附astm d5338譯文 受控堆肥化條件下測(cè)定塑料材料

1、<p>　　ASTM D5338-92受控堆肥化條件下測(cè)定塑料材料需氧生物降解的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)</p><p>　　本標(biāo)準(zhǔn)以固定的DXXYZ標(biāo)號(hào)發(fā)布，標(biāo)號(hào)后面的數(shù)字表示上一次修訂的年份。括號(hào)中的數(shù)字代表上一次批準(zhǔn)的年份。下標(biāo)ε表示自上一次修訂或改再批準(zhǔn)后所進(jìn)行的編輯性更改。</p><p><b>　　1、范圍</b></p><p>　　

2、1.1 本試驗(yàn)方法測(cè)定在試驗(yàn)室條件下塑料材料暴露于受控堆肥化環(huán)境中的生物降解程度和速率。設(shè)計(jì)此方法的目的是在類似堆肥化條件的受控條件下可再現(xiàn)及可重復(fù)的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)物質(zhì)置于種菌中，該種菌取自城市固體廢棄物的堆肥中。需氧堆肥化在溫度、通氣及濕度受到密切監(jiān)控的環(huán)境中進(jìn)行。</p><p>　　1.2 本試驗(yàn)法設(shè)計(jì)為了求得試樣中的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳的轉(zhuǎn)化率。也監(jiān)控生物降解速率。</p><p>

3、;　　1.3 本試驗(yàn)法設(shè)計(jì)適用于各種不抑制需氧性肥堆中存在的有機(jī)微生物的塑料材料。</p><p>　　1.4 本標(biāo)準(zhǔn)不擬說明與其使用有關(guān)的各種安全和衛(wèi)生問題。在使用本標(biāo)準(zhǔn)之前，使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩靶l(wèi)生措施并確定是否超出規(guī)章的限制。具體危害問題見本標(biāo)準(zhǔn)第八節(jié)。</p><p>　　1 本方法由美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)D—20塑料委員會(huì)主管并由D—20．98降解委員會(huì)直接負(fù)責(zé)。<

4、/p><p><b>　　2、參考文件</b></p><p>　　2.1 美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　一D818 測(cè)試用塑料與電絕緣材料的狀態(tài)調(diào)節(jié)方法。2</p><p>　　一D883 塑料規(guī)定詞匯定義。3</p><p>　　一D1293 水PH值的測(cè)定方法。4</p

5、><p>　　一D1888 水中微粒、溶解物、固體或殘留物的測(cè)試方法。4</p><p>　　一D2908 用注水色層分析法測(cè)定水中揮發(fā)性有機(jī)物的操作方法。6</p><p>　　一D3590 水中總氮量的測(cè)試方法。4</p><p>　　一D4129 以高溫氧化和Coulometric法測(cè)定碳總量及有機(jī)碳含量。6</p><

6、p>　　一E260 用于填充柱氣相色層分析操作方法。7</p><p>　　一E355 氣相色層操作法術(shù)語及關(guān)系。7</p><p>　　2.2 APHA—AWWA—WPCF標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　一2540D 在103℃—105℃溫度下干燥的總懸浮固體物。</p><p>　　一2540E 550℃下灼燒的固定固體物及不揮

7、發(fā)固體物。</p><p>　　2美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)年鑒第08.ol卷</p><p>　　3美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)年鑒第08.03卷</p><p>　　4美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)年鑒第11.01卷</p><p>　　5美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)年鑒第11.02卷</p><p>　　6美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)年鑒第11.04卷</

8、p><p>　　7美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)年鑒第14.01卷</p><p>　　8水及污水的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，1989年第17版，美國(guó)公共衛(wèi)生協(xié)會(huì)，紐約州，紐約市，百老匯街1740號(hào)，郵政編碼19919</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　圖1：②使用二氧化碳捕集器的裝置</p><p&g

9、t;　?、嗫諝?不含二氧化碳)</p><p><b>　?、連＝空白</b></p><p><b>　　⑥P＝肯定對(duì)照</b></p><p><b>　?、郚=否定對(duì)照</b></p><p><b>　　④=試樣</b></p>&l

10、t;p>　　③S＝氫氧化鋇洗滌液</p><p>　　8.4 (任選) 二氧化碳捕集器及滴定設(shè)備可用氣相色譜儀或其它裝有適宜于測(cè)量每個(gè)容器排出空氣中二氧化碳和氧氣濃度的探測(cè)裝置及柱管的設(shè)備代替。應(yīng)注意充分經(jīng)常分析二氧化碳濃度，以便在試驗(yàn)進(jìn)程中產(chǎn)生可靠的二氧化碳積累量(例如要三至六小時(shí)測(cè)量一次)。在試驗(yàn)進(jìn)程中應(yīng)注入標(biāo)準(zhǔn)氣體使容器氣體色譜儀內(nèi)部不斷標(biāo)準(zhǔn)化。氣相色譜儀操作應(yīng)符合操作法E280和E353的規(guī)定(

11、圖2)</p><p>　　受控堆肥化生物降解性</p><p>　　1．空氣 6．多通閥</p><p>　　培養(yǎng)室 冷卻裝置 2．流量控制 7．試驗(yàn)用氣體</p><p>　　3．加濕器 8．裁體氣體</p><p>　　圖2使用氣體色譜儀的裝置(選擇使用)

12、 4．堆肥化容器9．樣品回路</p><p>　　5．玲凝液 10．流量計(jì)</p><p><b>　　7.試劑及材料</b></p><p>　　7.1 氫氧化鋇溶液，約為0.024克當(dāng)量，應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。4.0克氫氧化鋇溶于1升蒸餾水中制成。用濾紙過濾成透明溶液，密封保存以防止其吸收空氣中的二氧化碳。</p>

13、<p>　　7.2 用于薄層色譜法的分析純纖維素，粒度小于20微米，作為肯定對(duì)照物。</p><p>　　7.3 聚乙烯作為否定對(duì)照物。其形狀應(yīng)與測(cè)試樣品形狀相同。樣品為薄膜時(shí)應(yīng)使用聚乙烯薄膜，樣品為粒料時(shí)應(yīng)使用聚乙烯粒料等等。</p><p>　　8．危害 </p>&l

14、t;p>　　8.1 本試驗(yàn)需用危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)。避免觸及該物質(zhì)并應(yīng)遵守制造廠商說明書及材料安全數(shù)據(jù)單的規(guī)定。</p><p>　　8.2 堆肥種菌中可能含有銳利物，處理時(shí)應(yīng)加以注意。</p><p>　　8.3 堆肥化容器設(shè)計(jì)不能承受高壓。該系統(tǒng)應(yīng)在接近常壓下工作。</p><p><b>　　9．堆肥種菌</b></p>

15、<p>　　9.1 堆肥種菌應(yīng)為來自城市固體廢棄物的有機(jī)組分經(jīng)良好通氣2—4個(gè)月的舊堆肥，分解充分，并經(jīng)篩孔小于10毫米的篩子過篩。建議在試驗(yàn)的前10天中，堆肥種菌中每克揮發(fā)性固體應(yīng)產(chǎn)生50—150毫克二氧化碳，并且其灰分含量不少于70％，PH值在7—8之間。</p><p>　　9.2 堆肥種菌應(yīng)盡可能不含較大的惰性材料(如玻璃、石塊、金屬等)。這些</p><p>　　

16、物件應(yīng)盡可能手工除去，以獲得均質(zhì)堆肥種菌。</p><p><b>　　10．試樣</b></p><p>　　10.1 試樣應(yīng)含有足夠的碳以生成能充分被捕集器或二氧化碳探測(cè)設(shè)備測(cè)量的二氧化碳。</p><p>　　10.2 所有基本堆肥化參數(shù)，如堆肥罐中的c/N比及氧、孔隙度及水份含量均應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，以便盡可能使堆肥化過程良好。種菌及試樣混

17、合物的c/N比最好在10至40之間。堆肥化容器內(nèi)的氧氣含量在任何時(shí)間都應(yīng)至少為6％，并且無游離積水和材料團(tuán)塊。</p><p>　　10.3 試樣可為薄膜、成型制件、啞鈴形、顆粒、粉末或其它形狀，并符合D618的規(guī)定。</p><p><b>　　11．步驟</b></p><p>　　11.1 從正常運(yùn)轉(zhuǎn)的處理城市廢棄物或有機(jī)碎片的需氧堆

18、肥廠獲取種菌。如果需要，將種菌在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定化處理，使其二氧化碳生成量較低(見9.1節(jié))。</p><p>　　將種菌篩選至小于10毫米，并手工撿出任何較大惰性物件(如玻璃、石塊、木片等)。按試驗(yàn)方法D3590、D1888、2540D及2540E測(cè)定揮發(fā)性固體、干固體和氮含量。</p><p>　　11.1.2 按試驗(yàn)方法2540D、2540E及D4129測(cè)定所有試驗(yàn)物質(zhì)的揮發(fā)

19、性固體、干固體和碳含量。</p><p>　　11.1.3 大致稱量800克種菌干固體并與來自樣品的約100克干固體混合。用蒸餾水調(diào)整容器內(nèi)混合物的干固體含量至約50％。如果C/N比超過40，則加入氯化銨立即稱量裝有全部?jī)?nèi)容物的容器后，開始堆肥化過程。</p><p>　　11.1.4 空白試樣僅由含有約800克干固體的種菌組成。作為參考，必須使用薄層色譜分析用纖維素作為肯定對(duì)照物之用

20、，并以聚乙烯作為否定對(duì)照物。</p><p>　　堆肥化開始通氣，氣流率高達(dá)可保證排出空氣中的氧含量不下降低于8％。在最初一周內(nèi)，氧量必須嚴(yán)密控制，并每天至少檢驗(yàn)兩次以上。按需要調(diào)整空氣流率。</p><p>　　11.3 操作步驟</p><p>　　11.3.1 堆肥化容器置于黑暗中培養(yǎng)45天。首先，培養(yǎng)溫度保持在36℃(土2℃）下一天，以模擬中溫啟動(dòng)階段。

21、其后，溫度提高到58℃(土2℃)，保持4天。經(jīng)過這段消責(zé)階段以后，溫度降至50℃(土2℃)以提供最佳堆肥化條件，并保持至28天。此后，在剩余試驗(yàn)期中溫度降至35℃(土2℃)以模擬中溫熟化階段。45天的培養(yǎng)期可廷長(zhǎng)直至一周之內(nèi)記錄不到明顯的超過種菌的二氧化碳生成量為止。</p><p>　　11.3.2 一周后，每日以最小時(shí)間間隔8小時(shí)檢查排出空氣中的氧氣和二氧化碳濃度，此種檢查維持至試驗(yàn)結(jié)束為止。</p&

22、gt;<p>　　11.3.3 每日檢查進(jìn)入容器前和出口處空氣流量，以確保整個(gè)系統(tǒng)不泄漏氣。</p><p>　　調(diào)整空氣流量，保持二氧化碳濃度至少為2％(按體積比)，以便精確測(cè)定排出空氣中的二氧化碳含量。</p><p>　　11.3.4 確保正常堆肥化條件。每周搖動(dòng)容器以防止大面積溝流現(xiàn)象，使種菌均勻侵蝕試樣，而且水份分布均勻。當(dāng)發(fā)現(xiàn)水份過高、諸如罐中有游離積水時(shí)，或

23、由于水份含量高而結(jié)塊時(shí)，應(yīng)注入干燥空氣或通過空氣入口排放過剩的液體。如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)過于干燥，將嚴(yán)重減慢分解過程，則增加水份。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，進(jìn)行調(diào)節(jié)以保證正常堆肥化條件。如進(jìn)行調(diào)節(jié)，則在相繼的72小時(shí)內(nèi)必須密切監(jiān)控二氧化碳和氧氣濃度，并且每日間隔6小時(shí)以上至少測(cè)定兩次。</p><p>　　11.4 試驗(yàn)結(jié)束</p><p>　　11.4.1 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，稱量容器，并測(cè)定堆肥化物質(zhì)中殘

24、余的干固體濃度。</p><p>　　11.4.2 按D1239方法測(cè)定PH值。如果PH值小于7，則按D2908方法測(cè)定揮發(fā)性脂肪酸的光譜，以指示堆肥容器內(nèi)容物的酸化值。按5：1的蒸餾水與與種菌或殘余物的重量比稀釋試樣以測(cè)定pH值。手工搖混后立即測(cè)定。如果容器內(nèi)每公斤干固體生成兩克以上的揮發(fā)性脂肪酸，則試驗(yàn)應(yīng)視為無效。</p><p><b>　　12 計(jì)算</b>

25、;</p><p>　　12.1 如果化學(xué)組成充分確認(rèn)，則通過元素分析或計(jì)算確定試驗(yàn)材料中的碳總量。因而可計(jì)算二氧化碳的理論釋出量：</p><p><b>　　材料中含W%碳</b></p><p>　　W/100×裝入材料的克數(shù)＝Y(jié)克裝入堆肥器的碳＝Cj</p><p>　　C＋O2 CO2<

26、;/p><p>　　12克碳生成44克二氧化碳</p><p><b>　　44×Y</b></p><p>　　Y克碳生成————(克)二氧化碳</p><p><b>　　12</b></p><p>　　12.2 確定由試驗(yàn)物質(zhì)生成的累計(jì)二氧化碳量(克）。<

27、;/p><p>　　12.2.1 按試驗(yàn)物質(zhì)與空白氫氧化鋇捕集液之間的差，確定產(chǎn)生的二氧化碳量(以毫升滴定液計(jì))。用0.05N鹽酸進(jìn)行滴定。當(dāng)二氧化碳進(jìn)入吸收瓶?jī)?nèi)時(shí)，按下式進(jìn)行反應(yīng)：</p><p>　　Ba(OH)2＋CO2 BaCO3+H2O</p><p>　　生成的碳酸鋇(BaCO3)為不溶性沉淀物。按下式以酚酞為指示劑用鹽酸的點(diǎn)滴定法測(cè)定溶液中氫氧

28、化鋇的剩余含量：</p><p>　　Ba(OH)2＋2HCl BaCl2+H2O</p><p>　　從上述兩方程式可見，生成的二氧化碳的毫摩爾數(shù)為：</p><p><b>　　氯化氫毫摩爾數(shù)</b></p><p>　　二氧化碳的毫摩爾數(shù)＝開始時(shí)氫氧化鋇的毫摩爾數(shù)— —————————</p>

29、<p><b>　　2</b></p><p>　　12.2.2 對(duì)于選用氣相色譜分析法而言，累計(jì)二氧化碳生成(以克計(jì)算)由測(cè)量流率和氣體組成，并在重新計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)溫度及壓力下的體積后加以確定。</p><p>　　12.2.3 計(jì)算每一反應(yīng)器產(chǎn)生的累計(jì)氣態(tài)碳量。</p><p>　　減去僅含種菌的對(duì)照組(三個(gè)重復(fù)試樣)中氣態(tài)碳平

30、均生成量值，確定該三個(gè)重復(fù)試樣中試驗(yàn)物質(zhì)可控堆肥化的平均凈氣態(tài)碳生成量。</p><p>　　12.3 試驗(yàn)混合物的平均凈氣態(tài)碳生成量除以試驗(yàn)混合物初始碳量，再乘以100，計(jì)算生物降解百分率。</p><p>　　平均Cg(試驗(yàn)) - 平均Cg(空白)</p><p>　　生成降解百分率＝ ——————————————— × 100％</p>

31、<p><b>　　Cj</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Cg產(chǎn)生的氣態(tài)碳量(以克計(jì))</p><p>　　Cj=加入的試驗(yàn)混合物中的碳量(以克計(jì))</p><p>　　12.4 按下式計(jì)算生物降解百分率的標(biāo)準(zhǔn)誤差Sε：</p>

32、<p>　　Sε＝√S2試驗(yàn)/n1+S2空白/n2 × 100/Cj</p><p>　　式中n1、n2分別為重復(fù)試驗(yàn)數(shù)和對(duì)照縮化器數(shù)。S為生成總氣態(tài)碳量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。</p><p>　　按下式計(jì)算95％置信極限：</p><p>　　95％置信極限＝生物降解百分率土(t×S )</p><p>　　式中：t為

33、自由度為n1+n2-2時(shí)95％概率的t分布值；因而n=3+3-2=4</p><p><b>　　13. 結(jié)果說明</b></p><p>　　13.1 有關(guān)塑料材料毒性的資料對(duì)于說明抑制效應(yīng)可能有用。</p><p>　　13.2 在大多數(shù)情況下研究塑料材料時(shí)，需要已知生物降解的參照物或?qū)φ瘴?，以便校?yàn)種菌的活性。如果用肯定對(duì)照物未觀察

34、到充分的生物溶解（對(duì)纖維而言，45天內(nèi)最小70％），則試驗(yàn)必須被視為無效，并應(yīng)用新種菌重新試驗(yàn)。</p><p><b>　　14．精度與偏差</b></p><p>　　用于測(cè)定可控堆肥化條件下塑料材料需氧生物降解的本方法DXXYZ中的精度和偏差正確定中。</p><p>　　表1列示了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重復(fù)性試驗(yàn)初步結(jié)果。 該試驗(yàn)采用有氣相色譜分析

35、儀的可控堆肥化裝置。這些數(shù)據(jù)代表以纖維素作為肯定對(duì)照物的三種不同降解測(cè)定。在恒溫0℃(土2℃）的情況下，纖維素45天堆肥化后的平均降解中為75.3%；干均標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.5％，干均95％置信極限區(qū)間為5％。所有三次試驗(yàn)應(yīng)由同一操作者在七個(gè)月內(nèi)完成。圖3、圖4及圖5用曲線表示了第三次試驗(yàn)情況。試驗(yàn)中生物降解率為78.9％，是含纖維素作為指定對(duì)照物的三個(gè)重復(fù)試樣的平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差為o.3%，95％置信極限區(qū)間為2％。圖3表示僅含種菌作為空白試

36、驗(yàn)的三個(gè)重復(fù)試樣的結(jié)果：圖4表示以纖素作為肯定對(duì)照物的結(jié)果；圖5表示每克加入的纖維素生成的二氧化碳量。</p><p><b>　　15．試驗(yàn)報(bào)告</b></p><p>　　15.1 報(bào)告下列數(shù)據(jù)和資料</p><p>　　15.1.1 有關(guān)種菌的資料，包括來源、干固體百分率、揮發(fā)性固體百分率、總氮含量(Kjdldahl)、活性(頭十天的

37、二氧化碳生成量)以及收集、儲(chǔ)存和處理日期。</p><p>　　15.1.2 塑料材料中的碳含量、肯定和否定對(duì)照物以及理論最大二氧化碳生成量的計(jì)算。報(bào)告被測(cè)塑料材料的大小、形狀、體積和厚度；以及塑料材料的形式，即薄片、粉式、粒料等。</p><p>　　15.1.3 報(bào)告試驗(yàn)之前及結(jié)束時(shí)連同內(nèi)容物的容器重量。</p><p>　　15.1.4 報(bào)告試驗(yàn)期中累計(jì)

38、二氧化碳釋放量和氫消耗量并以圖形表示。報(bào)告實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所使用的儀器。</p><p>　　15.1.5 報(bào)告每種被測(cè)塑料材料的需氧生物障解百分率以及對(duì)于該降解百分率的每種被測(cè)材料或?qū)φ瘴锏臉?biāo)準(zhǔn)偏差和95％置信極限區(qū)間。</p><p>　　15.1.6 報(bào)告相對(duì)于肯定參考物(纖維素為100％)的生物降解百分率。</p><p>　　15.1.7 試驗(yàn)的溫度范圍。&

39、lt;/p><p>　　15.1.8 堆肥種菌的pH值及最終殘留物的pH值。最終pH值小于7的容器中的揮發(fā)性脂肪酸濃度。</p><p>　　表1：可控堆肥化條件下，以纖維素為肯定對(duì)照的試驗(yàn)室內(nèi)需氧生物降解試驗(yàn)結(jié)果。</p><p><b>　　18. 關(guān)鍵詞</b></p><p>　　試驗(yàn)方法(Test Method)

40、</p><p>　　需氧生物降解（Aerobic Biodegradation)</p><p>　　塑料(Plastics)</p><p>　　可控的(Controlled)</p><p>　　生物降解(Biodegradation)</p><p>　　堆肥化(Composting)</p>&

41、lt;p>　　美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)在本標(biāo)準(zhǔn)所提及的項(xiàng)目中不考慮其是否與維護(hù)有效專利權(quán)有關(guān)。協(xié)會(huì)明確向本標(biāo)準(zhǔn)的使用者指明：確定某專利權(quán)是否仍有效以及是否會(huì)對(duì)該專利造成授權(quán)等等完全是使用者的責(zé)任。</p><p>　　13.1 節(jié)的補(bǔ)充</p><p><b>　　13．結(jié)果說明</b></p><p>　　13.1 有關(guān)塑料材料對(duì)微生物的

42、毒性資料在說明生物降解率低或可以忽略時(shí)可能有用(事先的了解能表明本試驗(yàn)物料一定程度的毒性，并且不應(yīng)超過此水平，無此資料，結(jié)果低可能是應(yīng)估計(jì)較低水平的材料，以避免可能的毒性效應(yīng)的跡象一應(yīng)注意保持在材料水平之內(nèi)，產(chǎn)生足夠氣體釋放量以精確測(cè)定以便能評(píng)定生物降解性)。</p><p>　　13.2 當(dāng)研究某一塑料材料時(shí)，需要一已知在厭氧條件下生物降解的參考物或?qū)φ瘴?如纖維素、淀粉)，以檢查種菌的活性。如果8天內(nèi)觀察到