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個月~4個月。沒有這樣的堆肥,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(jìn)行適當(dāng)?shù)母稍?比如用干燥空氣對堆肥進(jìn)行曝氣處理) ,從而對水分含量進(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(yīng)在7.0~9.0之間。

注3：為了進(jìn)一步表征接種物,可以在試驗(yàn)開始和結(jié)束時另外再測定總有機(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 ,再測定空白容器釋放的二氧化碳,從而來檢驗(yàn)接種物的活性。在試驗(yàn)結(jié)束時,參比材料應(yīng)至少分解70%。在試驗(yàn)開始的10 d內(nèi),容器內(nèi)的接種物相對每克揮發(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)來表示。或者,如果材料不含有無機(jī)碳,則可以用元素分析法測定其含碳量。試驗(yàn)材料應(yīng)含有足夠的有機(jī)碳，以便產(chǎn)生適合于測定所需的二氧化碳。一般,每個容器50g總干固體至少含有20 g總有機(jī)碳。如果要測定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失,則應(yīng)當(dāng)測定試驗(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)開始時測定試驗(yàn)材料的揮發(fā)性固體含量,將它與試驗(yàn)結(jié)束時的揮發(fā)性固體含量進(jìn)行對比。

試驗(yàn)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2 cmX2 cm.如果試樣原件超過該尺寸，則應(yīng)加以減小。

3.開始試驗(yàn)

至少準(zhǔn)備下列數(shù)量的堆肥容器:

a) 3個裝試驗(yàn)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(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。如有必要,可適當(dāng)加水或用干燥空氣進(jìn)行曝氣處理來調(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。必要時可以用尿素來進(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、沒有二氧化碳的空氣進(jìn)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。

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(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,以保證在整個試驗(yàn)期間每一個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))每一個出口的空氣流量,以保證系統(tǒng)任何部分都沒有泄露.

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(yīng)不低于6%.第一個星期應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測氧氣濃度,至少每天測量2次,以后,測量次數(shù)可以減少。必要時，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量每個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,測量溶解無機(jī)碳(DIC),作為累計(jì)放出的二氧化碳量.測量的次數(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。如果采用直接測量法,在生物分解階段至少每天測量2次,時間間隔大約6 h,在平穩(wěn)階段,每天至少測量1次。如果采用累計(jì)法,則在生物分解階段每天測量溶解無機(jī)碳1次,在平穩(wěn)階段,每周測量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:建議先斷開供氣系統(tǒng),然后振蕩堆肥容器.

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),沒有任何游離水或料塊。一般,堆肥容器頂部沒有冷凝水說明系統(tǒng)處于很干燥的狀態(tài)。可以用適當(dāng)?shù)膬x器測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)測排放的二氧化碳。

在堆肥容器每周振蕩時及試驗(yàn)期結(jié)束時,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6個月,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。如果還能觀測到明顯的生物分解現(xiàn)象,則試驗(yàn)期應(yīng)當(dāng)延長到恒定平穩(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)開始后,應(yīng)定期測量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,這會抑制材料的生物分解。此時,建議測量揮發(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)

如果要測定試驗(yàn)材料的質(zhì)量損失,則稱量每一個盛放試驗(yàn)混合物的堆肥容器。從每個容器取出試驗(yàn)混合物的試樣。測定總干固體和揮發(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:建議進(jìn)一步研究剩下的試驗(yàn)材料,比如測量有關(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)原操作過程和碳平衡

試驗(yàn)結(jié)束時,通過提取蛭石培養(yǎng)基,復(fù)原并測定試驗(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,進(jìn)一步驗(yàn)證最終碳平衡。通過對原試驗(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。

對于不同材質(zhì)的試驗(yàn)材料進(jìn)行提取時,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

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 毎個堆肥容器的生物分解百分率之間的相對偏差不超辻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)。