。這些方法可直接用于提取物和/或濃縮提取物。提取物也可進(jìn)行生物毒性試驗(yàn)。

生物降解試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)飛凡檢測(cè)

結(jié)果的有效性

只有試驗(yàn)符合下列事項(xiàng),才可認(rèn)為有效:

a)45d后參比材料的生物分解百分率超辻70%;

b)在試驗(yàn)結(jié)束時(shí) 毎個(gè)堆肥容器的生物分解百分率之間的相對(duì)偏差不超辻20%；

c)在培養(yǎng)前 10 d內(nèi),空白容器中接種物產(chǎn)生50 mg CO2/g揮發(fā)性固體(平均值)至150 mg CO2/g揮發(fā)性固體(平均值)。