Re p u b l i co fEc u a d o r ≠ EDI CTOFGOVERNMENT± I no r d e rt op r o mo t ep u b l i ce d u c a t i o na n dp u b l i cs a f e t y ,e q u a lj u s t i c ef o ra l l , ab e t t e ri n f o r me dc i t i z e n r y ,t h er u l eo fl a w,wo r l dt r a d ea n dwo r l dp e a c e , t h i sl e g a ld o c u me n ti sh e r e b yma d ea v a i l a b l eo nan o n c o mme r c i a lb a s i s ,a si t i st h er i g h to fa l lh u ma n st ok n o wa n ds p e a kt h el a wst h a tg o v e r nt h e m.

NTE INEN 2642 (2012) (Spanish): Método de Ensayo para Determinar la Biodegradación Aeróbica en el Suelo de los Materiales Plásticos o de Materiales Plásticos Residuales después de Compostaje.

Quito - Ecuador

NORMA TÉCNICA ECUATORIANA

NTE INEN 2642:2012

MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA BIODEGRADACIÓN AERÓBICA EN EL SUELO DE LOS MATERIALES PLÁSTICOS O DE MATERIALES PLÁSTICOS RESIDUALES DESPUÉS DE COMPOSTAJE Primera Edición TEST METHOD FOR DETERMINING AEROBIC BIODEGRADATION IN SOIL OF PLASTIC MATERIALS OR RESIDUAL PLASTIC MATERIALS AFTER COMPOSTING

First Edition

DESCRIPTORES: Industria del caucho y del plástico, plásticos, plásticos en general, aeróbico/a, biodegradación, grado (de biodegradación), mineralización, plásticos, suelo, ensayo. PL 01.03-303 CDU: 678.5:543.87 CIIU: 3560 ICS: 83.080.01

CDU: 678.5 :543.87 ICS: 83.080.01

Norma Técnica Ecuatoriana Voluntaria

CIIU: 3560 PL 01.03-303

MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA BIODEGRADACIÓN AERÓBICA EN EL SUELO DE LOS MATERIALES PLÁSTICOS O DE MATERIALES PLÁSTICOS RESIDUALES DESPUÉS DE COMPOSTAJE .

NTE INEN 2642:2012 2012-09

1. OBJETO 1.1 Esta norma establece el método de ensayo para determinar el grado y la velocidad de biodegradación aeróbica de los materiales plásticos sintéticos (incluyendo los aditivos de formulación que pueden ser biodegradables) en contacto con el suelo, o una mezcla de suelo y compost maduro, en condiciones de laboratorio. 1.2 Este método de ensayo está diseñado para valorar la biodegradabilidad de los materiales plásticos en relación a un estándar en un ambiente aeróbico. 1.3 Este método de ensayo está diseñado para ser aplicable a todos los materiales plásticos que no son inhibidores de las bacterias y hongos presentes en el suelo y en el compost. 2.

RESUMEN DEL MÉTODO DE ENSAYO

2.1 El método de ensayo indicado consiste en la selección de material plástico o compost que contiene restos de material plástico después de compostaje para la determinación de la biodegradabilidad aeróbica, obteniendo suelo como una matriz y fuente de inóculo, al exponer los materiales plásticos o el compost que contiene restos de material plástico al suelo, midiendo el dióxido de carbono producido por los microorganismos en función del tiempo y evaluando el grado de biodegradabilidad. 2.2 La producción de CO2 medido para un material, expresada como una fracción del contenido en carbono medido o calculado, se reporta con respecto al tiempo, a partir de la cual se evalúa el grado de biodegradabilidad. 2.3 Por otra parte, el consumo de oxígeno, o la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), se puede determinar, por ejemplo, midiendo la cantidad de oxígeno necesaria para mantener un volumen constante de gas en el matraz respirómetro o midiendo el cambio en el volumen o en la presión (o una combinación de los dos) de forma automática o manualmente. El nivel de biodegradación expresado en porcentaje se determina por comparación de la DBO con la demanda teórica de oxígeno (DTO). La influencia de los posibles procesos de nitrificación en el DBO tiene que ser considerada. 3.

TERMINOLOGÍA

3.1 Para los efectos de esta norma, se adoptan las definiciones contempladas en la NTE INEN 2636. 4.

DISPOSICIONES GENERALES

4.1 Los valores indicados en unidades del Sistema Internacional de Unidades, SI, deben ser considerados como los estándares. 4.2 Esta norma no tiene el propósito de contemplar todo lo concerniente sobre seguridad, si es que hay algo asociado con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma, establecer prácticas apropiadas de seguridad y salud, y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias previo a su uso. Declaraciones de los riesgos específicos se dan en el Capítulo 7. 4.3 Este método de ensayo es equivalente a la ISO 17556:2003.

(Continúa) DESCRIPTORES: Industria del caucho y del plástico, plásticos, plásticos en general, aeróbico/a, biodegradación, grado (de biodegradación), mineralización, plásticos, suelo, ensayo. -1-

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4.4 Correspondencia. Esta norma INEN es la versión oficial, en español, para el Ecuador, de la Norma ASTM D 5988-03. 4.5 Significación y uso 4.5.1 El grado y la tasa de biodegradabilidad aeróbica de un material plástico en el ambiente determinan la medida y el período de tiempo a los cuales el plástico puede ser mineralizado. La eliminación de desechos se está convirtiendo en un problema mayor con el uso creciente de materiales plásticos, y los resultados de este método de ensayo pueden permitir una estimación del grado de biodegradabilidad y el período de tiempo durante el cual los plásticos permanecerán en un ambiente de suelo aeróbico. Este método de ensayo determina el grado de biodegradación aeróbica mediante la medición de dióxido de carbono desprendido en función del tiempo que el plástico está expuesto al suelo. 4.5.2 El suelo es una fuente extremadamente rica en especies de inóculo para la evaluación de la biodegradabilidad de los plásticos en el medio ambiente. Cuando se mantiene adecuadamente el contenido de humedad y la disponibilidad de oxígeno, la actividad biológica es considerable, aunque menor que otros ambientes biológicamente activos, tales como los lodos activados de aguas residuales o el compost. El suelo es también el objetivo de aplicación de los materiales compostados, y por lo tanto la biodegradabilidad de tales materiales debe ser evaluada en el ambiente del suelo después de que los materiales han sido compostados. Una mezcla de suelo y compost maduro que contiene material plástico compostado (como se obtiene después de realizar el Método de ensayo de la NTE INEN 2640) es, por consiguiente, también una matriz adecuada para la evaluación de la biodegradabilidad de los plásticos. 5.

EQUIPO

5.1 Aparato de incubación de contacto para suelo (ver figura 1), también son apropiados matraces de biómetro: FIGURA 1. Aparato de incubación de contacto para suelo

____________ NOTA 1. (1) Solución de hidróxido de bario o solución de hidróxido de potasio, (2) suelo, (3) agua, y (4) placa perforada.

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5.1.1 Recipientes, un conjunto de aproximadamente 2 a 4 L de volumen interno que pueden ser sellados herméticamente, como los desecadores de 150 mm. Para ensayar un material plástico en el suelo: tres recipientes para controles únicamente de suelo, tres para un material de control positivo y tres por material de ensayo. Para la prueba de un compost que contiene material plástico residual: tres para controles únicamente de suelo, tres para un material de control positivo en el suelo, tres para el control de compost-suelo, y tres por material de ensayo conteniendo compost (opcional: tres para el compost que contiene la referencia positiva del anterior ensayo de compostaje). En cualquier caso, tres recipientes pueden también incluirse como controles técnicos, conteniendo solamente la solución absorbente, sin suelo. 5.1.2 Vasos de precipitación, conjuntos de 150 y 100 mL, iguales en número a los recipientes de incubación del suelo. 5.1.3 Placas perforadas u otro soporte, un conjunto para mantener los vasos de precipitación por encima del suelo dentro de cada recipiente. 5.1.4

Cámara o gabinete oscuro, en el que se mantiene la temperatura a 21 ± 2 °C.

5.2 Equipos: 5.2.1

Equipo analítico, para medir el contenido total de carbono de la muestra de ensayo.

5.2.2

Balanza analítica, para pesar la muestra de ensayo.

5.2.3

Bureta, 100 mL.

5.2.4 Centrífuga de mesa de trabajo, para determinación de la capacidad de retención de humedad (CRH). 5.2.5

Horno, ajustado a 104 ± 1 °C para determinaciones de hum edad.

5.2.6

Horno de mufla, ajustado a 550 °C para determinaciones de cenizas .

5.2.7

Medidor de pH.

5.3 De forma alternativa, puede utilizarse un aparato de flujo o un aparato manométrico, como se describe en la norma ISO 17566. 6. REACTIVOS Y MATERIALES 6.1 Pureza de los reactivos. En todos los ensayos se debe utilizar productos químicos de grado reactivo. A menos que se indique lo contrario, se pretende que todos los reactivos se ajusten a las especificaciones de la Comisión de Reactivos Analíticos de la Sociedad Química de los Estados Unidos (Committtee on Analytical Reagents of the American Chemical Society), cuando tales especificaciones sean disponibles. Se pueden utilizar otros grados, siempre y cuando primero se compruebe que el reactivo es de una pureza suficientemente alta para permitir su uso sin disminuir la exactitud de la determinación. 6.2 Fosfato de amonio ((NH4)2HPO4), 4,72 g / L. 6.3 Solución de hidróxido de bario (0,025 N), preparada disolviendo 4,0 g de Ba(OH)2 anhidro/L de agua destilada. Filtrar dejándola libre de material sólido, confirmar la normalidad mediante titulación con ácido de referencia, y almacenar sellada como una solución clara para prevenir la absorción de CO2 desde el aire. Se recomienda que se prepare entre 5 y 20 L cada vez que se ejecuta una serie de pruebas. Cuando se utiliza Ba(OH)2, no obstante, se debe tener cuidado de que no se forme una película de BaCO3 sobre la superficie de la solución en el vaso de precipitación, el cual inhibe la difusión del CO2 en el medio absorbente. Como alternativa, puede utilizarse una solución de hidróxido de potasio (KOH 0,5 N) y se prepara disolviendo 28 g de KOH anhidro/L de agua destilada y procediendo de la misma manera que para el Ba(OH)2. 6.4 Ácido clorhídrico, HCl 0,05 N cuando se utiliza Ba(OH)2 0,025 N, o HCl 0,25 N cuando se utiliza KOH 0,5 N. (Continúa) -3-

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7. PELIGROS 7.1 Este método de ensayo incluye el uso de productos químicos peligrosos. Evitar el contacto con productos químicos y seguir las instrucciones del fabricante y de las fichas de información de seguridad del material (MSDS). 8. SUELO 8.1 El suelo puede ser una mezcla de laboratorio de partes iguales (en peso) de arena, suelo vegetal y estiércol compostado o una muestra de suelo natural. El suelo no debe ser tratado de ninguna manera que inhiba la actividad de los microorganismos del suelo. En el caso de un suelo natural, es aconsejable evitar los suelos que han sido expuestos a contaminantes que puedan causar una perturbación significativa de la población microbiana. Debe reportarse la fuente del suelo (ver 13.1.1). El suelo para ensayo también puede ser una mezcla de un suelo natural y un compost maduro, como se obtiene al final del Método de ensayo descrito en la NTE INEN 2640. Una proporción de 1 g de compost por 25g de suelo corresponde a una aplicación típica de aproximadamente 120 toneladas de compost por hectárea de suelo agrícola, en el supuesto de 20 cm de profundidad del suelo y una -3 densidad volumétrica de 1,5 Mg m . 8.2 El suelo se tamiza a menos de 2 mm de tamaño de partículas, y el material vegetal obvio, piedras u otros materiales inertes, deben ser removidos. El suelo es entonces almacenado en un contenedor sellado a 4 ± 1 °C durante un máximo de un mes. 8.3 El suelo es analizado para CRH por el Método de ensayo ASTM D 425, Método de ensayo ASTM D 2980, u otro método análogo para CRH o capacidad de campo. 8.4 El pH del suelo se determina en un compuesto acuoso 5:1 (agua destilada: suelo) mediante un electrodo de combinación de vidrio, calibrado con tampones estándar, siguiendo las directrices dadas en Métodos de ensayo ASTM D 1293. El pH debe estar entre 6,0 y 8,0. (El suelo con un pH superior a 8,0 puede retener más del CO2 desprendido por los microorganismos que un suelo neutro, y el suelo con un pH por debajo de 6,0 puede tener una población microbiana atípica). De forma alternativa, el pH del suelo puede determinarse por el Método de ensayo ASTM D 4972. 8.5 Los contenidos de humedad (sólidos totales – sólidos secos) y cenizas (sólidos totales – sólidos volátiles) del suelo se determinan de conformidad con APHA-AWWA-WPCF 2540 D y G, respectivamente. 9. MUESTRA DE ENSAYO 9.1 Las muestras de ensayo deben ser de peso conocido y tener un contenido de carbono suficiente para producir dióxido de carbono que pueda ser medido con precisión por el procedimiento de captura descrito en este método de ensayo (ver 10.1 y 10.4). El contenido de carbono del material de ensayo se puede determinar por cálculo o análisis elemental, de acuerdo con el Método de ensayo ASTM D 4129. 9.2 Las muestras de ensayo pueden estar en forma de películas, piezas, fragmentos, polvos, o artículos formados, o en solución acuosa, y deben estar de acuerdo con la Práctica ASTM D 618. Cualquier muestra en forma de polvos debe caracterizarse por distribución del tamaño de partículas, por análisis granulométrico. 9.3 Las muestras de ensayo pueden agregarse directamente a la matriz del suelo, o bien, después de haberse sometido a un ensayo de compostaje (Método de ensayo descrito en la NTE INEN 2640). En este último caso, se utiliza una muestra homogénea y representativa del compost que contienen los plásticos residuales.

(Continúa) -4-

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10. PROCEDIMIENTO 10.1 Colocar entre 100 y 500 g de suelo en el fondo del recipiente. 10.2 Corregir el suelo con nitrógeno para dar una relación C:N entre 10:1 y 20:1 (en peso) para el carbono añadido en la muestra de ensayo mediante la adición de la cantidad apropiada de solución de fosfato de amonio. Agregar la misma cantidad de nitrógeno a los blancos de suelo, así como a aquellos que recibirán un material de ensayo o material de control positivo. 10.3 Añadir agua destilada, preparada de acuerdo con la Especificación ASTM D 1193, para llevar el contenido de humedad de 80 a 100% de la CRH del suelo (si la CRH se determina de conformidad con el Método de ensayo ASTM D 425; si se realiza de conformidad con el Método de ensayo ASTM D 2989, entonces es apropiado del 50 al 70% de CRH). 10.4 Añadir la muestra de ensayo o de control positivo al suelo (aproximadamente 200 mg a 1000 mg de carbono para 500 g de suelo), y mezclar el suelo exhaustivamente. En el caso de compost con materiales plásticos procedente del Método de ensayo de la NTE INEN 2640 o el Método de ensayo ASTM D 5511, la cantidad de compost debe ser de 20 a 50 g agregados a 500 g de suelo. 10.5 Anotar el peso del recipiente y la tapa (con la cantidad necesaria de grasa aislante para sellar herméticamente) con el suelo modificado (corregido). 10.6 Colocar 100 mL de solución de hidróxido de bario 0,025 N en un vaso de precipitación de 150 mL (o 20 mL de KOH 0,5 N en un vaso de precipitación de 100 mL) y 50 mL de agua destilada en un vaso de precipitación de 100 mL en la placa perforada en el interior del recipiente; sellar el recipiente y colocarlo en la cámara o gabinete oscuro a 21 ± 2 °C. 10.7 Análisis del dióxido de carbono 10.7.1 El dióxido de carbono producido en cada recipiente reacciona con Ba(OH)2 y se precipita como carbonato de bario (BaCO3). La cantidad de dióxido de carbono producido se determina por titulación del hidróxido de bario restante con ácido clorhídrico 0,05 N en viraje de fenolftaleína o por titulador automático. Debido a la incubación estática, el carbonato de bario se acumula en la superficie del líquido y debe romperse periódicamente agitando el recipiente suavemente para asegurar la absorción continua del dióxido de carbono desprendido (Este problema se puede evitar mediante el uso de KOH en lugar de Ba(OH)2, que no forma un precipitado). 10.7.2 Las trampas de hidróxido de bario se deben remover y titular antes de que se supere su capacidad. Teniendo en cuenta que un recipiente desecador de 150 mm proporciona 3 aproximadamente 2000 cm de espacio de cabeza, que en condiciones normales contiene aproximadamente 18,7 mmol O2, entonces 100 mL de Ba(OH)2 tienen la capacidad para atrapar aproximadamente 2,5 mmol de CO2. Por lo tanto, asumiendo un cociente respiratorio de 1,0, el contenido de O2 del espacio de cabeza del recipiente no estará nunca por debajo de aproximadamente el 18% si la trampa se cambia antes de alcanzar la saturación. El período de tiempo de remoción varía con los suelos y materiales de ensayo y aumenta lentamente a medida que el contenido de carbono del suelo se reduce (una frecuencia recomendada de cada 3 a 4 días durante las primeras 2 a 3 semanas y posteriormente cada 1 a 3 semanas). En el momento de la remoción de las trampas, el recipiente debe ser pesado para observar la pérdida de humedad del suelo y se deja reposar abierto para que el aire se refresque antes de volver a colocar 100 mL de hidróxido de bario fresco y volver a sellar el recipiente. Los recipientes deben permanecer abiertos un mínimo de 15 minutos y un máximo de 1 h. Periódicamente debe agregarse agua destilada o desionizada al suelo para mantener el peso inicial del recipiente. 10.7.3 La tasa de evolución del dióxido de carbono puede llegar a una meseta cuando todo el carbono accesible se ha oxidado. El ensayo se puede terminar en este punto o más temprano, a discreción del usuario. Al término del ensayo, el pH y el contenido de humedad y de cenizas del suelo debe medirse y registrarse. Si es posible, el material residual del ensayo puede extraerse del suelo con un disolvente apropiado y cuantificado (opcional). 10.7.4 En los pasos descritos en 10.7.1 - 10.7.3, el dióxido de carbono producido puede también ser atrapado por KOH y determinado por titulación. (Continúa) -5-

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10.8 Alternativamente, para medir el consumo de oxígeno, tomar las lecturas necesarias en los manómetros (para un sistema manual) o comprobar que el registrador de consumo de oxígeno funciona de forma apropiada (para un respirómetro automático). 11. CÁLCULO 11.1 Determinar, mediante cálculo (si la composición química está bien establecida) o por análisis elemental, el contenido total de carbono orgánico del material de ensayo. Esto permite calcular la cantidad teórica de desprendimiento de dióxido de carbono, según se ilustra a continuación: En el material: w = porcentaje de carbono (%) Y = contenido de carbono cargado en el recipiente, expresado en masa Y mg de carbono cargado en el recipiente = w /100 x mg del material cargado = Ci C + O2  CO2

(1)

12 g C produce 44 g de CO2 Y mg C produce

 

mg de CO2

11.2 Cantidad de dióxido de carbono neto producido 11.2.1 Corregir de acuerdo al dióxido de carbono producido en el ensayo del blanco, restando la titulación del blanco, de la titulación de material de ensayo. Zn = Zb - Zt

(2)

Donde: Zn = Zb = Zt =

mL calculados de HCl necesario para titular el CO2, generado exclusivamente de la sustancia de ensayo, mL de HCl utilizado para titular el blanco, y mL de HCl utilizado para titular la sustancia de ensayo.

Entonces: Ba(OH)2 + CO2  BaCO3 + H2O Ba(OH)2 + 2 HCl  BaCl2 + 2 H2O  

(3)

 

(El CO2 total generado se puede determinar utilizando el control técnico como Zb y la sustancia de ensayo o el blanco como Zt). 11.2.2 Corrección por la normalidad del HCl    



(4)



 

Por lo tanto, el dióxido de carbono producido en mg se obtiene multiplicando por 1,1 la titulación de HCl. 11.3 El porcentaje de dióxido de carbono producido se calcula como se muestra a continuación: =

   ó

 

(5) (Continúa) -6-

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=

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 

 

11.4 Calcular el error estándar, se, del porcentaje de biodegradación de la siguiente manera: se= 

 





 



  



(6)



Donde: n1 y n2 = número de réplicas de los recipientes de ensayo y de control, respectivamente, s = desviación estándar del carbono gaseoso total producido (mg), y Ci = cantidad de carbono (mg) inicialmente agregado al recipiente. 11.5 Calcular los límites de confianza (LC) del 95% de la siguiente manera: 95 % LC = % biodegradación ± (t x se)

(7)

Donde: t = valor de la distribución t para el 95% de probabilidad con (n1 + n2 - 2) grados de libertad, por lo tanto t = 3 + 3 - 2 = 4. 11.6 Porcentaje de biodegradación a partir de los valores de consumo de oxígeno. Leer el valor de consumo de oxígeno para cada matraz, usando el método establecido por el fabricante para el tipo apropiado de respirómetro. Calcular la demanda bioquímica de oxígeno específica (DBOe) del compuesto de ensayo como se muestra a continuación: =

 

(8)



Donde: Bt =

la DBO de los matraces que contienen material de ensayo en el tiempo t, en miligramos por kilogramo (mg / kg) del suelo en ensayo, Bbt = la DBO del control en blanco en el tiempo t, en miligramos por kilogramo (mg / kg) del suelo en ensayo, y CT = la concentración del material de ensayo en los matraces de ensayo, en miligramos por kilogramo (mg / kg) del suelo en ensayo. Calcular el porcentaje de biodegradación como proporción de la demanda bioquímica de oxígeno específica sobre la demanda teórica de oxígeno (DTO), en mg / g de material de ensayo, como se muestra a continuación: =

 

 

(9)

12. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 12.1 En la interpretación de resultados bajos, puede ser útil la información sobre la toxicidad del material plástico. 12.2 Una sustancia de referencia o control que se conoce que se biodegrada (por ejemplo, almidón y celulosa) es necesaria para comprobar la actividad del suelo. Si, después de seis meses, para la referencia se observa biodegradación limitada (