Tóm tắt Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11318:2016 (ISO 14851:1999) về Xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí hoàn toàn các vật liệu nhựa trong môi trường nước - Phương pháp đo nhu cầu oxy trong thiết bị đo tiêu hao oxy khép kín

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11318:2016 hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO 14851:1999. Đây là văn bản kỹ thuật quan trọng quy định phương pháp xác định mức độ phân hủy sinh học hiếu khí hoàn toàn của các vật liệu nhựa bằng cách đo nhu cầu oxy trong hệ thống khép kín. Dưới đây là phần tóm tắt chi tiết và chuyên sâu về Phần mở đầu và các điều khoản cốt lõi đầu tiên (từ Điều 1 đến Điều 4) của tiêu chuẩn này.

- Điều 1: Phạm vi áp dụng

Điều khoản này xác định rõ giới hạn, đối tượng và điều kiện áp dụng của phương pháp thử nghiệm:

• Phương pháp được thiết kế để xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí hoàn toàn của các vật liệu nhựa trong môi trường nước bằng cách đo nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) trong thiết bị đo tiêu hao oxy khép kín.
• Các loại vật liệu thử nghiệm phù hợp bao gồm: các polyme tổng hợp hoặc tự nhiên, các copolymer hoặc hỗn hợp của chúng; các vật liệu nhựa có chứa các chất phụ gia (như chất hóa dẻo, chất màu hoặc các hợp chất khác); các polyme tan trong nước.
• Phương pháp này đặc biệt áp dụng cho các vật liệu nhựa không gây ức chế đối với các vi sinh vật có trong nguồn cấy ở nồng độ thử nghiệm.

- Điều 2: Tài liệu viện dẫn

Để áp dụng tiêu chuẩn này một cách chính xác, người thực hiện cần tham chiếu và phối hợp áp dụng các tiêu chuẩn liên quan sau:

• Các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về chất lượng nước, đặc biệt là các phương pháp xác định cacbon hữu cơ hòa tan (DOC).
• Các hướng dẫn kỹ thuật về việc chuẩn bị, xử lý và bảo quản nguồn cấy vi sinh vật (bùn hoạt tính từ nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt, nước mặt hoặc đất).
• Các tiêu chuẩn quy định về yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị đo tiêu hao oxy khép kín và các hệ thống cảm biến đo áp suất hoặc thể tích oxy.

- Điều 3: Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn đưa ra các định nghĩa kỹ thuật chuẩn hóa để thống nhất cách hiểu và đánh giá kết quả thử nghiệm:

• Phân hủy sinh học hiếu khí hoàn toàn (Ultimate aerobic biodegradation): Sự phân hủy hoàn toàn một hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật khi có mặt oxy tạo thành cacbon dioxit (CO2), nước, muối khoáng của các nguyên tố khác có mặt (quá trình khoáng hóa) và sinh khối mới.
• Nhu cầu oxy lý thuyết (ThOD - Theoretical Oxygen Demand): Lượng oxy tối đa tiêu thụ để oxy hóa hoàn toàn một hợp chất hữu cơ về mặt lý thuyết, được tính toán từ công thức hóa học của hợp chất đó.
• Nhu cầu oxy hóa học (COD - Chemical Oxygen Demand): Lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hóa hóa học các chất hữu cơ bằng chất oxy hóa mạnh (như kali dicromat).
• Cacbon hữu cơ hòa tan (DOC - Dissolved Organic Carbon): Phần cacbon hữu cơ trong nước mà không thể loại bỏ được bằng quá trình phân tách pha quy định, ví dụ bằng cách ly tâm trong 15 phút ở gia tốc 40.000 m.s-2 hoặc bằng cách lọc qua màng lọc có đường kính lỗ từ 0,2 micromet đến 0,45 micromet.
• Pha lag (Lag phase): Thời gian tính từ khi bắt đầu thử nghiệm cho đến khi sự phân hủy sinh học đạt đến 10% giá trị phân hủy tối đa.
• Pha phân hủy sinh học (Biodegradation phase): Khoảng thời gian từ khi kết thúc pha lag cho đến khi đạt khoảng 90% mức phân hủy tối đa.
• Pha ổn định (Plateau phase): Giai đoạn mà quá trình phân hủy sinh học đã hoàn thành và mức độ phân hủy đạt trạng thái ổn định tối đa.

- Điều 4: Nguyên tắc của phương pháp

Nguyên tắc vận hành của phương pháp đo nhu cầu oxy trong thiết bị đo tiêu hao oxy khép kín được quy định chi tiết như sau:

• Hỗn hợp thử nghiệm bao gồm vật liệu nhựa cần thử (đóng vai trò là nguồn cacbon và năng lượng duy nhất), môi trường muối khoáng vô cơ và nguồn cấy vi sinh vật (bùn hoạt tính hoặc hỗn hợp vi sinh vật từ môi trường tự nhiên).
• Hỗn hợp được khuấy liên tục trong một bình kín của thiết bị đo tiêu hao oxy (respirometer) ở nhiệt độ không đổi (thường từ 20 độ C đến 25 độ C, dao động không quá 1 độ C) trong điều kiện tối hoặc ánh sáng yếu để tránh quá trình quang hợp tạo oxy của tảo.
• Quá trình hô hấp của vi sinh vật tiêu thụ oxy hòa tan trong nước, lượng oxy này liên tục được bù đắp từ khoảng không phía trên bình thử nghiệm.
• Cacbon dioxit (CO2) sinh ra do quá trình phân hủy sinh học được hấp thụ hoàn toàn bởi một chất hấp thụ thích hợp (thường là dung dịch kali hydroxit KOH hoặc natri hydroxit NaOH) đặt trong bình thử nghiệm.
• Sự sụt giảm áp suất trong bình kín (do tiêu thụ oxy và CO2 bị hấp thụ) được đo tự động bằng cảm biến áp suất hoặc được bù đắp bằng cách tạo ra oxy bằng phương pháp điện phân, từ đó xác định được lượng oxy tiêu thụ (BOD).
• Khả năng phân hủy sinh học hiếu khí hoàn toàn của vật liệu nhựa được tính bằng tỷ lệ phần trăm giữa nhu cầu oxy sinh hóa thực tế đo được (BOD, đã trừ đi giá trị của bình kiểm chứng không chứa mẫu) so với nhu cầu oxy lý thuyết (ThOD) hoặc nhu cầu oxy hóa học (COD) của mẫu thử.