Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9493-1:2012 khả năng phân hủy sinh học hiếu khí của vật liệu chất dẻo

• Số hiệu: TCVN9493-1:2012
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2012

Thành phần	Dung dịch khoáng (xem Bảng 2)	Chất dinh dưỡng thích hợp	Ure	Bột ngô	Cellulose	Chất chiết compost
Lượng	500 ml	13 g	5,8 g	20 g	20 g	500 ml

Bảng 2 - Thành phần của 1 L dung dịch khoáng

Hóa chất

KH₂PO₄

MgSO₄

CaCl₂ (dung dịch 10 %)

NaCl (dung dịch 10 %)

Dung dịch vết nguyên tố (xem Bảng 3)

Lượng

1 g

...

...

...

1 ml

1 ml

1 ml

Bảng 3 - Thành phần của 1 L dung dịch vết nguyên tố

Hóa chất

H₃BO₃

Kl

FeCl₃

MnSO₄

...

...

...

FeSO₄

Lượng

500 mg

100 mg

200 mg

400 mg

200 mg

400 mg

Trộn một lượng chất khoáng và dung dịch vật liệu cấy để được một hỗn hợp đồng nhất, và cho hỗn hợp vào các bình phản ứng (khoảng 1 kg hỗn hợp trong mỗi bình). Cân từng bình phản ứng với chất chứa bên trong và ủ ở 50 ^oC ± 2 ^oC trong ba/bốn ngày.

...

...

...

Chất khoáng được xử lý theo cách này được coi là "khoáng đã hoạt hóa" và có thể cho vào các bình compost để sử dụng như tầng chất rắn thay cho vật liệu cấy là compost đã ngấu (xem 8.1). Đối với các đánh giá thông thường, sử dụng 800 g chất khoáng đã hoạt hóa trong mỗi bình compost.

Lượng khoáng đã hoạt hóa và vật liệu thử sử dụng trong phép thử phụ thuộc vào kích cỡ của bình compost. Tỷ lệ giữa khối lượng khô của khoáng đã hoạt hóa với khối lượng khô của vật liệu thử thường là 4:1. Chỉ đổ hỗn hợp thử vào khoảng một nửa thể tích của bình compost để có khoảng không thích hợp đủ để có thể khuấy hoặc lắc hỗn hợp thử.

Đối với các đánh giá thông thường, sử dụng bình compost có thể tích khoảng 3 L. Cân một lượng khoáng đã hoạt hóa tương ứng với 200 g chất rắn khô và một lượng mẫu thử tương ứng với 50 g chất rắn khô và trộn đều trước khi cho hỗn hợp vào các bình.

8.7. Quá trình thu hồi và cân bằng cacbon khi sử dụng khoáng

Khi kết thúc phép thử, lớp khoáng phải được tách ra để thu hồi và xác định lượng vật liệu thử còn lại, lượng sản phẩm phụ của quá trình phân hủy và/hoặc sinh khối. Tầng chất khoáng trong từng bình compost có thể được phân tích riêng rẽ hoặc lớp khoáng của tất cả các bình có thể gộp chung vào và phân tích cùng nhau. Giá trị lượng sinh khối thu được, lượng vật liệu thử còn lại và lượng sản phẩm phụ có thể được sử dụng cùng với lượng cacbon sinh ra dưới dạng CO₂ trong suốt quá trình thử để thực hiện cân bằng cacbon cuối cùng. Khi kết thúc phép thử, lượng cacbon có trong vật liệu thử ban đầu được so sánh với lượng cacbon sinh ra dưới dạng CO₂ trong quá trình thử, lượng cacbon chuyển vào sinh khối và lượng cacbon còn lại trong vật liệu thử và trong sản phẩm phụ của quá trình phân hủy. Theo cách này có thể công nhận kết quả thử thu được đối với mức độ phân hủy sinh học.

Phụ thuộc vào bản chất của vật liệu thử có thể tiến hành chiết tuần tự bằng nước và/hoặc dung môi hữu cơ. Để làm việc này, tiến hành hòa tan trước vật liệu thử để chọn dung môi thích hợp.

Phương pháp phân tích có thể sử dụng là phương pháp chụp phổ (IR, UV nhìn thấy, NMR, v.v…), sắc ký, phân tích trọng lượng, phân tích nguyên tố, v.v… Có thể áp dụng trực tiếp các quy trình này đối với chất chiết và/hoặc với phần cô đặc của chất chiết. Chất chiết này có thể được mang đi thử độc tố sinh học.

9. Tính toán và biểu thị kết quả

9.1. Tính toán lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuyết

...

...

...

ThCO₂ = M_TOT x C_TOT x                                  (1)

Trong đó

M_TOT là lượng chất rắn khô tổng số trong vật liệu thử được cho vào bình compost khi bắt đầu phép thử, tính bằng gam;

C_TOT là phần cacbon hữu cơ tổng số trong chất rắn khô tổng số của vật liệu thử, tính bằng gam trên gam;

44 và 12 là khối lượng phân tử của cacbon dioxit và khối lượng nguyên tử của cacbon.

9.2. Tính toán phần trăm phân hủy sinh học

Từ lượng tích lũy cacbon dioxit giải phóng ra, tính phần trăm phân hủy sinh học D_t của vật liệu thử đối với từng phép đo theo công thức (2):

D_t = x 100                     (2)

Trong đó

...

...

...

(CO₂)_B là lượng tích lũy trung bình cacbon dioxit sinh ra trong các bình chứa mẫu trắng, tính bằng gam cho mỗi bình;

ThCO₂ là lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuyết từ vật liệu thử, tính bằng gam cho mỗi bình.

Nếu chênh lệch giữa các kết quả riêng lẻ nhỏ hơn 20 % thì tính phần trăm phân hủy sinh học trung bình. Nếu không thì sử dụng riêng rẽ các giá trị của từng bình compost.

Sử dụng công thức tương tự để tính toán mức độ phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng.

9.3. Tính toán sự tổn hao khối lượng

Ví dụ về các tính toán sự tổn hao khối lượng dựa trên hàm lượng chất rắn bay hơi được nêu tại Phụ lục C.

9.4. Biểu thị kết quả

Lập bảng các số liệu đo được và các số liệu tính toán đối với vật liệu thử, vật liệu đối chứng và mẫu trắng theo từng ngày đo. Ví dụ về mẫu bảng này nêu tại phụ lục E.

Vẽ đồ thị lượng tích lũy cacbon dioxit sinh ra theo thời gian của từng bình compost chứa mẫu trắng, bình chứa vật liệu thử và vật liệu đối chứng (xem ví dụ trong Phụ lục B). Vẽ đồ thị đường cong phân hủy sinh học (phần trăm phân hủy sinh học theo thời gian) đối với vật liệu thử và vật liệu đối chứng (xem ví dụ trong Phụ lục B). Sử dụng giá trị trung bình nếu chênh lệch giữa các giá trị riêng lẻ nhỏ hơn 20 %. Nếu không thì vẽ đường cong phân hủy sinh học cho từng bình compost.

...

...

...

Nếu vật liệu thử bao gồm nhiều mảnh rời thì chỉ tiến hành mô tả mức độ phân rã của vật liệu. Bổ sung các thông tin như ảnh chụp hoặc giá trị của các tính chất vật lý tương ứng xác định được nếu có.

10. Độ tin cậy của kết quả

Phép thử được coi là có tin cậy nếu

a) mức độ phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng lớn hơn 70 % sau 45 ngày;

b) chênh lệch giữa phần trăm phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng trong các bình khác nhau nhỏ hơn 20 % khi kết thúc phép thử;

c) vật liệu cấy trong bình chứa mẫu trắng sinh ra nhiều hơn 50 mg nhưng ít hơn 150 mg cacbon dioxit trên gam chất rắn bay hơi (giá trị trung bình) sau 10 ngày ủ.

11. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm tất cả các thông tin thích hợp và các thông tin sau:

a) viện dẫn tiêu chuẩn này;

...

...

...

c) thông tin cần thiết để nhận dạng và mô tả vật liệu đối chứng và hàm lượng cacbon hữu cơ của vật liệu;

d) thể tích các bình compost, lượng vật liệu cấy, vật liệu thử và vật liệu đối chứng, và các đặc tính chính của thiết bị sử dụng để xác định lượng cacbon dioxit và thiết bị sử dụng để xác định cacbon;

e) thông tin về vật liệu cấy, như nguồn gốc, thời gian ủ, ngày thu gom, bảo quản, chuẩn bị, ổn định, hàm lượng chất rắn khô tổng số, chất rắn bay hơi, pH của huyền phù, hàm lượng nitơ tổng hoặc axit béo bay hơi, nếu có;

f) kết quả cacbon dioxit sinh ra và phần trăm phân hủy sinh học của từng bình compost và giá trị trung bình được lập ở dạng bảng và đồ thị, cũng như mức độ phân hủy sinh học cuối cùng của vật liệu thử và vật liệu đối chứng và hoạt tính của vật liệu cấy (sinh ra CO₂ sau 10 ngày trong bình chứa mẫu trắng);

g) kết quả các quan sát trên vật liệu cấy và vật liệu thử trong suốt quá trình thử và khi kết thúc phép thử như hàm lượng ẩm, sự phát triển của nấm, cấu trúc, màu sắc, mùi vị và độ phân rã, cũng như các phép đo vật lý và/hoặc ảnh chụp;

h) khối lượng của từng bình compost khi bắt đầu và khi kết thúc phép thử, và chi tiết các phép đo tổn hao khối lượng, nếu tiến hành;

i) lý do của việc loại bỏ bất kỳ kết quả thử nào;

j) thông tin và nguồn gốc, loại và lượng chất khoáng sử dụng (nếu có);

k) kết quả của phép xác định cân bằng cacbon nếu có thực hiện.

...

...

...

PHỤ LỤC A

(tham khảo)

NGUYÊN TẮC CỦA HỆ THỐNG THỬ

Khí tổng hợp không có cacbon dioxit hoặc khí nén được đưa vào với áp suất thấp không đổi. Nếu sử dụng khí nén thì cacbon dioxit được loại bỏ bằng cách cho khí đi qua một hệ thống hấp thụ cacbon dioxit phù hợp. Nếu sử dụng dung dịch natri hydroxit trong nước là hệ thống hấp thụ thì khí được tạo ẩm ngay cùng một lúc. Bẫy thứ hai có chứa dung dịch bari hydroxit có thể được sử dụng để xác định là không còn cacbon dioxit

CHÚ DẪN

1. không khí

2. không khí không có CO₂

3. khí thoát ra

...

...

...

5. hỗn hợp thử

6. dung dịch NaOH

7. hệ thống bẫy CO₂

8. bình compost

9. hệ thống xác định CO₂

Hình A.1 - Sơ đồ hệ thống thử

Không khí sử dụng để làm thoáng khí hỗn hợp thử trong các bình compost nên được đưa vào từ đáy của bình và được phân bố càng đều càng tốt. Nếu quá trình phân hủy sinh học xảy ra, cacbon dioxit sinh ra được thổi ra ngoài theo khí thải.

Có thể đo trực tiếp lượng CO₂ có trong khí thoát ra, ví dụ bằng thiết bị phân tích hồng ngoại liên tục hoặc thiết bị sắc ký khí. Trong trường hợp này, cần phải đo hoặc xác định chính xác tốc độ dòng khí.

Tùy thuộc vào thiết bị đo sử dụng, có thể phải loại nước ra khỏi khí, ví dụ bằng cách làm mát. Nếu nhiều bình compost được nối với nhau để tạo thành một hệ thống đo riêng thì cần phải có van khí phù hợp.

...

...

...

PHỤ LỤC B

(tham khảo)

VÍ DỤ VỀ ĐỒ THỊ THỂ HIỆN SỰ PHÁT SINH CACBON DIOXIT VÀ ĐƯỜNG CONG PHÂN HỦY SINH HỌC

CHÚ DẪN

X thời gian (ngày)

Y phát sinh CO₂ (g/bình)

1 vật liệu thử

...

...

...

Hình B.1 - Đường cong sinh ra CO₂

CHÚ DẪN

X thời gian (ngày)

Y mức độ phân hủy sinh học (%)

1 giai đoạn thích ứng

2 giai đoạn phân hủy

3 giai đoạn ổn định

4 mức độ phân hủy sinh học trung bình (65 %)

...

...

...

....................

6. Cân từng bình thử có hỗn hợp thử gồm vật liệu cấy và vật liệu thử và từng bình trắng chỉ có vật liệu cấy khi bắt đầu phép thử (ves_ms và ves_Bs) và khi kết thúc phép thử (ves_me và ves_Be), biểu thị kết quả bằng gam cho một bình.

7. Kiểm tra lượng chính xác của vật liệu thử (mat_wfs), vật liệu cấy (com_wfs) và nước (wat_add) phải bổ sung vào bình compost theo công thức (C.3) đối với hỗn hợp thử (ves_am) và công thức (C.4) đối với mẫu trắng (ves_aB):

ves_am = ves_y + ves_ms = ves_y + com_wfs + mat_wfs + wat_add                  (C.3)

ves_aB = ves_y + ves_Bs = ves_y + com_wfs + wat_add                               (C.4)

8. Đối với từng bình thử, tính lượng hỗn hợp ướt của vật liệu thử và vật liệu cấy còn lại khi kết thúc phép thử (mix_wfe) theo công thức (C.5) và đối với mỗi bình trắng tính lượng vật liệu cấy (com_wBe) còn lại theo công thức (C.6), biểu thị kết quả bằng gam cho một bình:

mix_wfe = ves_me - ves_y                                                                   (C.5)

com_wBe = ves_Be - ves_y                                                                 (C.6)

9. Lấy các mẫu đại diện khoảng 10 g hỗn hợp vật liệu thử và vật liệu cấy từ mỗi bình thử khi kết thúc phép thử. Xác định khối lượng ướt (mix_we), chất rắn khô tổng số (mix_de) và chất rắn bay hơi (mix_ve) và tính tỷ lệ của chất rắn khô tổng số trên khối lượng ướt (mix_de/we) và tỷ lệ của chất rắn bay hơi trên chất rắn khô tổng số (mix_ve/de). Sử dụng quy trình tương tự để xác định tỷ lệ chất rắn khô tổng số trên khối lượng ướt (com_de/we) và tỷ lệ chất rắn bay hơi trên chất rắn khô tổng số (com_ve/de) trong mẫu trắng.

...

...

...

mix_vfe = mix_wfe x mix_de/we + mix_ve/de                         (C.7)

com_vBe = com_wBe x com_de/we + com_ve/de                              (C.8)

11. Tính giá trị trung bình của chất rắn bay hơi trong bình trắng khi kết thúc phép thử (com_vBe,mean).

12. Tính chất rắn bay hơi trong vật liệu thử trong từng bình thử khi kết thúc phép thử (mat_vfe) theo công thức (C.9), biểu thị kết quả theo gam cho mỗi bình:

mat_vfe = mix_vfe - com_wBe,mean                                                        (C.9)

13. Từ giá trị chất rắn bay hơi, tính lượng vật liệu thử đã phân hủy (mat_deg) trong từng bình thử theo công thức (C.10), biểu thị kết quả bằng gam cho mỗi bình

mat_deg = mat_vfs - mat_vfe                                        (C.10)

14. Đối với từng bình thử, tính phần trăm khối lượng tổn hao của vật liệu thử, nghĩa là phần trăm mức độ phân hủy sinh học D_v tính từ tổn hao chất rắn bay hơi theo công thức (C.11):

Dv =                                                (C.11)

...

...

...

16. Xác định mức độ phân hủy sinh, tính từ tổn hao khối lượng của vật liệu đối chứng theo cách tương tự, nếu có yêu cầu.

PHỤ LỤC C

(tham khảo)

PHÉP THỬ LIÊN PHÒNG

Một phép thử liên phòng đã được tiến hành để đánh giá phương pháp thử này. Vật liệu thử được sử dụng là giấy và polyme đồng trùng hợp của poly-b-hydroxybutyrat và poly-b-hydroxyvalerat. Cellulose có cỡ hạt nhỏ hơn 20 mm được sử dụng làm vật liệu đối chứng. Kết quả thử và ý kiến của các bên tham gia đã chỉ ra bằng phương pháp này là thích hợp và khả thi và cung cấp các kết quả thử của giá trị dự đoán cao hơn. Các kết quả thử được công bố trong

PAGGA, U., BEIMBORN, D.B., BOELENS, J., và DE WILDE, B., Determination of the aerobic biodergradability of polymeric material in a laborabory controlled composting test (Xác định khả năng phân hủy sinh học của vật liệu polyme trong phép thử compost có kiểm soát ở quy mô phòng thí nghiệm), Chemosphere, 31 (1995), pp. 4475-4487.

PHỤ LỤC D

...

...

...

VÍ DỤ VỀ CÁC MẪU BIỂU

PHÉP THỬ QUÁ TRÌNH TẠO COMPOST HIẾU KHÍ ĐƯỢC KIỂM SOÁT THEO TCVN 9493-1 (ISO 14855-1) - BÁO CÁO THỬ NGHIỆM

Vật liệu thử:…………………………………..

Vật liệu đối chứng:……………………………

Nguồn gốc của compost:……………………

Thời gian ủ compost:………………………….

Thể tích của các bình thử:………………….

Phương pháp xác định CO₂:…………………

Kết quả thử

...

...

...

Giá trị phân hủy sinh học trung bình tính từ lượng CO2 sinh ra

%

Giá trị phân hủy sinh học trung bình tính từ khối lượng vật liệu hữu cơ

%

Thời gian thử

ngày

Quan sát

Vật liệu thử

...

...

...

Vật liệu đối chứng

Các tiêu chí đánh giá

Mức độ phân hủy sinh học của vật liệu đối chứng sau 45 ngày > 70 % ?

...

...

...

o không

Chênh lệch giữa phần trăm phân hủy của vật liệu đối chứng trong các bình khác nhau khi kết thúc phép thử < 20 %?

o có

o không

Giá trị trung bình CO₂ sinh ra trong bình trắng sau 10 ngày trong khoảng từ 50 mg đến 150 mg CO₂/g chất rắn bay hơi

o có

o không

Phép thử quá trình tạo compost hiếu khí được kiểm soát theo TCVN 9493-1 (ISO 14855-1) - Mức độ phân hủy sinh học được tính toán từ lượng CO₂ sinh ra

Vật liệu thử/vật liệu đối chứng:……… TOC:………g/g ThCO₂:……………g/bình

...

...

...

ngày

(CO₂)_B1 g/bình

(CO₂)_B2 g/bình

(CO₂)_B3 g/bình

(CO₂)_B,mean g/bình

(CO₂)_r1 g/bình

(CO₂)_r2 g/bình

(CO₂)_r3 g/bình

D_r1 %

...

...

...

D_r3 %

D_r,mean %

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

(CO₂)_B = lượng CO₂ tích lũy đo được từ bình trắng

(CO₂)_t = lượng CO₂ tích lũy sinh ra từ vật liệu thử hoặc vật liệu đối chứng tại thời gian t

Tính toán:

(CO₂)_B,mean =

...

...

...

Phép thử quá trình tạo compost hiếu khí được kiểm soát theo TCVN 9493-1 (ISO 14855-1) - Mức độ phân hủy sinh học được tính toán từ khối lượng chất hữu cơ tổn hao

Vật liệu thử:……………………………. Vật liệu đối chứng:…………………………………

Vật liệu thử (mat)

mat_w (g):

mat_d (g):

mat_v (g):

mat_d/w:

mat_v/d:

Vật liệu cấy, bắt đầu (com_s)

...

...

...

com_ds (g):

com_vs (g):

com_ds/ws:

com_vs/ds:

Hỗn hợp thử, kết thúc (mix_e)

mix_we (g):

mix_de (g):

mix_ve (g):

mix_de/we:

...

...

...

Vật liệu cấy, kết thúc (com_e)

com_we (g):

com_de (g):

com_ve (g):

com_de/we:

com_ve/de:

Vật liệu thử

mat_wfs g/bình

...

...

...

wat_add g/bình

ves_ms g/bình

ves_am g/bình

ves_y g/bình

ves_me g/bình

mix_wfe g/bình

mix_vfe g/bình

mat_vfs g/bình

mat_vfs g/bình

...

...

...

D_v %

mat 1

...

...

...

mat 2

...

...

...

...

...

...

...

...

...

mat_mean

...

...

...

Mẫu trắng

...

...

...

com_vBs g/bình

wat_add g/bình

ves_Bs g/bình

ves_aB g/bình

ves_y g/bình

ves_Be g/bình

com_wBe g/bình

com_vBe g/bình

com 1

...

...

...

com 2

...

...

...

com 3

...

...

...

com_mean

...

...

...

Các chữ viết tắt: com = compost cấy, mat = vật liệu thử, mix = hỗn hợp vật liệu thử và vật liệu cấy, ves = bình thử, wat = nước.

...

...

...

Tính mức độ phân hủy sinh học dựa trên chất rắn khô bay hơi: Dv = mat_deg x 100/mat_vfs.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PESENTI-BARILI, B., FERDANI, E., MOSTI, M., DEGLI.INNOCENTI, F.Survival of agrobacterium radiobacter K48 on various carriers for crown gall control, Applied and Environ, Microbiology, 57, pp.2047-2051 (1991).

[2] BELLIA, G., TOSIN, M., FLORIDI, G., DEGLI-INNOCENTI, F. Activated vermiculite, a solid bed for testing biodegradabililty under composting conditions, Polymer Degradation and Stability, 66, pp.65-79 (1999).

[3] BELLIA, G., TOSIN, M., DEGLI-INNOCENTI, F. The best method of composting in vermiculite in unaffected by the priming effect, Polymer Degradation and Stability, 69, pp.113-120 (2000).

[4] DEGLI-INNOCENTI, F., TOSIN, M., BELLIA, G. Degradability of plastics - Standard methods developed in Italy, Presented at the International Conference "Biodegradable Polymers - Production, marketing, utillisation and residue management", Wolfsburg (Germany), 4-5 Sept.2000.

[5] DEGLI-INNOCENTI, F., BELLIA, G., TOSIN, M., KAPANEN, A., ITAVAARA, M. Detection of toxicity released by a biodegradable plastic after composting in activated vermiculite, Polymer Degradation and Stability, 73, pp.101-106 (2001).