ГОСТ Р ИСО 14852-2022 Пластмассы. Определение способности к полному аэробному биологическому разложению в водной среде. Метод с применением анализа выделяемого диоксида углерода

ГОСТ Р ИСО 14852-2022

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЛАСТМАССЫ

Определение способности к полному аэробному биологическому разложению в водной среде. Метод с применением анализа выделяемого диоксида углерода

Plastics. Determination of the ultimate aerobic biodegradability in an aqueous medium. Method by analysis of evolved carbon dioxide

ОКС 83.080.01

Дата введения 2023-03-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным учреждением "Российский институт стандартизации" (ФГБУ "РСТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 230 "Пластмассы, полимерные материалы, методы их испытаний"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 сентября 2022 г. N 990-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 14852:2021* "Определение способности пластмасс к полному аэробному биологическому разложению в водной среде. Метод с применением анализа выделяемого диоксида углерода" (ISO 14852:2021 "Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in an aqueous medium - Method by analysis of evolved carbon dioxide", IDT).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 Некоторые элементы настоящего стандарта могут являться объектами патентных прав

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". 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.rst.gov.ru)

Введение

С ростом использования пластмасс их вторичное использование и утилизация стали серьезной проблемой. В первую очередь следует способствовать вторичному использованию. Как один из возможных вариантов решения таких экологических проблем появляются биологически разлагаемые пластмассы. Изделия из пластмасс или упаковочные материалы, отправляемые на предприятия по компостированию, должны быть потенциально биологически разлагаемыми. Следовательно, очень важно определить потенциальную биоразлагаемость таких материалов и получить общее представление об их потенциальной биоразлагаемости.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ - Сточные воды и активный ил могут содержать потенциально патогенные организмы. Поэтому при обращении с ними следует соблюдать соответствующие меры предосторожности. С токсичными испытуемыми соединениями и соединениями, свойства которых неизвестны, следует обращаться с осторожностью.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод измерения количества выделяемого диоксида углерода для определения степени аэробного биологического разложения пластмасс, в том числе содержащих добавки. Испытуемый материал подвергается воздействию инокулята из активного ила в аэробных условиях искусственной среды, созданной в стандартных лабораторных условиях.

Условия испытаний, используемые в настоящем стандарте, не всегда соответствуют оптимальным условиям, обеспечивающим возможность максимального биоразложения, тем не менее данный метод разработан для измерения биологического разложения пластмасс и дает представление об их потенциальной способности к биоразложению.

Метод позволяет улучшить оценку биоразложения путем вычисления углеродного баланса (при необходимости см. приложение C).

Метод распространяется на следующие материалы:

- природные и/или синтетические полимеры, сополимеры или их смеси;

- пластмассы, содержащие такие добавки как пластификаторы, красители или другие соединения;

- водорастворимые полимеры;

- материалы, которые в условиях испытаний не ингибируют микроорганизмы, присутствующие в инокуляте. Влияние ингибирования можно определить с помощью проверки ингибирования или другим подходящим методом (см., например, [1]). Если испытуемый материал ингибирует инокулят, допускается использовать более низкую концентрацию испытуемого материала, другой инокулят или предварительно экспонированный инокулят.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт [для датированной ссылки применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированной - последнее издание (включая все изменения)]:

ISO 8245, Water quality - Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC) [Качество воды. Рекомендации по определению общего органического углерода (ТОС) и растворенного органического углерода (DOC)]

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

ИСО и МЭК поддерживают терминологические базы данных, используемые в стандартизации по следующим адресам:

- платформа онлайн-просмотра ИСО: доступна по адресу https://www.iso.org/obp

- Электропедия МЭК: доступна по адресу http://www.electropedia.org/

3.1 полное аэробное биологическое разложение (ultimate aerobic biodegradability): Коэффициент разложения, выраженный в процентах, органического соединения микроорганизмами в присутствии кислорода на углекислый газ, воду и минеральные соли других присутствующих элементов (минерализация) плюс новая биомасса.

3.2 активный ил (activated sludge): Смесь органических материалов и биомассы, полученная при аэробной очистке сточных вод в результате роста бактерий и других микроорганизмов в присутствии растворенного кислорода.

3.3 содержание взвешенных веществ (concentration of suspended solids): Количество сухого вещества, полученного путем фильтрации или центрифугирования известного объема активного ила (3.2) и высушивания при температуре приблизительно 105°C до постоянной массы.

3.4 растворенный неорганический углерод; DIC (dissolved inorganic carbon, DIC): Часть неорганического углерода в воде, которая не может быть удалена посредством установленного разделения фаз.

Примечание 1 - Считается по молекулярной формуле.

Примечание 2 - Выражается в миллиграммах диоксида углерода, выделяемого на миллиграмм или грамм испытуемого соединения.

3.6 общий органический углерод; TOC (total organic carbon, TOC): Количество углерода, содержащегося в органическом соединении.

Примечание 1 - Выражается в миллиграммах углерода на 100 мг соединения (по [6], статья 3.14).

3.7 растворенный органический углерод; DOC (dissolved organic carbon, DOC): Часть органического углерода в воде, которая не может быть удалена с помощью установленного разделения фаз.

3.8 индукционный период (lag phase): Время от начала испытания до достижения адаптации и/или выделения разлагающих микроорганизмов и повышения степени биологического разложения химического соединения или органического вещества приблизительно до 10% от максимального уровня биологического разложения (3.9).

Примечание 1 - Измеряется в днях.

3.9 максимальный уровень биологического разложения (maximum level of biodegradation): Степень биологического разложения химического соединения или органического вещества в ходе испытания, выше которой не происходит дальнейшего биологического разложения во время испытания.

Примечание 1 - Измеряется в процентах.

3.10 фаза биологического разложения (biodegradation phase): Время от окончания индукционного периода (3.8) испытания до достижения фазы плато (3.11).

Примечание 1 - Измеряется в днях.

3.11 фаза плато (plateau phase): Время от окончания фазы биологического разложения (3.10) до конца испытания.

Примечание 1 - Измеряется в днях.

3.12 предварительное экспонирование (pre-exposure): Предварительная инкубация инокулята (3.14) в присутствии испытуемого химического соединения или органического вещества с целью повышения способности инокулята к биологическому разложению исследуемого материала путем адаптации и/или подбора микроорганизмов.

3.13 предварительное кондиционирование (pre-conditioned): Предварительно инкубированный инокулят в условиях последующего испытания при отсутствии испытуемого химического или органического вещества с целью оптимизации испытания путем акклиматизации микроорганизмов к условиям испытания.

3.14 инокулят (inoculum): Микроорганизмы или другой материал, используемые для посева (инокуляции).

Примечание 1 - Также называют инокулянтом.

3.15 инокуляция (посев) (inoculation): Введение микроорганизмов в питательную среду для запуска биологического процесса.

4 Основные положения

Смесь перемешивают в испытательных сосудах и аэрируют воздухом, не содержащим диоксида углерода, в течение определенного периода времени, зависящего от кинетики биоразложения, но не более 2 мес. Диоксид углерода, выделяющийся при микробиологическом разложении, определяют соответствующим аналитическим методом, примеры которого приведены в приложениях A и B.

В отличие от метода [2], который используется для разных органических соединений, настоящий стандарт специально разработан для определения биологического разложения пластмасс. Необходимые особые требования влияют на выбор инокулята и испытательной среды, и есть возможность улучшения оценки биоразлагаемости путем вычисления углеродного баланса.

5 Условия проведения испытаний

Инкубацию следует проводить в темноте или при рассеянном свете в помещении, в котором отсутствуют испарения, ингибирующие микроорганизмы и поддерживается постоянная температура, предпочтительно от 20°C до 25°C, с точностью до ±1°C.

6 Реактивы

Используют реактивы только квалификации ч.д.а.

6.1 Дистиллированная или деионизированная вода

6.2 Испытательная среда

В зависимости от цели испытания допускается использовать разные испытательные среды. Например, при использовании испытуемого материала в более высоких концентрациях следует использовать оптимизированную испытательную среду (6.2.2) с более высокой буферной емкостью и концентрацией питательных веществ.

6.2.1 Стандартная испытательная среда

6.2.1.1 Раствор А

Правильность состава раствора можно проверить, измерив значение pH, которое должно быть равно 7,4.

6.2.1.2 Раствор B

6.2.1.3 Раствор C

6.2.1.4 Раствор D

6.2.1.5 Подготовка

Используют свежеприготовленную испытательную среду. Растворы от A до C можно хранить до 6 мес в темноте при комнатной температуре. То же самое относится к раствору D при добавлении HCI или EDTA.

6.2.2 Оптимизированная испытательная среда

6.2.2.1 Раствор E

6.2.2.2 Раствор F (раствор микроэлементов, при необходимости):

Доводят объем раствора до 1000 водой (6.1).

6.2.2.3 Раствор G (витаминный раствор, при необходимости)

6.2.2.4 Подготовка

Правильность состава испытательной среды можно проверить путем измерения значения pH, которое должно составлять 7,0±0,2.

7 Аппаратура

7.1 Следует убедиться, что вся стеклянная посуда тщательно очищена и не содержит органических или токсичных веществ.

Требуется обычное лабораторное оборудование, а также следующее.

7.2 Сосуды для испытаний

7.4 Аналитическое оборудование для определения диоксида углерода

7.5 Аналитическое оборудование для измерения общего органического углерода (ТОС) и растворенного органического углерода (DOC) приведено в ИСО 8245.

7.6 Аналитические весы.

7.7 Центрифуга или фильтрующее устройство с мембранными фильтрами (диаметр пор 0,45 мкм), которые не адсорбируют и не выделяют в значительной степени органический углерод.

7.8 рН-метр.

7.9 Магнитная мешалка или встряхивающее устройство.

8 Проведение испытаний

8.1 Испытуемый материал

Испытуемый материал предпочтительно использовать в виде порошка, но его также можно вводить в виде пленок, кусочков, фрагментов или фигурных изделий. Вид и форма испытуемого материала могут влиять на его биоразложение. Желательно использовать аналогичные формы, если необходимо сравнить разные виды пластмасс. Если испытуемый материал используют в виде порошка, следует использовать частицы известного узкого гранулометрического состава. Рекомендуется гранулометрический состав с диаметром не более 250 мкм. Кроме того, размер используемого испытательного оборудования может зависеть от формы испытуемого материала. Следует убедиться, что из-за условий испытаний, например типа используемого механизма для перемешивания, не происходит существенных механических отклонений. Обработка испытуемого материала (например, использование порошка в случае композитов) не должна существенно влиять на поведение материала при разложении. При необходимости регистрируют содержание водорода, кислорода, азота, фосфора и серы и молекулярную массу испытуемого полимерного материала, используя, например, жидкостную эксклюзионную хроматографию (см., например, [7] или другой соответствующий стандартный метод). Рекомендуется проводить испытания, используя пластмассы, не содержащие добавок, таких как пластификаторы. Если материал содержит такие добавки, то для оценки биоразлагаемости самого полимера будет необходима информация о биоразлагаемости добавок.

Подробная информация об обращении с плохо растворимыми в воде веществами приведена в [3].

8.2 Эталонный материал

В качестве отрицательного контроля допускается использовать биологически неразлагаемый полимер (например, полиэтилен) той же формы, что и испытуемый материал.

8.3 Приготовление инокулята

8.3.1 Основные положения

Подходящим источником инокулята является активный ил с очистных сооружений, предназначенных для очистки преимущественно бытовых сточных вод. Он может быть получен в активной аэробной среде и доступен в широком диапазоне географических зон. При необходимости определения биоразложения на конкретном предприятии по переработке отходов отбирают инокулят из этой среды.

Инокулят может быть приготовлен из источников, приведенных в 8.3.2, для получения разнообразной и концентрированной микробной флоры с достаточной активностью биоразложения. Если эндогенная респирация инокулята избыточна, перед использованием пассивируют инокулят путем аэрации. Температуру испытания согласовывают с используемым инокулятом (см. раздел 5).

8.3.2 Инокулят из очистных сооружений

Отбирают пробу активного ила на хорошо работающей установке по очистке сточных вод или в лаборатории, обрабатывающей преимущественно бытовые сточные воды. Затем тщательно перемешивают, хранят в аэробных условиях и предпочтительно используют его в день сбора (но не позднее 72 ч).

Инокулят может быть предварительно кондиционирован, но, как правило, не следует использовать предварительно экспонированный инокулят. В зависимости от цели испытания может быть использован предварительно экспонированный инокулят, при условии, что это четко указано в протоколе испытаний (например, процент биоразложения = x% при использовании предварительно экспонированного инокулята) и подробно описан метод предварительного воздействия. Предварительно экспонированный инокулят может быть получен в результате лабораторных испытаний на биоразложение (см. [5]), проводимых в разных условиях, или на образцах, отобранных в местах с соответствующими условиями окружающей среды (например, на загрязненных территориях или на промышленных очистных сооружениях).

8.4 Проведение испытаний

Обеспечивают достаточное количество сосудов, чтобы в испытания было включено как минимум следующее:

Для предварительной проверки вместо трех сосудов могут использоваться по два сосуда - для испытуемого и эталонного материала и контрольного опыта. И при необходимости:

Добавляют соответствующие количества испытательной среды (6.2) и инокулята (см. 8.3) в испытательные колбы, как приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Окончательное распределение испытуемых и эталонных материалов

При необходимости определения баланса углерода (см. приложение C) отбирают фиксированный достаточный объем инокулированной испытательной среды из каждого сосуда или из дополнительных сосудов для определения DOC и биомассы в начале и в конце инкубации. Учитывают удаленный объем при корректировке окончательного объема или при вычислении результатов испытания.

Регулярно, в зависимости от скорости выделения диоксида углерода, измеряют количество диоксида углерода, выделившегося из каждого сосуда, используя подходящий и достаточно точный метод (см. приложение B).

Испытание считают завершенным при достижении постоянного уровня выделения диоксида углерода (фазы плато), когда дальнейшее биоразложение не предполагается. Время проведения испытания, как правило, не должно превышать 2 мес. Однако если продолжается наблюдение значительного биоразложения и фаза плато не достигнута по истечении указанного промежутка времени, то время испытания может быть продлено, но не более чем на 6 мес. В случае длительных испытаний особое внимание следует уделять технической системе (например, герметичности испытательных сосудов и соединений, отсутствию проникновения диоксида углерода и утечек).

9 Вычисления и выражение результатов

9.1 Вычисления

9.1.1 Теоретическое количество диоксида углерода, выделяемого испытуемым материалом

где m - масса испытуемого материала, введенного в испытательную систему, мг;

44 - молекулярная масса диоксида углерода;

12 - молекулярная масса углерода.

При необходимости определения баланса углерода вычисляют степень биоразложения испытуемого материала по количеству выделившегося диоксида углерода и содержание углерода в биомассе, образовавшейся во время испытания (см. приложение C).

9.2 Выражение и интерпретация результатов

Составляют таблицу значений выделившегося диоксида углерода и процента биоразложения для каждого интервала измерений и каждого испытательного сосуда. Для каждого сосуда строят графики зависимости выделившегося диоксида углерода и процента биоразложения от времени. Если для трех параллельных сосудов получены сопоставимые результаты, можно построить график среднего значения.

Максимальный уровень биоразложения, определяемый как среднее значение фазы плато кривой биологического разложения или максимальное значение, например когда кривая понижается или в дальнейшем медленно повышается в фазе плато, характеризует степень биоразложения испытуемого материала. Если был определен углеродный баланс, результат этого определения характеризует общую степень биоразложения.

На полученный результат могут влиять смачиваемость и форма испытуемого материала, и, следовательно, процедура испытания может быть ограничена сравнением пластмасс с аналогичной химической структурой.

При интерпретации результатов испытаний, показывающих низкую биоразлагаемость, может быть полезна информация о токсичности испытуемого материала.

10 Достоверность результатов

Испытание признается достоверным, если:

Если перечисленные критерии не выполняются, повторяют испытания, используя другой предварительно кондиционированный или предварительно экспонированный инокулят.

11 Протокол испытаний

Протокол испытаний должен содержать как минимум следующую информацию:

a) ссылку на настоящий стандарт;

c) основные параметры испытания, включая испытательный объем, используемую испытательную среду, температуру инкубации и конечное значение pH;

d) источник и количество использованного инокулята, включая подробную информацию о предварительном воздействии;

e) используемые аналитические методы, включая методы обнаружения диоксида углерода и определения TOC, DOC и биомассы;

f) все результаты испытаний, полученные для испытуемых и эталонных материалов (в табличной и графической форме), включая результаты измерений диоксида углерода, значения процента биоразложения и соответствующие графики зависимости этих параметров от времени;

g) продолжительность индукционного периода, фазы биоразложения и максимальный уровень разложения, а также общую продолжительность испытания;

h) любые отклонения в проведении испытаний;

i) любые наблюдаемые отклонения;

j) дату проведения испытаний;

и, при необходимости, если проводили или определяли:

I) результаты определения углеродного баланса, включая, например:

1) количество углерода в испытуемом материале, окисленного до диоксида углерода,

2) увеличение DOC в испытательной среде во время инкубации за счет водорастворимых веществ,

3) увеличение содержания органического углерода в биомассе во время испытания,

4) содержание углерода в остаточных полимерах в конце испытания, и

5) сумма измеренного углерода, выраженная в процентах от углерода, введенного в качестве испытуемого материала;

n) любую полезную информацию (например, начальная молекулярная масса образца, молекулярная масса остаточного полимера).

Приложение A

(справочное)

Принцип устройства системы для измерения выделившегося диоксида углерода (пример)

Рисунок A.1 - Пример системы для измерения образовавшегося диоксида углерода

Приложение B

(справочное)

Примеры методов определения выделившегося диоксида углерода

Выделившийся диоксид углерода абсорбируется раствором гидроксида натрия (NaOH) и определяется как растворенный неорганический углерод (DIC) с использованием, например, анализатора DOC без сжигания.

B.2 Титриметрический метод с использованием раствора гидроксида бария

В тех случаях, когда выполняются следующие условия:

используют формулу

Приложение C

(справочное)

Пример определения углеродного баланса

C.1 Основные положения

C.2 Процедура испытаний

Определяют количество выделившегося диоксида углерода, как приведено в 8.4.

Для каждого образца определяют количество биомассы на фильтре или в осадке, используя соответствующие методы, например измерение протеина. Определяют или предполагают количество углерода в биомассе и по разности вычисляют увеличение органического углерода в биомассе.

В соответствии с ИСО 8245 определяют DOC в фильтрате каждой пробы и вычисляют увеличение содержания органического углерода. Если возможно, определяют вещества, образующие DOC для подтверждения продуцирования водорастворимых метаболитов.

В конце испытания определяют количество углерода в остаточных полимерах, используя весь оставшийся образец. Обычно это сложная процедура, и ее можно выполнить напрямую, если доступен анализ для конкретного полимера (см. приложение D), или косвенно. В первом случае извлекают и взвешивают остаточные полимеры и вычисляют количество углерода по их известному составу. Одним из возможных методов непрямого определения является промывка, сушка и взвешивание остатка и определение общего органического углерода (TOC). Затем вычитают углерод биомассы (см. выше) из TOC для получения количества углерода в остаточных полимерах. Другая возможность - точно взвесить остаток, а затем обработать его подходящим методом для разрушения биомассы, но не полимеров (это необходимо проверить заранее). Используя, например, гипохлорит натрия, удаляют растворимую часть и снова взвешивают образец. Предполагают, что вся биомасса удалена, и вычисляют по полученной массе содержание полимера в остатке.

C.3 Вычисление углеродного баланса

Этот пример приведен и адаптирован из [9].

Приложение D

(справочное)

Пример определения количества нерастворимого в воде полимера, остающегося в конце испытания на биоразложение, и молекулярной массы полимера

Может быть полезным использование процедуры измерения количества и молекулярной массы полимеров, оставшихся в конце исследования биоразложения. Следующий метод или другой подходящий метод допускается использовать для анализа нерастворимых в воде полимеров, растворяющихся в органических растворителях, не смешивающихся с водой.

a) Переносят испытуемую смесь в делительную воронку, добавляют подходящий органический растворитель и встряхивают от 10 до 20 мин для экстрагирования оставшихся полимеров. Отделяют слой органического растворителя от водного слоя. Добавляют свежий растворитель и повторяют процедуру.

b) Объединяют органические экстракты и выпаривают растворитель досуха. Растворяют твердый образец (остаток) в соответствующем объеме подходящего элюата.

c) С помощью микрошприца вводят подходящее количество в аппарат для высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC), оснащенный колонкой заполненной гелем для эксклюзионной хроматографии. Запускают анализ и записывают хроматограмму.

d) По калибровочной кривой определяют количество присутствующего полимера.

e) Определяют молекулярную массу полимера, вводя в хроматограф идентичный полимер или полимеры, структура которых аналогична структуре испытуемых полимеров и молекулярные массы которых известны. Соотношение между временем удерживания и молекулярной массой получают из результирующей хроматограммы. Вычисляют молекулярную массу, используя это соотношение.

Абсолютную молекулярную массу исследуемого полимера также можно определить с помощью ВЭЖХ с комбинацией малоуглового лазерного светорассеяния (LALLS) и дифференциального рефрактометрического детектора (RI).

Приложение ДА

(справочное)

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов межгосударственным стандартам

Таблица ДА.1

Библиография