ISO 20136:2017
(Main)Leather — Determination of degradability by micro-organisms
Leather — Determination of degradability by micro-organisms
ISO 20136:2017 specifies a test method to determine the degree and rate of aerobic biodegradation of hides and skins of different animal origin, whether they are tanned or not, through the indirect determination of CO2 produced by the degradation of collagen. The test material is exposed to an inoculum (activated sludge from tannery wastewater) in an aqueous medium. The conditions established in this document correspond to optimum laboratory conditions to achieve the maximum level of biodegradation. However, they may not necessarily correspond to the optimum conditions or maximum level of biodegradation in the natural medium. In general, the experimental procedure covers the determination of the degradation degree and rate of the material under controlled conditions, which allows the analysis of the evolved carbon dioxide produced throughout the test. For this purpose, the testing equipment complies with strict requirements with regard to flow, temperature and agitation control. This method applies to the following materials: - natural polymers of animal stroma (animal tissue/skins), - animal hides and skins tanned (leather) using organic or inorganic tanning agents, - leathers that, under testing conditions, do not inhibit the activity of microorganisms present in the inoculum.
Cuir — Détermination de la dégradabilité par les micro-organismes
ISO 20136:2017 spécifie une méthode d'essai pour déterminer le degré et la vitesse de biodégradation aérobie de peaux de différents animaux, tannées ou non, par la détermination indirecte du CO2 produit par la dégradation du collagène. Le matériau d'essai est exposé à un inoculum (boues activées d'eaux résiduaires de tannage) dans un milieu aqueux. Les conditions établies dans le présent document correspondent aux conditions de laboratoire optimales pour obtenir le niveau maximal de biodégradation. Il se peut toutefois qu'elles ne correspondent pas aux conditions optimales ou au niveau maximal de biodégradation dans le milieu naturel. De manière générale, le mode opératoire expérimental inclut la détermination du degré et de la vitesse de dégradation du matériau dans des conditions contrôlées, ce qui permet d'analyser le dégagement de dioxyde de carbone tout au long de l'essai. À cet effet, l'équipement d'essai répond à des exigences strictes concernant le contrôle du débit, de la température et de l'agitation. La présente méthode s'applique aux matériaux suivants: - les polymères naturels de stromas animaux (tissus/peaux d'animaux), - les peaux d'animaux qui ont été tannées (cuir) en utilisant des agents de tannage organiques ou inorganiques, - les cuirs qui, dans les conditions d'essai, n'ont pas d'effet inhibiteur sur l'activité des micro-organismes présents dans l'inoculum.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20136
IULTCS/IUC 37
First edition
2017-03
Leather — Determination of
degradability by micro-organisms
Cuir — Détermination de la dégradabilité par les micro-organismes
Reference numbers
ISO 20136:2017(E)
IULTCS/IUC 37:2017(E)
©
ISO 2017
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IULTCS/IUC 37:2017(E)
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IULTCS/IUC 37:2017(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 2
5 Principle . 2
5.1 Method A: assessment of biodegradation by manual titration . 2
5.2 Method B: assessment of biodegradation by infrared detection . 2
6 Chemicals . 3
7 Apparatus and materials. 4
8 Procedure. 6
8.1 Collection and preparation of the inoculum . 6
8.2 Preparation of the test material and reference material . 6
8.3 Test conditions and incubation period. 6
8.4 Test equipment . 6
8.4.1 Equipment for the assessment of biodegradation by manual titration
(equipment A) . 6
8.4.2 Equipment for the assessment of biodegradation by IR detection (equipment B) 7
8.5 End of the test . 7
9 Quantification . 8
9.1 Equipment for the assessment of biodegradation by manual titration (equipment A). 8
9.1.1 Determination of the organic carbon content . 8
9.1.2 Determination of the amount of carbon dioxide produced (Method A) . 8
9.1.3 Correcting for normality of HCl . 8
9.1.4 Percentage of biodegradation from carbon dioxide evolved . 8
9.2 Equipment for the assessment of biodegradation by IR detection (Method B) . 8
9.2.1 Determination of the organic carbon content . 8
9.2.2 Determination of the amount of carbon dioxide (CO produced) . 9
2
9.2.3 Percentage of biodegradation from CO data . 9
2
10 Expression of results .10
11 Validity of results .10
12 Test report .10
Annex A (informative) Determination of the degree and rate of degradation of the material .11
Annex B (informative) Quantitative determination of leather biodegradation .16
Bibliography .20
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ISO 20136:2017(E)
IULTCS/IUC 37:2017(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html
This document was prepared by the Chemical Tests Commission of the International Union of Leather
Technologists and Chemists Societies (IUC Commission, IULTCS) in collaboration with the European
Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 289, Leather, the secretariat of
which is held by UNI, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN
(Vienna Agreement).
IULTCS, originally formed in 1897, is a world-wide organization of professional leather societies to
further the advancement of leather science and technology. IULTCS has three Commissions, which are
responsible for establishing international method for the sampling and testing of leather. ISO recognizes
IULTCS as an international standardizing body for the preparation of test methods for leather.
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ISO 20136:2017(E)
IULTCS/IUC 37:2017(E)
Introduction
One of the big problems faced by the footwear industry is waste treatment. Although this waste,
especially in the case of leather, is not considered hazardous by current legislation, it is however
produced in large quantities which present a problem for municipal landfill sites.
The aim of the tanning process is to avoid skin putrefaction and increase the resistence of the obtained
leather. For this purpose, chemical and biological agents are used which are involved in the denaturation
and hardening of the main stromal protein, collagen, thus also producing physicochemical changes in
the skin.
There is a wide range of different agents used for leather tanning, which can be based on organic
products, vegetable extracts or inorganic products, mostly metals.
The most used tanning agent in the footwear industry is Chromium (III), which gives the skin desirable
characteristics, such as elasticity, easy buffing and a good breathability and vapour permeability.
However, the traditional tanning industry, and especially chrome tanning, generates wastes that pose
an environmental threat. Also, chrome-tanned hides and skins have too long a lifespan, much larger
than the useful life of the final products. Therefore, the use of additives that are less harmful to the
environment and which generate products that have a certain ease of degradation, once the material
has achieved its purpose, would be preferred, thus minimising waste products.
Within this sector, the development of fast biodegradability quantification methods for leather that has
been treated with alternative tanning agents is needed in order to predict whether these materials are
more biodegradable than their predecessors. The methodology described in this document attempts to
allow the completion of this form of analysis in a test time of no more than 35 days.
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ISO 20136:2017(E)
INTERNATIONAL STANDARD
IULTCS/IUC 37:2017(E)
Leather — Determination of degradability by micro-
organisms
1 Scope
This document specifies a test method to determine the degree and rate of aerobic biodegradation
of hides and skins of different animal origin, whether they are tanned or not, through the indirect
determination of CO produced by the degradation of collagen.
2
The test material is exposed to an inoculum (activated sludge from tannery wastewater) in an
aqueous medium.
The conditions established in this document correspond to optimum laboratory conditions to achieve
the maximum level of biodegradation. However, they may not necessarily correspond to the optimum
conditions or maximum level of biodegradation in the natural medium.
In general, the experimental procedure covers the determination of the degradation degree and
rate of the material under controlled conditions, which allows the analysis of the evolved carbon
dioxide produced throughout the test. For this purpose, the testing equipment complies with strict
requirements with regard to flow, temperature and agitation control.
This method applies to the following materials:
— natural polymers of animal stroma (animal tissue/skins),
— animal hides and skins tanned (leather) using organic or inorganic tanning agents,
— leathers that, under testing conditions, do not inhibit the activity of microorganisms present in the
inoculum.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
3.1
filter pore no. 1
diffuser with pore size from 100 microns to 160 microns
Note 1 to entry: This measurement is standard.
3.2
inoculum
activated sludge from tannery wastewater
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IULTCS/IUC 37:2017(E)
4 Symbols and abbreviated terms
[Ba(OH) ] barium hydroxide
2
C carbon
CO carbon dioxide
2
GL18 threads are used with H-SA V40/45 Erlenmeyer® flasks (5 000 ml volume)
GL14 threads are used with H-SA V29/32 Erlenmeyer® flasks (2 000 ml volume)
H-SA V 29/32 inner and outer measures in millimetres of the orifice of the mouth of the
Erlenmeyer® flasks
H-SA V H40/45 inner and outer measures in millimetres of the orifice of the mouth of the
Erlenmeyer® flasks
IR infrared
PSA pressure swing adsorption
5 Principle
5.1 Method A: assessment of biodegradation by manual titration
This test method determines the biodegradation percentage of tanned or untanned hides and skins
through the indirect measurement of CO evolved during the degradation of collagen, which is the
2
major constituent of the skin, by the action of the microorganisms present in tannery wastewater.
The CO evolved during the test is indirectly determined through the reaction of [Ba(OH) ] with
2 2
CO , which is precipitated as barium carbonate (BaCO ). The amount of CO evolved is determined
2 3 2
by titrating the remaining barium hydroxide with a 0,05 mol/l hydrochloric acid solution. These
measurements are taken on a daily basis throughout the test.
Biodegradability is assessed by indirectly measuring the CO evolved as a function of time and
2
calculating the biodegradation degree by the difference between the initial carbon percentage present
in collagen and the remaining soluble organic carbon content that has not been transformed into CO in
2
the course of the process.
The initial carbon percentage (C) present in the collagen under study is determined by the elemental
analysis of the test specimen. The biodegradation percentage does not include the amount of carbon
transformed into a new cellular biomass that has not been metabolized to carbon dioxide throughout
the test.
The tests shall be carried out using equipment able to provide the conditions needed to carry out the
test. Agitation, experiment temperature and CO -free air inflow should be controlled.
2
The test shall be carried out in duplicate in the presence of a positive control, which is made up of a
synthetic medium, microorganisms and collagen, and a negative control, which is made up only of a
synthetic medium and inoculum (activated sludge from tannery wastewater), allowing the assessment
of two different leather samples that can be evaluated in duplicate.
5.2 Method B: assessment of biodegradation by infrared detection
With this method, biodegradation is determined through the quantification of the CO evolved
2
throughout the degradation of collagen, by means of the direct IR detection and continuous monitoring
of the CO concentration. The equipment comprises a reaction unit made up of a closed set of
2
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unidirectional gas flow recirculation tubes, an aerator immersed in the reaction fluid contained in
the reaction flask, a membrane pump for unidirectional flow that makes the gas go through the CO
2
concentration detector area, an IR sensor, and a data capture system connected to a computer.
This system is in its final development stage. The methodology will be added to this document
application at a later stage.
The initial percentage of carbon (C) present in the collagen under study is determined through the
elemental analysis of each sample. The percentage of biodegradation does not include the quantity of
carbon converted into a new cellular biomass which is not metabolised into carbon dioxide during the
course of the test.
The tests shall be carried out using equipment able to provide the conditions needed to carry out the
test. Agitation, experiment temperature and CO -free air inflow should be controlled.
2
The tests are conducted in duplicate in the presence of a positive control, composed of a synthetic
medium, microorganisms and collagen, and a negative control, composed only of a synthetic medium
and an inoculum, allowing the assessment of five different leather samples that can be evaluated in
duplicate.
6 Chemicals
The reagents employed in the tests are the same for the two methods used in this document (Method
A and Method B) only with some adjustments in the volume of the reaction flasks specific of each
methodology (method A: a final liquid volume of 2,68 l; method B: a final liquid volume of 1 l).
1)
6.1 Deionised or ultrapure (Milli Q® ) water, free from toxic materials with resistivity >18 MΩ/cm.
6.2 Test medium: Use only analytical grade reagents.
6.2.1 Prepare synthetic stock solutions by dissolving each of the following in distilled water to 1 l:
6.2.1.1 Ferric chloride (FeCl •6H O), 1,00 g.
3 2
6.2.1.2 Magnesium sulfate (MgSO •7H O), 22,5 g.
4 2
6.2.1.3 Calcium chloride (CaCl •2H O), 36,43 g.
2 2
6.2.1.4 Phosphate buffer KH HPO 8,5 g, K HPO •3H O 28,5 g, Na HPO 17,68 g, and NH Cl 1,7 g, for
2 4 2 4 2 2 4 4
a total of 56,38 g.
6.2.1.5 Ammonium sulfate [(NH ) SO ], 40 g.
4 2 4
6.2.2 The test medium shall contain the following reagents diluted to 1 l with high-quality distilled water:
6.2.2.1 Magnesium sulfate solution, 2 ml.
6.2.2.2 Calcium chloride solution, 2 ml.
6.2.2.3 Phosphate buffer solution, 4 ml.
6.2.2.4 Ferric chloride solution, 2 ml.
1) Milli Q® is an example of a suitable product available commercially. This information is given for the convenience
of users of this document and does not constitute an endorsement by ISO of this product.
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IULTCS/IUC 37:2017(E)
6.2.2.5 Ammonium sulfate solution, 2 ml.
6.3 Test specimens: Use collagen type I (Sigma or similar) as a positive control. Test specimens shall
be basically leather from the tanning industry used for the production of leather clothing.
6.4 Only for Method A: Barium hydroxide solution, 0,025 mol/l, is prepared dissolving 4,0 g
[Ba(OH) ] per litre of distilled water. Filter free of solid material, confirm molarity by titration with
2
standard acid, and store sealed as a clear solution to prevent absorption of CO from the air. It is
2
recommended that 5 l be prepared at a time when running a series of tests.
7 Apparatus and materials
The usual laboratory equipment and, in particular, the following:
7.1 Analytical balance, capable of reading to 0,000 1 g.
7.2 Pipettes, 5 ml to 25 ml capacity.
7.3 Micro-pipettes, 500 μl and 1 000 μl.
7.4 Volumetric flask, 1 l.
For each method, the following materials should be employed:
7.5 Method A: Assessment of biodegradation by manual titration
7.5.1 Biodegradation test equipment
The procedure is partially automated thanks to the equipment specially conceived for this test (see
Annex A and Figure A.1).
This equipment allows four test specimens to be analyzed in duplicate (two test specimens and two
controls). It also allows agitation, experiment temperature and CO -free air inflow to be controlled.
2
7.5.2 Autonomous CO -free air source, consisting of a noiseless compressor connected to a PSA
2
(pressure swing adsorption) system provided with a molecular sieve, from Peak Scientific, model PG14L.
7.5.3 Sepiolite to filter impurities and humidity from the ventilation system.
7.5.4 Test flasks
2)
7.5.4.1 Eight 5 l Erlenmeyer® flasks (reaction flasks) for each test (two controls and two test
specimens per test). 5 000 ml H-SA V H40/45 Erlenmeyer® flasks shall be used, as well as V2 distilling
heads with GL18 threads and a filter pore no. 1 diffuser.
7.5.4.2 Connect the PSA equipment (7.5.2) to four glass flasks and two plastic flasks connected in
series using silicone tubing. The first three flasks shall contain 700 ml of 10 mol/l sodium hydroxide
(NaOH). The fourth flask shall be empty. The fifth flask shall contain 700 ml of 0,025 mol/l [Ba(OH) ].
2
The sixth flask shall be empty.
2) Erlenmeyer® is an example of a suitable product available commercially. This information is given for the
convenience of users of this document and does not constitute an endorsement by ISO of this product.
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7.5.4.3 For each of the Erlenmeyer® flasks in 7.5.4.1, three 0,25 l bottles connected in series using
silicone tubing, each one containing 100 ml of 0,025 normal (mol/l) barium hydroxide [Ba(OH) ] to trap
2
CO (analysis flasks).
2
7.5.5 Stoppers, flexible non-permeable to CO plastic tubing, 100 ml burettes.
2
7.5.6 Hydrochloric acid 0,05 mol/l.
7.6 Method B: Assessment of biodegradation by IR detection
7.6.1 Biodegradation equipment
The procedure is totally automated through equipment developed specially for these tests (see Annex
B and Figure B.1).
This equipment allows the analysis of up to seven samples, in duplicate, per test run (five samples and
two controls). The agitation is orbital and the temperature is controlled by an air cooling system. The
quantification of CO , produced during the leather biodegradation process, is carried out using CO
2 2
detection equipment that incorporate infrared sensors with a measuring range between 0 % and 5 %.
7.6.2 The supply of air (O ) free of carbon dioxide (CO ) is provided by a gas mixture of O :N at a ratio
2 2 2 2
of 30:70 injected directly into the reaction flasks for 30 min at a rate of 3 l/min.
7.6.3 Easy-to-use software for the capture, processing, and monitoring of signals, with the capacity to
store data for long periods of time.
7.6.4 The calibration of the CO detection equipment is carried out with special mixes of gases at
2
different concentrations of CO (1 %, 3 %, and 5 %) in addition to a gas mixture with 99,9 % O (oxygen
2 2
5,0) with zero CO concentration. At the end of the calibration, a linear calibration curve between 0 %
2
and 5 % is generated according to the linear equation of Y = AX + B and its respective coefficient of
2
determination (R ).
7.6.5 Calibration values are stored in a software program specially developed for these tests, which
additionally allows the test parameters to be controlled and all production data of CO generated during
2
the test in the different reaction flasks to be saved.
7.6.6 Test vessels
7.6.6.1 14 flasks with a useful volume of 2 l (reaction flasks) incorporating a distilling head and
an air diffuser which are used to conduct the tests (two controls and five samples in duplicate). The
Erlenmeyer® flasks shall have a capacity of 2 000 ml with three notches and be of the H-SA V 29/32
(SQ13) model type. They shall incorporate V2 distilling heads with GL14 threads (6 mm air intake and
8 mm air outlet) and a filter pore no. 1 diffuser. The volume of the liquid (culture medium + inoculum)
shall be 1 l in total.
7.6.6.2 The flasks shall be connected to the CO detection equipment through nylon tubes. The tube
2
that connects the outlet of the CO detection equipment to the distilling head inlet flange up to the
2
diffuser shall have a diameter of 6 mm. The tube that connects the air outlet of the flask to the inlet of the
CO detection equipment should have a diameter of 8 mm.
2
7.6.7 CO detection and data capture system
2
For each one of the test flasks (7.6.6.1), CO detection equipment is needed. This CO detection
2 2
equipment is connected to a capture and signal processing unit that manages the signals of each piece
of equipment and sends them to a computer data monitoring and storage system. This way, the values
of all CO produced during the test in the reaction flasks are saved and remain available on a computer.
2
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IULTCS/IUC 37:2017(E)
8 Procedure
8.1 Collection and preparation of the inoculum
Use samples (wastewater) collected from a tannery aerated biological tank as inoculum. The sample
shall be free from large inert objects, such as leather pieces, which shall be removed manually.
The sample shall be taken immediately to the laboratory in a portable cool box so as to maintain its
original characteristics. Decant the sample to remove impurities and, in order to reduce the amount of
suspended solids, the wastewater shall be filtered with glass wool. Alternatively, centrifuge the sample
−1
at 1 500 min for 5 min.
8.2 Preparation of the test material and reference material
Check the activity of the inoculum during the test by means of a biodegradable reference material,
preferably powdered type 1 collagen (Sigma or similar) and by measuring CO evolution during
2
its degradation. The reference material shall be degraded by 70 % or more at the end of the test in
order to be considered valid. Because of the possibility of the inoculum presenting suspended organic
compounds, flasks containing inoculum and culture medium shall be used as a negative control. The
values for CO evolved in these flasks shall be subtracted from the values evolved in the positive control
2
and the specimens.
For the biodegradation tests, tanned hides and skins of different animal origin, which are commonly
used in the leather, upholstery and footwear industries, shall be used.
8.3 Test conditions and incubation period
With the exception of test samples, all laboratory materials shall be autoclaved before use. All test
materials, flasks, culture media, etc. shall be autoclaved before use.
The total test time is determined by the time needed for the positive control (culture medium + collagen)
to exceed 70 % of the maximum level of biodegradation.
All specimens shall be introduced in powder form. The initial concentration of the specimens shall be
between 0,18 g/l to 0,19 g/l, the absolute amount for each test being 0,5 g (method A) and 0,18 g to
0,19 g (method B).
8.4 Test equipment
8.4.1 Equipment for the assessment of biodegradation by manual titration (equipment A)
The prototype operates in such a way that the generated air is bubbled through a series of seven
Erlenmeyer® flasks (pre-treatment flasks) that trap residual carbon dioxide in the air flow coming
from the PSA device. The system is then divided into eight lines controlled by eight valves that allow the
flow to be independently controlled, which in turn supply eight Erlenmeyer® flasks (reaction flasks)
located inside the tank. The outlet of each one of the eight Erlenmeyer® flasks is directly connected to
a series of three glass Erlenmeyer® flasks (analysis bottles), each one containing 100 ml of [Ba(OH) ]
2
0,025 mol/l, from which the results will be obtained (see Figures A.2 and A.3).
The equipment also features a thermostat that allows the regulation of the temperature of the reaction
flasks through the recirculation of water in a closed circuit. The test is carried out at 23 °C ± 1 °C. The
−1
reaction flasks are constantly agitated at 24 min (to-and-from motion) throughout the entire test
duration.
The inoculum volume of each flask varies depending on its degree of activity, changing between 10 %
and 20 % of the total volume (inoculum + culture medium), which is 2,6 l.
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The air needs to leave the generator through the PSA system which shall have been working for 6 h
before the start of the test in order to ensure that a stable CO concentration of less than 1 ppm is
2
achieved in the
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20136
IULTCS/IUC 37
Première édition
2017-03
Cuir — Détermination de la
dégradabilité par les micro-
organismes
Leather — Determination of degradability by micro-organisms
Numéros de référence
ISO 20136:2017(F)
IULTCS/IUC 37:2017(F)
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l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Référence normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 2
5 Principe . 2
5.1 Méthode A: évaluation de la biodégradation par titrage manuel . 2
5.2 Méthode B: évaluation de la biodégradation par détection infrarouge . 2
6 Substances chimiques . 3
7 Appareillage et matériel . 4
8 Mode opératoire. 6
8.1 Collecte et préparation de l’inoculum . 6
8.2 Préparation du matériau d’essai et du matériau de référence . 6
8.3 Conditions d’essai et période d’incubation . 6
8.4 Équipement d’essai . 7
8.4.1 Équipement pour l’évaluation de la biodégradation par titrage manuel
(équipement A) . 7
8.4.2 Équipement pour l’évaluation de la biodégradation par détection
infrarouge (équipement B) . 7
8.5 Fin de l’essai . 8
9 Quantification . 8
9.1 Équipement pour l’évaluation de la biodégradation par titrage manuel (équipement A) . 8
9.1.1 Détermination de la teneur en carbone organique . 8
9.1.2 Détermination de la quantité de dioxyde de carbone produit (méthode A) . 8
9.1.3 Correction tenant compte de la normalité de HCl . 9
9.1.4 Pourcentage de biodégradation à partir du dioxyde de carbone dégagé . 9
9.2 Équipement pour l’évaluation de la biodégradation par détection infrarouge
(méthode B) . 9
9.2.1 Détermination de la teneur en carbone organique . 9
9.2.2 Détermination de la quantité de dioxyde de carbone (CO produit). 9
2
9.2.3 Pourcentage de biodégradation à partir des données de CO .
2 9
10 Expression des résultats.10
11 Validité des résultats .10
12 Rapport d’essai .10
Annexe A (informative) Détermination du degré et de la vitesse de dégradation du matériau .12
Annexe B (informative) Détermination quantitative de la biodégradation du cuir .16
Bibliographie .20
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ISO 20136:2017(F)
IULTCS/IUC 37:2017(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ avant -propos .html
Le présent document a été élaborée par la Commission des essais chimiques de l’Union internationale
des sociétés de techniciens et chimistes du cuir (commission IUC, IULTCS), en collaboration avec le
comité technique du Comité européen de normalisation (CEN) CEN/TC 289, Cuir, dont le secrétariat
est tenu par l’UNI, conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de
Vienne).
L’IULTCS est une organisation mondiale de sociétés professionnelles des industries du cuir fondée en
1897 ayant pour mission de favoriser l’avancement des sciences et technologies du cuir. L’IULTCS a trois
commissions, qui sont responsables de l’établissement des méthodes internationales d’échantillonnage
et d’essai des cuirs. L’ISO reconnaît l’IULTCS en tant qu’organisme international à activités normatives
pour l’élaboration de méthodes d’essai relatives au cuir.
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IULTCS/IUC 37:2017(F)
Introduction
L’un des problèmes importants auxquels est confrontée l’industrie de la chaussure est le traitement
des déchets. Bien que ces déchets, dans le cas du cuir notamment, ne soient pas considérés comme
dangereux par la législation actuelle, ils sont produits néanmoins en grandes quantités, ce qui
représente un problème pour les décharges municipales.
Le tannage a pour but d’éviter la putréfaction des peaux et d’augmenter la résistance du cuir ainsi
obtenu. On utilise à cet effet des agents chimiques et biologiques qui sont impliqués dans la dénaturation
et le renforcement de la principale protéine stromale, le collagène, ce qui engendre également des
modifications physicochimiques de la peau.
Le tannage du cuir fait intervenir une large palette d’agents, qui peuvent être à base de produits
organiques, d’extraits végétaux ou de produits inorganiques, pour la plupart des métaux.
L’agent de tannage le plus utilisé dans l’industrie de la chaussure est le chrome(III); celui-ci confère
à la peau les caractéristiques recherchées, telles que l’élasticité, l’aptitude au polissage, une bonne
respirabilité et une bonne perméabilité à la vapeur. Cependant, l’industrie traditionnelle du tannage,
et en particulier le tannage au chrome, génère des déchets qui représentent une menace pour
l’environnement. De plus, les peaux tannées au chrome ont une durée de vie trop longue, qui dépasse de
loin la durée de vie utile des produits finaux. Par conséquent, il serait préférable d’utiliser des additifs
moins nocifs pour l’environnement et générant des produits qui se dégradent plus facilement une fois
que le matériau a rempli sa fonction, ce qui réduirait au minimum la production de déchets.
Dans ce secteur, il est nécessaire de développer des méthodes de quantification rapide de la
biodégradabilité des cuirs ayant été traités par d’autres agents de tannage, afin de prévoir si ces
matériaux sont plus biodégradables que leurs prédécesseurs. L’objectif de la méthodologie décrite dans
le présent document est de réaliser ce type d’essai sur une durée ne dépassant pas 35 jours.
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NORME INTERNATIONALE
IULTCS/IUC 37:2017(F)
Cuir — Détermination de la dégradabilité par les micro-
organismes
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode d’essai pour déterminer le degré et la vitesse de
biodégradation aérobie de peaux de différents animaux, tannées ou non, par la détermination indirecte
du CO produit par la dégradation du collagène.
2
Le matériau d’essai est exposé à un inoculum (boues activées d’eaux résiduaires de tannage) dans un
milieu aqueux.
Les conditions établies dans le présent document correspondent aux conditions de laboratoire optimales
pour obtenir le niveau maximal de biodégradation. Il se peut toutefois qu’elles ne correspondent pas
aux conditions optimales ou au niveau maximal de biodégradation dans le milieu naturel.
De manière générale, le mode opératoire expérimental inclut la détermination du degré et de la vitesse
de dégradation du matériau dans des conditions contrôlées, ce qui permet d’analyser le dégagement
de dioxyde de carbone tout au long de l’essai. À cet effet, l’équipement d’essai répond à des exigences
strictes concernant le contrôle du débit, de la température et de l’agitation.
La présente méthode s’applique aux matériaux suivants:
— les polymères naturels de stromas animaux (tissus/peaux d’animaux),
— les peaux d’animaux qui ont été tannées (cuir) en utilisant des agents de tannage organiques ou
inorganiques,
— les cuirs qui, dans les conditions d’essai, n’ont pas d’effet inhibiteur sur l’activité des micro-
organismes présents dans l’inoculum.
2 Référence normatives
Le présent document ne comporte pas de références normatives.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp
3.1
o
filtre poreux n 1
diffuseur à taille de pores comprise de 100 μ à 160 μ
Note 1 à l’article: Il s’agit du mesurage normal.
3.2
inoculum
boues activées d’eaux résiduaires de tannage
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IULTCS/IUC 37:2017(F)
4 Symboles et abréviations
[Ba(OH) ] hydroxyde de baryum
2
C carbone
CO dioxyde de carbone
2
GL18 pas de vis utilisé avec des fioles Erlenmeyer® H-SA V40/45 (volume 5 000 ml)
GL14 pas de vis utilisé avec des fioles Erlenmeyer® H-SA V29/32 (volume 2 000 ml)
H-SA V 29/32 dimensions intérieure et extérieure, en millimètres, de l’embouchure des fioles
Erlenmeyer®
H-SA V H40/45 dimensions intérieure et extérieure, en millimètres, de l’embouchure des fioles
Erlenmeyer®
IR infrarouge
AMP adsorption modulée en pression
5 Principe
5.1 Méthode A: évaluation de la biodégradation par titrage manuel
Cette méthode d’essai détermine le pourcentage de biodégradation de peaux, tannées ou non tannées,
par le mesurage indirect du CO dégagé au cours de la dégradation du collagène, le principal constituant
2
de la peau, sous l’action des micro-organismes présents dans les eaux résiduaires de tannage.
Le CO dégagé durant l’essai est déterminé de façon indirecte par le biais de la réaction du [Ba(OH) ]
2 2
avec le CO , qui donne un précipité, le carbonate de baryum (BaCO ). La quantité de CO dégagée est
2 3 2
déterminée par titrage de l’hydroxyde de baryum restant avec une solution d’acide chlorhydrique
-1
à 0,05 mol.l . Ces mesurages sont effectués quotidiennement tout au long de l’essai.
Pour évaluer la biodégradabilité, on procède au mesurage indirect du CO dégagé en fonction du temps
2
et on calcule le degré de biodégradation par la différence entre le pourcentage initial de carbone présent
dans le collagène et la teneur résiduelle en carbone organique soluble n’ayant pas été transformé en CO
2
au cours du processus.
Le pourcentage initial de carbone (C) présent dans le collagène étudié est déterminé par l’analyse
élémentaire de l’éprouvette. Le pourcentage de biodégradation ne comprend pas la quantité de carbone
converti en une nouvelle biomasse cellulaire qui n’a pas été métabolisée en dioxyde de carbone au cours
de l’essai.
Les essais doivent être effectués en utilisant un équipement adéquat. Il convient de contrôler l’agitation,
la température expérimentale et l’alimentation en air exempt de CO .
2
L’essai doit être réalisé en double en présence d’un témoin positif, constitué d’un milieu synthétique, de
micro-organismes et de collagène, et d’un témoin négatif, constitué seulement d’un milieu synthétique et
d’un inoculum (boues activées d’eaux résiduaires de tannage), permettant d’analyser deux échantillons
de cuir différents qui peuvent faire l’objet d’une double évaluation.
5.2 Méthode B: évaluation de la biodégradation par détection infrarouge
Cette méthode consiste à évaluer la biodégradation en quantifiant le CO dégagé tout au long de la
2
dégradation du collagène, au moyen de la détection infrarouge directe et de la surveillance continue de
la concentration de CO . L’équipement est composé d’une unité de réaction constituée d’un ensemble
2
fermé de tubes de recirculation d’un écoulement de gaz unidirectionnel, d’un aérateur immergé
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dans le fluide de réaction contenu dans la fiole de réaction, d’une pompe à membrane à écoulement
unidirectionnel qui fait passer le gaz à travers la zone de détection de la concentration de CO , d’un
2
capteur infrarouge et d’un système d’acquisition de données relié à un ordinateur.
Ce système est en phase de développement final. La méthodologie complétera l’application du présent
document à un stade ultérieur.
Le pourcentage initial de carbone (C) présent dans le collagène étudié est déterminé par l’analyse
élémentaire de chaque échantillon. Le pourcentage de biodégradation ne comprend pas la quantité de
carbone converti en une nouvelle biomasse cellulaire qui n’est pas métabolisée en dioxyde de carbone
au cours de l’essai.
Les essais doivent être effectués en utilisant un équipement adéquat. Il convient de contrôler l’agitation,
la température expérimentale et l’alimentation en air exempt de CO .
2
Les essais sont réalisés en double en présence d’un témoin positif, constitué d’un milieu synthétique, de
micro-organismes et de collagène, et d’un témoin négatif, constitué seulement d’un milieu synthétique
et d’un inoculum, permettant d’analyser cinq échantillons de cuir différents qui peuvent faire l’objet
d’une double évaluation.
6 Substances chimiques
Les réactifs utilisés lors des essais sont les mêmes pour les deux méthodes employées dans le présent
document (méthode A et méthode B); seuls quelques ajustements sont apportés au volume des fioles
de réaction propres à chaque méthodologie (méthode A: volume de liquide final de 2,68 l; méthode B:
volume de liquide final de 1 l).
1)
6.1 Eau déionisée ou ultrapure (Milli Q® ), exempte de matières toxiques, d’une résistivité
supérieure à 18 MΩ/cm.
6.2 Milieu d’essai: Utiliser uniquement des réactifs de qualité analytique.
6.2.1 Préparer des solutions mères synthétiques par dissolution dans de l’eau distillée, au volume de
1 l, de chacune des substances suivantes:
6.2.1.1 Chlorure ferrique (FeCl •6H O), 1,00 g.
3 2
6.2.1.2 Sulfate de magnésium (MgSO •7H O), 22,5 g.
4 2
6.2.1.3 Chlorure de calcium (CaCl •2H O), 36,43 g.
2 2
6.2.1.4 Tampon phosphate KH HPO , 8,5 g, K HPO •3H O, 28,5 g, Na HPO , 17,68 g, et NH Cl, 1,7 g,
2 4 2 4 2 2 4 4
pour un total de 56,38 g.
6.2.1.5 Sulfate d’ammonium [(NH ) SO ], 40 g.
4 2 4
6.2.2 Le milieu d’essai doit contenir les réactifs suivants, dilués à 1 l avec de l’eau distillée de haute
qualité:
6.2.2.1 Solution de sulfate de magnésium, 2 ml.
6.2.2.2 Solution de chlorure de calcium, 2 ml.
1) Milli Q® est un exemple de produit approprié disponible dans le commerce. Cette information est donnée par
souci de commodité à l’intention des utilisateurs du présent document et ne saurait constituer un engagement de
l’ISO à l’égard de ce produit.
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6.2.2.3 Solution de tampon phosphate, 4 ml.
6.2.2.4 Solution de chlorure ferrique, 2 ml.
6.2.2.5 Solution de sulfate d’ammonium, 2 ml.
6.3 Éprouvettes: utiliser du collagène de type I (Sigma ou similaire) comme témoin positif. Les
éprouvettes doivent être constituées, pour l’essentiel, de cuir de tannerie utilisé pour la fabrication de
vêtements en cuir.
-1
6.4 Pour la méthode A seulement: préparer une solution d’hydroxyde de baryum à 0,025 mol.l par
dissolution de 4,0 g de [Ba(OH) ] par litre d’eau distillée. Filtrer pour éliminer la matière solide, vérifier
2
la molarité par titrage avec un acide standard. Stocker la solution claire obtenue dans un récipient scellé
pour éviter l’absorption du CO de l’air. Il est conseillé de préparer 5 l de solution en une fois lors de la
2
réalisation d’une série d’essais.
7 Appareillage et matériel
Équipement courant de laboratoire.
7.1 Balance analytique, permettant une lecture à 0,000 1 g près.
7.2 Pipettes, d’une capacité de 5 ml à 25 ml.
7.3 Micropipettes, d’une capacité de 500 μl et de 1 000 μl.
7.4 Fiole jaugée, 1 l.
Pour chaque méthode, il convient d’utiliser le matériel ci-après.
7.5 Méthode A: évaluation de la biodégradation par titrage manuel
7.5.1 Équipement pour l’essai de biodégradation
Le mode opératoire est partiellement automatisé grâce à l’équipement spécialement conçu pour cet
essai (voir l’Annexe A et la Figure A.1).
Cet équipement permet l’analyse en double de quatre éprouvettes (deux éprouvettes et deux témoins).
Il permet également de contrôler l’agitation, la température expérimentale et l’alimentation en air
exempt de CO .
2
7.5.2 Source d’air exempt de CO autonome, constituée d’un compresseur silencieux relié à un
2
système d’adsorption modulée en pression (AMP) muni d’un tamis moléculaire, modèle PG14L de Peak
Scientific.
7.5.3 Sépiolite pour filtrer les impuretés et l’humidité du système de ventilation.
4 © ISO 2017 – Tous droits réservés
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7.5.4 Fioles d’essai
2)
7.5.4.1 Huit fioles Erlenmeyer® de 5 l (fioles de réaction) pour chaque essai (deux témoins et deux
éprouvettes par essai). Des fioles Erlenmeyer H-SA V H40/45 d’une capacité de 5 000 ml doivent être
o
utilisées, ainsi que des têtes de distillation V2 à pas de vis GL18 et un filtre poreux n 1.
7.5.4.2 Relier le système AMP (7.5.2) à quatre fioles en verre et deux fioles en plastique reliées en
série au moyen d’un tube en silicone. Les trois premières fioles doivent contenir 700 ml d’hydroxyde de
-1
sodium (NaOH) à 10 mol.l . La quatrième fiole doit être vide. La cinquième fiole doit contenir 700 ml de
-1
[Ba(OH) ] à 0,025 mol.l . La sixième fiole doit être vide.
2
7.5.4.3 Pour chacune des fioles Erlenmeyer® de 7.5.4.1, trois bouteilles de 0,25 l reliées en série au
moyen d’un tube en silicone, contenant chacune 100 ml d’hydroxyde de baryum [Ba(OH) ] de normalité
2
-1
0,025 N (mol.l ) pour piéger le CO (fioles d’analyse).
2
7.5.5 Bouchons, tuyau en plastique souple, imperméable au CO , burettes de 100 ml.
2
-1
7.5.6 Acide chlorhydrique, à 0,05 mol.l .
7.6 Méthode B: évaluation de la biodégradation par détection infrarouge
7.6.1 Équipement pour l’essai de biodégradation
Le mode opératoire est totalement automatisé grâce à l’équipement spécialement mis au point pour ces
essais (voir l’Annexe B et la Figure B.1).
Cet équipement permet d’analyser jusqu’à sept échantillons, en double, par série d’essais (cinq
échantillons et deux témoins). Un agitateur orbital est utilisé et un système de refroidissement d’air
contrôle la température. Le CO produit pendant le processus de biodégradation du cuir est quantifié à
2
l’aide d’un matériel de détection de CO qui intègre des capteurs infrarouge ayant une plage de mesure
2
comprise entre 0 % et 5 %.
7.6.2 L’alimentation en air (O ) exempt de dioxyde de carbone (CO ) est assurée par un mélange de
2 2
gaz O :N en proportion 30/70, injecté directement dans les fioles de réaction pendant 30 min à un débit
2 2
de 3 l/min.
7.6.3 Logiciel d’acquisition, de traitement et de surveillance des signaux, convivial, pouvant stocker
des données sur de longues périodes.
7.6.4 Le matériel de détection de CO est étalonné avec des mélanges gazeux spéciaux spéciaux à
2
différentes concentrations de CO (1 %, 3 % et 5 %), plus un mélange gazeux contenant 99,9 % d’O
2 2
(oxygène 5.0) à concentration nulle en CO . À l’issue de l’étalonnage, une courbe d’étalonnage linéaire
2
2
entre 0 % et 5 % est générée selon l’équation linéaire Y = AX + B et son coefficient de détermination (R )
respectif.
7.6.5 Les valeurs d’étalonnage sont enregistrées dans un logiciel spécialement développé pour ces
essais, qui permet, en outre, de contrôler les paramètres d’essai et de sauvegarder toutes les données
relatives à la production de CO dans les différentes fioles de réaction qui sont générées pendant l’essai.
2
2) Les fioles Erlenmeyer® sont un exemple de produit approprié disponible dans le commerce. Cette information
est donnée par souci de commodité à l’intention des utilisateurs du présent document et ne saurait constituer un
engagement de l’ISO à l’égard de ce produit.
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ISO 20136:2017(F)
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7.6.6 Récipients d’essai
7.6.6.1 Quatorze fioles Erlenmeyer® de volume utile de 2 l (fioles de réaction) pourvues d’une tête de
distillation et d’un diffuseur d’air, utilisées pour effectuer les essais (deux témoins et cinq échantillons,
en double). Les fioles Erlenmeyer® doivent avoir une capacité de 2 000 ml et 3 traits. Il doit s’agir de
modèles du type H-SA V 29/32 (SQ13). Elles doivent être pourvues de têtes de distillation V2 à pas de
o
vis GL14 (entrée d’air de 6 mm et sortie d’air de 8 mm) et d’un filtre poreux n 1. Le volume total de
liquide (milieu de culture + inoculum) doit être de 1 l.
7.6.6.2 Les fioles doivent être reliées au matériel de détection de CO par des tubes en nylon. Le
2
tube qui relie la sortie du matériel de détection de CO à la bride d’entrée de la tête de distillation, et
2
au diffuseur, doit avoir un diamètre de 6 mm. Il convient que le tube reliant la sortie d’air de la fiole à
l’entrée du matériel de détection de CO ait un diamètre de 8 mm.
2
7.6.7 Système de détection de CO et d’acquisition de données
2
Pour chacune des fioles d’essai (7.6.6.1), un matériel de détection de CO est nécessaire. Celui-ci est
2
relié à une unité d’acquisition et de traitement de signaux qui gère les signaux de chaque partie de
l’équipement et les envoie à un système informatique de surveillance et de stockage des données. De
cette manière, les valeurs relatives à la totalité du CO produit au cours de l’essai dans les fioles de
2
réaction sont sauvegardées et restent disponibles sur un ordinateur.
8 Mode opératoire
8.1 Collecte et préparation de l’inoculum
Utiliser comme inoculum des échantillons (eaux résiduaires) prélevés dans une cuve de traitement
biologique aérée d’une tannerie. L’échantillon doit être exempt d’objet inertes de grandes dimensions,
par exemple des pièces de cuir, qui doivent être retirés manuellement.
L’échantillon doit être immédiatement apporté au laboratoire dans une glacière portative, de manière
à préserver ses caractéristiques initiales. Laisser l’échantillon décanter pour éliminer les impuretés.
Pour réduire la quantité de matières solides en suspension, les eaux résiduaires doivent être filtrées
-1
sur de la laine de verre. Une autre solution peut consister à centrifuger l’échantillon à 1 500 tr.min
pendant 5 minutes.
8.2 Préparation du matériau d’essai et du matériau de référence
Contrôler l’activité de l’inoculum pendant l’essai en utilisant un matériau de référence biodégradable,
de préférence du collagène de type 1 (Sigma ou similaire) en poudre, et en mesurant le dégagement de
CO au cours de sa dégradation. Au moins 70 % du matériau de référence doit être dégradé à la fin de
2
l’essai pour qu’il soit considéré comme valide. L’inoculum pouvant contenir des composés organiques en
suspension, des fioles contenant l’inoculum et un milieu de culture doivent être utilisées comme témoin
négatif. Les valeurs correspondant au CO dégagé dans ces fioles doivent être soustraites des valeurs
2
correspondant au CO dégagé p
...
Questions, Comments and Discussion
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