Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10807-2:2015 ISO 13641-2:2003 Chất lượng nước-Xác định sự ức chế quá trình tạo khí của vi khuẩn kỵ khí-Phần 2: Phép thử đối với nồng độ sinh khối thấp

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10807-2:2015

ISO 13641-2:2003

CHẤT LƯỢNG NƯỚC - XÁC ĐỊNH SỰ ỨC CHẾ QUÁ TRÌNH TẠO KHÍ CỦA VI KHUẨN KỴ KHÍ - PHẦN 2: PHÉP THỬ ĐỐI VỚI NỒNG ĐỘ SINH KHỐI THẤP

Water quality - Determination of inhibition of gas production of anaerobic bacteria - Part 2: Test for low biomass concentrations

Lời nói đầu

TCVN 10807-2:2015 hoàn toàn tương đương với ISO 13641-2:2003

TCVN 10807-2:2015 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 147 Chất lượng nước biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 10807 (ISO 13641), Chất lượng nước - Xác định sự ức chế quá trình tạo khí của vi khuẩn kỵ khí gồm các phần sau:

- TCVN 10807-1:2015 (ISO 13641-1:2003), Phần 1: Phép thử chung;

- TCVN 10807-2:2015 (ISO 13641-2:2003), Phần 2: Phép thử đối với nồng độ sinh khối thấp.

CHẤT LƯỢNG NƯỚC - XÁC ĐỊNH SỰ ỨC CHẾ QUÁ TRÌNH TẠO KHÍ CỦA VI KHUẨN KỴ KHÍ - PHẦN 2: PHÉP THỬ ĐỐI VỚI NỒNG ĐỘ SINH KHỐI THẤP

Water quality - Determination of inhibition of gas production of anaerobic bacteria - Part 2: Test for low biomass concentrations

CẢNH BÁO - Mẫu bùn thải có thể chứa chất nguy hại và dễ cháy. Mẫu bùn chứa các vi sinh vật gây bệnh và có khả năng tạo ra các tác động sinh học. Do đó, khuyến nghị xử lý mẫu đặc biệt cẩn thận. Hoạt tính sinh học của vi sinh vật có thể tạo ra các loại khí dễ cháy tiềm ẩn và tăng áp suất trong chai kín. Việc nổ các bình đựng mẫu thường kéo theo sự phát tán các mảnh nhiễm khuẩn hoặc các hạt chất lỏng mang mầm bệnh. Nên tránh sử dụng chai thủy tinh. Việc lấy mẫu, vận chuyển và sử dụng mẫu bùn và dùng các ống tiêm nhỏ và các kim tiêm đo áp suất phải hết sức cẩn trọng. Phải tuân thủ các quy định quốc gia đối với các mối nguy hại từ vi sinh vật liên quan đến phương pháp này. Cần thao tác thận trọng với các vật liệu thử độc hại và các vật liệu không rõ đặc tính.

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này qui định phương pháp sàng lọc để đánh giá độc tính tiềm ẩn của các chất, hỗn hợp, nước mặt, nước ngầm, nước thải, nước thải đã qua xử lý, bùn thải hoặc các mẫu môi trường khác bằng cách xác định sự tạo khí sinh học (cacbon đioxit và metan) từ bùn, trầm tích và môi trường kỵ khí khác có nồng độ sinh khối thấp. Tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn kỵ khí thấp hơn nhiều so với tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí. Vì lý do này, khoảng thời gian thử trong phương pháp kỵ khí dài hơn so với phương pháp sử dụng cho vi khuẩn hiếu khí. Điều kiện của phép thử này (ví dụ lượng chất cấy và chất nền trong chai thử) được chấp nhận cho một thời gian thử nhất định qua vài ngày. Chất cấy có thể được lấy từ trầm tích kỵ khí, hoặc phòng thí nghiệm qui mô lớn, hệ thống phân hủy kỵ khí.

Phương pháp này có thể áp dụng cho các chất, tan hoặc không tan trong nước, bao gồm cả hóa chất dễ bay hơi (xem trong tài liệu tham khảo [1] trong thư mục tài liệu tham khảo).

CHÚ THÍCH: Cần đặc biệt cẩn trọng với các hợp chất ít hòa tan trong nước, và trong trường hợp này, xem ví dụ. TCVN 6918 (ISO 10634). Đối với các thông tin chung về phép thử sinh học xem ISO 5667-16^[2].

Thông tin thu được từ tiêu chuẩn này có thể cũng hữu ích trước phép thử phân hủy sinh học kỵ khí với nồng độ khối lượng chất cấy thấp và để ước tính ảnh hưởng tiềm ẩn của các hóa chất và nước thải tới quá trình kỵ khí trong trong môi trường sống đặc trưng bởi sinh khối kỵ khí thấp, ví trầm tích và chất rắn tự nhiên.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các bản sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 6918 (ISO 10634), Chất lượng nước - Hướng dẫn chuẩn bị và xử lý hợp chất hữu cơ ít tan trong nước để đánh giá sự phân huỷ sinh học trong môi trường nước.

3. Nguyên tắc

Các lượng nhỏ của hỗn hợp bùn đang phân hủy kỵ khí pha loãng hoặc nguồn vi khuẩn kỵ khí khác, và chất nền có khả năng phân hủy được ủ riêng và đồng thời với một dãy nồng độ khối lượng của vật liệu thử trong chai kín trong thời gian ủ nhất định ở 35 ^oC. Lượng khí sinh học (metan và cacbon đioxit) tạo ra được đo bằng sự gia tăng về áp suất trong chai trước và sau khi thêm axit đến khi giải phóng cacbon đioxit từ cacbonat. Phần trăm ức chế tạo khí sinh học ở các nồng độ khối lượng khác nhau của vật liệu thử được tính bằng lượng khí tạo ra trong phép thử tương ứng và trong chai đối chứng. Chỉ số EC₅₀ và nồng độ khối lượng hiệu quả khác được tính từ đồ thị phần trăm ức chế đối với logarit của nồng độ khối lượng của vật liệu thử.

Nếu có thể sử dụng kỹ thuật này cho các điều tra đánh giá đặc biệt, ví dụ với các trầm tích từ những nơi sống của vi sinh vật kỵ khí ngoài tự nhiên. Trong trường hợp này, nhiệt độ ủ trong chai thử có thể là nhiệt độ của các trầm tích tự nhiên. Các trầm tích kỵ khí có thể chứa một lượng lớn các chất vô cơ và một số tế bào và vì vậy hoạt tính của vi khuẩn có thể rất thấp trong những trường hợp như vậy, do đó cần thời gian ủ dài hơn.

4. Thuốc thử và môi trường nuôi cấy

4.1. Thuốc thử

4.1.1. Nước pha loãng, đã được loại khí và loại ion

Các kiểm soát về phân tích của nước này là không cần thiết, nhưng phải đảm bảo rằng hệ thống loại ion được bảo trì thường xuyên. Trước khi thêm chất cấy kỵ khí vào bất kỳ dung dịch hoặc dịch pha loãng nào của vật liệu thử, cần đảm bảo dịch này không chứa oxy. Vì thế, cần sục khí nitơ (4.1.2) qua nước pha loãng hoặc qua dịch pha loãng trong 1 h trước khi thêm chất cấy, hoặc thay thế bằng cách đun sôi nước pha loãng và để nguội ở nhiệt độ phòng trong môi trường không có oxy.

4.1.2. Khí nitơ, độ tinh khiết cao chứa hàm lượng khí oxy nhỏ hơn 5 ml/l.

4.1.3. Axit phosphoric (H₃PO₄), 85 % theo khối lượng trong nước.

4.2. Môi trường nuôi cây

4.2.1. Chất cấy

Thu thập bùn kỵ khí đang phân hủy mạnh từ toàn thang đo, hoặc phòng thí nghiệm, hệ thống phân hủy hoặc trầm tích kỵ khí từ các nguồn tự nhiên thích hợp. Ghi lại nguồn gốc và chủng loại của chất cấy trong báo cáo thử. Những chai lấy mẫu phải được trang bị gioăng kín khí và được làm bằng polyetylen tỷ trọng cao hoặc vật liệu tương tự, có thể co dãn. Chai thủy tinh không được khuyến nghị vì chai này có thể nổ. Làm đầy chai mẫu tới cách miệng khoảng 1 cm, gioăng chai chặt và đặt vào thùng bảo ôn (5.1) để giảm tối đa sự sốc nhiệt, cho đến khi được chuyển vào tủ ủ (5.10) duy trì ở nhiệt độ thử mong muốn. Khi mở chai, cẩn trọng xả áp suất khí bằng cách nới lỏng gioăng từ từ hoặc lắp van xả áp ba chiều (5.3) vào nắp chai. Tốt nhất là sử dụng chất cấy trong vài giờ sau khi lấy mẫu, hoặc bảo quản chai ở nhiệt độ thử (6.1) mà phần trống của chai có chứa khí nitơ tối đa 3 ngày vì trong khoảng thời gian này việc mất hoạt tính thường xảy ra ở mức độ thấp.

Ngay trước khi sử dụng, trộn chất cấy bằng cách khuấy nhẹ và lọc qua rây (5.2) vào chai thích hợp (5.4) có dòng khí nitơ đi qua ở phần trống của bể (4.1.2). Đặt riêng một mẫu để xác định nồng độ khối lượng của tổng chất rắn khô (ví dụ xem TCVN 6625 (ISO 11923)). Nồng độ khối lượng của hệ thống bùn phải trong khoảng từ 20 g/l đến 40 g/l chất rắn khô nhưng trầm tích kỵ khí sẽ cần khoảng biến đổi nhiều hơn. Do đó, một số bùn có thể yêu cầu pha loãng sử dụng nước pha loãng (4.1.1) và một số trầm tích cần phải cô đặc bằng ly tâm. Sử dụng nồng độ khối lượng cuối cùng khoảng 0,20 g/l ± 0,05 g/l tổng chất rắn khô.

Kiểm tra giá trị pH của chất cấy và nếu cần điều chỉnh về 7 ± 0,5. Trong quá trình ly tâm hoặc pha loãng chất cấy phải chắc chắn rằng không có oxy xâm nhập vào huyền phù. Ví dụ, để ly tâm sử dụng các chai đã đóng nắp và phủ chất lỏng bằng khí nitơ. Nên sử dụng hộp găng tay (5.9), đã làm đầy bằng khí nitơ (4.1.2), cho tất cả các bước chuẩn bị.

4.2.2. Môi trường thử, chuẩn bị môi trường thử đậm đặc 10 lần (4.2.2.1) với một dung dịch nguyên tố vết (4.2 2.2).

Sử dụng natri sunfit nonahyrat cung cấp mới [4.2.2.1 h)] hoặc rửa và làm khô trước khi sử dụng, để đảm bảo rằng môi trường có đủ khả năng khử. Nếu tiến hành phép thử mà không sử dụng hộp găng tay (5.9), nồng độ khối lượng của natri sunfit trong dung dịch gốc phải tăng tới 2 g/l. Natri sunfit có thể cũng được thêm từ dung dịch gốc kỵ khí thích hợp qua đệm nắp của chai thử đã đóng kín, khi đó quy trình này sẽ giảm nguy cơ oxy hóa, để thu được nồng độ khối lượng cuối cùng là 0,2 g/l. Hoặc có thể thay thế bằng cách sử dụng titani (III) xitrat [4.2.2.1 h)]. Thêm titani III xitrat qua đệm nắp của chai thử đã đóng kín để thu được nồng độ khối lượng cuối cùng từ 0,8 mmol/l đến 1,0 mmol/l. Titani (III) xitrat là tác nhân khử có hiệu ứng cao và là tác nhân khử có độc tính thấp, được chuẩn bị như sau. Hòa tan 2,94 g trinatri xitrat dihydrat vào 50 ml nước pha loãng không có oxy (để thu được dung dịch 200 mmol/l) và thêm 5 ml dung dịch titani (III) clorit (15 g/100 ml nước pha loãng). Trung hòa tới pH = 7 ± 0,5 bằng natri cacbonat và phân chia vào chai dạng huyết thanh thích hợp trong dòng khí nitơ. Nồng độ của titani (III) xitrat trong dung dịch gốc là 164 mmol/l.

Sử dụng ngay môi trường thử hoặc bảo quản ở 4 ^oC không quá 1 ngày.

4.2.2.1. Môi trường thử đậm đặc mười lần, được chuẩn bị như sau:

4.2.2.2. Dung dịch nguyên tố vết, đã chuẩn bị như sau:

5. Thiết bị, dụng cụ

5.1. Thùng bảo ôn, để vận chuyển chất cấy.

5.2. Rây, có kích thước lỗ 1 mm².

5.3. Van xả áp chạc ba, có thể gắn vừa khít với nắp chai thu chất cấy.

5.4. Bể chứa bùn phân hủy hoặc chất cấy khác, bao gồm một chai nhựa hoặc thủy tinh (dung tích khoảng 5 I) gắn với một máy khuấy và thiết bị dẫn chuyển dòng khí nitơ đi qua phần trống của chai.

5.5. Máy ly tâm, để xác định nồng độ khối lượng của chất rắn đem cấy.

5.6. Chai thử thủy tinh đã kín khí chịu áp suất, kích thước danh định thích hợp.

Ví dụ, sử dụng chai huyết thanh dung tích danh định 125 ml có thể tích tổng thực tế là 160 ml, được gioăng kín khí bằng đệm nắp và các vòng nhôm khía rãnh. Tốt nhất là sử dụng đệm nắp làm bằng silicon hoặc cao su butyl phủ polytetrafloroeten có khả năng chịu áp suất khoảng 2 x 10⁵ Pa. Sử dụng độ kín khí của nắp, đặc biệt đệm nắp bằng cao su butyl, nên được kiểm tra trước vì nhiều đệm nắp có sẵn trên thị trường không đủ kín đối với metan, và một số loại đệm nắp khác khi bị kim xuyên qua thì không còn kín như yêu cầu về điều kiện của phép thử này.

5.7. Micro xyranh, để nối kín khí giữa máy đo áp suất với phần trống của chai; đồng thời để thêm dịch lỏng không tan hoặc axit vào chai và để xả khí sinh học.

5.8. Máy đo áp suất chính xác để đo tổng lượng khí sinh học (metan cộng với cacbon dioxit).

Kim được gắn vào nhằm thực hiện phép đo và xả khí sinh học tạo ra. Ví dụ về thiết bị thích hợp là máy đo áp suất chính xác cầm tay được nối với kim tiêm; một van kín khí chạc ba dùng để xả áp khí quá mức. Hiệu chuẩn máy đo (xem Phụ lục A) để cho phép chuyển đổi đại lượng đo áp suất sang thể tích khí, nếu cần. Thể tích bên trong của hệ thống ống đo áp suất và van phải giữ thấp tới mức có thể, sao cho sai số do bỏ qua thể tích thiết bị là không đáng kể.

Nếu sử dụng máy đo áp suất có chất lượng như đã mô tả (ví dụ đóng nắp bằng màng thép), thì không cần hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm. Máy đo áp suất này phải do một đơn vị được cấp phép hiệu chuẩn trong khoảng thời gian như khuyến nghị của nhà sản xuất. Độ chính xác của hiệu chuẩn có thể được kiểm tra trong phòng thí nghiệm bằng phép đo một điểm ở 1 x 10⁵ Pa so với máy đo áp suất có bộ hiển thị cơ học. Khi điểm đo này được đo đúng cách thức, thì độ tuyến tính cũng sẽ không bị thay đổi. Nếu sử dụng thiết bị đo khác (mà không có hiệu chuẩn được xác nhận bởi nhà sản xuất), thì nên tiến hành hiệu chuẩn trên toàn thang đo tại những khoảng thời gian qui định.

5.9. Hộp găng tay (tùy chọn), có áp suất dương nitơ thấp.

5.10. Tủ nuôi ủ chống cháy, tốt nhất là được trang bị thiết bị lắc, và có khả năng duy trì nhiệt độ ở 35 ^oC ± 1 ^oC hoặc nhiệt độ yêu cầu khác.

6. Môi trường thử và cản trở

6.1. Môi trường thử

Tiến hành phép thử bằng cách ủ chai thử đã gioăng kín ở nhiệt độ ổn định 35 ^oC ± 1 ^oC trong điều kiện không có oxy, ban đầu trong môi trường khí nitơ, trong tối hoặc trong sáng khuyếch tán. Sử dụng nitơ có độ khiết cao (4.1.2). Trong trường hợp đặc biệt, ví dụ sử dụng trầm tích kỵ khí làm chất cấy, nếu có thể thực hiện phép thử ở nhiệt độ tương tự để môi trường tự nhiên nằm trong khoảng có thể so sánh được (ví dụ 20 ^oC ± 1 ^oC).

6.2. Cản trở

6.2.1. Độ ẩm trong kim tiêm của xyranh

Độ ẩm trong kim tiêm và ống nối của máy đo áp suất có thể dẫn đến số đọc áp suất không chính xác (xem 7.4).

6.2.2. Nhiễm oxy

Phương pháp kỵ khí thường bị sai số từ việc nhiễm oxy. Trong phương pháp này, chất gây cản trở được giảm thiểu bằng sử dụng kỹ thuật xử lý kỵ khí nghiêm ngặt.

6.2.3. pH của môi trường nuôi cấy

Hoạt tính của vi sinh vật nuôi cấy kỵ khí là rất nhạy cảm với giá trị pH. Phải đảm bảo pH của hỗn hợp phản ứng được điều chỉnh về pH 7 ± 0,5 và duy trì trong khoảng từ pH 6,2 đến pH 7,5 cho đến khi kết thúc quá trình ủ (xem 7.5).

6.2.4. Chất lượng nắp chai

Các loại đệm nắp khác nhau có sẵn trên thị trường. Nhiều loại trong số đó không giữ chặt được khí sau khi bị xuyên kim trong điều kiện phép thử (6.1). Đôi khi áp suất giảm rất chậm khi đệm nắp bị xuyên bởi kim tiêm của xyranh.

6.2.5. Tồn dư chất nền trong chất cấy

Quá trình tạo khí sinh học kỵ khí và độ nhạy của chất cấy bị ảnh hưởng bởi chất nền được chuyển từ dịch cấy vào trong chai thử. Bùn bị phân hủy trong hệ thống phân hủy kỵ khí quy mô gia đình thường chứa vật liệu như cát, tóc hoặc chất bã xeluloza từ thực vật. Sàng lọc bùn để loại bỏ các chất thô không tan để thu được mẫu đại diện.

6.2.6. Hóa chất dễ bay hơi

Hóa chất dễ bay hơi có thể được giải phóng vào trong phần trống của chai huyết thanh. Việc này có thể dẫn đến thất thoát một số vật liệu thử từ hệ thống trong quá trình sục khí sau khi đo áp suất, làm cho giá trị EC₅₀ cao giả. Chi tiết xem tài liệu tham khảo [1] trong thư mục tài liệu tham khảo.

7. Cách tiến hành

7.1. Thiết lập phép thử và phép thử sơ bộ

7.1.1. Thiết lập phép thử

Số lượng các lần lặp lại cần thiết phụ thuộc vào mức độ chính xác cần có để thu được chỉ số ức chế có thể chấp nhận được. Nếu gioăng của chai đủ chặt trong suốt quá trình thử, chỉ cần thiết lập một mẻ thử tốt nhất là với ba lần lặp lại của chai thử cho mỗi nồng độ khối lượng. Tương tự thiết lập một mẻ chai cho chất chuẩn và một mẻ cho chất đối chứng.

Tuy nhiên, nếu gioăng của chai chỉ đáng tin cậy cho một hoặc vài lần châm kim, nên thiết lập một mẻ chai thử với ba lần lặp lại cho mỗi khoảng thời gian (t) và thiết lập này phải tiến hành thử cho tất cả các nồng độ khối lượng vật liệu thử. Tương tự thiết lập thời gian “t” cho mẻ chai chất chuẩn và đối chứng.

Nên sử dụng hộp găng tay (5.9). Ít nhất 30 min trước khi bắt đầu phép thử, cho khí nitơ chảy vào hộp găng tay chứa tất cả các thiết bị thử cần thiết. Nếu không sử dụng hộp găng tay, loại khí trong chai bằng cách sử dụng nitơ để thay thế không khí. Phải đảm bảo nhiệt độ của chất cấy tương ứng với nhiệt độ ủ (6.1) trong suốt khoảng thời gian xử lý và gioăng kín chai.

7.1.2. Phép thử sơ bộ

Nếu chưa biết hoạt tính của chất cấy (4.2.1), nên tiến hành phép thử sơ bộ. Ví dụ, thiết lập mẫu đối chứng với nồng độ khối lượng của chất rắn là 0,1 g/l, 0,2 g/l và 0,4 g/I được thêm vào chất nền mà không sử dụng vật liệu thử. Đồng thời sử dụng chai có thể tích khác nhau để có 3 hoặc 4 tỷ lệ khác nhau giữa thể tích của phần trống của chai và thể tích của chất lỏng. Đo khí sinh học trong các khoảng thời gian định kỳ. Từ những kết quả về khí sinh học được sinh ra có thể thiết lập các điều kiện phù hợp nhất cho phép thử chính để có lượng khí sinh học đủ cho phép đo và do đó có độ nhạy tối ưu mà không sợ nổ. Sử dụng kết quả từ phép thử sơ bộ, lựa chọn tần suất mà tại đó phải tiến hành phép đo áp suất, thời gian thử và sự cần thiết của axit hóa ở cuối phép thử.

7.2. Vật liệu thử và đối chứng

7.2.1. Vật liệu thử

7.2.1.1. Dung dịch hợp chất thử

Chuẩn bị dung dịch gốc riêng biệt cho mỗi hợp chất thử tan trong nước bằng nước pha loãng không chứa oxy (4.1.1) để thu được, ví dụ như, 10 g/l vật liệu thử. Sử dụng các thể tích dung dịch gốc thích hợp để chuẩn bị các hỗn hợp phản ứng có chứa các nồng độ khối lượng đạt mức. Phương pháp thay thế có thể tiến hành bằng cách chuẩn bị một dãy pha loãng của từng dung dịch gốc để thể tích được thêm vào các chai thử là như nhau cho mỗi nồng độ khối lượng cuối cùng đã yêu cầu.

Thêm các chất ít hoặc không tan trong nước, ví dụ, như các dung dịch trong dung môi bay hơi. Chuẩn bị dung dịch như vậy ở nồng độ khối lượng thích hợp trong dung môi phù hợp, ví dụ, axeton hoặc dietyl ete (nhưng không sử dụng dung môi ức chế như triclorometan hoặc tetraclorometan). Thêm dung dịch vào chai thử rỗng (5.6) và làm bay hơi dung môi trước khi thêm chất cấy. Vật liệu thử lỏng không tan trong nước có thể được bơm trực tiếp vào chai huyết thanh bằng micro xyranh (5.7). Sử dụng TCVN 6918 (ISO 10634), nhưng cần hiểu rằng mọi chất hoạt động bề mặt được sử dụng đều tạo ra dịch nhũ tương có thể ức chế quá trình tạo khí sinh học kỵ khí.

Thêm vật liệu thử vào chai (5.6) để tạo ra dãy các nồng độ khối lượng theo cấp số nhân, ví dụ, 500 mg/l, 250 mg/l, 125 mg/l, 62,5 mg/l, 31,2 mg/l và 15,6 mg/l. Nếu chưa biết dãy độc tính của các hợp chất tương tự, phải tiến hành phép thử để tìm dãy nồng độ sơ bộ với các nồng độ khối lượng, ví dụ như, 1000 mg/l, 100 mg/I và 10 mg/l để xác định chính xác dãy nồng độ thích hợp.

7.2.1.2. Mẫu nước và nước thải

Sử dụng mẫu nước và nước thải ban đầu làm dung dịch gốc, và, nếu cần, điều chỉnh pH về 7 ± 0,5 nếu chưa xác định được ức chế là do mẫu có tính axít hoặc tính kiềm.

Thêm nước và nước thải vào chai (5.6) để tạo ra dãy dung dịch pha loãng cuối cùng theo cấp số nhân: 1:2, 1:4, 1:8, 1:16 và v.v.. trong đó các tỷ lệ pha loãng tính bằng tương quan giữa thể tích của nước hoặc nước thải với thể tích tổng cuối cùng.

Khi thử nước thải, nồng độ khối lượng phép thử lớn nhất có thể có là tương ứng với 50 % mẫu nước thải. Đó là kết quả của việc thêm nước thải ban đầu vào chai thử (5.6) và một thể tích tương đương huyền phù chất cấy. Phải bảo đảm nước thải hoặc nước thử khác là hoàn toàn không chứa oxy. Ví dụ, sục bọt khí nitơ (4.1.2) qua các dịch pha loãng ít nhất 1 h hoặc sử dụng nước pha loãng không có khí oxy (4.1.1)

7.2.2. Hợp chất chuẩn và đối chứng

Chuẩn bị dung dịch thể lỏng của hợp chất chuẩn, 3,5-diclorophenol (10 g/l), bằng cách vừa thêm từ từ dung dịch natri hydroxit (250 g/l) vào chất rắn, vừa lắc liên tục cho đến khi chắt rắn được hòa tan. Sau đó thêm nước pha loãng đã khử oxy (4.1.1) tới thể tích yêu cầu. Có thể sử dụng rung siêu âm để hỗ trợ việc hòa tan.

Có thể sử dụng chất chuẩn khác khi dãy giá trị trung bình của EC₅₀ đã được thử. Trong trường hợp này, thích ứng với chuẩn cứ đánh giá giá trị sử dụng.

Thiết lập mẻ chai với ít nhất ba lần lặp lại (5.6), chỉ chứa bùn (4.2.1) và chất nền (4.2.2), để làm đối chứng.

Thiết lập thêm các chai lặp lại (5.6), chứa chất cấy (4.2.1) và môi trường thử (4.2.2). Thêm lượng vừa đủ dung dịch gốc của chất chuẩn (3,5-diclorophenol) vào các chai này để thu được nồng độ khối lượng cuối cùng là 113 mg/l. Nồng độ khối lượng này của 3,5-diclorophenol sẽ ức chế việc tạo khí sinh học khoảng 50 %. Cách khác, có thể thiết lập một dãy nồng độ khối lượng thích hợp với cùng chất chuẩn.

Ngoài ra, thiết lập thêm 4 chai (5.6) sử dụng để đo pH có chứa chất cấy (4.2.1), môi trường vô cơ và chất nền. Thêm vật liệu thử (7.2.1) vào 2 chai có nồng độ khối lượng lớn nhất được thử và thêm nước pha loãng đã khử oxy vào 2 chai còn lại.

7.3. Thêm chất cấy và môi trường thử

Khuấy một thể tích thích hợp chất bùn đang phân hủy qua sàng lọc hoặc chất cấy khác (4.2.1) trước khi điều chỉnh từ nồng độ khối lượng từ 0,4 g/l đến 2 g/l chất rắn khô tổng trong chai 5 I (5.4), trong lúc cho dòng khí nitơ đi qua (4.1.2) phần trống của chai. Phun một dòng khí nitơ vào chất thử (7.2.1.1). trong khoảng 2 min để loại bỏ không khí. Thêm nước pha loãng đã khử oxy (4.1.1) vào chai chứa vật liệu thử không tan (7.2.1) để thu được thể tích lỏng tổng tương tự trong chai thử.

Ví dụ về thiết lập phép thử cho mẻ thử được nêu trong Bảng 1.

Phải bảo đảm thể tích phần trống của chai trong khoảng đã chỉ thị bằng phép thử sơ bộ và tất cả các chai này (chất đối chứng, chất thử và chất chuẩn) có chứa cùng một thể tích chất lỏng; nếu cần, thêm nước pha loãng đã loại oxy để thu được thể tích cần. Ví dụ chọn tỷ lệ giữa khí sinh học với thể tích chất lỏng từ các các kết quả của các phép thử sơ bộ (7.1.2).

Sau khi mỗi chai đã định lượng xong, rứt kim cung cấp khí nitơ và gioăng kín chai bằng nút cao su và nắp nhôm và làm ẩm nút bằng vài giọt nước đã loại ion để hỗ trợ việc đóng nắp. Trộn đều các chất trong mỗi chai bằng lắc và ủ.

Bảng 1 - Ví dụ về thiết lập phép thử cho mẻ thử

7.4. Ủ chai và đo áp suất

Chuyển chai đã đóng kín vào tủ ủ ổn nhiệt tốt nhất tủ ủ có thiết bị lắc (5.10) và ủ ở nhiệt độ mong đợi. Nếu ủ chai không có phương tiện lắc, thì lắc chai bằng tay hai lần mỗi ngày trong toàn bộ thời gian ủ để cân bằng hệ thống. Úp ngược chai có thể ngăn ngừa việc thất thoát khí sinh học qua đệm nắp. Tuy nhiên, úp ngược không thích hợp trong trường hợp chất không tan có thể dính chặt vào đáy của chai.

Sau khoảng 1 h, cân bằng áp suất trong chai với áp suất khí quyển bằng cách lần lượt xuyên kim xyranh đã gắn với máy đo áp suất qua đệm nắp của mỗi chai. Tốt nhất nên xuyên kim tạo góc khoảng 45^o để ngăn thoát khí thoát ra từ chai. Mở van cho đến khí áp suất đạt tới “không” và đóng van.

Thường ủ các chai trong 7 ngày. Sử dụng kinh nghiệm của phép thử sơ bộ (7.1.2) để quyết định thời gian thử. Ví dụ, nếu sử dụng trầm tích làm chất cấy và nhiệt độ ủ của phép thử thấp, nếu có thể cần để phải kéo dài phép thử cho đến khi tạo ra đủ khí sinh học. Nếu tạo ra đủ khí sinh học ngắn hơn 7 ngày, thì phép thử phải được rút ngắn tương ứng.

Xác định tổng lượng khí sinh học đã sinh ra bằng phép đo áp suất đều đặn trong toàn bộ thời gian ủ. Chọn khoảng thời gian đo sao cho các điểm số liệu đủ để vẽ một đường về tạo khí sinh học tích lũy. Sử dụng các kết quả từ phép thử sơ bộ (7.2.1) để quyết định tần suất đo. Hoặc thay thế khác, ví dụ nếu biết rõ sự tạo khí sinh học của chất cấy, thì có thể chỉ đo áp suất ở cuối phép thử.

Để đo áp suất xuyên kim xyranh được nối với máy đo áp suất chính xác (5.8), qua đệm nắp của chai. Để số đọc áp suất ổn định và ghi lại kết quả. Sau đó mở van xả khí. Đóng van khi áp suất đọc giá trị là “không”. Làm khô kim thật kỹ trước khi gắn vào chai tiếp theo và đo bằng cách tương tự. Nếu áp suất có giá trị âm, không mở van. Đôi khi hơi nước tích tụ trong kim xyranh và ống dẫn. Việc tích tụ của hơi nước được chỉ thị bằng chỉ số áp suất hơi âm thấp. Trong trường hợp này loại bỏ kim, lắc ống dẫn, làm khô bằng giấy và gắn một kim mới.

Sử dụng kết quả từ phép thử sơ bộ (7.1.2) để quyết định sự axit hóa ở cuối phép thử có hữu ích không. Nếu chỉ thực hiện một phép đo hoặc tại phép đo cuối sử dụng micro xyranh (5.7) thêm 0,5 ml axit phosphoric (4.1.3) vào mỗi chai. Lắc chai ít nhất 30 min. Sau đó cacbon đioxit được tạo ra sẽ thoát khỏi chất lỏng sang pha khí.

Cách khác phép đo áp suất trước và sau khi thêm axit, để phân biệt giữa khí sinh học có chứa chủ yếu cacbon đioxit, có trong chất lỏng, và khí sinh học có chứa chủ yếu metan, có trong phần trống của chai. Thông tin này có thể hữu ích để kiểm soát chất lượng của chất cấy. Khi tỷ lệ của cacbon đioxit tạo ra lớn hơn nhiều so với sự tạo khí metan, tính nhạy cảm của vi khuẩn lên men có thể bị thay đổi. Tỷ lệ này cũng có thể chỉ thị rằng vi khuẩn lên men metan bị ảnh hưởng chủ yếu do vật liệu thử. Sự thay đổi như vậy sẽ không xảy ra khi chất cấy có một ít dư lượng chất nền và khi sự chuẩn bị phép thử được tiến hành nghiêm ngặt trong điều kiện kỵ khí ví dụ trong hộp găng tay.

7.5. Đo pH

Đo và ghi lại pH trong các chai thiết lập cho mục đích của phép thử (7.2.2) tại lúc bắt đầu và kết thúc của phép thử. Thêm vào đó, có thể đo pH tại điểm cuối của phép thử trong tất cả các chai để xem có phải phải thêm axit vào hay không.

Nếu giá trị pH nằm ngoài khoảng từ 6,2 đến 7,5 tại điểm cuối của phép thử, thì kết quả không hợp lệ và phải lặp lại phép thử (xem Điều 9).

8. Tính toán

Tính tổng, và giá trị trung bình, của giá trị áp suất được ghi tại từng khoảng thời gian của từng bộ chai lặp lại và tính tổng trung bình của áp suất tích lũy khí sinh học. Vẽ đường cong biểu diễn sự tạo khí sinh học tích lũy trung bình (p, tính bằng Pa) theo thời gian của các chai đối chứng, chai thử và chai chuẩn. Chọn một mốc thời gian ở phần tuyến tính của đường cong, thường là 48 h, và tính phần trăm ức chế (I) đối với từng nồng độ khối lượng của vật liệu thử theo Công thức (1).

Trong đó:

I là phần trăm ức chế;

p_t là áp suất khí sinh học tạo ra từ vật liệu thử trong thời gian đã chọn, tính bằng pascals (Pa);

p_c là áp suất khí sinh học tạo ra trong bình đối chứng ở cùng thời gian, tính bằng pascals (Pa);

Vẽ đồ thị biểu diễn phần trăm ức chế I dựa vào logarit nồng độ khối lượng của vật liệu thử. Ước tính giá trị EC₅₀ (mg/l) bằng mắt hoặc bằng phân tích hồi quy.

Biểu thị nồng độ khối lượng của chất theo phần khối lượng (mg/g) của chất rắn khô tổng đôi khi trợ giúp tốt hơn cho mục đích so sánh. Để có được phần khối lượng này, chia nồng độ thể tích (mg/l) với nồng độ khối lượng của chất rắn bùn khô (g/l) (xem 4.2.1).

Tính phần trăm ức chế thu được từ nồng độ khối lượng đơn của hợp chất chuẩn (7.2.2) hoặc EC₅₀, nếu có đủ số nồng độ khối lượng được điều tra nghiên cứu.

Trong phép thử ức chế vi khuẩn hiếu khí, I thường được vẽ đồ thị dựa vào hàm logarit của nồng độ khối lượng của vật liệu thử. Trong phép thử ức chế chất bùn kỵ khí với một số chất, đồ thị tuyến tính của I dựa vào nồng độ khối lượng sẽ thích hợp để chỉ sự phụ thuộc giữa nồng độ khối lượng và sự ức chế hơn là so với đồ thị của hàm bán logarit. Sử dụng loại đồ thị này cho thấy đường cong gần tuyến tính nhất ở dải nồng độ rộng hơn.

Chuyển đổi áp suất trung bình của khí sinh học tạo ra trong mẫu đối chứng sang thể tích khí sinh học bằng cách tham chiếu đường cong hiệu chuẩn của máy đo áp suất (Phụ lục A) và từ đó tính sản lượng khí sinh học, tính bằng thể tích khí tạo ra tại thời gian đã chọn (trong 48 h) từ 100 ml chất cấy pha loãng ở phần khối lượng từ 0,2 g/l đến 0,5 g/l chất rắn khô tổng

Trong phép thử nước thải, mức pha loãng thấp nhất không gây ảnh hưởng (giá trị LID), được quan sát trong phép thử, có thể được nêu như kết quả của phép thử. Xem Phụ lục B để biết thêm chi tiết.

9. Tiêu chí đánh giá xác nhận

Các giá trị từ phép thử liên phòng thí nghiệm cho thấy chất chuẩn 3,5-diclorophenol gây ra ức chế 50 % hoạt tính của vi khuẩn kỵ khí trong khoảng nồng độ khối từ 60 mg/l đến 200 mg/l (trung bình 113 mg/l).

Phép thử có giá trị khi sự ức chế lớn hơn 20 % thu được trong mẫu đối chứng chứa 110 mg/l 3,5-diclorophenol, có hơn 20 ml khí sinh học trên gram mỗi chất khô được tạo từ mẫu đối chứng và giá trị pH trong khoảng từ 6,2 đến 7,5 khi kết thúc phép thử.

10. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Tên, nồng độ khối lượng và phương thích thêm vào của vật liệu thử;

c) Nguồn chất cấy (ví dụ bùn kỵ khí đang phân hủy kỵ khí hoạt tính hoặc trầm tích kỵ khí);

d) Thời gian và khoảng thời gian thử;

e) Tên chất chuẩn và kết quả của sự ức chế (ví dụ EC₅₀);

f) Thể tích chất lỏng và phần trống của chai thử;

g) Đặc tính tính năng cơ bản của phép đo áp suất và loại máy đo áp suất;

h) Tất cả số liệu được đo trong phép thử, chai đối chứng và chai chuẩn (ví dụ áp suất p tính bằng pascals)

i) Các kết quả của phép thử, đặc biệt là EC₅₀ (tính bằng mg/g của chất khô) và đường cong ức chế.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Hiệu chuẩn máy đo áp suất

Máy đo phải được hiệu chuẩn tại các khoảng thời gian đều đặn. Việc đọc áp suất có thể liên quan đến các thể tích khí sinh học qua một đường chuẩn được tạo ra khi việc bơm các thể tích khí đã biết ở 35 ^oC ± 1 ^oC vào các chai huyết thanh chứa thể tích nước bằng với lượng hỗn hợp phản ứng, V_R.

- Phân phối V_R ml dung dịch vào năm chai huyết thanh, giữ ở 35 ^oC ± 2 ^oC. gioăng kín các chai và đặt vào bể nước ổn nhiệt ở 35 ^oC trong 1 h để cân bằng nhiệt.

- Bật máy đo áp suất, để ổn định, và điều chỉnh về “không”.

- Châm kim xyranh qua gioăng của một trong số các chai, mở van cho đến khi máy đo áp suất chỉ “không” và đóng van.

- Lặp lại quy trình với các chai còn lại.

- Bơm 1 ml khi tại nhiệt độ 35 ^oC ± 1 ^oC vào mỗi chai. Châm kim xyranh (gắn với máy đo) xuyên qua gioăng của một trong các chai và để cho máy đo áp suất đến ổn định. Ghi lại áp suất, mở van đến khi áp suất đọc về “không” và sau đó đóng van.

- Lặp lại quy trình với các chai còn lại.

- Lặp lại toàn bộ quy trình trên sử dụng 2 ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml, 6 ml, 8 ml, 10 ml, 12 ml, 16 ml, 20 ml và 50 ml khí.

- Vẽ đường hiệu chuẩn của áp suất (Pa) theo thể tích khi được bơm V_b (ml). Phản hồi của máy đo là tuyến tính trong khoảng từ 0 Pa đến 70 000 Pa, và 0 ml đến 50 ml khí.

Phụ lục B

(Tham khảo)

Thể hiện kết quả trong các phép thử với nước thải

Trong phép thử nước thải, mức pha loãng thấp nhất không có hiệu ứng được tìm ra trong quá trình thử (giá trị LID) có thể được dùng để thay thế hoặc thêm vào cùng với giá trị EC. Giá trị LID là mức pha loãng thấp nhất không gây ảnh hưởng (nồng độ khối của nước thải cao nhất) thể hiện ở mức ức chế dưới 20 % trong phép thử. Việc xác định giá trị LID trong nhiều trường hợp là đủ cho mục đích kiểm soát nước thải tại các khoảng thời gian đều đặn. Nếu khoảng giá trị LID nhỏ, thì giá trị này thậm chí có thể được xác định trong các phép thử giới hạn với hai hoặc bốn mức pha loãng. Đánh giá ước lượng giá trị EC là thích hợp hơn để xác định tác động độc của các hợp chất trong các phép thử riêng lẻ.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] WOODS V., PAINTER H.A. and BATTERSBY N.S. A creening method for assessing the inhibition of the anaerobic gas production from sewage sludge. Eds. Steinberg, C. and Kettup, Proc. Int. Symp. om Ecotoxicology; Ecotoxilogical Relevance of Test Method. A. GSF Forschungszentrum, Neuherberg, Germany, 1992, pp. 117 - 132.

[2] ISO 5667-16:1998, Water quality - Sampling - Part 16: Guidance on biotesting of samples.

[3] TCVN 6825:2001 (ISO 11734:1995), Chất lượng nước - Đánh giá sự phân huỷ sinh học kỵ khí “hoàn toàn” các hợp chất hữu cơ trong bùn phân huỷ - Phương pháp đo sự sinh khí sinh học.

[4] TCVN 6625:2000 (ISO 11923:1997), Chất lượng nước. Xác định chất rắn lơ lửng bằng cách lọc qua cái lọc sợi thuỷ tinh.