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生物降解檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-10 15:19:42 更新時(shí)間：2025-08-09 15:19:42

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

生物降解檢測：評估材料環(huán)境歸宿的關(guān)鍵技術(shù)

生物降解檢測是環(huán)境科學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域至關(guān)重要的分析手段，其核心目標(biāo)是評估材料（尤其是塑料、包裝、化學(xué)品、廢棄物等）在特定環(huán)境條件下（如土壤、堆肥、水體、海洋或厭氧消化環(huán)境）被微生物分解為自然物質(zhì)（如二氧化碳/甲烷、水和生物質(zhì)）的能力和速率。隨著全球?qū)Νh(huán)境污染尤其是塑料污染的日益關(guān)注，以及可降解材料研發(fā)和法規(guī)要求的推進(jìn)，準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)化的生物降解檢測已成為驗(yàn)證產(chǎn)品環(huán)境友好性、滿足生態(tài)標(biāo)簽認(rèn)證（如可堆肥認(rèn)證、可生物降解認(rèn)證）和指導(dǎo)廢棄物管理策略的基石。它不僅關(guān)乎產(chǎn)品的市場準(zhǔn)入，更是推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)支撐。

核心檢測項(xiàng)目

生物降解檢測通常圍繞以下幾個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目展開：

1. 最終需氧生物降解度 (Ultimate Aerobic Biodegradability): 衡量材料在富氧環(huán)境（如土壤、堆肥、淡水、海水）中被微生物完全礦化為CO2、H2O和無機(jī)鹽的程度，通常以理論CO2產(chǎn)生量的百分比表示。

2. 最終厭氧生物降解度 (Ultimate Anaerobic Biodegradability): 評估材料在缺氧環(huán)境（如垃圾填埋場、厭氧消化池）中被微生物分解并主要轉(zhuǎn)化為CH4和CO2的程度，以理論沼氣產(chǎn)量或碳轉(zhuǎn)化率表示。

3. 崩解程度 (Disintegration): 指材料在堆肥等處理過程中物理破碎成小碎片（小于2mm）的程度，是實(shí)際堆肥處理可行性的重要指標(biāo)。

4. 生態(tài)毒性測試 (Eco-toxicity Testing): 檢測降解過程產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或最終殘留物對植物（如萵苣、水芹種子發(fā)芽和生長）、蚯蚓或微生物的毒性影響，確保降解過程及產(chǎn)物對環(huán)境無害。

5. 重金屬及有害物質(zhì)含量： 確保待測材料本身或其降解殘留物中的重金屬（如Cd, Hg, Pb, Cr等）及其他有害物質(zhì)含量符合相關(guān)法規(guī)限值。

主要檢測儀器

生物降解檢測的準(zhǔn)確實(shí)施依賴于一系列精密的分析儀器：

1. 呼吸計(jì)量裝置 (Respirometer): 這是好氧降解測試的核心設(shè)備。包括：
* 密閉呼吸計(jì) (Closed Respirometer): 如BOD測定儀，通過測量密閉系統(tǒng)中O2消耗量或壓力變化間接計(jì)算CO2產(chǎn)生量。
* 呼吸計(jì)量儀 (Respirometric Apparatus): 持續(xù)通入無CO2空氣，直接測量尾氣中CO2濃度和流量，計(jì)算累計(jì)礦化量。

2. 厭氧消化測試系統(tǒng) (Anaerobic Digestion Test Systems): 通常為密閉的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模生物反應(yīng)器（如血清瓶、連續(xù)流反應(yīng)器），配備在線或離線的沼氣（CH4和CO2）產(chǎn)量、成分分析裝置（如氣相色譜儀GC）。

3. 氣相色譜儀 (Gas Chromatography, GC) 與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 (GC-MS): 用于精確測定降解過程中產(chǎn)生的氣體成分（CO2, CH4, N2O等）和濃度，以及可能產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)中間產(chǎn)物。

4. 總有機(jī)碳分析儀 (Total Organic Carbon Analyzer, TOC): 用于檢測水相或提取液中溶解性有機(jī)碳（DOC）的去除情況，評估水環(huán)境中的生物降解性。

5. 元素分析儀 (Elemental Analyzer, CHNS/O): 測定材料初始和降解后殘留物的碳、氫、氮等元素含量，用于計(jì)算理論CO2產(chǎn)量和碳平衡。

6. 環(huán)境模擬箱/培養(yǎng)箱 (Environmental Chambers/Incubators): 提供可控的溫度、濕度、光照等環(huán)境條件，模擬真實(shí)的土壤、堆肥或水體環(huán)境。

7. 篩分裝置： 用于崩解測試后，篩選殘留物，確定小于2mm粒徑的碎片比例。

常用檢測方法

生物降解檢測方法高度標(biāo)準(zhǔn)化，主要分為實(shí)驗(yàn)室模擬法和現(xiàn)場測試法：

1. 實(shí)驗(yàn)室模擬法 (Laboratory Simulation Tests):
* 好氧方法：
* ISO 14855 (ASTM D5338): 利用呼吸計(jì)量法在受控堆肥條件下測定需氧生物降解。這是最常用的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。
* ISO 17556 (ASTM D5988): 通過測定土壤中CO2釋放量來評估土壤中需氧生物降解。
* OECD 301系列 (如301B, CO2 Evolution Test): 評估化學(xué)品在水環(huán)境中的快速生物降解性（DOC消減或CO2釋放）。
* ISO 19679 / ASTM D6691: 評估塑料材料在海水/沉積物界面的需氧生物降解。
* 厭氧方法：
* ISO 13975 (ASTM D5511): 在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的高固厭氧消化條件下測定厭氧生物降解。
* ISO 15985 (ASTM D5526): 在高固實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下測定厭氧最終生物降解（垃圾填埋場模擬）。
* ASTM D5210: 塑料材料在厭氧污泥消化系統(tǒng)中的厭氧生物降解。
* 崩解測試：
* ISO 16929 (ASTM D6400): 在中試規(guī)模下測定塑料材料在堆肥條件下的崩解程度。

2. 現(xiàn)場試驗(yàn)法 (Field Tests): 將材料樣品（通常裝在網(wǎng)袋中）直接埋入真實(shí)的土壤、堆肥場或海水中，定期取樣分析其質(zhì)量損失、物理形態(tài)變化及微生物定殖情況。這種方法周期長（數(shù)月到數(shù)年），受環(huán)境因素影響大，但結(jié)果更具現(xiàn)實(shí)意義。常用標(biāo)準(zhǔn)如ISO 17556（部分涉及）和特定場地研究。

3. 生態(tài)毒性測試方法： 常依據(jù)OECD 208（植物毒性）、OECD 207（蚯蚓毒性）或ISO標(biāo)準(zhǔn)（如堆肥浸出液對植物生長影響測試）進(jìn)行。

重要檢測標(biāo)準(zhǔn)

生物降解檢測結(jié)果的權(quán)威性和可比性依賴于嚴(yán)格遵循的國際、國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。主要標(biāo)準(zhǔn)體系包括：

1. 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO): 提供了最廣泛應(yīng)用的系列標(biāo)準(zhǔn)。
* ISO 14855-1,2：受控堆肥條件下最終需氧生物降解測定（實(shí)驗(yàn)室規(guī)模及中試規(guī)模呼吸計(jì)量法）
* ISO 17556: 土壤中最終需氧生物降解測定（CO?釋放法）
* ISO 19679: 海水/沉積物界面中塑料材料的需氧生物降解測定
* ISO 18830, ISO 22403: 海洋環(huán)境塑料材料需氧生物降解（間接法/直接法）
* ISO 13975: 高固厭氧消化條件下最終厭氧生物降解測定（沼氣測量法）
* ISO 15985: 高固厭氧消化條件下塑料材料的最終厭氧生物降解測定（填埋場模擬）
* ISO 16929: 堆肥條件下塑料材料崩解程度的測定（中試規(guī)模）
* ISO 17088: 可堆肥塑料技術(shù)要求（綜合了生物降解、崩解和生態(tài)毒性要求）

2. 美國材料與試驗(yàn)協(xié)會 (ASTM International): 在美國及北美地區(qū)廣泛應(yīng)用。
* ASTM D5338: 堆肥條件下塑料材料需氧生物降解標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
* ASTM D6400: 可堆肥塑料規(guī)范
* ASTM D6691: 海洋環(huán)境中塑料材料需氧生物降解標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
* ASTM D5511: 高固厭氧消化條件下塑料材料厭氧生物降解標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
* ASTM D5526: 加速垃圾填埋條件下塑料材料厭氧生物降解標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
* ASTM D6868: 涂有/摻有生物降解成分的塑料規(guī)范

3. 經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 (OECD): 主要用于化學(xué)品評估。
* OECD 301系列：化學(xué)品快速生物降解性測試指南（如301B： CO?產(chǎn)生試驗(yàn)）
* OECD 310：化學(xué)品快速生物降解性 – 密閉瓶