Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9494:2012 Chất dẻo - Xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí

• Số hiệu: TCVN9494:2012
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2012

Thành phần	Mô tả	Phần trăm biểu thị theo khối lượng khô
Cát thạch anh công nghiệp	Chủ yếu là cát mịn, trong đó hơn 50 % kích thước hạt nằm trong khoảng từ 0,05 mm đến 0,2 mm	70
Khoáng sét	Khoáng sét cao lanh (chứa nhiều hơn 30 % cao lanh) hoặc canxi bentonit	10
Đất tự nhiên	Xem 8.3.1	16
Compost đã ngấu	Sử dụng compost đã được để thoáng khí tốt, lấy từ bãi compost hiếu khí. Để vi khuẩn hoạt động ổn định thì nên sử dụng compost có thời gian ủ 1 năm. Nếu không có được loại này thì sử dụng compost được ủ ít nhất từ 2 đến 3 tháng. Compost phải đồng nhất và không có các vật liệu trơ như thủy tinh, đá hoặc mảnh kim loại. Loại bỏ các chất này bằng phương pháp thủ công và sau đó sàng compost trên sàng có đường kính lọt sàng khoảng từ 2 cm đến 5 cm.	4

Cho thêm muối theo quy định trong Bảng 2 vào đất quy định trong Bảng 1, thường muối này được hòa tan trong nước và tại thời điểm điều chỉnh lượng nước (xem 8.3.4).

Bảng 2 - Muối bổ sung

Thành phần

g/kg đất

KH₂PO₄

0,2

MgSO₄

0,1

NaNO₃

...

...

...

Urê

0,2

NH₄Cl

0,4

Một phép thử liên phòng đã được tiến hành để công nhận đất chuẩn này (xem Phụ lục G).

8.3.3 Xác định đặc tính của đất

Biết được đặc tính của đất rất cần thiết để có thể giải thích rõ ràng kết quả của việc nghiên cứu. Do vậy ít nhất phải thực hiện các phép thử sau đây trên đất đã được chọn:

a) tổng khả năng giữ nước, theo TCVN 6651 (ISO 11274);

b) pH của đất, theo TCVN 5979 (ISO 10390);

...

...

...

8.3.4 Điều chỉnh hàm lượng nước và pH của đất

Điều chỉnh hàm lượng nước của đất đến giá trị thích hợp đối với vật liệu thử bằng cách bổ sung một lượng nước phù hợp vào đất hoặc bằng cách sấy khô đất trong không khí ở nơi có bóng râm sau khi cho thêm một lượng nước thích hợp. Điều chỉnh pH của đất trong khoảng từ 6,0 đến 8,0 nếu như pH của đất không nằm trong khoảng này.

CHÚ THÍCH: Hàm lượng nước tối ưu của đất thử phụ thuộc vào vật liệu thử. Giá trị này thường nằm trong khoảng từ 40 % đến 60 % tổng khả năng giữ nước.

Nên điều chỉnh tỷ lệ giữa cacbon hữu cơ trong vật liệu thử hoặc vật liệu đối chứng với nitơ trong đất (tỷ lệ C:N) đến ít nhất là 40:1, để đảm bảo quá trình phân hủy sinh học diễn ra tốt, nếu như tỷ lệ này chưa nằm trong khoảng đó. Có thể thực hiện việc này bằng cách bổ sung nitơ qua dung dịch amoni clorua hoặc bằng cách bổ sung dung dịch có chứa muối như quy định trong Bảng 2.

8.3.5 Xử lý và bảo quản đất

Bảo quản đất trong một bình chứa được đậy kín ở trong khoảng nhiệt độ 4 ^oC ± 2 ^oC cho đến khi đất được sử dụng trong phép thử. Không xử lý đất bằng bất kỳ cách nào mà làm ức chế hoạt động của vi sinh vật trong đất.

Cần phải tuân thủ theo TCVN 7538-6 (ISO 10381-6) để đảm bảo việc lấy mẫu không làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật trong đất.

8.4 Khởi động và tiến hành phép thử

Chuẩn bị số lượng các bình thử như sau:

...

...

...

b) ba bình thử chứa mẫu trắng (ký hiệu F_B)

c) ba bình thử dùng để kiểm tra hoạt tính của đất sử dụng vật liệu đối chứng (ký hiệu F_C);

và nếu có yêu cầu:

d) một bình thử dùng để kiểm tra sự phân hủy không có bản chất sinh học hoặc các thay đổi không thuộc sinh vật học của vật liệu thử (ký hiệu F_S);

e) một bình thử để kiểm tra tác động ức chế của vật liệu thử (ký hiệu F₁).

Cho đất (xem 8.3) vào đáy từng bình thử và cho thêm vật liệu thử (xem 8.1) hoặc vật liệu đối chứng (xem 8.2) vào như chỉ dẫn trong Bảng 3. Ghi lại khối lượng mỗi bình thử có chứa hỗn hợp thử. Khi tiến hành đồng thời hai phép thử thì phải nêu trong báo cáo thử nghiệm.

Quan trọng là phải trộn vật liệu thử đồng nhất với đất, nếu vật liệu thử ở dạng bột và nếu vật liệu thử ở dạng màng thì trải rộng càng nhiều càng tốt để tăng sự tiếp xúc giữa vật liệu thử với vi sinh vật trong đất. Cũng nên nén bề mặt hỗn hợp thử bằng một cái bay để tăng sự tiếp xúc giữa vật liệu thử với vi sinh vật trong đất.

Nếu tiến hành kiểm tra sự phân hủy không có bản chất sinh học, thì chi tiết quá trình tiến hành sử dụng để ức chế hoạt động của vi sinh vật khi bắt đầu phép thử và khi duy trì điều kiện vô khuẩn trong quá trình thử phải được nêu trong báo cáo thử nghiệm.

Đặt các bình thử vào trong môi trường có nhiệt độ ổn định (xem Điều 5) và để tất cả các bình thử đạt đến nhiệt độ mong muốn. Nối các bình này với hô hấp kế hoặc hệ thống cung cấp không khí không chứa cacbon dioxit và bắt đầu quá trình ủ.

...

...

...

Nếu xác định cacbon dioxit sinh ra thì đo lượng cacbon dioxit sinh ra (với tần suất tùy thuộc vào tốc độ sinh ra cacbon dioxit) từ mỗi bình thử bằng phương pháp phù hợp và có độ chính xác (xem Phụ lục B và Phụ lục C).

Bảng 3 - Phân bổ cuối cùng của vật liệu thử và vật liệu đối chứng

Bình thử

Vật liệu thử

Vật liệu đối chứng

Đất thử

F_T

Mẫu thử

+

...

...

...

+

F_T

Mẫu thử

+

-

+

F_T

Mẫu thử

+

...

...

...

+

F_B

Mẫu trắng

-

-

+

F_B

Mẫu trắng

-

...

...

...

+

F_B

Mẫu trắng

-

-

+

F_C

Kiểm tra hoạt tính đất

-

...

...

...

+

F_C

Kiểm tra hoạt tính đất

-

+

+

F_C

Kiểm tra hoạt tính đất

-

...

...

...

+

F_S

Kiểm tra phân hủy không có bản chất sinh học (tùy chọn)

+

-

-

F_l

Kiểm tra sự ức chế (tùy chọn)

+

...

...

...

+

+ = có; - = không có.

Nếu tốc độ phân hủy sinh học được xem là bị chậm lại do đất thử bị khô trong suốt quá trình thử thì ngừng đo và tháo các bình thử ra khỏi hô hấp kế hoặc hệ thống cung cấp không khí không chứa cacbon dioxit. Cân các bình thử và cho thêm một lượng nước thích hợp vào đất thử để đưa hàm lượng nước về lại như ban đầu. Nối lại các bình thử và bắt đầu đo lượng oxy tiêu thụ hay cacbon dioxit sinh ra. Các thao tác này phải được thực hiện sao cho không ức chế hoạt tính của các vi sinh vật trong đất và không ảnh hưởng tới việc đo sự hấp thụ oxy hoặc lượng cacbon dioxit sinh ra và phải nêu rõ trong báo cáo thử nghiệm.

Khi đạt được đến mức BOD hoặc cacbon dioxit sinh ra không đổi (đạt đến giai đoạn ổn định) và không có sự phân hủy sinh học nào tiếp tục diễn ra nữa thì phép thử được coi là đã hoàn thành.

Thông thường thời gian thử không được vượt quá sáu tháng. Tuy nhiên nếu vẫn quan sát được rõ quá trình phân hủy sinh học và sau một thời gian dài vẫn chưa đạt được giai đoạn ổn định thì có thể kéo dài thêm phép thử nhưng không vượt quá 2 năm. Nếu phép thử kéo dài hơn sáu tháng thì định kì phải kiểm tra các rò rỉ có thể xảy ra. Thời gian kéo dài và việc thực hiện các phép đo đặc biệt, ví dụ để đảm bảo tính đa dạng của vi sinh vật hoặc để cung cấp đủ chất dinh dưỡng, đều phải nêu rõ trong báo cáo thử nghiệm.

Khi kết thúc phép thử, tháo các bình thử ra và cân các bình thử này để kiểm tra sự giảm hàm lượng nước trong đất thử. Hoặc có thể tách cặn vật liệu thử ra khỏi đất bằng một dung môi thích hợp (nếu có thể) và cân.

9 Tính toán và biểu thị kết quả

9.1 Tính toán

9.1.1 Phần trăm phân hủy sinh học từ các giá trị oxy tiêu thụ

...

...

...

                       (1)

Trong đó:

BOD_s là lượng BOD cụ thể của vật liệu thử, tính bằng miligam trên gam vật liệu thử;

BOD_t là lượng BOD trong bình thử chứa vật liệu thử F_T vào thời điểm t, biểu thị bằng miligam trên kilogam đất thử, tính bằng cách chia lượng oxy tiêu thụ đo được, theo miligam, cho lượng đất thử, theo kilogam;

BOD_Bt là lượng BOD trong bình thử chứa mẫu trắng F_B vào thời điểm t, biểu thị bằng miligam trên kilogam đất thử;

r_T là nồng độ vật liệu thử trong hỗn hợp phản ứng của bình thử F_T, biểu thị bằng miligam trên kilogam đất thử;

Tính phần trăm phân hủy sinh học D_t là tỷ lệ giữa lượng cầu oxy sinh hóa cụ thể với lượng cầu oxy theo lý thuyết (ThOD, biểu thị bằng miligam trên gam vật liệu thử) theo công thức (2):

                                 (2)

Tương tự như trên, tính lượng BOD và phần trăm phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng F_c và nếu có, của bình thử kiểm tra sự phân hủy không có bản chất sinh học F_s và bình thử kiểm sự ức chế F_l. Để tính lượng ThOD, xem Phụ lục D.

...

...

...

9.1.2.1 Lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuyết từ vật liệu thử

Tính lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuyết (ThCO₂) từ vật liệu thử, biểu thị bằng miligam theo công thức (3):

                         (3)

Trong đó:

m là khối lượng vật liệu thử cho vào hệ thống thử, tính bằng miligam;

w_c là hàm lượng cacbon của vật liệu thử, tính từ công thức hóa học hoặc phân tích nguyên tố, biểu thị bằng phần khối lượng,

44 và 12 là khối lượng phân tử của cacbon dioxit và khối lượng nguyên tử của cacbon.

Tính tự như trên tính lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuyết từ vật liệu đối chứng và từ hỗn hợp vật liệu thử và vật liệu đối chứng trong bình thử F_l

9.1.2.2 Phần trăm phân hủy sinh học

...

...

...

                    (4)

Trong đó:

là lượng cacbon dioxit sinh ra trong bình thử chứa vật liệu thử F_T từ lúc bắt đầu phép thử đến thời điểm t, tính bằng miligam;

là lượng cacbon dioxit sinh ra trong bình thử chứa mẫu trắng F_B từ lúc bắt đầu phép thử đến thời điểm t, tính bằng miligam;

ThCO₂ là lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuyết từ vật liệu thử, tính bằng miligam.

Tương tự như trên, tính phần trăm hủy sinh học của vật liệu đối chứng trong bình thử kiểm tra hoạt tính của đất, F_c.

9.2 Biểu thị và giải thích kết quả

Lập bảng tính các giá trị BOD hoặc lượng cacbon dioxit đo được và giá trị phần trăm phân hủy sinh học tương ứng với từng thời điểm đo. Đối với mỗi bình thử, vẽ đồ thị đường cong của lượng BOD hoặc lượng cacbon dioxit sinh ra theo thời gian và đường cong phần trăm phân hủy sinh học theo thời gian.

Nếu thu được các kết quả có thể so sánh đối với hai bình thử tiến hành đồng thời thì có thể vẽ đường cong trung bình.

...

...

...

Khả năng thấm ướt và hình dạng của các miếng vật liệu thử có thể ảnh hưởng đến kết quả và phải tính đến điều này khi so sánh các kết quả thu được từ các vật liệu thử khác nhau.

Thông tin về tính độc của vật liệu thử có thể sẽ hữu ích trong việc giải thích các kết quả thử đối với khả năng phân hủy sinh học kém.

10 Độ tin cậy của kết quả

Phép thử được coi là có tin cậy nếu

a) Mức độ phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng lớn hơn 60 % tại giai đoạn ổn định hoặc khi kết thúc phép thử.

và

b) Các giá trị BOD hoặc lượng cacbon dioxit sinh ra từ ba bình thử chứa mẫu trắng F_B nằm trong khoảng 20 % giá trị trung bình tại giai đoạn ổn định hoặc khi kết thúc phép thử.

Nếu không đạt được các tiêu chuẩn này thì lặp lại phép thử bằng cách sử dụng đất được điều hòa sơ bộ hoặc được ủ trước.

11 Báo cáo thử nghiệm

...

...

...

a) viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) tất cả thông tin cần thiết để nhận biết vật liệu thử và vật liệu đối chứng, gồm tên, thành phần và công thức hóa học (nếu biết), ThOD, ThCO₂ (gồm cả phương pháp tính toán), thể loại, hình dạng hạt, hàm lượng/nồng độ các mẫu thử và hàm lượng chất phụ gia (nếu có thể);

c) lai lịch của vật liệu thử (các hạt nguyên bản, sản phẩm chất dẻo cuối cùng được chuyển hóa hoặc mẫu đã lão hóa), chi tiết điều kiện xử lý sơ bộ nếu có tiến hành;

d) toàn bộ thông tin về đất gồm nguồn gốc, ngày tháng lấy đất, đặc tính, lượng sử dụng trong phép thử, điều kiện bảo quản, xử lý và chi tiết về việc ủ trước;

e) các điều kiện thử chính gồm có lượng vật liệu thử được sử dụng, nhiệt độ và thời gian ủ;

f) kỹ thuật phân tích được sử dụng gồm nguyên tắc của hô hấp kế và phương pháp sử dụng để đo lượng cacbon dioxit sinh ra;

g) tất cả các thao tác khác được thực hiện bao gồm việc bổ sung nước vào hỗn hợp thử trong suốt quá trình thử và kết quả phân tích hỗn hợp thử gồm các hàm lượng nước, khi kết thúc phép thử;

h) tất cả các kết quả thử thu được đối với vật liệu thử và vật liệu đối chứng (dạng bảng biểu và đồ thị) bao gồm lượng BOD hoặc lượng tích lũy cacbon dioxit sinh ra đo được, các giá trị phần trăm phân hủy sinh học và đồ thị của các thông số này theo thời gian;

i) khoảng thời gian của giai đoạn thích ứng và giai đoạn phân hủy sinh học, mức phân hủy sinh học tối đa cũng như tổng thời gian thử;

...

...

...

j) lượng cặn vật liệu thử hoặc phần trăm phân hủy sinh học tính từ lượng cặn vật liệu thử;

k) đơn vị cụm khuẩn (cfu/g) có trong đất;

l) chi tiết phương pháp sử dụng trong thời gian thử kéo dài (lâu hơn 6 tháng) để hỗ trợ cho sự đa dạng của vi sinh vật hoặc để tránh sự thiết hụt chất dinh dưỡng;

m) các thông tin về vật liệu thử và lượng sử dụng nếu phép thử được thực hiện với nồng độ vật liệu thử thấp hơn để tránh các ảnh hưởng độc;

n) bất kỳ dữ liệu nào có liên quan (ví dụ khối lượng phân tử ban đầu của mẫu thử, khối lượng phân tử của cặn polyme);

o) bất kỳ sai khác nào so với phương pháp thử quy định.

Phụ lục A

(tham khảo)

...

...

...

Hô hấp kế như nêu tại Hình A.1 được cài đặt trong một môi trường có kiểm soát nhiệt độ (ví dụ bếp cách thủy) bao gồm các bình thử nghiệm có chất hấp thụ CO₂ ở khoảng không bên trên, một thiết bị sản xuất oxy theo phương pháp điện phân, một áp kế và một thiết bị kiểm tra và thiết bị ghi để bên ngoài (máy in, thiết bị vẽ đồ thị hoặc máy tính). Đổ hỗn hợp thử vào một phần ba thể tích của bình thử nghiệm. Nếu quá trình phân hủy sinh học xảy ra, các vi sinh vật tiêu thụ oxy và sản sinh ra cacbon dioxit và cacbon dioxit bị hấp thụ hoàn toàn. Tổng áp suất trong các bình giảm xuống. Khi áp suất giảm thì quá trình điện phân oxy được khởi động lại. Sau đó, khi áp suất ban đầu được thiết lập lại thì quá trình điện phân dừng và lượng điện sử dụng tương ứng với lượng oxy bị tiêu thụ được đo liên tục và được dùng để xác định lượng oxy tiêu thụ, biểu thị theo mg/l BOD trên thiết bị ghi.

CHÚ DẪN

1 Bình thử

2 Hỗn hợp thử

3 Chất hấp thụ CO₂

4 Thiết bị kiểm tra

5 Máy in, thiết bị vẽ đồ thị hoặc máy tính

...

...

...

7 Không gian kín được ổn nhiệt

8 Thiết bị sản xuất oxy

Hình A.1 - Giản đồ của một hô hấp kế

Phụ lục B

(tham khảo)

Ví dụ về hệ thống đo lượng cacbon dioxit sinh ra

Lắp dãy các bình thử nghiệm vào theo như hình B.1 và nối với hệ thống ống kín khí. Thổi vào hệ thống khí không có CO₂ ở một áp suất thấp không đổi (thường ít nhất là một thể tích khí tương đương với thể tích của ba bình trên một giờ khi sử dụng nồng độ vật liệu thử cao, ví dụ 2 500 mg vật liệu thử cho 200 g đất) Đếm lượng bóng khí hoặc sử dụng một thiết bị kiểm soát dòng phù hợp (2) để kiểm tra tốc độ dòng khí. Sử dụng khí tổng hợp không có CO₂ hoặc khí nén. Trong trường hợp sử dụng khí nén thì loại bỏ khí CO₂ bằng cách cho khí đi qua một chai (3) chứa natri cacbonat khô hoặc cho qua ít nhất hai bình rửa khí có chứa, ví dụ như 500 ml dung dịch kali hydroxit 10 mol/L. Có thể sử dụng thêm một bình có chứa 100 ml dung dịch bari hydroxit 0,0125 mol/L và một bình rỗng để nhận biết sự hiện diện của CO₂ trong khí khi nó làm đục dung dịch này và để ngăn việc cuốn theo chất lỏng vào trong bình thử nghiệm. Nếu cần, có thể thêm dụng cụ tạo ẩm ở phía trước bình thử để làm ẩm không khí, tránh sự bốc hơi ẩm từ đất. Có thể thực hiện việc này bằng cách như là thổi khí qua một dung dịch có độ ẩm ổn định, chẳng hạn như dung dịch natri photphat đã bão hòa. Nếu quá trình phân hủy sinh học xảy ra, cacbon dioxit được sinh ra trong bình thử và được hấp thụ trong các chai chứa chất hấp thụ (6) như nêu tại Phụ lục C. Để giữ cho đất thử ẩm (bình 5) và duy trì điều kiện hiếu khí, điều chỉnh tốc độ dòng khí ở đầu vào.

Để đảm bảo sự thoáng khí hoàn toàn và tránh tạo ra gradien nồng độ khí trong bình thử, đầu vào của ống phải nằm sâu trong đất để cho không khí đi xuyên qua đất thử.

...

...

...

CHÚ DẪN

1 Không khí vào

2 Thiết bị kiểm soát dòng

3 Chất hấp thụ CO₂­

4 Dụng cụ tạo ẩm

5 Bình thử

6 Chai hấp thụ CO₂

Hình B.1 - Giản đồ hệ thống đo lượng cacbon dioxit sinh ra

...

...

...

Phụ lục C

(tham khảo)

Ví dụ về phương pháp xác định cacbon dioxit sinh ra

C.1 Xác định CO₂ bằng cách đo DIC

Khí cacbon dioxit sinh ra được hấp thụ trong dung dịch natri hydroxit (NaOH) và được xác định là cacbon vô cơ hòa tan (DIC) bằng máy phân tích DOC mà không cần tro hóa.

Chuẩn bị dung dịch 0,05 mol/L NaOH trong nước khử ion. Đo lượng DIC của dung dịch này và sử dụng giá trị mẫu trắng này khi tính CO₂ sinh ra. Nối vào dãy bình thử nghiệm hai chai chứa chất hấp thụ, mỗi chai chứa 100 ml dung dịch NaOH. Dùng một xi phông nhỏ đóng đầu ra của chai cuối cùng để ngăn CO₂ từ không khí bên ngoài đi vào dung dịch NaOH. Vào các ngày xác định CO₂, lấy chai chứa chất hấp thụ sát cạnh bình thử nghiệm và lấy lượng mẫu thử đủ lớn để đo DIC (ví dụ 10 ml). Thay chai này bằng chai thứ hai và thêm một chai mới chứa dung dịch NaOH chưa sử dụng vào. Vào ngày cuối cùng, sau khi axit hóa dung dịch thử, đo lượng DIC trong cả hai chai.

Tính lượng CO₂ sinh ra theo phương trình (C.1)

            (C.1)

Trong đó:

...

...

...

DIC_T là lượng DIC đo được, tính bằng miligam;

DIC_B là lượng DIC đo được trong bình trắng đối với dung dịch NaOH, tính bằng miligam;

3,67 là tỉ lệ khối lượng phân tử của CO₂ (44) trên khối lượng nguyên tử của cacbon (12);

10 là hệ số hiệu chỉnh cho việc sử dụng 100 ml dung dịch NaOH.

C.2 Phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch bari hydroxyt

Lượng CO₂ sinh ra phản ứng với bari hydroxyt [Ba(OH)₂] và kết tủa thành bari cacbonat (BaCO­₃) [xem phản ứng (C.2)]. Lượng cacbon dioxit sinh ra được xác định bằng phương pháp chuẩn độ dung dịch Ba(OH)₂ còn lại với axit clohydric (HCl) [xem phản ứng (C.3)]

CO₂ + Ba(OH)₂ ® BaCO₃ + H₂O          (C.2)

Ba(OH)₂ + 2 HCl ® BaCl₂ + 2H₂O        (C.3)

Hòa tan 4,0 Ba(OH)₂.8H₂O vào nước khử ion hoặc nước cất tạo thành 1 000 ml để thu được dung dịch 0,0125 mol/L. Nên chuẩn bị một lượng đủ vào thời điểm thực hiện chuỗi phép thử, ví dụ khoảng 5 L. Lọc vật liệu rắn và xác định chính xác nồng độ bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch HCl chuẩn. Dùng phenolphatalein làm chất chỉ thị hoặc một máy chuẩn độ tự động để xác định kiểm kết thúc. Giữ dung dịch sạch trong một bình thử được niêm phong nhằm ngăn sự hấp thụ CO₂ từ không khí.

...

...

...

Khi bắt đầu phép thử, cho chính xác 100 ml dung dịch Ba(OH)₂ vào từng chai trong ba chai chứa chất hấp thụ. Tùy vào đặc điểm và lượng vật liệu thử mà điều chỉnh thể tích bẫy. Định kỳ lấy chai sát với bình thử nghiệm để chuẩn độ. Cũng có thể chuẩn độ khi cần thiết ví dụ như chai thứ nhất bị vẩn đục hay trước khi quan sát được kết tủa BaCO₃ trong chai thứ hai. Khi bắt đầu phép thử cần chuẩn độ cách ngày và khi đạt đến giai đoạn ổn định thì cách năm ngày chuẩn độ một lần. Sau khi lấy chai hấp thụ ra, ngay lập tức đậy lại để ngăn CO₂ từ không khí đi vào. Chuyển vị trí hai chai còn lại vào vị trí gần với bình thử nghiệm và đặt vào cuối dãy một chai mới chứa dung dịch Ba(OH)₂ mới. Đặc biệt nếu phép thử diễn ra lâu hơn, xác định chính xác nồng độ của dung dịch. Xử lý tương tự với tất cả các bình chứa vật liệu thử, vật liệu đối chứng, mẫu trắng, bình kiểm soát ức chế và bình kiểm soát vật liệu cấy.

Ngay khi tháo chai ra, chuẩn độ hai hoặc ba phần của dung dịch Ba(OH)₂ bằng dung dịch HCl. Ghi lại thể tích dung dịch HCl cần để trung hòa.

Tính lượng CO₂ bị bẫy trong bình hấp thụ theo công thức (C.4):

      (C.4)

Trong đó:

m là khối lượng CO₂ bị bẫy trong chai hấp thụ, tính bằng miligam;

c_A là nồng độ chính xác của dung dịch HCl, tính bằng mol trên lít;

c_B là nồng độ chính xác của dung dịch Ba(OH)₂, tính bằng mol trên lít;

V_B0 là thể tích của dung dịch Ba(OH)₂ khi bắt đầu phép thử, tính bằng mililit;

...

...

...

V_Bz là thể tích của phần dung dịch Ba(OH)₂ dùng để chuẩn độ, tính bằng mililit;

V_A là thể tích dung dịch HCl dùng để chuẩn độ, tính bằng mililit;

22 là một nửa của khối lượng phân tử CO₂.

Khi áp dụng các điều kiện sau:

- thể tích của dung dịch Ba(OH)₂ trước và sau khi hấp thụ chính xác là 100 ml;

- toàn bộ dung dịch dùng để chuẩn độ (V_B0 = V_Bt = V_Bz);

- nồng độ c_B của dung dịch Ba(OH)₂ chính xác là 0,0125 mol/L;

- nồng độ c_A của dung dịch HCl chính xác là 0,05 mol/L;

sử dụng phương trình (C.5)

...

...

...

Phụ lục D

(tham khảo)

Nhu cầu oxy theo lý thuyết (ThOD)

D.1 Tính lượng ThOD

Nhu cầu oxy theo lý thuyết (ThOD) của một chất C_cH_hCl_ClN_nS_sP_pNa_NaO_o có khối lượng phân tử tương ứng M_r có thể tính được nếu như biết cấu tạo nguyên tố hoặc có thể xác định bằng cách phân tích nguyên tố, sử dụng công thức (D.1):

                                        (D.1)

Cách tính này giả định rằng cacbon được chuyển hóa thành CO₂, hydro thành H₂O, photpho thành P₂O₅ lưu huỳnh thành trạng thái oxy hóa +6 và halogen sinh ra dưới dạng hợp chất hydro. Sự oxy hóa N, P và S phải được kiểm tra bằng các biện pháp phân tích. Việc tính toán cũng giả định rằng lượng nitơ giải phóng dưới dạng ammoni. Biểu thị ThOD bằng miligam trên gam chất hoặc bằng miligam trên miligam chất.

D.2 Ví dụ: Poly (axit b-hydroxybutyric) (PHB)

...

...

...

 

ThOD = 1,674 4 mg/mg PHB = 1 674,4 mg/g PHB

D.3 Ví dụ: Hỗn hợp polyetylen/ tinh bột/ glyxerin

Thành phần

Công thức

ThOD

mg/g

Lượng các thành phần

ThOD

...

...

...

%

mg/bình

Polyetylen

(C₂H₄)_n

3 400

50

500

1 700

Tinh bột

...

...

...

1 190

40

400

476

Glyxerin

C₃H₈O₃

1 200

10

100

...

...

...

Tổng cộng

100

1 000

2 296

Phụ lục E

(tham khảo)

...

...

...

Sử dụng quy trình đo lượng và khối lượng phân tử polyme còn lại khi kết thúc nghiên cứu có thể hữu dụng. Có thể dùng phương pháp sau đây hoặc phương pháp tích cực khác để phân tích các polyme không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong dung môi hữu cơ không trộn được với nước.

a) Cho hỗn hợp kiểm tra vào phễu chiết, thêm dung môi hữu cơ thích hợp và lắc trong 10 min đến 20 min để chiết các polyme còn lại. Tách lớp dung môi hữu cơ ra khỏi dung dịch. Thêm dung môi mới và lặp lại quy trình.

b) Trộn lẫn các phần hữu cơ chiết được ra và cho bay hơi dung môi đến khô. Hòa tan mẫu chất rắn trong một thể tích nước giải hấp thích hợp.

c) Sử dụng một bơm tiêm vi lượng, tiêm một lượng thích hợp vào thiết bị sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có một cột chứa gel sử dụng trong sắc ký khí thẩm thấu gel. Bắt đầu phân tích và ghi phổ.

d) Xác định lượng polyme có mặt bằng cách sử dụng đường cong hiệu chuẩn.

e) Xác định khối lượng phân tử polyme bằng cách tiêm vào trong sắc phổ polyme cùng loại, hoặc polyme có cấu trúc tương tự polyme thử mà đã biết khối lượng phân tử. Mối liên hệ giữa thời gian lưu và khối lượng phân tử thu được từ sắc phổ cuối cùng. Tính khối lượng phân tử từ liên hệ này.

Khối lượng phân tử của polyme thử cũng có thể xác định được bằng phương pháp HPLC với detetor loại kết hợp giữa quét tia laser góc hẹp (LALLS) và chỉ số khúc xạ vi sai (RI).

Phụ lục F

...

...

...

Ví dụ về các phép thử dài hạn

F.1 Tiến triển của quá trình phân hủy sinh học cellulose, gluten bột mỳ, xơ lanh và xơ cây đậu chồi trong đất

CHÚ THÍCH: Các số liệu lấy từ tài liệu tham khảo [6].

Vật liệu cấy:           đất nông nghiệp (500 g, nhỏ hơn 2 mm)

Vật liệu:                 cellulose (5 g), gluten bột mỳ (5g), xơ lanh (2 g), xơ cây đậu chổi (2 g)

Thời gian:              cellulose : 2 năm

                              gluten bột mỳ, xơ lanh, xơ cây đậu chổi: 1 năm

Nhiệt độ:                20 ^oC ± 2 ^oC

Kết quả (2 phép thử song song): Xem Bảng F.1 và Hình F.1

...

...

...

Vật liệu thử

Phần trăm phân hủy sinh học %

1 năm

2 năm

Trung bình

Sai lệch chuẩn

1 phép thử song song

Cellulose

108,3

...

...

...

108,5

Gluten bột mỳ

89,2

2,6

-

Xơ lanh

94,8

6,8

-

...

...

...

91,8

5,6

-

CHÚ DẪN:

X             thời gian (ngày)

Y             phần trăm phân hủy sinh học

1             cellulose

2             gluten bột mỳ

...

...

...

4             xơ chổi

Hình F.1 - Tiến triển của quá trình phân hủy sinh học của cellulose, gluten bột mỳ, xơ lanh và xơ cây đậu chổi trong đất

F.2 Tiến triển của quá trình phân hủy sinh học của celllose, lá cây bulô, lá sồi, lá thông trong đất

CHÚ THÍCH: Các số liệu lấy từ tài liệu tham khảo [7].

Vật liệu cấy:     đất nông nghiệp (500 g, nhỏ hơn 2 mm)

Vật liệu:           cellulose (1 g), lá cây bulô (1g), lá sồi (1 g), lá thông (1 g)

Thời gian:        1 năm

Nhiệt độ:          20 ^oC ± 2 ^oC

Kết quả:           Xem Bảng F.2 và Hình F.2

...

...

...

Vật liệu thử

Phần trăm phân hủy sinh học

%

Tuyệt đối

Tương đối với cellulose

Cellulose

99,7

100,0

Lá cây bulô

...

...

...

56,4

Lá sồi

55,8

56,0

Lá thông

61,9

62,1

X             thời gian (ngày)

...

...

...

1             cellulose

2             lá cây bulô

3             lá sồi

4             lá thông

Hình F.2 - Tiến triển của quá trình phân hủy sinh học của cellulose, lá cây bulô, lá sồi và lá thông trong đất

F.3 Tiến triển của quá trình phân hủy sinh học của cellulose và rơm

Vật liệu cấy:     hỗn hợp 1 phần đất nông nghiệp và 2 phần đất rừng (500 g, nhỏ hơn 2 mm)

Vật liệu:           cellulose (1 g), rơm (1 g)

Thời gian:        270 ngày

...

...

...

Kết quả:           Xem Bảng F.3 và Hình F.3

Bảng F.3 - Phần trăm phân hủy sinh học (ví dụ thứ ba)

Vật liệu thử

Phần trăm phân hủy sinh học %

Tuyệt đối

Tương đối với cellolose

Trung bình

Sai lệch chuẩn

Cellulose

...

...

...

1,9

100,0

Rơm

66,4

0,0

74,0

CHÚ DẪN

X             thời gian (ngày)

...

...

...

1             cellulose

2             rơm

Hình F.3 - Tiến triển của quá trình phân hủy sinh học của cellulose và rơm

Phụ lục G

(tham khảo)

Thử nghiệm liên phòng

Năm 2009, một phép thử liên phòng đã được tiến hành để công nhận việc sử dụng đất chuẩn thay cho đất tự nhiên. Thành phần của đất chuẩn được nêu trong 8.3.2. Cát và khoáng sét trong đất chuẩn cung cấp kết cấu của đất, đất tự nhiên cung cấp vi sinh vật và compost đã ngấu cung cấp các chất hữu cơ và vi sinh vật bổ sung. Sáu phòng thử nghiệm khác nhau cùng tiến hành phép thử. Từng phòng thử nghiệm lựa chọn độc lập đất để sử dụng làm "đất tự nhiên", nghĩa là vật liệu cấy cho "đất chuẩn". Vật liệu thử là vật liệu đối chứng cellolose vi tinh thể (RM) và vật liệu thử tổ hợp tinh bột/poly (butylen adipat-co-butylen terephtalat) (TM). Với mục đích của phép thử liên phòng, các phòng thử nghiệm tham gia được phép sử dụng đất thương mại bán sẵn, đất tự nhiên hoặc hỗn hợp của các loại đất khác nhau (ví dụ hỗn hợp đất rừng, một phần đất cỏ, một phần đất vườn). Khi sử dụng các vật liệu có nồng độ cao (10 g trong 800 g đất ướt), đất tự nhiên phải được bổ sung thêm hỗn hợp muối như nêu trong Bảng 2.

Tất cả các phòng thử nghiệm tham gia phải xác định khả năng phân hủy sinh học trong đất bằng cách đo lượng cacbon dioxit sinh ra bằng phương pháp phổ hồng ngoại IR hoặc phương pháp chuẩn độ hoặc phương pháp xác định trọng lượng của CO₂ theo TCVN 9493-2 (ISO 14855-2). Nhiệt độ phép thử từ 20 ^oC đến 28 ^oC. Hai phòng thử nghiệm sử dụng hỗn hợp của hai hoặc ba loại đất, hai phòng thử nghiệm sử dụng đất chọn từ đất ruộng và hai phòng sử dụng đất thương mại bán sẵn.

...

...

...

Bảng G.1 - Kết quả thử nghiệm liên phòng

Phòng thử nghiệm tham gia

Vật liệu cấy

Thiết bị

Thời gian (ngày)

Phân hủy sinh học % TM

Sai lệch chuẩn

Phân hủy sinh học % RM

Sai lệch chuẩn

...

...

...

1

Đất tự nhiên

Hệ thống không khí không có CO₂

120

33,0­^b

2,16

70,3

0,31

47,0

...

...

...

Đất chuẩn

Hệ thống không khí không có CO₂

120

11,8

1,17

59,0

0,5

20,1

2

...

...

...

ASTMD 5988-03,7.2.2

120

16,9^b

2,9

63,8^b

1,4

26,5

2

Đất chuẩn

...

...

...

120

23,8^b

0,9

70,4^b

3,4

33,8

2

Đất tự nhiên

Hệ thống không khí không có CO₂

...

...

...

21,9^b

0,9

69,9^b

1,6

31,3

2

Đất tự nhiên

ASTMD 5988-03,7.2.2

120

...

...

...

0,2

61,1^b

0,8

30,8

2

Đất tự nhiên

ASTMD 5988-03,7.2.2

120

19,9^b

...

...

...

81,6^b

2,8

24,4

3

Đất tự nhiên

Hệ thống không khí không có CO₂

182

61

1

...

...

...

3,5

83,6

3

Đất chuẩn

Hệ thống không khí không có CO₂

182

26

4

46

...

...

...

56,5

4

Đất tự nhiên

Hệ thống không khí không có CO₂

134

59,3

2,3

60,9

1,9

...

...

...

4

Đất chuẩn

Hệ thống không khí không có CO₂

134

70,8

1,78

70,1

0,0

101,0

...

...

...

Đất tự nhiên

Hệ thống không khí không có CO₂

115

31,1

4,5

56,6

4,3

54,9

4

...

...

...

Hệ thống không khí không có CO₂

115

37,2

6,9

64,5

5,1

57,7

5

Đất tự nhiên

...

...

...

70

92,6

3,2

86,5

9,0

107,1

5

Đất chuẩn

Hệ thống không khí không có CO₂

...

...

...

74,1^b

0,5

77,0^b

6,6

96,2

6

Đất tự nhiên

Hệ thống không khí không có CO₂

118

...

...

...

4,9

104^b

2,6

20,7

6

Đất chuẩn

Hệ thống không khí không có CO₂

118

26^b

...

...

...

107^b

1,4

24,3

a    Phần trăm phân hủy sinh học tương đối của vật liệu thử ^TM = (% phân hủy sinh học của vật liệu thử, TM/% phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng, RM) x 100.

b    Chưa đạt được đến giai đoạn ổn định.

c    Vẫn còn ở giai đoạn sinh ra nhiều CO₂.

Giá trị trung bình của các giá trị phân hủy sinh học thu được từ các phòng thử nghiệm khác nhau đối với đất tự nhiên và đối với đất chuẩn được cho trong Bảng G.2. Các giá trị thu được từ phòng thử nghiệm thứ 6 không được tính vào vì giá trị phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng vượt quá 100 % đối với cả hai loại đất và chưa đạt được giai đoạn ổn định.

Bảng G.2 - Giá trị phân hủy sinh học trung bình trong đất tự nhiên và trong đất chuẩn

Vật liệu

...

...

...

Đất chuẩn

Vật liệu thử

39,39 ± 26,03

40,62 ± 25,96

Vật liệu đối chứng

69,19 ± 9,91

64,50 ± 10,91

Hình G.1 và G.2 biểu diễn đường cong phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng trong đất tự nhiên và trong đất chuẩn của phòng thử nghiệm tham gia.

...

...

...

X             thời gian (ngày)

Y             phần trăm phân hủy sinh học

Hình G.1 - Đường cong phân hủy sinh học của cellolose vi tinh thể trong đất tự nhiên

CHÚ DẪN

X             thời gian (ngày)

Y             phần trăm phân hủy sinh học

Hình G.1 - Đường cong phân hủy sinh học của cellolose vi tinh thể trong đất chuẩn

Độ lệch của các kết quả trong phép thử liên phòng đối với đất tự nhiên không cao khi thử với cellulose. Cellulose là vật liệu có khả năng phân hủy sinh học không bị ảnh hưởng nhiều bởi các điều kiện thử. Mặt khác, khả năng phân hủy sinh học của vật liệu thử lại có vẻ nhạy cảm với các điều kiện thử, thể hiện ở độ lệch lớn của các kết quả thử. Rất khó để biết đó là kết quả của việc sử dụng các loại đất khác nhau hay là do các chi phối khác, như các phòng thử nghiệm sử dụng các điều kiện thử khác nhau (nghĩa là nhiệt độ, tốc độ thoáng khí và nồng độ vật liệu khác nhau).

...

...

...

Các giá trị trung bình đối với đất chuẩn không khác nhiều so với giá trị trung bình đối với đất tự nhiên. Điều này củng cố ý kiến là các yếu tố sinh học (nghĩa là chủng vi sinh vật) của đất tự nhiên là yếu tố liên quan và cũng quan trọng khi đất được sử dụng là nguồn dinh dưỡng cho đất chuẩn.

Để có thể lấy lại được hợp chất khi kết thúc phép thử đối với mục đích tiến hành việc xác định cân bằng khối lượng cuối như mô tả trong Phụ lục E, thì cần phải bắt đầu phép thử với một lượng lớn vật liệu thử.

Nhìn chung, đất chuẩn giúp cho việc chuẩn hóa quy trình thử, như khi sử dụng chất nền chuẩn với kết cấu và kích thước hạt chuẩn. Cụ thể đất chuẩn có ích khi sử dụng đất có kích cỡ lớn.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 6226 (ISO 8192), Chất lượng nước - Thử sự ức chế khả năng tiêu thụ oxy của bùn hoạt hóa (Water quality - Test for inhibition of oxygen consumption by activated sludge).

[2] TCVN 6634 (ISO 8245), Chất lượng nước - Hướng dẫn xác định cacbon hữu cơ tổng số (TOC) và cacbon hữu cơ hoàn tan (DOC) (Water quality - Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC).

[3] TCVN 6858 (ISO 11266) Chất lượng đất - Hướng dẫn thử trong phòng thí nghiệm đối với quá tình phân hủy  sinh học của các chất hữu cơ trong đất  ở điều kiện hiếu khí (Soil quality - Guidance on laboratory testing for biodegradation of organic chemicals oin soil under aerobic conditions)

[4] TCVN 9493-2 (ISO 14855-2), Xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí hoàn toàn của vật liệu chất dẻo trong các điều kiện của quá trình tạo compost được kiểm soát - Phương pháp phân tích cacbon dioxit sinh ra - Phần 2: Phương pháp đo trọng lượng của cacbon dioxit sinh ra trong phép thử quy mô phòng thí nghiệm.

...

...

...

[6] EU project FAIR-CT98-3919, New functional biopolymer-natural fibre-composites from agricultural resources.

[7] EU project AIR2-CT93-1099, Biodegradability of bioplastics: prenormative research, biorecycling and ecological impacts.