王向欽,倪冰選,孫現(xiàn)偉

(廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院,廣東 廣州511447)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高,濕巾作為日常生活中的一種清潔用品,具有使用舒適、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),人們使用濕巾的場(chǎng)合和范圍越來(lái)越廣泛,可以預(yù)期濕巾市場(chǎng)前景廣闊。但是濕巾產(chǎn)品使用后廢棄所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也凸顯,如填埋或焚燒所帶來(lái)的環(huán)境污染等[1],因此人們開(kāi)始研究可沖散濕巾產(chǎn)品,以期在使用方便舒適的同時(shí),不給環(huán)境帶來(lái)負(fù)擔(dān),可沖散型濕巾將是未來(lái)濕巾產(chǎn)品的發(fā)展方向?？蓻_散性濕巾能夠在水中被沖擊分散,通過(guò)室內(nèi)的抽水馬桶系統(tǒng),能夠在通過(guò)整個(gè)城市下水道和污水處理系統(tǒng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自然分解/降解,可有效解決普通濕巾所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題[2-3]。

目前國(guó)內(nèi)在可沖散濕巾生產(chǎn)工藝方面的研究逐漸增多,開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出了各種工藝及原材料的可沖散濕巾產(chǎn)品,我國(guó)銷售市場(chǎng)上也越來(lái)越多地出現(xiàn)標(biāo)識(shí)為可沖散的濕巾產(chǎn)品,但是目前我國(guó)對(duì)這類產(chǎn)品的測(cè)試評(píng)價(jià)方法則相對(duì)滯后,是否真正具備可沖散性需要進(jìn)一步評(píng)估。濕巾可沖散性應(yīng)包括以下幾個(gè)方面:第一,在產(chǎn)品預(yù)期使用條件下,能夠順利通過(guò)馬桶和排水管道系統(tǒng),分解為散纖維不發(fā)生堵塞和損壞;第二,與污水運(yùn)輸系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)以及循環(huán)再利用系統(tǒng)相容;第三,在合理的時(shí)間內(nèi)發(fā)生生物分解/降解作用,變得無(wú)法認(rèn)出,對(duì)環(huán)境友好[4]。目前國(guó)際上關(guān)注度和認(rèn)可度比較高的測(cè)試方法是由歐洲非織造布協(xié)會(huì)(EDANA)和北美非織造布協(xié)會(huì)(INDA)聯(lián)合制訂的《一次性無(wú)紡布產(chǎn)品可沖散性能評(píng)估指南(第三版)》(Guidelines for Assessing the Flushability of Disposable Nonwoven Products(The third edition)),這是一個(gè)綜合測(cè)試評(píng)價(jià)可沖散非織造產(chǎn)品在馬桶、下水道、市政系統(tǒng)中可沖洗性、堵塞性、分散性、分解及降解性的測(cè)試評(píng)價(jià)指南,該評(píng)估指南包括7個(gè)試驗(yàn)內(nèi)容:(1)抽水馬桶及下水道清潔試驗(yàn);(2)晃動(dòng)箱分解試驗(yàn);(3)家庭泵試驗(yàn);(4)沉淀試驗(yàn);(5)好氧生物分解/降解試驗(yàn);(6)厭氧生物分解/降解試驗(yàn);(7)市政排污泵試驗(yàn)[5]。

具有良好物理分解性能和生物分解性能的產(chǎn)品是可沖散濕巾能夠進(jìn)入馬桶及下水道的要求之一,分解性能差的產(chǎn)品則將增加下水道或市政輸送系統(tǒng)發(fā)生堵塞的幾率。將從市場(chǎng)上購(gòu)買的4種標(biāo)識(shí)為可沖散的濕巾產(chǎn)品進(jìn)行分解性能測(cè)試,測(cè)試步驟和參數(shù)按照《一次性無(wú)紡布產(chǎn)品可沖散性能評(píng)估指南(第三版)》,以期對(duì)這4種可沖散濕巾的分解性能進(jìn)行評(píng)估研究,分別進(jìn)行了晃動(dòng)箱物理分解、好氧生物分解、厭氧生物分解試驗(yàn)等,并對(duì)測(cè)試過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行表征,分析市場(chǎng)上可沖散濕巾產(chǎn)品的分解性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品

從市場(chǎng)上購(gòu)買的4種標(biāo)識(shí)為可沖散的濕巾產(chǎn)品,其產(chǎn)品參數(shù)見(jiàn)表1所示,主要原料成分見(jiàn)表2所示。

表1 4種可沖散濕巾產(chǎn)品參數(shù)

表2 4種可沖散濕巾產(chǎn)品主要原料

1.2 儀器

(1)晃動(dòng)試驗(yàn)儀

晃動(dòng)試驗(yàn)儀如圖1所示,晃動(dòng)箱能夠設(shè)定一定的速率前后振蕩,達(dá)到規(guī)定振蕩時(shí)間能夠自動(dòng)停止,自制。

(2)好氧生物分解試驗(yàn)儀

好氧生物分解試驗(yàn)儀和實(shí)驗(yàn)瓶如圖2所示,采用型號(hào)為Thermo scientific MAXQ 3000型旋轉(zhuǎn)振動(dòng)臺(tái)。

(3)厭氧生物分解試驗(yàn)儀

厭氧生物分解試驗(yàn)儀如圖3所示,采用型號(hào)為Plas-Labs 855AC的厭氧箱。

圖1 晃動(dòng)試驗(yàn)儀

1.3 試驗(yàn)方法

依照《一次性無(wú)紡布產(chǎn)品可沖散性能評(píng)估指南(第三版)》中測(cè)試步驟和參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)內(nèi)容主要包括三個(gè)部分:晃動(dòng)箱物理分解試驗(yàn)、好氧生物分解試驗(yàn)和厭氧生物分解試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)研究市場(chǎng)上可沖散濕巾產(chǎn)品的物理分解性能和生物分解性能。

(1)晃動(dòng)箱分解試驗(yàn)。該試驗(yàn)用于模擬可沖散濕巾在水中受到機(jī)械攪拌時(shí)發(fā)生分解的能力,采用晃動(dòng)試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)?？蓻_散濕巾產(chǎn)品放在3個(gè)透明塑料箱內(nèi),塑料箱如圖1所示,在凸輪和杠桿的帶動(dòng)下以26 r/min的速度振蕩3 h,計(jì)算每個(gè)產(chǎn)品的分解百分比,作為表征物理分解程度的物理量。試驗(yàn)將通過(guò)12.5 mm篩網(wǎng)的樣品部分視為分解部分,分解百分比以通過(guò)篩網(wǎng)的部分(分解部分)樣品干重占原始樣品干重的百分?jǐn)?shù)表示,測(cè)試結(jié)果包括每次試驗(yàn)的分解百分比,同時(shí)計(jì)算分解百分比大于25%的測(cè)試次數(shù)占總測(cè)試次數(shù)的比例。

圖2 好氧生物分解試驗(yàn)儀

圖3 厭氧生物分解試驗(yàn)儀

(2)好氧生物分解試驗(yàn)。該分解試驗(yàn)用于表征可沖散濕巾在活性污泥液體中經(jīng)過(guò)14 d以后,分解成小于1 mm的樣品部分所占的百分比。采用Thermo scientific MAXQ 3000型旋轉(zhuǎn)振動(dòng)臺(tái),實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(22±3)℃,樣品放在盛有1 L活性污泥的2.8 L三角燒瓶中,三角燒瓶放置在旋轉(zhuǎn)振動(dòng)臺(tái)上攪拌以便污泥與空氣充分接觸,在14 d的測(cè)試結(jié)束時(shí),將燒瓶中的物質(zhì)通過(guò)1 mm的篩網(wǎng)清洗,保留在篩網(wǎng)上的部分進(jìn)行回收,干燥并稱重,分解率為通過(guò)篩網(wǎng)的部分占總量的百分?jǐn)?shù)。

(3)厭氧生物分解試驗(yàn)。該分解試驗(yàn)用于表征可沖散濕巾在厭氧污泥中經(jīng)過(guò)28 d后,分解成小于1 mm的部分所占的百分比。采用Plas-Labs 855AC厭氧箱,實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(35±3)℃,樣品放在盛有1.5 L厭氧消化池污泥的2.0 L測(cè)試容器中,在28 d測(cè)試結(jié)束后,將容器中的物質(zhì)通過(guò)1 mm的篩網(wǎng)清洗,保留在篩網(wǎng)上的部分進(jìn)行回收,干燥并稱重,分解率為通過(guò)篩網(wǎng)的部分占總量的百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 晃動(dòng)箱分解試驗(yàn)

在3 h晃動(dòng)時(shí)間結(jié)束后,拍照記錄晃動(dòng)箱內(nèi)濕巾產(chǎn)品的形態(tài)特征。1#～4#濕巾產(chǎn)品的分散形態(tài)特征見(jiàn)圖4所示,從圖4中可以看出,4種可分散濕巾產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)3 h的晃動(dòng)試驗(yàn)后,片狀的濕巾產(chǎn)品完整結(jié)構(gòu)已完全破壞,已經(jīng)分解為散纖維狀,產(chǎn)品具有較好的物理分散性能。

圖4 4種產(chǎn)品在晃動(dòng)時(shí)間為3 h的分散形態(tài)特征

對(duì)1#產(chǎn)品進(jìn)行晃動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中,分別拍照記錄不同晃動(dòng)時(shí)間后(3、5、10、15、30 min,3 h)樣品的分解形態(tài)特征。不同晃動(dòng)時(shí)間后1#濕巾產(chǎn)品分解形態(tài)見(jiàn)圖5所示。從圖5中可以看出,在晃動(dòng)時(shí)間為3 min時(shí),樣品的整體形狀發(fā)生變化,分解形態(tài)為尚有黏連的若干塊小片樣品;在晃動(dòng)時(shí)間為5 min時(shí),樣品的整體形狀發(fā)生較大變化,大部分黏連斷裂,分解形態(tài)為絮狀物,同時(shí)存在一些成團(tuán)小塊樣品;在晃動(dòng)時(shí)間為10 min以后,樣品逐步變?yōu)楦?xì)小的絮狀物,并且其中成團(tuán)的絮狀物不斷變小,并且數(shù)量減少;而當(dāng)晃動(dòng)時(shí)間為3 h時(shí),樣品已經(jīng)變?yōu)榉稚⒌睦w維狀,從分散形態(tài)上看樣品具有較好的物理分散性能。

圖5 1#產(chǎn)品不同晃動(dòng)時(shí)間時(shí)分散形態(tài)特征

在試驗(yàn)中,將能夠通過(guò)12.5 mm篩網(wǎng)的樣品部分視為分解部分,將箱體從振蕩平臺(tái)上取下,然后將其中的所有物體慢慢倒在孔徑為12.5 mm的多孔篩網(wǎng)上。4種產(chǎn)品在晃動(dòng)時(shí)間為3 h后的分解測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3所示,從表3中可以看出,4種產(chǎn)品分別進(jìn)行6次平行試驗(yàn),每次試驗(yàn)結(jié)果的分解百分比均大于25%,即分解率大于25%的測(cè)試次數(shù)占總測(cè)試次數(shù)的百分比為100%,可以認(rèn)為4種產(chǎn)品均具有良好的物理分解性能。它們的分解百分比平均值均在72%～78%,這與圖4中產(chǎn)品3 h晃動(dòng)試驗(yàn)后的分散形態(tài)測(cè)試結(jié)果是一致的。通過(guò)試驗(yàn),從物理分解性能上,可以從分解百分比上對(duì)4種產(chǎn)品的物理分解性能進(jìn)行排序,分別是1#＞4#＞3#＞2#。

表3 4種產(chǎn)品晃動(dòng)試驗(yàn)分解百分比 單位:%

2.2 好氧生物分解試驗(yàn)

對(duì)4種可沖散濕巾產(chǎn)品進(jìn)行好氧生物分解試驗(yàn),在該項(xiàng)測(cè)試中,平均分解率高于95%則認(rèn)為可沖散濕巾符合好氧生物分解試驗(yàn)要求。

4種可沖散濕巾產(chǎn)品的好氧生物分解試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所示,從表4中可以看出,1#樣品和2#樣品進(jìn)行好氧生物分解試驗(yàn)后的分解率分別達(dá)到99.05%和100%,從表2可沖散濕巾主要原料中可以看出,1#樣品和2#樣品的纖維原材料為原生木漿,所以在好氧微生物環(huán)境中,在酶的作用下得到充分分解;3#樣品包裝標(biāo)識(shí)上只注明可沖散無(wú)紡布,其分解率為72.38%,在好氧環(huán)境中的生物分解率達(dá)不到95%要求,測(cè)試不合格;同樣4#樣品包裝標(biāo)識(shí)上只注明為水刺無(wú)紡布,其分解率為72.46%,在好氧環(huán)境中的生物分解率達(dá)不到95%要求,測(cè)試不合格,分析認(rèn)為這是因?yàn)?#和4#樣品中含有部分不易進(jìn)行好氧生物分解的化學(xué)纖維。

表4 4種產(chǎn)品好氧生物分解率 單位:%

2.3 厭氧生物分解試驗(yàn)

對(duì)4種可沖散濕巾產(chǎn)品進(jìn)行厭氧生物分解試驗(yàn),在該項(xiàng)測(cè)試中,平均分解率高于95%則認(rèn)為可沖散濕巾符合厭氧生物分解試驗(yàn)要求。

4種可沖散濕巾產(chǎn)品的厭氧生物分解試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5所示。從表5中可以看出,4種樣品在厭氧環(huán)境中的生物分解測(cè)試中,分解率均大于95%,均通過(guò)了厭氧生物分解試驗(yàn),測(cè)試合格。分析認(rèn)為這是因?yàn)閰捬跷⑸飳?duì)纖維有機(jī)高分子產(chǎn)生的分解作用更加明顯,厭氧微生物在處理難降解大分子有機(jī)物方面更具優(yōu)勢(shì)。

表5 4種產(chǎn)品厭氧生物分解率 單位:%

3 結(jié)論

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得到下列結(jié)論:

(1)4種可分散濕巾產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)3 h的晃動(dòng)試驗(yàn)后,片狀的濕巾產(chǎn)品完整結(jié)構(gòu)已完全破壞,分解為散纖維狀,其分解百分比平均值均在72%～78%間,這與分散形態(tài)照片結(jié)果保持一致,產(chǎn)品具有較好的物理分散性能。從物理分解性能上4種可沖散濕巾產(chǎn)品排序,分別是1#＞4#＞3#＞2#。

(2)在4種可沖散濕巾產(chǎn)品中,1#產(chǎn)品和2#產(chǎn)品進(jìn)行好氧生物分解試驗(yàn)后的分解率分別達(dá)到99.05%和100%,分解率高于95%,測(cè)試合格,而3#樣品和4#樣品只有72.38%和72.46%,測(cè)試不合格。分析認(rèn)為這是因?yàn)?#產(chǎn)品和4#產(chǎn)品中含有部分不易進(jìn)行好氧微生物分解的化學(xué)纖維,目前市場(chǎng)上標(biāo)識(shí)具有可沖散性的濕巾產(chǎn)品未必達(dá)到真正的分解性能。

(3)4種可沖散濕巾產(chǎn)品在厭氧環(huán)境中的生物分解測(cè)試中,分解率均大于95%,樣品均通過(guò)了厭氧生物分解試驗(yàn),測(cè)試合格。分析認(rèn)為這是因?yàn)樗脜捬跷⑸飳?duì)纖維有機(jī)高分子產(chǎn)生的分解作用更加明顯,厭氧微生物在處理難降解大分子有機(jī)物方面更具優(yōu)勢(shì)。

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