Название: D 5Повторно утверждено в 2007 г.)
Все авторские права принадлежат Американскому обществу по материалам и их испытаниям (ASTM), 100 Barr Harbor Drive, West Coshohocken, PA 19428, United States of America. Данная копия сделана по лицензии ASTM. |
Стандартный метод испытаний для определения анаэробной биодеградации пластичных материалов в присутствии осадка коммунально-бытовых сточных вод 1
Настоящий стандарт выпускается под установленным названием D 5210; число, следующее непосредственно за названием указывает на год принятия исходной версии или, в случае пересмотра, на год последнего пересмотра. Число в скобках указывает на год последнего утверждения. Верхний индекс эпсилон (e) указывает на редакторские изменения с момента последнего пересмотра или утверждения.
1. Назначение
1.1 Настоящий метод испытаний определяет степень и скорость анаэробной биодеградации синтетических пластических материалов (включая композиционные добавки) под воздействием осадка коммунально-бытовых сточных вод в метантенке из заводских сточных вод в лабораторных условиях.
1.2 Настоящий метод испытаний предназначен для классификации пластичных материалов, которые являются более или менее биодеградируемыми относительно положительного стандарта в анаэробной среде.
1.3 Настоящий метод испытаний применим ко всем пластичным материалам, которые не являются ингибирующими по отношению к микроорганизмам, присутствующим в анаэробных осадках сточных вод.
1.4 Значения, приведенные в единицах Си, должны быть приняты в качестве стандартных.
1.5 Настоящий стандарт не имеет целью исследовать все проблемы безопасности, если таковые имеются, связанные с его использованием. Пользователь данного стандарта является ответственным за установление соответствующих мер безопасности и санитарных правил эксплуатации, и за определение применимости регулирующих ограничений перед использованием. Специфические опасные факторы приведены в разделе 8.
2. Справочные материалы
2.1 Стандарты ASTM: 2
D 883 Терминология, относящаяся к пластикам
D 1193 Технические условия для реагентной воды
D 3593 Метод испытаний для определения средних значений молекулярной массы и распределения молекулярной массы определенных полимеров с помощью жидкостной отсеивающей по размеру хроматографии (гельпроникающая хроматография – ГПХ), использующей универсальную калибровку 3
3. Терминология
3.1 Определения
3.1.1 Определения терминов, используемых в настоящем методе испытаний, приведены в Терминологии D 883.
4. Изложение сущности метода испытаний
4.1 Настоящий метод испытаний состоит из выбора пластичного материала для испытания, получения осадка из метатенка на заводе по переработке отходов, выдержке пластичного материала в инокуляте, полученном из осадка сточных вод, измерении выделения общего газа, диоксида углерода и метана (CO2 и CH4), как функции времени; растворимого органического углерода (SOC) и массы остаточного полимера по окончании испытания, и оценка степени биодеградации.
4.2 Выдается процент производства теоретического газа на основе измеренного или рассчитанного содержания углерода относительно времени, и из этого рассчитывается степень биодеградации.
5. Значение и применение
5.1 Степень и скорость анаэробной биодеградации пластичных материалов в настоящем методе испытаний может использоваться для прогнозирования временного периода, необходимого для ликвидации этих пластиков из окружающей среды, в зависимости от схожести окружающей среды. С увеличением степени использования пластиков, утилизация становится важным вопросом. Настоящий метод испытаний может быть полезным для оценки степени и стойкости пластиков в биологически активных анаэробных местах утилизации. В настоящем методе испытаний определяется скорость и степень анаэробной биодеградации путем измерения выделяющегося объема диоксида углерода и метана, как функции времени выдержки в осадке метатенка.
5.2 Осадок анаэробного канализационного метатенка после обработки осадка отстойника на предприятии по обработке сточных вод, которое перерабатывает в основном муниципальные отходы, является приемлемой активной анаэробной средой (доступно в широкой географической зоне), в которой можно проводить испытания широкого диапазона пластичных материалов. Настоящий метод испытаний можно рассматривать как ускоренное испытание по отношению к типичной анаэробной среде, например, места захоронения отходов, в которых такие пластики сталкиваются с обычными методами утилизации, вследствие высоко активной микробной популяции осадка анаэробного метатенка.
________________________
1 Настоящий метод испытаний находится под юрисдикцией Комитета ASTM D20 по пластикам и находится под непосредственной ответственностью Подкомитета D20.96 по Экологически Деградирующим Пластикам и Продукции на биологической основе.
Настоящее издание утверждено 1 октября 2007 года. Опубликовано в октябре 2007 года. Исходная версия утверждена в 1991 году. Последнее предыдущее издание утверждено в 2000 году как D 5210 – 92(2000).
2 Для доступа к справочным стандартам ASTM обратиться на веб-сайт ASTM, www. astm. org или связаться со Службой Работы с Клиентами ASTM по электронному адресу *****@***org. За информацией о Ежегодном Издании Стандартов ASTM обратиться к странице Кратких Содержаний стандартов на веб-сайте ASTM.
3 Удалено.
Авторские права © ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA , United States.
1
Авторскими правами обладает ASTM Int'l (авторские права защищены); Чтв 20 марта 12:57:27 эталонное восточное время 2008
Скачано/распечатано Натальей Потемкиной (Международные ГОСТ), в соответствии с Лицензионным Соглашением. Дальнейшее воспроизведение несанкционированно.
6. Аппаратура
6.1 Генерируемый газ будет собираться либо в перевернутый мерный цилиндр, погруженный в воду, вода подкислена до pH < 3 серной кислотой, шприц с легко перемещающимся поршнем, либо в другое подходящее устройство для измерения объема газа, например, датчик давления.
6.2 Газовый хроматограф, или другая аппаратура, оборудованная подходящим детектором и колонной (колоннами), будет использоваться для определения количества выделяющегося метана и диоксида углерода с помощью аналитической методики, разработанной для этих газов.
6.3 Инкубатор, достаточный для хранения тестовой колбы при температуре 35 ± 2 °С в темноте в течение испытания.
6.4 Аппаратура для управления средой, пригодная для поддержания анаэробных условий во время подготовки среды и инокуляции (Смотри рисунок 1).
6.5 Колбы для сыворотки, с достаточной емкостью для эксперимента, с каучуковыми пробками и гофрированными зажимами для удержания каучуковых пробок.
6.6 Аналитические весы, для взвешивания образца до и после испытания.
6.7 Аналитический прибор, для измерения содержания растворимого органического углерода в водной среде перед и после испытания.
7. Реактивы и материалы
7.1 Во всех испытания должны использоваться высококачественные реактивы.
7.2 Чистота воды – Под чистотой воды, до тех пор пока не указано другое, понимается реагентная вода, как определено Типом IV в спецификации D 1193.
7.3 Исходные растворы готовятся, как указано в таблице 1.
7.4 К исходному раствору S-3 можно добавить до 1 мл концентрированной HCl для повышения растворимости солей. Хорошо потрясти перед использованием для распределения нерастворенного вещества по всему раствору.
ТАБЛИЦА 1. Исходные растворы для испытания анаэробной биодеградации
Исходный раствор | Соединение | Концентрация г/л | Количество, мл, добавленное на 4 л | Концентрация в среде, ммоль |
S-1 | Резазурин | 0.5 | 8 | ... |
S-2 | KH2PO4 | 69.0 | ... | 1.0 |
K2HPO4 | 88.0 | ... | 1.0 | |
(NH4)2HP04 | 10.0 | 8 | 0.15 | |
NH4Cl | 100.0 | ... | 3.7 | |
S-3 A | MgCl2×6H20 | 60.0 | ... | 3.0 |
FeCl2×4H20 | 20.0 | ... | 1.0 | |
KCl | 10.0 | ... | 1.3 | |
CaCl2 | 10.0 | ... | 0.90 | |
KI | 1.0 | ... | 0.060 | |
MnCl2×4H20 | 0.40 | ... | 0.020 | |
CoCl2×6H20 | 0.40 | 40 | 0.017 | |
NiCl2, 6H20 | 0.050 | ... | 0.0021 | |
CuCl2 | 0.050 | ... | 0.0037 | |
ZnCl2 | 0.050 | ... | 0.0037 | |
H3BO3 | 0.050 | ... | 0.0081 | |
Na2MoO4×H20 | 0.050 | ... | 0.0018 | |
NaIO3×nH2O | 0.050 | ... | 0.0041 | |
Na2SeO3 | 0.010 | ... | 0.00054 | |
S-4 | Na2S×9H20 | 50.0 | 8 | 0.40 |
Бикарбонат | NaHCO3 | ... | 16.8 г | 50.0 |
A В S-3 может образовываться небольшое количество осадка при стоянии, хорошо встряхнуть перед использованием.
8. Вредность
8.1 В настоящем методе испытаний предусмотрено использование вредных химических веществ. Следует избегать контакта с химическими веществами и следовать инструкциям производителя и справочным руководствам по безопасности.
Примечание 1-Мера предосторожности: В настоящем методе испытания предусмотрено использование осадка с предприятия по переработке отходов. Избегать контактов с осадком путем использования перчаток и другого соответствующего защитного оборудования. Чтобы минимизировать контакт с потенциально опасными микробиологическими реагентами, соблюдать гигиену персонала.
| |||||
| |||||
|
| ||||
|
|
|
Рисунок 1. Схематичная диаграмма аппаратуры, пригодной для поддержания анаэробных условий во время подготовки среды и инокуляции
1 – Градуированная волюметрическая пипетка на 100 мл с открытым наконечником
2 – Определяемая среда
3 – Промывочные иголки
4 – Отсос
5 – Магнитная мешалка
6 – Колба с сывороткой
7 – Гидрозатвор
2
9. Инокулят –Микроорганизмы для испытаний
9.1 Инокулят состоит из осадка от хорошо переработанного анаэробного метатенка осадка с общим уровнем твердых органических веществ минимум от 1 до 2 % (масс./об.). Предприятие по переработке сточных вод должно получать не более чем минимальный сброс от промышленного предприятия, а время хранения твердых веществ метатенка должно составлять от 15 до 30 дней. Во время сбора профильтровать осадок через 2-мм сито, или один слой бобинной ткани.
9.2 В настоящем испытании можно использовать свежий осадок, но также перед использованием его можно хранить до двух недель при 4 °С без значительной потери активности. Предпочтительно, чтобы осадок анаэробно перерабатывался в течение от 7 до 14 дней при 35 °С для снижения фоновой активности, которая может создать помехи при испытании.
9.3 Соблюдать осторожность для снижения воздействия на осадок кислорода во время сбора, транспортировке и хранении.
10. Образец
10.1 Образец для испытаний доложен иметь известную массу и достаточное содержание углерода, чтобы дать на выходе объемы диоксида углерода и метана, которые можно было бы адекватно измерить улавливающими устройствами, описанными в настоящем методе испытаний. Можно выполнить модификацию улавливающих устройств для обеспечения обработки пластичных материалов.
10.2 Образец может находиться в форме пленки, куска, фрагмента или сформированного продукта. Записать эту информацию в разделе Отчет.
10.3 Дополнительно измерить молекулярную массу до и после испытания в соответствии с методом испытания D 3593. Записать данные в разделе Отчет.
11. Методика
11.1 Инокуляционная среда:
11.1.1 Приготовить предварительно восстановленную среду из исходных растворов в таблице 1. Добавить 8 мл исходного раствора S-1, 8 мл S-2 и 40 мл S-3 к 3500 мл дехлорированной водопроводной воды, воды Типа IV или более чистой воды, в 4-литровой конической колбе Эрленмайера или длинногорлой колбе. Нагреть до кипения, одновременно перемешивая магнитной мешалкой и дополнительно барботируя смесью из 30 % диоксида углерода и 70 % азота. В случае использования, такую смесь можно купить или приготовить путем смешения двух газов с помощью калиброванных расходомеров или других подходящих устройств. Можно использовать легкодоступный коммерческий азот, содержащий менее 10 промилле кислорода, и коммерческий диоксид углерода, содержащий менее 200 промилле кислорода.
11.1.2 Поместить колбу, содержащую среду в ледяную баню и продолжать барботирование газом до тех пор, пока температура не достигнет 35 °С.
11.1.3 Вынуть колбу, содержащую среду и добавить 16,8 г бикарбоната натрия, 40 мл инокулята осадка и 8 мл раствора S-4. теперь объем составит около 4 л.
11.2 Образец для испытаний и контроля:
11.2.1 Добавить образец для испытаний и контроля к колбе с сывороткой, соблюдая осторожность, чтобы сохранить инертную атмосферу перед добавлением инокулированной среды. Масса образца должна быть точно известна.
11.2.2 Приготовить колбы с образцами, холостыми образцами и контрольными образцами в трех экземплярах.
11.2.3 отобрать пробы из всех колб для анализа содержания растворимого углерода.
11.3 Заполнение колбы для испытания:
11.3.1 Перенести 100 мл анаэробно инокулированной среды в колбу с сывороткой общей емкостью около 160 мл, или пропорционально большее количество, если используются колбы большего размера для размещения более крупных пластиковых образцов. На рисунке 1 показана аппаратура, подходящая для поддержания анаэробных условий во время приготовления и переноса среды. Можно использовать другие подходящие устройства. Клапаны V1 и V2 используются для управления переносом среды в колбы с сывороткой. Отобрать инокулированную среду в пипетку путем отсасывания, затем вытащить пипетку и вставить наконечник в колбу с сывороткой. Во время этой процедуры непрерывно барботировать колбу с сывороткой и горло колбы со средой смесью азота и диоксида углерода с вышеуказанным составом.
11.3.2 Выпустить среду в пипетке в колбу с сывороткой.
11.3.3 Вставить новую каучуковую пробку колбы с сывороткой в горло колбы после того, как иголка, используемая для барботирования содержимого азотом и диоксидом углерода, будет вытащена. Для облегчения введения пробки можно использовать небольшое количество силиконовой смазки. Закрепить пробку с помощью алюминиевого обжимного укупорочного средства.
11.4 Инкубация:
11.4.1 В начале инкубации сбросить давление газа в каждой колбе, чтобы везде было атмосферное давление.
11.4.2 Проводить инкубацию колб в темноте при 35 ± 2 °С до тех пор, пока не прекратится выделение газа (биодеградация) испытуемого соединения. Это устанавливается двумя последующими неделями без значительной генерации газа сверх того, что находится в холостом растворе. Однако, если генерации газа не наблюдается в испытуемом материале, продолжать инкубацию столько времени, сколько анаэробные культуры остаются активными, на что указывает генерация газа в контрольном растворе.
11.4.3 Колбы, содержащие окисленный (розовый) резазурин, должны быть забракованы.
11.5 Аналитические измерения:
11.5.1 Выполнить достаточное количество измерений объема газа, чтобы установить скорость генерации газа, как функцию времени. На ранних стадиях могут потребоваться более частые измерения.
11.5.2 Измерить генерацию газа для каждой колбы с помощью шприца, или другой подходящей аппаратуры, как указано.
11.5.3 Если для измерения объема используется шприц, удерживать шприц в горизонтальном положении во время измерения, поместив иголку в головной части колбы с сывороткой. Для определения генерации газа, позволить поршню шприца свободно двигаться, чтобы уравнять давление в колбе с сывороткой и атмосферное давление. Если используется датчик давления, сбросить давление газа, чтобы привести к атмосферному давлению после измерения.
11.5.4 Определить генерацию метана и диоксида углерода с помощью аналитических методов, пригодных для качественного и количественного определения этих газов, например газовая хроматография с соответствующим детектором.
3
11.5.5 При остановке выделения газа, как описано в пункте 11.4.2, отобрать водную фазу для измерения содержания органических веществ для расчета массового баланса.
11.5.6 Профильтровать содержимое колбы для изоляции оставшегося нерастворимого полимера, который должен быть промыт высушен и взвешен для расчета массового баланса. Так же можно получить молекулярную массу.
12. Расчет
12.1 Определить путем расчета или элементного анализа общее содержание органического углерода в образце для испытаний. Это определяет количество образца, добавленного в колбу с сывороткой и размерные и объемные требования для устройства для измерения объема газа, используемого в данном методе, и теоретическое выделение объема газа для общей биодеградации.
12.2 Рассчитать кумулятивно-средний (по трем результатам) объем газа из анаэробной биодеградации испытуемого материала, путем вычитания кумулятивно среднего объема газа холостого раствора и контрольного раствора.
12.3 Рассчитать процент теоретически произведенного объема газа путем деления кумулятивного среднего объема газа испытуемого материала на теоретический максимум производства газа и умножения на 100.
12.4 Максимальное теоретическое производство газа (диоксид углерода плюс метан) из органических химических соединений рассчитывается следующим образом, на основе 1 ммоль ( = 12 мг) органического углерода, добавленного в качестве пробы; химическое превращение:
C + 2H2 ® CH4 (1)
C + O2 ® CO2
Один миллимоль газообразного углерода занимает 22,4 мл при нормальном давлении и температуре, при температуре 35 °С (температура реакции) и объем, скорректированный для давления паров при 35 °С, составляет:
(2)
(Также потребуется коррекция для изменения атмосферного давления во время испытания.) Это является теоретическим объемом газа, который может сгенерироваться на один моль углерода, добавленного к колбе с сывороткой.
13. Интерпретация результатов
13.1 Информация о токсичности пластичного материала может быть полезна при интерпретации низкой или незначительной биодеградации. (Предварительные знания могут свидетельствовать о токсичности на определенном уровне материала в этом испытании, и этот уровень не должен превышаться. При отсутствии информации низкий результат может служить индикацией того, что следует оценивать более низкие уровни материала, во избежание возможного влияния токсичности. Следует соблюдать осторожность, чтобы оставаться в пределах уровней материала, которые дают достаточное выделение газа, и чтобы измерять с такой точностью, что можно оценить биодеградацию.)
13.2 При исследовании пластичного материала необходимо эталонное или контрольное вещество с известной биодеградируемостью в анаэробных условиях (например, целлюлоза, крахмал), для того чтобы проверить активность инокулята. Если с эталоном наблюдается менее 70 % биодеградации, (на основе CO2 и CH4), испытание считается недействительным и его нужно повторить со свежим инокулятом.
13.3 Уровень плато производства газа в настоящем методе испытаний, наряду с массой оставшегося образца и измеренным содержанием растворенного органического углерода, будет указывать углеродным балансом на степень биодеградации пластичного материала в настоящем методе испытаний.
13.4 Смачиваемость пластичного материала может влиять на полученные результаты, следовательно, процедура может быть ограничена сравнением пластичных материалов одинаковой химической структуры.
14. Отчет
14.1 Занести в отчет следующие данные и информацию:
14.1.1 Информацию о инокуляте, включая источник, процент летучих твердых веществ, дату сбора и использования, время и условия хранения, обработку и возможную акклиматизацию к испытуемому материалу,
14.1.2 Содержание углерода в пластичном материале,
14.1.3 Записывать кумулятивное выделение газа во времени до тех пор пока не будет достигнуто плато, и отображать графически, так как важным является не только конечный результат, но и латентный период и наклон (скорость),
14.1.4 Заносить в отчет анализ газа, как процент метана и процент диоксида углерода, при каждом показании газа,
14.1.5 Процент выделения теоретического газа, вместе с формой пластичного материала, то есть лист, порошок, таблетка и т. д., как для испытуемого материала, так и для стандартного контрольного вещества,
14.1.6 Стандартное отклонение для каждого повторного набора колб (минимум три),
14.1.7 Температурный диапазон испытания,
14.1.8 Если требуется более тщательная математическая обработка данных, кумулятивные данные выделение-газа-от-времени могут быть приведены в соответствие с моделью нелинейной регрессии для получения констант скорости для минерализации и конечной степени биодеградации в бесконечном времени (асимптота, если плато не достигается) 4, 5,
14.1.9 Молекулярная масса пластичного материала до и после испытания, если измерялась, и
14.1.10 Потеря массы образцом и содержание растворимого органического углерода в инокуляте перед и после выдержки.
15. Точность и погрешность измерений
15.1 Точность и погрешность измерений для настоящего метода испытаний не могут быть установлены в настоящее время. Оценка точности и погрешности будет сделана во время будущих круговых испытаний.
16. Ключевые слова
16.1 анаэробный; биодеградация; степень (биодеградации); муниципальный; пластики; сточные воды; осадок сточных вод
___________________________
4 Коррекция для давления паров воды при 35 °С для корректировки для влажного газа.
5 Larson, R. J., and Brothansfor, J., Труды семинара Fate Chem. Aquat. Environ., Proc., Американское общество по микробиологии, Вашингтон, DC, 1980, стр. 67-88.
4
ASTM International не занимает никакой позиции по отношению к законности каких-либо утвержденных патентных прав, в связи с каким-либо вопросом, упомянутым в настоящем стандарте. Пользователи данного стандарта четко информируются о том, что определение юридической силы любых прав таких патентов и риск нарушения таких прав полностью находится под их ответственностью.
Настоящий стандарт может быть отредактирован в любое время ответственным техническим комитетом и должен пересматриваться каждые пять лет и, если не отредактирован, либо повторно утвержден, либо удален. Ваши комментарии принимаются либо для редактирования настоящего стандарта, либо для дополнительных стандартов, и они должны направляться в головные офисы ASTM International. Ваши комментарии будут внимательно рассмотрены на заседании ответственного технического комитета, на котором вы можете присутствовать. Если вам кажется, что ваши комментарии не удостаиваются должного внимания, вам следует ознакомить с вашей точкой зрения Комитет по Стандартам ASTM (ASTM Committee on Standards) по адресу, указанному ниже.
Всеми правами на настоящий стандарт обладает ASTM International, адрес: 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA , United States. Индивидуальные перепечатки (единичные или несколько копий) настоящего стандарта можно получить, связавшись с ASTM по указанному выше адресу или по телефону 5, , или электронной почте *****@***org; или через веб-сайт ASTM (www. astm. org).
5
