可沖散濕巾沖洗及沉淀性測試研究

王向欽，倪冰選，孫現(xiàn)偉

(廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院，廣東廣州511447)

0 引言

與普通濕巾相比，可沖散濕巾產(chǎn)品在使用方便、舒適的同時，并未給環(huán)境帶來負擔，這也是未來濕巾產(chǎn)品的重點發(fā)展方向。可沖散性濕巾能夠在水中被沖擊分散，可在室內(nèi)的抽水馬桶及下水管道系統(tǒng)中流動，并在城市污水處理廠的沉降室中沉淀，最終可在整個城市下水道和污水處理系統(tǒng)過程中實現(xiàn)自然分解或降解，從而有效解決普通濕巾所帶來的環(huán)境污染問題[1]。濕巾可沖散性測試應包括以下3個方面：①在產(chǎn)品預期使用條件下，可順利通過馬桶和排水管道系統(tǒng)，分解為散纖維，不發(fā)生堵塞和損壞現(xiàn)象；②與污水運輸系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)和循環(huán)再利用系統(tǒng)相容；③在合理的時間內(nèi)可發(fā)生生物分解或降解作用，對環(huán)境友好[2]。

目前國際上比較全面的濕巾沖洗和沉淀性能的測試評價方法是由歐洲非織造布協(xié)會（EDANA）和北美非織造布協(xié)會（INDA）聯(lián)合制訂的《一次性無紡布產(chǎn)品可沖散性能評估指南（第三版）》（Guidelines for Assessing the Flushability of Disposable Nonwoven Products（The third edition））。這是一個綜合測試評價可沖散非織造產(chǎn)品在馬桶、下水道、市政系統(tǒng)中可沖洗性、堵塞性、分散性、分解及降解性的測試評價指南，該評估指南主要包括抽水馬桶及下水道沖洗清潔測試、晃動箱分解測試、家庭泵測試、沉淀測試、好氧生物分解/降解測試、厭氧生物分解/降解測試和市政排污泵測試[3]7個方面的測試內(nèi)容。

目前國內(nèi)在可沖散濕巾生產(chǎn)工藝方面的研究逐漸增多，市場上也越來越多地出現(xiàn)標識為可沖散的濕巾產(chǎn)品，但是對這類可沖散濕巾產(chǎn)品的測試評價方法相對滯后，是否真正具備可沖散性需進一步評估。具有良好沖洗清潔性能的可沖散濕巾產(chǎn)品適宜于馬桶和下水管道系統(tǒng)，而沖洗清潔性能差的產(chǎn)品會增加馬桶及下水道輸送系統(tǒng)發(fā)生堵塞的幾率；可沖散濕巾產(chǎn)品的沉淀測試主要用于模擬污水坑、化糞池、有氧系統(tǒng)現(xiàn)場或城市污水處理廠的沉降室沉淀的情況。

試驗將市場上購買的4種標識為可沖散的濕巾產(chǎn)品分別進行沖洗清潔測試和沉淀測試，以研究濕巾的可沖散性能，并采用質(zhì)量重心位置變化表征可沖散濕巾的沖洗流動性，采用沉降速度及浮起情況表征其沉淀性能。

1 試驗

1.1 試驗樣品

從市場上購買的4種標識為可沖散的濕巾產(chǎn)品，其產(chǎn)品參數(shù)詳見表1。對含液倍率進行測試時，可用電子天平先稱取每片濕巾的濕態(tài)質(zhì)量，再將濕巾樣品置入烘箱中烘干，稱取每片濕巾的干態(tài)質(zhì)量，然后計算可沖散濕巾的含液倍率；對于斷裂強力的測試，先將濕巾裁剪為5 cm寬的樣條，采用電子強力機測試獲得可沖散濕巾產(chǎn)品的縱向濕態(tài)強力和橫向濕態(tài)強力。

1.2 測試裝置

1.2.1 沖洗清潔測試裝置

沖洗清潔測試裝置包括抽水馬桶（見圖1）和下水管道系統(tǒng)（見圖2）兩個部分。下水管道材料為透明的PVC管道，以便觀察沖洗物與水流的運動軌跡，下水道的一端與沖水馬桶出口相連。每一段下水管道都有可調(diào)節(jié)的支撐，可以通過調(diào)節(jié)管道的斜度來改變下水管道的位置。在下水道的水流流動方向，標有0．5 m的標注線，方便快速讀取和記錄每次沖洗物的位置（與馬桶的距離）。在下水管道的末端裝有一個濾網(wǎng)，用于測試過程中收集從管道沖出的材料。

圖1 沖洗清潔測試裝置（抽水馬桶部分）

表1 市場上購買的4種可沖散濕巾產(chǎn)品參數(shù)

圖2 沖洗清潔測試裝置（管道部分）

1.2.2 沉淀測試裝置

沉淀測試裝置由內(nèi)徑為20 cm的裝有自來水的透明塑料圓柱體組成，底部密封，以及用于保持圓柱體豎直的支架。透明塑料保證產(chǎn)品沉淀行為可以被順利觀察，測量可沖散濕巾產(chǎn)品在圓柱體中沉降設定距離所需要的時間，用于計時的上下標記線之間的垂直距離為105 cm。

圖3 沉淀測試裝置

1.3 測試內(nèi)容

可沖洗清潔性能和可沉淀性能是可沖散濕巾產(chǎn)品可沖散性能的重要組成部分，沖洗清潔測試和沉淀測試可用于模擬表征可沖散濕巾的可沖洗流動特性及可沉降特性。測試時按照《一次性無紡布產(chǎn)品可沖散性能評估指南（第三版）》中FG501和FG504部分方法進行。

1.3.1 可沖洗清潔測試

用于測試產(chǎn)品在馬桶及下水道中的流動能力，測試系統(tǒng)由抽水馬桶及相應的下水道組成。每次沖洗完畢后，檢查濕巾產(chǎn)品是否留存在馬桶及存水彎道，記錄每次沖洗后沖洗物在下水道中的位置，即在下水道中的位置相對于馬桶的距離，記錄與沖洗物最為靠近的標記點距離，精確至0．5 m，然后計算所有濕巾產(chǎn)品在沖洗過程中的質(zhì)量重心位置，用于表征濕巾產(chǎn)品在下水道和馬桶的可沖洗流動性能。測試過程中，衛(wèi)生用品在模擬排泄物后加入，記錄沖洗物在下水管道中相對于馬桶的距離，采用下水管道中不同位置的沖洗物質(zhì)量和距離計算沖洗物的平均質(zhì)量重心。在加入濕巾產(chǎn)品等到抽水馬桶中時，確保馬桶處于停止運轉狀態(tài)，并且馬桶水位正常，每次向馬桶中加入沖洗物時，將它們置于馬桶的中央，以給予足夠的時間吸水飽和。

1.3.2 沉淀測試

用于評估一個產(chǎn)品是否會在污水池、化糞池、有氧系統(tǒng)現(xiàn)場以及城市污水處理廠有關的沉降室中沉淀。測試過程中將測試產(chǎn)品置于一個裝有自來水的燒杯中，并隨后倒入圓柱體測試管的頂端，從產(chǎn)品倒入時開始計時，當樣品下沉到下端標記時停止計時，記錄整個沉降時間，測試裝置的沉降距離為105 cm。對于每一個沉淀樣品，以秒為單位記錄其下沉105 cm所用的沉降時間，并用沉降距離除以沉降時間可獲得可沖散濕巾的沉降速度（cm/s）。重復上述過程，對10只樣品進行沉淀測試，記錄試驗中沉淀的樣品數(shù)量，計算沉淀樣品所占百分比，同時記錄經(jīng)過24 h靜置后依然保持沉淀狀態(tài)或浮起的樣品數(shù)量，并計算其百分比。

2 結果與分析

2.1 沖洗清潔測試結果

在《一次性無紡布產(chǎn)品可沖散性能評估指南（第三版）》中，沖洗清潔測試結果可接受時應滿足兩個條件：①形成堵塞的測試產(chǎn)品的沖洗次數(shù)占總沖洗次數(shù)的比例不超過5%；②連續(xù)5次沖洗過程中，沖洗物質(zhì)量重心距離馬桶位置不可出現(xiàn)連續(xù)的下降。

可沖散濕巾產(chǎn)品沖洗清潔測試采用沖洗物質(zhì)量重心變化進行表征，測試裝置中整個下水管道的長度為23 m，即當沖洗物被沖出下水道時，相對馬桶距離為2 m。1#可沖散濕巾沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化見圖4。由圖4可以看出：對于1#可沖散濕巾產(chǎn)品，共有16次沖水將可沖散濕巾產(chǎn)品沖洗出下水管道，占總沖洗次數(shù)的45．7%；沖洗物質(zhì)量重心距離馬桶位置出現(xiàn)連續(xù)下降的最大次數(shù)為3次，分別是第4次、第5次和第6次沖水。1#濕巾產(chǎn)品通過了沖洗清潔測試。

2#可沖散濕巾沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化見圖5。由圖5可以看出：對于2#可沖散濕巾產(chǎn)品，共有22次沖水將可沖散濕巾產(chǎn)品沖洗出下水管道，占總沖洗次數(shù)的62．9%；沖洗物質(zhì)量重心距離馬桶位置出現(xiàn)連續(xù)下降的最大次數(shù)為2次，分別是第7次和第8次沖水。2#濕巾產(chǎn)品也通過了沖洗清潔測試。

3#可沖散濕巾沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化見圖6。由圖6可以看出：對于3#可沖散濕巾產(chǎn)品，共有14次沖水將可沖散濕巾產(chǎn)品沖洗出下水管道，占總沖洗次數(shù)的40．0%；沖洗物質(zhì)量重心距離馬桶位置出現(xiàn)連續(xù)下降的最大次數(shù)為5次，分別是第30次、第31次、第32次、第33次和第34次，并且出現(xiàn)一次堵塞。3#濕巾產(chǎn)品未能通過沖洗清潔測試。

4#可沖散濕巾沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化見圖7。由圖7可以看出：對于4#可沖散濕巾產(chǎn)品，共有15次沖水將可沖散濕巾產(chǎn)品沖洗出下水管道，占總沖洗次數(shù)的42．9%；沖洗物質(zhì)量重心距離馬桶位置出現(xiàn)連續(xù)下降的最大次數(shù)為2次，在4個位置出現(xiàn)，分別是第5次和第6次、第10次和第11次、第19次和第20次、第29次和第30次沖水。4#濕巾產(chǎn)品通過了沖洗清潔測試。

圖4 可沖散濕巾（1#）沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化

圖5 可沖散濕巾（2#）沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化

圖6 可沖散濕巾（3#）沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化

由圖4—圖7可以看出：1#～4#可沖散濕巾產(chǎn)品被沖洗出下水管道的次數(shù)占總沖洗次數(shù)比例分別為45．7%、62．9%、40．0%和42．9%，因此從沖洗出下水管道次數(shù)看，2#產(chǎn)品＞1#產(chǎn)品＞4#產(chǎn)品＞3#產(chǎn)品；從質(zhì)量重心與馬桶位置距離出現(xiàn)連續(xù)下降的最大次數(shù)看，1#～4#可沖散濕巾產(chǎn)品出現(xiàn)連續(xù)下降的最大次數(shù)分別是3次、2次、5次和2次，其中4#可沖散濕巾產(chǎn)品共出現(xiàn)4次連續(xù)下降2次的情況，而2#可沖散濕巾產(chǎn)品共出現(xiàn)1次連續(xù)下降2次的情況，從出現(xiàn)連續(xù)下降的最大次數(shù)和頻率可知2#產(chǎn)品是最優(yōu)的，其次分別為4#產(chǎn)品、1#產(chǎn)品和3#產(chǎn)品；從堵塞次數(shù)可知，1#產(chǎn)品、2#產(chǎn)品和4#產(chǎn)品在測試過程中均未出現(xiàn)堵塞情況，而3#產(chǎn)品出現(xiàn)了一次堵塞情況，需要采用柱塞疏通馬桶中的產(chǎn)品和水。

綜上所述，1#、2#和4#可沖散濕巾產(chǎn)品通過沖洗清潔測試，而3#濕巾出現(xiàn)了5次沖水過程中質(zhì)量重心與馬桶距離不斷變小的情況，并且出現(xiàn)一次堵塞的情況，未能通過沖洗清潔測試。綜合沖洗出下水管道次數(shù)、質(zhì)量重心與馬桶位置距離連續(xù)下降最大次數(shù)、堵塞次數(shù)，比較4種可沖散濕巾產(chǎn)品的可沖洗清潔性能，2#產(chǎn)品是最優(yōu)的，其次分別為1#產(chǎn)品，4#產(chǎn)品和3#產(chǎn)品。

2.2 沉淀測試結果

在《一次性無紡布產(chǎn)品可沖散性能評估指南（第三版）》中，所有沉淀的樣品的平均下沉速度須大于0．1 cm/s，且至少95%的樣品成功沉淀；經(jīng)24 h靜置后，至少95%以上已沉淀的樣品不能具有足夠的浮力達到離圓柱體底部30 cm高度以上的位置。

4種可沖散濕巾產(chǎn)品的沉淀速度測試結果見表2，1#～4#可沖散濕巾產(chǎn)品的沉降速度分別達到2．72 cm/s、2．38 cm/s、1．80 cm/s和 2．50 cm/s，具有較高的沉降速度。從4種可沖散濕巾產(chǎn)品的沉降速度看，1#＞4#＞2#＞3#。對于3#可沖散濕巾，共出現(xiàn)5次測試不發(fā)生沉淀，占總測試次數(shù)的50%。

4種可沖散濕巾不沉和浮起測試結果見表3，對于1#和2#可沖散濕巾產(chǎn)品，10次測試均能正常沉降，24 h內(nèi)未發(fā)生浮起現(xiàn)象，不沉降比例為0，浮起比例為0；對于3#可沖散濕巾產(chǎn)品，出現(xiàn)5次測試不沉降，占總測試次數(shù)的50%，24 h內(nèi)未發(fā)生浮起現(xiàn)象，浮起比例為0；對于4#可沖散濕巾產(chǎn)品，均能正常沉降，不沉降比例為0，24 h內(nèi)發(fā)生浮起現(xiàn)象的測試有2次，浮起比例為20%。

圖7 可沖散濕巾（4#）沖洗清潔測試質(zhì)量重心變化

表24 種可沖散濕巾沉淀速度測試結果 （/cm·s-1）

表3 4種可沖散濕巾不沉和浮起情況

從沉淀測試結果看：1#和2#產(chǎn)品全部能夠正常沉降，24 h內(nèi)均并無發(fā)生浮起現(xiàn)象，1#和2#產(chǎn)品符合沉淀測試要求；對于3#樣品，只有50%的測試樣品成功沉淀，不符合測試要求；對于4#樣品，24 h出現(xiàn)浮起的比例為20%，不符合測試要求，浮起原因是氣泡的產(chǎn)生導致浮力對濕巾產(chǎn)品的作用。

3 結論

（1）1#、2#和4#可沖散濕巾產(chǎn)品通過沖洗清潔測試，而3#濕巾出現(xiàn)5次沖水過程中質(zhì)量重心與馬桶距離不斷變小的情況，并且出現(xiàn)一次堵塞的情況，未能通過沖洗清潔測試。綜合沖洗出下水管道次數(shù)、質(zhì)量重心與馬桶位置距離連續(xù)下降最大次數(shù)和堵塞次數(shù)，發(fā)現(xiàn)2#產(chǎn)品的可沖洗清潔性能是最優(yōu)的，其次分別是1#產(chǎn)品，4#產(chǎn)品和3#產(chǎn)品。

（2）從沉淀測試結果看：1#和2#產(chǎn)品全部能夠正常沉降，24 h內(nèi)均并未發(fā)生浮起現(xiàn)象，產(chǎn)品符合沉淀測試要求；3#產(chǎn)品只有50%的成功沉淀，不符合測試要求；4#產(chǎn)品24 h內(nèi)浮起比例為20%，不符合測試要求。

（3）從測試結果來看：目前市場上標識為可沖散濕巾產(chǎn)品并非完全達到可沖散性能的各項測試要求，有些產(chǎn)品只符合部分測試要求，有些則依然存在堵塞下水管道和馬桶的情況。消費者需謹慎使用可沖散濕巾，以免造成馬桶和下水管道的堵塞。質(zhì)檢部門應加強對該類產(chǎn)品的監(jiān)督，確保具有可沖散性能的濕巾產(chǎn)品得到合理使用。