Plastics — Determination of the aerobic biodegradation of plastic materials exposed to seawater — Part 2: Method by measuring the oxygen demand in closed respirometer

This document specifies a laboratory test method for determining the degree and rate of the aerobic biodegradation level of plastic materials. Biodegradation of plastic materials is determined by measuring the oxygen demand in a closed respirometer when exposed to seawater sampled from coastal areas under laboratory conditions. The conditions described in this document might not always correspond to the optimum conditions for the maximum degree of biodegradation, however this test method is designed to give an indication of the potential biodegradability of plastic materials. NOTE This document addresses plastic materials but can also be used for other materials.

Plastiques — Détermination de la biodégradation aérobie des matériaux plastiques exposés à l'eau de mer — Partie 2: Méthode par mesure de la demande en oxygène dans un respiromètre fermé

Le présent document spécifie une méthode d’essai en laboratoire permettant de déterminer le taux et le niveau de biodégradation aérobie des matériaux plastiques. La biodégradation des matériaux plastiques est déterminée en mesurant la demande en oxygène dans un respiromètre fermé lorsqu’ils sont exposés à de l’eau de mer prélevée dans des zones côtières, dans des conditions de laboratoire. Les conditions décrites dans le présent document ne correspondent pas nécessairement aux conditions optimales permettant d’obtenir le taux maximal de biodégradation; cependant, cette méthode d’essai est conçue pour donner une indication de la biodégradabilité potentielle des matériaux plastiques. NOTE Le présent document concerne les matériaux plastiques, mais il peut aussi être utilisé pour d’autres matériaux.

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Status
Published
Publication Date
09-Nov-2020
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
10-Nov-2020
Completion Date
10-Nov-2020
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ISO 23977-2:2020 - Plastics -- Determination of the aerobic biodegradation of plastic materials exposed to seawater
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ISO 23977-2:2020 - Plastiques -- Détermination de la biodégradation aérobie des matériaux plastiques exposés à l'eau de mer
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23977-2
First edition
2020-11
Plastics — Determination of the
aerobic biodegradation of plastic
materials exposed to seawater —
Part 2:
Method by measuring the oxygen
demand in closed respirometer
Plastiques — Détermination de la biodégradation aérobie des
matières plastiques exposées à l'eau de mer —
Partie 2: Méthode par mesure de la demande en oxygène dans un
respiromètre fermé
Reference number
ISO 23977-2:2020(E)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 23977-2:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 23977-2:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 3

5 Test environment ................................................................................................................................................................................................. 3

6 Reagents ........................................................................................................................................................................................................................ 3

7 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 4

8 Procedure..................................................................................................................................................................................................................... 5

8.1 Test material ............................................................................................................................................................................................. 5

8.2 Reference materials ............................................................................................................................................................................ 6

8.3 Test set up ................................................................................................................................................................................................... 6

8.4 Pre-conditioning phase .................................................................................................................................................................... 6

8.5 Start of the test ........................................................................................................................................................................................ 7

8.6 End of the test .......................................................................................................................................................................................... 7

9 Calculation and expression of results ............................................................................................................................................. 7

9.1 Calculation .................................................................................................................................................................................................. 7

9.2 Visual inspection ................................................................................................................................................................................... 8

9.3 Expression and interpretation of results ......................................................................................................................... 8

10 Validity of results ................................................................................................................................................................................................. 9

11 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 9

Annex A (informative) Example of a respirometric system .......................................................................................................10

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................12

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 23977-2:2020(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 of 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

www .iso .org/ iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 14,

Environmental aspects.
A list of all parts in the ISO 23997 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 23977-2:2020(E)
Introduction

According to the United Nations Environment Program (UNEP), one of the most notable properties of

synthetic polymers and plastics is their durability which, combined with their accidental loss, deliberate

release and poor waste management has resulted in the ubiquitous presence of plastic in oceans (UNEP,

[15]
2015 ).

It is well known and documented that marine litter can pose risks and a negative impact on living

marine organisms and on human beings. Degradability of plastic materials exposed to the marine

environment is one of the factors affecting impact and strength of effects. The uncontrolled dispersion

of biodegradables plastics in natural environments is not desirable. The biodegradability of products

cannot be considered as an excuse to spread wastes that should be recovered and recycled. However,

test methods to measure rate and level of biodegradation in natural environments are of interest in

order to better characterize the behaviour of plastics in these very particular environments. Thus, the

degree and rate of biodegradation is of major interest in order to obtain an indication of the potential

biodegradability of plastic materials when exposed to different marine habitats.

ISO/TC 61/SC 14 has established several test methods for biodegradation testing of plastic materials

under laboratory conditions covering different environmental compartments and test conditions, as

shown in Table 1.
Table 1 — Test methods for biodegradation testing of plastics
Conditions
Test methods
Environmental compartment Presence/absence of oxygen
ISO 14855-1
Controlled composting conditions Aerobic conditions
ISO 14855-2
High-solids anaerobic-digestion
Anaerobic conditions ISO 15985
conditions
Controlled anaerobic slurry system Anaerobic conditions ISO 13975
Soil Aerobic conditions ISO 17556
ISO 14851
Aerobic conditions
Aqueous medium ISO 14852
Anaerobic conditions ISO 14853
ISO 18830
Seawater/sandy sediment interface Aerobic conditions
ISO 19679
Marine sediment Aerobic conditions ISO 22404
ISO 23977-1
Seawater Aerobic conditions
ISO 23977-2

Test method for measuring biodegradation of plastic materials when exposed to marine microbes.

All marine biodegradation test methods are based on exposure of plastic materials to marine samples

(seawater and/or sediment) taken from shoreline areas. By a quantitative viewpoint, these methods

are not equivalent, because, for example, the microbial density in seawater is generally lower compared

to the density determined in sediment. In addition, the microbial composition and diversity can be

different. Moreover, as a rule, the nutrient concentration found in sediment is normally higher compared

to the concentration in seawater.

This document provides a test method for determining the biodegradation level of plastic materials

exposed to the microbial population present in seawater from a pelagic zone under laboratory

conditions. The biodegradation is followed by measuring the oxygen demand in a closed respirometer.

The test is performed with either seawater only (“pelagic seawater test”) or with seawater to which

little sediment was added (“suspended sediment seawater test”).
© ISO 2020 – All rights reserved v
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ISO 23977-2:2020(E)

The pelagic seawater test simulates the conditions found in offshore areas with low water currents and

low tidal movements, whereas the suspended sediment seawater test simulates conditions which might

be found in coastal areas with stronger water currents and tidal movements.
vi © ISO 2020 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23977-2:2020(E)
Plastics — Determination of the aerobic biodegradation of
plastic materials exposed to seawater —
Part 2:
Method by measuring the oxygen demand in closed
respirometer
1 Scope

This document specifies a laboratory test method for determining the degree and rate of the aerobic

biodegradation level of plastic materials. Biodegradation of plastic materials is determined by

measuring the oxygen demand in a closed respirometer when exposed to seawater sampled from

coastal areas under laboratory conditions.

The conditions described in this document might not always correspond to the optimum conditions for

the maximum degree of biodegradation, however this test method is designed to give an indication of

the potential biodegradability of plastic materials.

NOTE This document addresses plastic materials but can also be used for other materials.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 5667-3, Water quality — Sampling — Part 3: Preservation and handling of water samples

ISO 8245, Water quality — Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved

organic carbon (DOC)

ISO 10210, Plastics — Methods for the preparation of samples for biodegradation testing of plastic

materials
ISO 10523, Water quality — Determination of pH

ISO 11261, Soil quality — Determination of total nitrogen — Modified Kjeldahl method

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:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
pelagic zone
water body above the seafloor
Note 1 to entry: It is also referred to as the open water or the water column.
© ISO 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 23977-2:2020(E)

Note 2 to entry: The surface of the pelagic zone is moved by wind-driven waves, is in contact with the atmosphere

and exposed to sunlight. With increasing depth pressure increases, temperature decreases, and light and surface

wave energy are attenuated.
[SOURCE: ISO 22766:2020, 3.4]
3.2
biochemical oxygen demand
BOD

mass concentration of the dissolved oxygen consumed under specified conditions by the aerobic

biological oxidation of a chemical compound or organic matter in water

Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of oxygen uptake per milligram or gram of test compound.

[SOURCE: ISO 18830:2016, 3.1]
3.3
theoretical oxygen demand
ThOD

theoretical maximum amount of oxygen required to oxidize a chemical compound completely, calculated

from the molecular formula

Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of oxygen uptake per milligram or gram of test compound.

[SOURCE: ISO 18830:2016, 3.2]
3.4
total organic carbon
TOC
amount of carbon bound in an organic compound

Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of carbon per 100 mg of the compound.

[SOURCE: ISO 17556:2019, 3.14]
3.5
dissolved organic carbon
DOC

part of the organic carbon in water which cannot be removed by specified phase separation

Note 1 to entry: Phase separation can be achieved for example by centrifugation at 40 000 m⋅s for 15 min or by

membrane filtration using membranes with pores of 0,2 μm to 0,45 μm diameter.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.7]
3.6
lag phase

time from the start of a test until adaptation and/or selection of the degrading microorganisms is

achieved and the degree of biodegradation of a chemical compound or organic matter has increased to

about 10 % of the maximum level of biodegradation (3.8)
Note 1 to entry: It is measured in days.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.8]
3.7
biodegradation phase

time from the end of the lag phase (3.6) of a test until the plateau phase has been reached

Note 1 to entry: It is measured in days.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.10]
2 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 23977-2:2020(E)
3.8
maximum level of biodegradation

degree of biodegradation of a chemical compound or organic matter in a test, above which no further

biodegradation takes place during the test
Note 1 to entry: It is measured in per cent.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.9]
3.9
plateau phase
time from the end of the biodegradation phase (3.7) until the end of a test
Note 1 to entry: It is measured in days.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.11]
3.10
pre-conditioning

pre-incubation of an inoculum under the conditions of the subsequent test in the absence of the chemical

compound or organic matter under test, with the aim of improving the test by acclimatization of the

microorganisms to the test conditions
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.13]
4 Principle

This document describes two variations of a test method for determining the biodegradability of plastic

materials by the indigenous population of microorganisms in natural seawater using a static aqueous

test system. The test is performed under mesophilic test conditions for up to two years by incubating

plastic materials with either seawater only (“pelagic seawater test”) or with seawater to which low

amount of sediment has been added (“suspended sediment seawater test”), coming from the same site

as that from which the seawater was taken.

The system is contained in a closed flask, in a respirometer. The carbon dioxide evolved is absorbed

in a suitable absorber in the headspace of the flasks. The consumption of oxygen (BOD) is determined,

for example, by measuring the amount of oxygen required to maintain a constant volume of gas in the

respirometer flasks, or by measuring the change in volume or pressure (or a combination of the two)

either automatically or manually.

The level of biodegradation is determined by comparing the BOD with the theoretical amount (ThOD)

and expressed in percentage. The influence of possible nitrification processes on the BOD shall be

considered. The test result is the maximum level of biodegradation determined from the plateau phase

of the biodegradation curve.
5 Test environment

Incubation shall take place in the dark or in diffused light, in an enclosure which is free from vapours

inhibitory to marine microorganisms and which is maintained at a constant mesophilic temperature.

It should preferably be between 15 °C to 25 °C, but not exceeding 28 °C, to an accuracy of ±1 °C. Any

change in temperature shall be justified and clearly indicated in the test report.

NOTE Test results are obtained for temperatures that can be different from real conditions in marine

environment.
6 Reagents
Use only reagents of recognized analytical grade.
© ISO 2020 – All rights reserved 3
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ISO 23977-2:2020(E)
6.1 Water

Distilled or deionized water, free of toxic substances (copper in particular) and containing less than

2 mg/l of TOC.
6.2 Natural seawater/sediment

Sampling, preservation, handling, transport and storage of natural seawater, and, if applicable,

sediment collected from the same site as that from which the seawater is taken, shall be in accordance

with ISO 5667-3.

Prior to use, remove coarse particles from the seawater and, if applicable, from the sediment by

appropriate means. The procedure used shall be reported.

Seawater can be filtered using a paper filter in order to remove coarse particles. It is recommended to

reduce the amount of coarse particles in sediment by means of at least two washing steps using filtered

seawater without coarse particles.

Measure TOC, pH and nitrogen content of seawater and, if applicable, of sediment samples according to

ISO 8245, ISO 10523 and ISO 11261, respectively.

If the TOC content of the seawater sample is found to be high, the seawater should be pre-conditioned

for about a week prior to use. If, for instance, the background concentration of TOC exceeds about 20 %

of the total TOC after addition of the test item, then pre-condition the seawater and, if applicable, the

sediment by stirring under aerobic conditions at the test temperature and in the dark or in diffuse light

in order to reduce the content of easily degradable organic material.

Provide the following information on the seawater, and, if applicable, on the sediment sample itself:

— date of collection;
— depth of collection (m);
— appearance of sample - turbid, clear, etc.;
— temperature at the time of collection (°C);
— salinity (PSU);
— total organic carbon (TOC; mg/l);
— nitrogen (total-N; mg/l);
— pH;
— description of the pre-conditioning process, if applicable.
7 Apparatus

Ensure that all glassware is thoroughly cleaned and, in particular, free from organic or toxic matter.

Required is u
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 23977-2
Première édition
2020-11
Plastiques — Détermination de la
biodégradation aérobie des matériaux
plastiques exposés à l'eau de mer —
Partie 2:
Méthode par mesure de la demande en
oxygène dans un respiromètre fermé
Plastics — Determination of the aerobic biodegradation of plastic
materials exposed to seawater —
Part 2: Method by measuring the oxygen demand in closed
respirometer
Numéro de référence
ISO 23977-2:2020(F)
© ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 23977-2:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2020

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
© ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 23977-2:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos .............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ..................................................................................................................................................................................1

3 Termes et définitions ...................................................................................................................................................................................... 1

4 Principe.......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Environnement d’essai ..................................................................................................................................................................................3

6 Réactifs ........................................................................................................................................................................................................................... 4

7 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 5

8 Mode opératoire ................................................................................................................................................................................................... 5

8.1 Matériau d’essai ..................................................................................................................................................................................... 5

8.2 Matériaux de référence ................................................................................................................................................................... 6

8.3 Configuration d’essai ........................................................................................................................................................................ 6

8.4 Phase de préconditionnement .................................................................................................................................................. 6

8.5 Début de l’essai ....................................................................................................................................................................................... 7

8.6 Fin de l’essai .............................................................................................................................................................................................. 8

9 Calcul et expression des résultats .....................................................................................................................................................8

9.1 Calcul ............................................................................................................................................................................................................... 8

9.2 Inspection visuelle .............................................................................................................................................................................. 9

9.3 Expression et interprétation des résultats ................................................................................................................... 9

10 Validité des résultats....................................................................................................................................................................................... 9

11 Rapport d’essai ...................................................................................................................................................................................................10

Annexe A (informative) Exemple de système respirométrique ..........................................................................................11

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................13

iii
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---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 23977-2:2020(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 attirée 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 www.iso.org/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 14,

Aspects liés à l’environnement.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 23997 est disponible sur le site web de l’ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
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---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 23977-2:2020(F)
Introduction

Selon le Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE), l’une des propriétés les plus

notables des polymères synthétiques et des plastiques est leur durabilité qui, combinée à leur perte

accidentelle, leur déversement délibéré ou une mauvaise gestion des déchets, a conduit à l’omniprésence

[15]
des plastiques dans les océans (PNUE, 2015 ).

On sait, et cela a été documenté, que les déchets marins peuvent présenter des risques et avoir un

impact négatif sur les organismes marins vivants et les êtres humains. La dégradabilité des matériaux

plastiques exposés à l’environnement marin est l’un des facteurs ayant une incidence sur l’impact et

la force des effets. La dispersion incontrôlée des plastiques biodégradables dans les environnements

naturels n’est pas souhaitable. La biodégradabilité des produits ne peut pas être considérée comme

une excuse pour épandre des déchets qui devraient être valorisés et recyclés. Cependant, les méthodes

d’essai permettant de mesurer le taux et le niveau de biodégradation dans les environnements naturels

présentent un intérêt, car elles permettent de mieux caractériser le comportement des plastiques dans

ces environnements très particuliers. Ainsi, le taux et le niveau de biodégradation présentent un intérêt

majeur pour obtenir une indication de la biodégradabilité potentielle des matériaux plastiques lorsqu’ils

sont exposés à différents habitats marins.

L’ISO/TC 61/SC 14 a mis au point plusieurs méthodes d’essai portant sur la biodégradation des matériaux

plastiques dans des conditions de laboratoire couvrant différents compartiments environnementaux et

différentes conditions d’essai, comme indiqué dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Méthodes d’essai sur la biodégradation des plastiques
Conditions
Méthodes d’essai
Compartiment environnemental Présence/absence d’oxygène
ISO 14855-1
Conditions de compostage contrôlées Conditions aérobies
ISO 14855-2
Conditions de digestion anaérobie à
Conditions anaérobies ISO 15985
teneur élevée en solides
Système de boue anaérobie contrôlée Conditions anaérobies ISO 13975
Sol Conditions aérobies ISO 17556
ISO 14851
Conditions aérobies
Milieu aqueux ISO 14852
Conditions anaérobies ISO 14853
ISO 18830
Interface eau de mer/sédiment
Conditions aérobies
sableux a
ISO 19679
Sédiment marin Conditions aérobies ISO 22404
ISO 23977-1
Eau de mer Conditions aérobies
ISO 23977-2

Méthode d’essai pour mesurer la biodégradation des matériaux plastiques exposés à des microbes marins.

Toutes les méthodes d’essai de biodégradation marine reposent sur une exposition des matériaux

plastiques à des échantillons marins (eau de mer et/ou sédiment) prélevés dans des zones côtières.

D’un point de vue quantitatif, ces méthodes ne sont pas équivalentes, car, par exemple, la densité

microbienne dans l’eau de mer est généralement plus faible que la densité déterminée dans le sédiment.

En outre, la composition et la diversité microbiennes peuvent être différentes. De plus, en règle générale,

la concentration en nutriments trouvée dans le sédiment est normalement plus élevée que celle dans

l’eau de mer.

Le présent document fournit une méthode d’essai permettant de déterminer le niveau de biodégradation

des matériaux plastiques exposés à la population microbienne présente dans l’eau de mer provenant

d’une zone pélagique, dans des conditions de laboratoire. La biodégradation est obtenue en mesurant la

demande en oxygène dans un respiromètre fermé.
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---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 23977-2:2020(F)

L’essai est réalisé uniquement avec de l’eau de mer («essai avec eau de mer pélagique») ou avec de l’eau

de mer à laquelle un peu de sédiment a été ajouté («essai avec eau de mer et sédiment en suspension»).

L’essai avec eau de mer pélagique simule les conditions présentes dans des zones au large des côtes avec

de faibles courants et de faibles mouvements de marées, tandis que l’essai avec eau de mer et sédiment

en suspension simule des conditions pouvant être présentes dans des zones côtières avec de plus forts

courants et mouvements de marées.
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NORME INTERNATIONALE ISO 23977-2:2020(F)
Plastiques — Détermination de la biodégradation aérobie
des matériaux plastiques exposés à l'eau de mer —
Partie 2:
Méthode par mesure de la demande en oxygène dans un
respiromètre fermé
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie une méthode d’essai en laboratoire permettant de déterminer le taux et le

niveau de biodégradation aérobie des matériaux plastiques. La biodégradation des matériaux plastiques

est déterminée en mesurant la demande en oxygène dans un respiromètre fermé lorsqu’ils sont exposés

à de l’eau de mer prélevée dans des zones côtières, dans des conditions de laboratoire.

Les conditions décrites dans le présent document ne correspondent pas nécessairement aux conditions

optimales permettant d’obtenir le taux maximal de biodégradation; cependant, cette méthode d’essai

est conçue pour donner une indication de la biodégradabilité potentielle des matériaux plastiques.

NOTE Le présent document concerne les matériaux plastiques, mais il peut aussi être utilisé pour d’autres

matériaux.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les

éventuels amendements).

ISO 5667-3, Qualité de l'eau — Échantillonnage — Partie 3: Conservation et manipulation des échantillons

d'eau

ISO 8245, Qualité de l'eau — Lignes directrices pour le dosage du carbone organique total (COT) et du

carbone organique dissous (COD)

ISO 10210, Plastiques — Méthodes de préparation des échantillons pour les essais de biodégradation des

matériaux plastiques
ISO 10523, Qualité de l'eau — Détermination du pH

ISO 11261, Qualité du sol — Dosage de l'azote total — Méthode de Kjeldahl modifiée

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:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
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ISO 23977-2:2020(F)
3.1
zone pélagique
masse d’eau au-dessus du fond océanique
Note 1 à l'article: Est aussi appelée eau libre ou colonne d’eau.

Note 2 à l'article: La surface de la zone pélagique est mue par des vagues poussées par le vent, est en contact avec

l’atmosphère et est exposée aux rayons du soleil. Au fur et mesure que la pression augmente en profondeur, la

température diminue et la lumière et l’énergie des vagues en surface sont atténuées.

[SOURCE: ISO 22766:2020, 3.4]
3.2
demande biochimique en oxygène
DBO

concentration en masse de l’oxygène dissous consommé, dans des conditions spécifiées, lors de

l’oxydation biologique aérobie d’un composé chimique ou de matières organiques contenues dans l’eau

Note 1 à l'article: Elle est exprimée en milligrammes d’oxygène nécessaire par milligramme ou par gramme de

composé soumis à essai.
[SOURCE: ISO 18830:2016, 3.1]
3.3
demande théorique en oxygène
DThO

quantité théorique maximale d’oxygène nécessaire pour oxyder complètement un composé chimique,

calculée d’après la formule moléculaire

Note 1 à l'article: Elle est exprimée en milligrammes d’oxygène nécessaire par milligramme ou par gramme de

composé soumis à essai.
[SOURCE: ISO 18830:2016, 3.2]
3.4
carbone organique total
COT
quantité de carbone incluse dans un composé organique

Note 1 à l'article: Il est exprimé en milligrammes de carbone par 100 mg de composé.

[SOURCE: ISO 17556:2019, 3.14]
3.5
carbone organique dissous
COD

proportion du carbone organique contenu dans l’eau qui ne peut pas être éliminée par une séparation

de phase spécifique

Note 1 à l'article: La séparation de phase peut être obtenue par exemple par centrifugation à 40 000 m⋅s pendant

15 min ou par une filtration sur membrane au moyen de membranes ayant des pores de 0,2 µm à 0,45 µm de

diamètre.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.7]
3.6
phase de latence

durée écoulée à partir du début de l’essai jusqu’à l’obtention de l’adaptation et/ou de la sélection des

micro-organismes qui provoquent la dégradation, et jusqu’à ce que le taux de biodégradation du composé

chimique ou de la matière organique ait atteint environ 10 % du niveau maximal de biodégradation (3.8)

Note 1 à l'article: Elle est mesurée en jours.
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ISO 23977-2:2020(F)
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.8]
3.7
phase de biodégradation

durée depuis la fin de la phase de latence (3.6) de l’essai jusqu’à ce que l’on ait obtenu la phase stationnaire

Note 1 à l'article: Elle est mesurée en jours.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.10]
3.8
niveau maximal de biodégradation

degré de biodégradation d’un composé chimique ou d’une matière organique lors d’un essai, au-dessus

duquel la biodégradation ne se poursuit pas
Note 1 à l'article: Il est mesuré en pourcentage.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.9]
3.9
phase stationnaire

durée écoulée entre la fin de la phase de biodégradation (3.7) et la fin de l’essai

Note 1 à l'article: Elle est mesurée en jours.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.11]
3.10
préconditionnement

pré-incubation d’un inoculum dans les conditions de l’essai effectué ultérieurement, en l’absence de la

matière organique ou du composé chimique à analyser, dans le but d’améliorer l’essai par acclimatation

des micro-organismes aux conditions d’essai
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.13]
4 Principe

Le présent document décrit deux variantes d’une méthode d’essai permettant de déterminer la

biodégradabilité des matériaux plastiques par la population indigène de micro-organismes dans l’eau

de mer naturelle à l’aide d’un système d’essai aqueux statique. L’essai est réalisé dans des conditions

d’essai mésophiles, pour une durée allant jusqu’à deux ans, en incubant des matériaux plastiques

uniquement avec de l’eau de mer («essai avec eau de mer pélagique») ou avec de l’eau de mer à laquelle

une petite quantité de sédiment a été ajoutée («essai avec eau de mer et sédiment en suspension»),

provenant du même site que l’eau de mer prélevée.

Le système est contenu dans une fiole fermée, à l’intérieur d’un respiromètre. Le dioxyde de carbone

libéré est absorbé dans un absorbeur approprié placé dans l’espace de tête des fioles. La consommation

d’oxygène (DBO) est déterminée, par exemple, en mesurant la quantité d’oxygène nécessaire pour

maintenir un volume de gaz constant dans les fioles du respiromètre, ou en mesurant la variation de

volume ou de pression (ou une combinaison des deux), automatiquement ou manuellement.

Le niveau de biodégradation est déterminé en comparant la DBO avec la quantité théorique (DThO) et

en l’exprimant en pourcentage. L’influence des processus de nitrification éventuels sur la DBO doit être

prise en compte. Le résultat d’essai est le niveau maximal de biodégradation déterminé à partir de la

phase stationnaire de la courbe de biodégradation.
5 Environnement d’essai

L’incubation doit avoir lieu dans l’obscurité ou sous une lumière diffuse dans une enceinte exempte de

vapeurs susceptibles d’inhiber les micro-organismes marins et qui est maintenue à une température

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ISO 23977-2:2020(F)

mésophile constante. Il convient de préférence qu’elle soit comprise entre 15 °C et 25 °C, sans toutefois

dépasser 28 °C, avec une précision de ±1 °C. Tout changement de température doit être justifié et

clairement indiqué dans le rapport d’essai.

NOTE Les résultats d’essai sont obtenus pour des températures pouvant être différentes des conditions

réelles en environnement marin.
6 Réactifs
Utiliser uniquement des réactifs de qualité analytique reconnue.
6.1 Eau

Eau distillée ou déionisée, exempte de substances toxiques (en particulier, le cuivre) et contenant moins

de 2 mg/l de COT.
6.2 Eau de mer naturelle/sédiment

L’échantillonnage, la préservation, la manipulation, le transport et le stockage de l’eau de mer naturelle

et, le cas échéant, du sédiment recueilli sur le même site que celui de l’eau de mer prélevée, doivent être

conformes à l’ISO 5667-3.

Avant utilisation, retirer les particules grossières de l’eau de mer et, le cas échéant, du sédiment par des

moyens appropriés. Le mode opératoire utilisé doit figurer dans le rapport d’essai.

L’eau de mer peut être filtrée sur un papier-filtre pour éliminer les particules grossières. Il est

recommandé de réduire la quantité de particules grossières dans le sédiment en réalisant au moins

deux étapes de lavage avec de l’eau de mer filtrée sans particules grossières.

Mesurer le COT, le pH et la teneur en azote des échantillons d’eau de mer et, le cas échéant, de sédiment

conformément à l’ISO 8245, l’ISO 10523 et l’ISO 11261, respectivement.

Si la teneur en COT de l’échantillon d’eau de mer est trop élevée, il convient de préconditionner l’eau de

mer pendant environ une semaine avant utilisation. Si, par exemple, la concentration de fond du COT

dépasse d’environ 20 % le COT total après ajout de l’élément d’essai, alors préconditionner l’eau de mer

et, le cas échéant, le sédiment par agitation dans des conditions aérobies à la température d’essai et

dans l’obscurité ou sous une lumière diffuse, afin de réduire la teneur en matière organique facilement

dégradable.

Fournir les informations suivantes sur l’échantillon d’eau de mer et, le cas échéant, de sédiment:

— date de collecte;
— profondeur de collecte (m);
— aspect de l’échantillon - trouble, clair, etc.;
— température au moment de la collecte (°C);
— salinité (PSU);
— carbone organique total (COT; mg/l);
— azote (N total; mg/l);
— pH;
— description du processus de préconditionnement, le cas échéant.
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ISO 23977-2:2020(F)
7 Appareillage

S’assurer que toute la verrerie de laboratoire a été soigneusement nettoyée et, en particulier, qu’elle

est exempte de toute trace de substances organiques ou toxiques. Est nécessaire le matériel courant de

laboratoire, et ce qui suit:
7.1 Respiromètre fermé.

Des fioles d’un volume d’environ 300 ml conviennent. Les récipients doivent être placés dans une salle à

température constante ou dans un appareil muni d’un thermostat (par exemple bain-marie).

Des réacteurs de volumes supérieurs ou inférieurs peuvent être utilisés si cela n’influe pas sur les

conditions environnementales.
Un appareillage adapté est illustré dans l’Annexe A, Figure A.1.

Tout respiromètre permettant de déterminer avec une précision suffisante la demande biochimique en

oxygène est approprié: utiliser, de préférence, un appareil qui mesure et remplace automatiquement et

en continu l’oxygène consommé de telle sorte qu’il ne manque pas d’oxygène et qu’il ne se produise pas

d’inhibition de l’activité microbienne pendant le processus de dégradation. L’appareillage analytique

pour le mesurage du carbone organique total (COT) et du carbone organique dissous (COD) est décrit

dans l’ISO 8245.

7.2 Appareillage analytique pour le mesurage des concentrations en nitrate et nitrite.

Il est tout d’abord recommandé d’effectuer un essai qualitatif (par exemple des bandes d’essai ou des

essais photométriques pour le nitrate et le nitrite) pour décider s’il s’est produit une nitrification. Si l’on

a la preuve qu’il existe du nitrate/nitrite dans le milieu, il est nécessaire de procéder à une détermination

quantitative à l’aide d’une méthode d’essai appropriée (par exemple, par chromatographie par échange

d’ions).
7.3 Balance analytique, devant avoir une sensibilité d’au moins 0,1 mg.
7.4 Agitateur magnétique.
7.5 pH-mètre.
8 Mode opératoire
8.1 Matériau d’essai

L’échantillon doit avoir une masse connue et contenir suffisamment de carbone pour donner une DBO

susceptible d’être mesurée de manière adéquate par le système choisi [respiromètre fermé (7.1)].

Utiliser une concentration de matériau d’essai d’au moins 100 mg/l d’eau de mer et de sédiment.

Il convient que la masse des échantillons corresponde à une DThO d’environ 170 mg/l ou à un COT

d’environ 60 mg/l. La masse maximale d’échantillon par fiole est limitée par l’alimentation en oxygène

du respiromètre.

Calculer la DThO (voir l’ISO 14851:2019, Annexe A) et le COT (à l’aide de l’ISO 8245 ou d’après la formule

chimique ou déterminer par des analyses élémentaires).

Introduire le matériau d’essai dans une fiole d’essai sous forme de poudre ou de film. Si le matériau d’essai

est utilisé sous forme de poudre, il est recommandé d’utiliser des particules ayant une distribution

granulométrique étroite connue. Une distribution granulométrique avec un diamètre maximal de

250 µm est recommandée. La préparation de la poudre doit être réalisée conformément à l’ISO 10210.

Si le matériau d’essai est utilisé sous forme de film, il peut être ajouté soit sous forme de morceaux

mesurant de 0,2 cm × 0,2 cm à 0,5 cm × 0,5 cm, soit sous la forme d’une bande de plastique (largeur:

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ISO 23977-2:2020(F)

environ 1,0 cm, longueur: en fonction du poids du polymère et de l’épaisseur du film). Il est recommandé

de fixer la bande de plastique, par exemple dans un filet en fibres revêtues de polytétrafluoroéthylène

(PTFE) (dimension: environ 4 cm × 9 cm, taille de maille: 5 mm × 5 mm). Le filet en fibres est plié en

2 couches (d’environ 2 cm × 9 cm) et la bande de plastique est fixée entre les deux. Ensuite, les deux

bords du filet en fibres sont attachés ensemble. Le matériau d’essai fixé dans le filet en fibres est placé à

la verticale dans un fond de bouteille de forme cylindrique (voir l’Annexe A, Figure A.2).

La consistance et la forme du matériau d’essai peuvent influer sur sa biodégradabilité. Pour l’essai, il

convient d’utiliser de préférence des particules de poudre de grosseurs similaires. Il convient d’utiliser,

de préférence, des formes et épaisseurs similaires de films si l’on doit comparer différents types de

matériaux plastiques.

Lorsque de la poudre ou des morceaux de film sont utilisés pour l’essai, les particules ou morceaux de

film peuvent adhérer à la paroi intérieure de la bouteille d’essai au-dessus du niveau de l’eau de mer.

Dans ce cas, une légère agitation manuelle de la bouteille est recommandée pour ramener la poudre ou

les morceaux de film dans l’échantillon d’eau de mer. Si le matériau est ajouté sous la forme d’une bande

de plastique cylindrique fixée par exemple dans un filet en fibres revêtues de polytétrafluoroéthylène

(PTFE) (voir l’Annexe A, Figure A.2), il est immergé dans l’eau de mer la plupart du temps.

8.2 Matériaux de référence

Utiliser des filtres de cellulose microcristalline ou de cellulose exempte de cendres comme matériau de

référence . Il convient, si possible, que le COT, la consistance et la taille du matériau de référence soient

comparables à ceux du matériau d’essai.

Comme témoin négatif, il est possible d’utiliser un polymère non biodégradable (par exemple du

polyéthylène) sous la même forme que le matériau d’essai.
8.3 Configuration d’essai
Prévoir plusieurs fioles pour que l’essai comprenne au moins ce qui suit:
a) trois fioles pour le matériau d’essai (symbole F );
b) trois fioles pour le blanc (symbole F );
c) trois fioles pour le matériau de référence (symbole F ).

En outre, si la biodégradation est censée durer plus de 6 mois, il est recommandé qu’un témoin négatif

soit inclus:
d) trois fioles pour le témoin négatif (symbole F ).

Il est possible d’utiliser deux fioles au lieu de trois pour le matériau d’essai, le blanc, le matériau de

référence et le témoin négatif, à des fins de sélection.
8.4 Phase de préconditionnement
En règle générale, utiliser une fiole d’essai d’un volume de 300 ml.

1) Le tissu de verre imprégné de PTFE (référence n° 9002) produit par Fiberflon (https:// www .fiberflon .de/

Products/ PTFE -Coated -Open -Mesh -Fabrics/ Page -307 -17 .aspx) a été jugé satisfaisant pour c

...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 23977-2
ISO/TC 61/SC 14
Plastics — Determination of the
Secretariat: DIN
aerobic biodegradation of plastic
Voting begins on:
2020-08-17 materials exposed to seawater —
Voting terminates on:
Part 2:
2020-10-12
Method by measuring the oxygen
demand in closed respirometer
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 23977-2:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 23977-2:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

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below or ISO’s member body in the country of the requester.
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Published in Switzerland
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ISO/FDIS 23977-2:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 3

5 Test environment ................................................................................................................................................................................................. 3

6 Reagents ........................................................................................................................................................................................................................ 3

7 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 4

8 Procedure..................................................................................................................................................................................................................... 5

8.1 Test material ............................................................................................................................................................................................. 5

8.2 Reference materials ............................................................................................................................................................................ 6

8.3 Test set up ................................................................................................................................................................................................... 6

8.4 Pre-conditioning phase .................................................................................................................................................................... 6

8.5 Start of the test ........................................................................................................................................................................................ 7

8.6 End of the test .......................................................................................................................................................................................... 7

9 Calculation and expression of results ............................................................................................................................................. 7

9.1 Calculation .................................................................................................................................................................................................. 7

9.2 Visual inspection ................................................................................................................................................................................... 8

9.3 Expression and interpretation of results ......................................................................................................................... 8

10 Validity of results ................................................................................................................................................................................................. 9

11 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 9

Annex A (informative) Example of a respirometric system .......................................................................................................10

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................12

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/FDIS 23977-2:2020(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 of 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

www .iso .org/ iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 14,

Environmental aspects.
A list of all parts in the ISO 23997 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 23977-2:2020(E)
Introduction

According to the United Nations Environment Program (UNEP), one of the most notable properties of

synthetic polymers and plastics is their durability which, combined with their accidental loss, deliberate

release and poor waste management has resulted in the ubiquitous presence of plastic in oceans (UNEP,

[15]
2015 ).

It is well known and documented that marine litter can pose risks and a negative impact on living

marine organisms and on human beings. Degradability of plastic materials exposed to the marine

environment is one of the factors affecting impact and strength of effects. The uncontrolled dispersion

of biodegradables plastics in natural environments is not desirable. The biodegradability of products

cannot be considered as an excuse to spread wastes that should be recovered and recycled. However,

test methods to measure rate and level of biodegradation in natural environments are of interest in

order to better characterize the behaviour of plastics in these very particular environments. Thus, the

degree and rate of biodegradation is of major interest in order to obtain an indication of the potential

biodegradability of plastic materials when exposed to different marine habitats.

ISO/TC 61/SC 14 has established several test methods for biodegradation testing of plastic materials

under laboratory conditions covering different environmental compartments and test conditions, as

shown in Table 1.
Table 1 — Test methods for biodegradation testing of plastics
Conditions
Test methods
Environmental compartment Presence/absence of oxygen
ISO 14855-1
Controlled composting conditions Aerobic conditions
ISO 14855-2
High-solids anaerobic-digestion
Anaerobic conditions ISO 15985
conditions
Controlled anaerobic slurry system Anaerobic conditions ISO 13975
Soil Aerobic conditions ISO 17556
ISO 14851
Aerobic conditions
Aqueous medium ISO 14852
Anaerobic conditions ISO 14853
ISO 18830
Seawater/sandy sediment interface Aerobic conditions
ISO 19679
Marine sediment Aerobic conditions ISO 22404
ISO 23977-1
Seawater Aerobic conditions
ISO 23977-2

Test method for measuring biodegradation of plastic materials when exposed to marine microbes.

All marine biodegradation test methods are based on exposure of plastic materials to marine samples

(seawater and/or sediment) taken from shoreline areas. By a quantitative viewpoint, these methods

are not equivalent, because, for example, the microbial density in seawater is generally lower compared

to the density determined in sediment. In addition, the microbial composition and diversity can be

different. Moreover, as a rule, the nutrient concentration found in sediment is normally higher compared

to the concentration in seawater.

This document provides a test method for determining the biodegradation level of plastic materials

exposed to the microbial population present in seawater from a pelagic zone under laboratory

conditions. The biodegradation is followed by measuring the oxygen demand in a closed respirometer.

The test is performed with either seawater only (“pelagic seawater test”) or with seawater to which

little sediment was added (“suspended sediment seawater test”).
© ISO 2020 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/FDIS 23977-2:2020(E)

The pelagic seawater test simulates the conditions found in offshore areas with low water currents and

low tidal movements, whereas the suspended sediment seawater test simulates conditions which might

be found in coastal areas with stronger water currents and tidal movements.
vi © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 23977-2:2020(E)
Plastics — Determination of the aerobic biodegradation of
plastic materials exposed to seawater —
Part 2:
Method by measuring the oxygen demand in closed
respirometer
1 Scope

This document specifies a laboratory test method for determining the degree and rate of the aerobic

biodegradation level of plastic materials. Biodegradation of plastic materials is determined by

measuring the oxygen demand in a closed respirometer when exposed to seawater sampled from

coastal areas under laboratory conditions.

The conditions described in this document might not always correspond to the optimum conditions for

the maximum degree of biodegradation, however this test method is designed to give an indication of

the potential biodegradability of plastic materials.

NOTE This document addresses plastic materials but can also be used for other materials.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 5667-3, Water quality — Sampling — Part 3: Preservation and handling of water samples

ISO 8245, Water quality — Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved

organic carbon (DOC)

ISO 10210, Plastics — Methods for the preparation of samples for biodegradation testing of plastic

materials
ISO 10523, Water quality — Determination of pH

ISO 11261, Soil quality — Determination of total nitrogen — Modified Kjeldahl method

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:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
pelagic zone
water body above the seafloor
Note 1 to entry: It is also referred to as the open water or the water column.
© ISO 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/FDIS 23977-2:2020(E)

Note 2 to entry: The surface of the pelagic zone is moved by wind-driven waves, is in contact with the atmosphere

and exposed to sunlight. With increasing depth pressure increases, temperature decreases, and light and surface

wave energy are attenuated.
[SOURCE: ISO 22766:2020, 3.4]
3.2
biochemical oxygen demand
BOD

mass concentration of the dissolved oxygen consumed under specified conditions by the aerobic

biological oxidation of a chemical compound or organic matter in water

Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of oxygen uptake per milligram or gram of test compound.

[SOURCE: ISO 18830:2016, 3.1]
3.3
theoretical oxygen demand
ThOD

theoretical maximum amount of oxygen required to oxidize a chemical compound completely, calculated

from the molecular formula

Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of oxygen uptake per milligram or gram of test compound.

[SOURCE: ISO 18830:2016, 3.2]
3.4
total organic carbon
TOC
amount of carbon bound in an organic compound

Note 1 to entry: It is expressed as milligrams of carbon per 100 mg of the compound.

[SOURCE: ISO 17556:2019, 3.14]
3.5
dissolved organic carbon
DOC

part of the organic carbon in water which cannot be removed by specified phase separation

Note 1 to entry: Phase separation can be achieved for example by centrifugation at 40 000 m⋅s for 15 min or by

membrane filtration using membranes with pores of 0,2 μm to 0,45 μm diameter.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.7]
3.6
lag phase

time from the start of a test until adaptation and/or selection of the degrading microorganisms is

achieved and the degree of biodegradation of a chemical compound or organic matter has increased to

about 10 % of the maximum level of biodegradation (3.8)
Note 1 to entry: It is measured in days.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.8]
3.7
biodegradation phase

time from the end of the lag phase (3.6) of a test until the plateau phase has been reached

Note 1 to entry: It is measured in days.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.10]
2 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 23977-2:2020(E)
3.8
maximum level of biodegradation

degree of biodegradation of a chemical compound or organic matter in a test, above which no further

biodegradation takes place during the test
Note 1 to entry: It is measured in per cent.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.9]
3.9
plateau phase
time from the end of the biodegradation phase (3.7) until the end of a test
Note 1 to entry: It is measured in days.
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.11]
3.10
pre-conditioning

pre-incubation of an inoculum under the conditions of the subsequent test in the absence of the chemical

compound or organic matter under test, with the aim of improving the test by acclimatization of the

microorganisms to the test conditions
[SOURCE: ISO 14852:—, 3.13]
4 Principle

This document describes two variations of a test method for determining the biodegradability of plastic

materials by the indigenous population of microorganisms in natural seawater using a static aqueous

test system. The test is performed under mesophilic test conditions for up to two years by incubating

plastic materials with either seawater only (“pelagic seawater test”) or with seawater to which low

amount of sediment has been added (“suspended sediment seawater test”), coming from the same site

as that from which the seawater was taken.

The system is contained in a closed flask, in a respirometer. The carbon dioxide evolved is absorbed

in a suitable absorber in the headspace of the flasks. The consumption of oxygen (BOD) is determined,

for example, by measuring the amount of oxygen required to maintain a constant volume of gas in the

respirometer flasks, or by measuring the change in volume or pressure (or a combination of the two)

either automatically or manually.

The level of biodegradation is determined by comparing the BOD with the theoretical amount (ThOD)

and expressed in percentage. The influence of possible nitrification processes on the BOD shall be

considered. The test result is the maximum level of biodegradation determined from the plateau phase

of the biodegradation curve.
5 Test environment

Incubation shall take place in the dark or in diffused light, in an enclosure which is free from vapours

inhibitory to marine microorganisms and which is maintained at a constant mesophilic temperature.

It should preferably be between 15 °C to 25 °C, but not exceeding 28 °C, to an accuracy of ±1 °C. Any

change in temperature shall be justified and clearly indicated in the test report.

NOTE Test results are obtained for temperatures that can be different from real conditions in marine

environment.
6 Reagents
Use only reagents of recognized analytical grade.
© ISO 2020 – All rights reserved 3
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ISO/FDIS 23977-2:2020(E)
6.1 Water

Distilled or deionized water, free of toxic substances (copper in particular) and containing less than

2 mg/l of TOC.
6.2 Natural seawater/sediment

Sampling, preservation, handling, transport and storage of natural seawater, and, if applicable,

sediment collected from the same site as that from which the seawater is taken, shall be in accordance

with ISO 5667-3.

Prior to use, remove coarse particles from the seawater and, if applicable, from the sediment by

appropriate means. The procedure used shall be reported.

Seawater can be filtered using a paper filter in order to remove coarse particles. It is recommended to

reduce the amount of coarse particles in sediment by means of at least two washing steps using filtered

seawater without coarse particles.

Measure TOC, pH and nitrogen content of seawater and, if applicable, of sediment samples according to

ISO 8245, ISO 10523 and ISO 11261, respectively.

If the TOC content of the seawater sample is found to be high, the seawater should be pre-conditioned

for about a week prior to use. If, for instance, the background concentration of TOC exceeds about 20 %

of the total TOC after addition of the test item, then pre-condition the seawater and, if applicable, the

sediment by stirring under aerobic conditions at the test temperature and in the dark or in diffuse light

in order to reduce the content of easily degradable organic material.

Provide the following information on the seawater, and, if applicable, on the sediment sample itself:

— date of collection;
— depth of collection (m);
— appearance of sample - turbid, clear, etc.;
— temperature at the time of collection (°C);
— salinity (PSU);
— total organic carbon (TOC; mg/l);
— nitrogen (total-N; mg
...

Questions, Comments and Discussion

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