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.
ГОСТ Р ИСО 9408-2016
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАЧЕСТВО ВОДЫ
Оценка биоразлагаемости органических соединений в водной среде. Метод оценки полной аэробной биоразлагаемости путем определения кислородной потребности в закрытом респирометре
Water quality. Evaluation of biodegradability of organic compounds in an aqueous medium. Method of evaluation of ultimate aerobic biodegradability by determination of oxygen demand in a closed respirometer
ОКС 13.060.70
Дата введения 2017-02-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации материалов и технологий" (ФГУП "ВНИИ СМТ") на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4, который выполнен ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ"
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 326 "Биотехнологии"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 9408:1999 "Качество воды. Оценка биоразлагаемости органических соединений в водной среде. Метод оценки полной аэробной биоразлагаемости путем определения кислородной потребности в закрытом респирометре" (ISO 9408:1999 "Water quality - Evaluation of ultimate aerobic biodegradability of organic compounds in aqueous medium by determination of oxygen demand in a closed respirometer", IDT)
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2019 г.
Правила применения настоящего стандарта установлены в ". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод оценки способности органических соединений и сточных вод к полному биологическому разложению в водной среде при заданной концентрации аэробных микроорганизмов путем определения потребности кислорода в закрытом респирометре.
Настоящий стандарт применим к следующим органическим соединениям:
a) растворимым в воде при условиях испытания;
b) малорастворимым в воде при условиях испытания, для которых могут потребоваться специальные меры для получения хорошей дисперсии соединения (см. ИСО 10634);
d) летучим веществам при условии, что используется соответствующий респирометр или соответствующие условия (уменьшенное соотношение объема над жидкостью к объему жидкой среды);
e) не подавляющим испытываемые организмы при концентрации, выбранной для испытания.
Наличие подавляющего действия может определяться, как установлено в 7.3 или путем применения любого другого метода определения подавляющего действия соединения на бактерии (см., например, ИСО 8192).
Примечание - Условия, описанные в настоящем стандарте, не всегда соответствуют оптимальным условиям, позволяющим получить максимальную степень биологического разложения.
Альтернативные методы биологического разложения см. ИСО 15462.
2 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
2.1 полное аэробное биологическое разложение (ultimate aerobic biodegradation): Разложение микроорганизмами химического соединения или органического вещества в присутствии кислорода до диоксида углерода, воды и минеральных солей любого из присутствующих элементов (минерализация) и продуцирование новой биомассы.
2.2 первичное биологическое разложение (primary biodegradation): Структурное изменение (трансформация) химического соединения микроорганизмами, ведущее к потере характерного свойства.
2.3 активный ил (activated sludge): Биомасса, продуцированная в аэробно обработанной сточной воде в результате роста бактерий и других микроорганизмов в присутствии растворенного кислорода.
2.4 концентрация взвешенных твердых частиц активного ила (concentration of suspended solids of activated sludge): Количество твердых частиц, полученных путем фильтрации или центрифугирования известного объема активного ила и высушивания примерно при 105°С до постоянной массы.
2.5 биохимическая потребность кислорода (biochemical oxygen demand, BOD): Массовая концентрация растворенного кислорода, поглощенная при установленных условиях аэробного биологического окисления химическим соединением или органическим веществом в воде.
Примечание - В данном случае она выражается в миллиграммах поглощения кислорода на миллиграмм (или грамм) испытуемого соединения.
2.6 химическая потребность кислорода (chemical oxygen demand, COD): Массовая концентрация кислорода, эквивалентная количеству установленного окислителя, поглощенного химическим соединением или органическим веществом, когда проба воды обработана окислителем при определенных условиях.
Примечание - В данном случае она выражается в миллиграммах поглощения кислорода на миллиграмм (или грамм) испытуемого соединения.
2.7 теоретическая потребность кислорода (theoretical oxygen demand, ThOD): Теоретическое максимальное количество кислорода, необходимое для полного окисления химического соединения, рассчитанное по молекулярной формуле.
Примечание - В данном случае она выражается в миллиграммах поглощения кислорода на миллиграмм (или грамм) испытуемого соединения.
2.8 растворенный органический углерод (dissolved organic carbon, DOC): Часть органического углерода в пробе воды, которую нельзя удалить установленным фазовым разделением.
2.9 лаг-фаза (lag phase): Время от начала испытания до достижения адаптации и/или селекции разложившихся микроорганизмов и превышения степени биологического разложения химического соединения или органического вещества примерно на 10% выше максимального уровня биологического разложения.
Примечание - Обычно выражается в днях.
2.10 максимальный уровень биологического разложения (maximum level of biodegradation): Максимальная степень биологического разложения химического соединения или органического вещества при испытании, выше которой биологическое разложение во время испытания не происходит.
Примечание - Обычно выражается в процентах.
2.11 фаза биологического разложения (biodegradation phase): Время от конца лаг-фазы испытания до достижения почти 90% максимального уровня биологического разложения.
Примечание - Обычно выражается в днях.
2.12 фаза плато (plateau phase): Время от конца фазы биологического разложения до конца испытания.
Примечание - Обычно выражается в днях.
2.13 предварительное воздействие (pre-exposure): Предварительная инкубация инокулята (посевной культуры) в присутствии испытываемого химического соединения или органического вещества с целью усилить способность этого инокулята к биологическому разложению испытуемого материала путем адаптации и/или селекции микроорганизмов.
2.14 предварительная обработка (preconditioning): Предварительная инкубация инокулята (посевной культуры) при условиях последующего испытания в отсутствии испытуемого химического соединения или органического вещества с целью улучшения характеристик испытания путем акклиматизации микроорганизмов к условиям испытания.
3 Сущность метода
Определение биологического разложения органических соединений аэробными микроорганизмами проводится с использованием статичной водной системы испытания. В органические соединения в контексте данного стандарта входят сточные воды. Испытываемая смесь состоит из неорганической среды, органического соединения в качестве единственного источника углерода и энергии при массовой концентрации органического углерода обычно 100 мг/л но ее теоретическая потребность кислорода (ThOD) должна быть не менее 100 мг/л, и смешанного инокулята, полученного со станции очистки сточных вод или другого источника в округе.
Смесь перемешивается в закрытом испытательном сосуде, и определяется поглощение кислорода либо путем измерения количества кислорода, необходимого для сохранения постоянного объема газа в респирометре, либо путем измерения изменения объема или давления (или их комбинации) в приборе. Выделенный диоксид углерода абсорбируется соответствующим веществом в испытательном сосуде.
За разложением, продолжающимся в течение 28 дней или более, при необходимости, следует определение поглощения кислорода автоматически или вручную. Количество кислорода, поглощенного органическим соединением (после коррекции по сравнению с контрольной пробой), выражается процентным содержанием либо теоретической потребности кислорода (ThOD), рассчитанной по формуле соединения, либо химической потребности кислорода (COD).
Для достаточно хорошо растворимых в воде соединений может определяться (как вариант) удаление растворенного органического углерода (DOC) путем измерения концентрации DOC в начале и в конце инкубации для получения дополнительной информации о полном биологическом разложении.
4 Условия испытания
Инкубация должна происходить в темноте либо при рассеянном свете, в температурном диапазоне от 20°C до 25°C, который не должен меняться более чем на ±1°C.
5 Реактивы
Все реактивы должны быть известной степени чистоты.
5.1 Вода
Вода, дистиллированная или деионизированная, содержащая менее чем 1 мг/л DOC.
5.2 Среда испытания
5.2.1 Состав
5.2.1.1 Раствор a
Растворяют:
Чтобы проверить этот буферный раствор, рекомендуется измерить pH, который должен быть около 7,4. Если это не так, готовят новый раствор.
5.2.1.2 Раствор b
5.2.1.3 Раствор c
5.2.1.4 Раствор d
5.2.2 Приготовление испытательной среды
5.3 Абсорбент диоксида углерода
Раствор гидроксида калия (около 10 моль/л), гранулы натровой извести или другой подходящий абсорбент.
5.4 Раствор хлорида ртути
5.5 Раствор гидроксида натрия
Растворяют гидроксид натрия (NaOH) в воде (5.1), чтобы получить раствор с концентрацией, начиная от 0,1 моль/л до 0,5 моль/л.
5.6 Раствор соляной кислоты
Разбавляют концентрированную соляную кислоту (HCl) в воде (5.1), чтобы получить раствор с концентрацией от 0,1 моль/л до 0,5 моль/л.
6 Оборудование
Обеспечивают полную чистоту всей стеклянной посуды и отсутствие как органических, так и токсических веществ.
6.1 Закрытый респирометр
Принцип действия закрытого респирометра приведен в приложении D. Респирометр содержит испытательные сосуды, в которые может подаваться и перемешиваться кислород, с непроницаемыми трубками для кислорода и диоксида углерода. Сосуды в респирометре находятся при постоянной комнатной температуре или в водяной бане с термостатическим контролем. Для испытаний летучих соединений, следует использовать соответствующий прибор или адаптированный к данной конкретной цели. Требуется соблюдение осторожности, чтобы не было потери соединения по причине самого прибора.
6.2 Водяная баня или постоянная комнатная температура (соблюдать с разделом 4)
6.3 Оборудование для измерения растворенного органического углерода
Прибор достаточной чувствительности для измерения растворенного органического углерода (DOC) (по выбору).
6.4 Устройство определения химической потребности кислорода (COD) (по выбору)
6.5 Центрифуга или устройство для фильтрации
Центрифуга должна иметь возможность получения ускорения 4000 г.
Прибор для фильтрации оснащается мембранными фильтрами (с номинальным диаметром отверстия пор от 0,20 и 0,45 мкм), которые не абсорбирует или выделяют органический углерод.
6.6 рН-метр, измеритель кислотности (обычное лабораторное оборудование)
7 Метод
7.1 Приготовление растворов для испытания
7.1.1 Испытуемое соединение
Примечание - О подробностях обращения с малорастворимыми соединениями см. ИСО 10634.
7.1.2 Раствор контрольного соединения
В качестве контрольного соединения используют органическое соединение с известным биологическим разложением, такое как анилин или бензойнокислый натрий, имеющим степень разложения более 60%. Готовят основной раствор контрольного соединения в среде теста (5.2) таким же образом, как с растворимым в воде испытуемым соединением (7.1.1), чтобы получить окончательную массовую концентрацию 100 мг испытуемого соединения на литр среды испытания.
7.1.3 Раствор для проверки ингибирования
При необходимости (если отсутствует информация о токсичности испытуемого соединения) готовят раствор, содержащий в среде теста (5.2) как испытуемое соединение (7.1.1), так и контрольное соединение (7.1.2), желательно при массовой концентрации для каждого 100 мг/л.
7.2 Приготовление инокулята (посевной культуры)
7.2.1 Общие положения
Примечание - Обычно инокулят не должен подвергаться предварительному воздействию испытуемым соединением, чтобы сделать возможный общий прогноз поведения разложения в окружающей среде. При некоторых обстоятельствах, в зависимости от цели испытания, предварительное воздействие может использоваться при условии, что об этом четко заявлено в результатах испытания (так называемое процентное биоразложение равно x%, при использовании инокулята с предварительным воздействием), и метод предварительного воздействия подробно описан в протоколе испытания. Инокулят с предварительным воздействием можно получить при лабораторных испытаниях на биологическое разложение, проведенных при разнообразных условиях [так называемое испытание Цан-Велленса (ИСО 9888] и испытание SCAS (ИСО 9887)) или из проб, собранных из мест, где существуют соответствующие условия окружающей среды (например, обрабатывающие заводы, связанные с подобными веществами или загрязненными зонами).
На основании практического опыта, соответствующий объем означает:
- объем, который достаточен, чтобы дать флору, которая предлагает достаточную активность биологического разложения;
- объем, который разлагает контрольное соединение в известном процентном отношении (см. раздел 9);
- объем, который дает не более чем эквивалент, равный 30 мг/л взвешенных твердых частиц активного ила в окончательной смеси;
- количество растворенного органического углерода, обеспеченного инокулятом, которое должно быть менее чем 10% от начальной концентрации органического углерода, введенного испытуемым соединением;
7.2.2 Инокулят со станции аэрации сточных вод (с активным илом)
Отбирают пробу активного ила, собранного из аэротенка производственной или лабораторной станции водоочистки, которая обрабатывает преимущественно коммунально-бытовые сточные воды. Хорошо перемешивают и определяют концентрацию взвешенных твердых частиц активного ила (используя, например, ИСО 11923). При необходимости, ил концентрируют путем осаждения так, чтобы объем ила, добавленный к испытуемой пробе был минимален, но при этом выполнялся критерий (7.2.1). Если есть подозрения, что ил содержит ингибирующее вещество, его центрифугируют, промывают средой (5.2), повторно центрифугируют и ресуспендируют в среду. Пробу хранят в аэробных условиях и используют предпочтительно в день сбора. Используют соответствующий объем (см. 7.2.1) для получения 30 мг/л взвешенных твердых частиц в окончательной смеси.
7.2.3 Инокулят из сточной воды
Берут пробу сточной воды до или после очистки с производственной или лабораторной станции, имеющей дело преимущественно с коммунально-бытовыми сточными водами. При необходимости концентрируют пробу путем фильтрации или центрифугирования. Хорошо перемешивают и хранят пробу в аэробных условиях и используют предпочтительно в день сбора. Перед использованием дают пробе осесть в течение 1 ч и отбирают соответствующий объем надосадочной жидкости для инокуляции.
7.2.4 Инокулят из поверхностной воды
Берут пробу соответствующей поверхностной воды. При необходимости концентрируют пробу фильтрацией или центрифугированием. Хранят пробу в аэробных условиях и используют предпочтительно в день сбора. Используют соответствующий объем как инокулят.
7.3 Испытание
Устанавливают закрытый респирометр (см. 6.1 и пример, описанный в приложении D). Собирают необходимое количество сосудов для испытания, чтобы иметь:
Помещают испытательные сосуды в водяную баню или в комнату с постоянной температурой (6.2), выдерживают их до нужной температуры (см. раздел 4), герметизируют сосуды и, в случае автоматического респирометра делают все необходимые соединения, и запускают мешалку. Считывают показания биохимической потребности кислорода (поглощение кислорода) на манометрах (при ручной работе) или проверяют правильность работы регистратора автоматического респирометра. Применяют метод, предлагаемый изготовителем для соответствующего типа респирометра.
Если достигнут почти постоянный уровень поглощения кислорода (фаза плато) и дальнейшего биологического разложения не ожидается, испытание считается законченным. Обычно максимальный период испытания не должен превышать 28 дней. Испытание продлевают на одну или две недели, если очевидно, что разложение началось, но не достигло фазы плато.
В последний день испытания измеряют pH.
Примечание - Удаление DOC может происходить в результате биологического разложения, а также при абиотических процессах, таких как абсорбция на инокуляте или на стенке сосуда, или, в случае летучих испытуемых соединений, при перемешивании и абсорбции на трубках. Если вопрос связан со смесями, может происходить выборочная абсорбция разных компонентов.
Таблица 1 - Окончательное распределение испытуемых и контрольных соединений в испытательных сосудах
|
|
|
|
|
Сосуд | Среда испытания (5.2) | Испытуемое соединение (7.1.1) | Контрольное соединение (7.1.2) | Инокулят (7.2) |
- испытуемое соединение | + | + | - | + |
- испытуемое соединение | + | + | - | + |
- контрольная проба | + | - | - | + |
- контрольная проба | + | - | - | + |
- проверка инокулята | + | - | + | + |
- контроль ингибирования (по выбору) | + | + | + | + |
- проверка абиотической очистки (по выбору) | + | + | - | - |
Если испытуемое соединение содержит азот, определяют окончательную концентрацию нитратов и нитритов сразу же в конце испытания или же на соответственно законсервированных пробах. В качестве альтернативы используют методику качественной капельной пробы на нитрит и нитрат на малом объеме реакционной смеси, отобранной из каждого сосуда, и применяют количественный метод, только если получен положительный результат. Если нитрификация произошла, корректируют поглощение кислорода (см. приложение B).
8 Расчет и представление результатов
8.1 Расчет
8.1.1 Удельная биохимическая потребность кислорода
8.1.2 Процентное биологическое разложение
Биологическое разложение определяется как отношение удельной биохимической потребности кислорода либо к теоретической потребности кислорода (ThOD) (пример расчета приведен в приложении A), либо к химической потребности кислорода (COD). Процент разложения определяют для каждого испытательного сосуда, используя уравнение (2) и/или (3).
Примечание - Поскольку COD химического вещества редко бывает таким же большим, как ThOD, то процентное разложение COD обычно выше процентного разложения ThOD, значение которого более точное и его следует использовать предпочтительнее.
8.1.3 Расчет удаления DOC
8.1.4 Расчет первичного биологического разложения
8.1.5 Контрольное соединение, абиотическая очистка и контроль ингибирования
8.2 Представление результатов
Определяют среднее значение процентного биологического разложения в фазе плато на кривой или используют наивысшее значение, например, когда кривая снижается в фазе плато, и указывают этот максимальный уровень биологического разложения как "степень биологического разложения испытуемого соединения" в протоколе испытания.
Если определено удаление DOC, первичное разложение и/или нитрит/нитрат, то указывают измеренные и рассчитанные значения. Указываются измеренные значения pH.
9 Достоверность результатов
9.1 Критерий достоверности
Испытание считается достоверным, если:
Если пункт a) или b) не выполняется, то испытание следует повторить, используя другой или лучше предварительно обработанный инокулят.
9.2 Ингибирование
9.3 Значение pH
Если значение pH в конце испытания выходят за пределы диапазона от 6 до 8,5 (в результате нитрификации азотосодержащего испытуемого соединения), и если процентное разложение испытуемого соединения составляет менее 60%, то рекомендуется повторить испытание при более низкой концентрации испытуемого соединения, используя не нитрофицированный активный ил в качестве инокулята или увеличивая буферность неорганической среды. Об этом необходимо указывать в протоколе испытания.
10 Протокол испытания
В протокол испытания должна входить, как минимум, следующая информация:
a) ссылка на данный стандарт;
b) любая информация необходимая для идентификации испытуемого соединения;
c) все полученные данные измерений и расчетов (к примеру, в табличной форме), а также кривая разложения;
d) концентрация, ThOD и/или COD используемых испытуемых и контрольных соединений;
e) наименование использованного контрольного соединения и разложение, полученны с этим соединением;
f) источник, характеристики, концентрация или объем используемого инокулята и информация о любой предварительной обработке;
g) основные характеристики использованного респирометра;
h) температура инкубации при испытании;
i) если включено, процент удаления DOC или первичного биологического разложения;
l) причины в случае отклонения испытания;
m) любое изменение стандартной процедуры или любого другого обстоятельства, которое может повлиять на результаты.
Приложение A
(справочное)
Пример расчета теоретической потребности кислорода
А.1 Общие положения
В случае азотосодержащего соединения, азот может быть исключен после нитрификации, как нитрит или нитрат, при теоретических потребностях кислорода равных соответственно
А.2 Пример: глюкоза
А.3 Пример: натриевый n-додецилбензолсульфонат
А.4 Пример: ди-n-додециламин
Приложение B
(справочное)
Коррекция кислородного поглощения для интерференции нитрификацией
Если происшедшая нитрификация была неполной, то наблюдаемое поглощение кислорода реакционной смесью может быть скорректировано на количество кислорода, использованного на окисление аммония до нитрита, и нитрита до нитрата, если определены изменения в концентрации во время инкубации нитрита и нитрата, учитывая следующие уравнения:
В итоге
Поскольку реакции идут последовательно и выполняются различимыми и отличающимися видами бактерий, возможно увеличение или уменьшение концентрации нитритов. В случае уменьшения концентрации нитритов должна быть создана эквивалентная концентрация нитрата. Так, кислорода, поглощенного при образовании нитрата в 4,57 раза больше увеличения концентрации нитрат-N, в то время как кислорода связанного с образованием нитрита в 3,43 раза больше увеличения концентрации нитрита-N. С уменьшением концентрации, потеря кислорода в 3,43 раз больше уменьшения в концентрации.
Это означает:
Так что, применяя уравнения (B.4) и (B.5) или (B.6):
и тогда
Альтернативно, если определен только суммарный окисленный азот, то поглощение кислорода в результате нитрификации может быть приравнено, в первом приближении, к увеличению в 4,57 раз концентрации окисленного азота.
Приложение C
(справочное)
Пример кривой биологического разложения
|
 |
Рисунок С.1 - Биологическое разложение анилина при испытании в респирометре
Приложение D
(справочное)
Закрытый респирометр
|
 |
Рисунок D.1 - Принцип действия закрытого респирометра
Испытываемая смесь перемешивается магнитной мешалкой в испытательном сосуде, приблизительно на одну треть наполненном жидкостью. Если происходит биологическое разложение, микроорганизмы поглощают кислород и выделяют диоксид углерода. Кислород, находящийся в газовой фазе в сосуде, затем растворяется в жидкости. Диоксид углерода в верхней части сосуда абсорбируется и общее давление в сосуде затем уменьшается.
Падение давления, определенное манометром, используется для инициирования электролитического образования кислорода. После восстановления начального давления электролиз останавливается и монитором измеряется потребленное количество электричества. Количество потребленного электричества пропорционально поглощению кислорода. Это указывается на графопостроителе, принтере или непосредственно на компьютере.
Библиография
|
|
|
[1] | ИСО 7827:1994 | Качество воды. Определение способности органических соединений к полному аэробному биологическому разложению в водной среде. Метод с применением анализа растворенного органического углерода |
[2] | ИСО 8192:1986 | Качество воды. Тест по ингибированию поглощения кислорода активированным илом |
[3] | ИСО 8245:1999 | Качество воды. Руководство по определению содержания общего органического углерода (ТОС) и растворенного органического углерода (DOC) |
[4] | ИСО 9887:1992 | Качество воды. Оценка способности к аэробному биохимическому разложению органических соединений в водной среде. Полунепрерывный метод с применением активного ила |
[5] | ИСО 9888 | Качество воды. Оценка способности органических соединений к аэробному биологическому разложению в водной среде. Статические испытания (метод Цан-Велленса) |
[6] | ИСО 10634:1995 | Качество воды. Руководящие указания по подготовке и обработке малорастворимых в воде органических соединений для последующей оценки их биоразложений в водной среде |
[7] | ИСО 11923 | Качество воды. Определение содержания взвешенных частиц путем фильтрации через стекловолокнистые фильтры |
[8] | ИСО 15462 | Качество воды. Выбор испытаний для оценки способности к биологическому разложению |
|
|
УДК 551.464.3:006.354 | ОКС 13.060.70 |
| |
Ключевые слова: качество воды, биоразлагаемость органических соединений, водная среда, полная аэробная биоразлагаемость, кислородная потребность, закрытый респирометр | |