ISO 14855-2:2007
(Main)Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions — Method by analysis of evolved carbon dioxide — Part 2: Gravimetric measurement of carbon dioxide evolved in a laboratory-scale test
Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions — Method by analysis of evolved carbon dioxide — Part 2: Gravimetric measurement of carbon dioxide evolved in a laboratory-scale test
ISO 14855-2:2007 specifies a method for determining the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions by gravimetric measurement of the amount of carbon dioxide evolved. The method is designed to yield an optimum rate of biodegradation by adjusting the humidity, aeration and temperature of the composting vessel. The method applies to the following materials: natural and/or synthetic polymers and copolymers, and mixtures of these; plastic materials that contain additives such as plasticizers or colorants; water-soluble polymers; materials that, under the test conditions, do not inhibit the activity of micro-organisms present in the inoculum.
Détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques dans des conditions contrôlées de compostage — Méthode par analyse du dioxyde de carbone libéré — Partie 2: Mesurage gravimétrique du dioxyde de carbone libéré lors d'un essai de laboratoire
L'ISO 14855-2:2007 spécifie une méthode de détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques, dans des conditions de compostage contrôlées, par mesurage gravimétrique de la teneur en dioxyde de carbone libéré. Cette méthode est conçue pour produire un taux de biodégradation optimal en ajustant l'humidité, l'aération et la température du récipient de compostage. La méthode s'applique aux matériaux suivants: polymères et copolymères naturels et/ou synthétiques, et mélanges des deux; matériaux plastiques contenant des additifs tels que plastifiants ou colorants; polymères solubles dans l'eau; matériaux qui, dans les conditions d'essai, n'inhibent pas l'activité des micro-organismes présents dans l'inoculum.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14855-2
First edition
2007-08-15
Determination of the ultimate aerobic
biodegradability of plastic materials
under controlled composting
conditions — Method by analysis of
evolved carbon dioxide —
Part 2:
Gravimetric measurement of carbon
dioxide evolved in a laboratory-scale test
Détermination de la biodégradabilité aérobique ultime des matériaux
plastiques dans des conditions contrôlées de compostage — Méthode
par analyse du dioxyde de carbone libéré —
Partie 2: Mesurage gravimétrique du dioxyde de carbone libéré lors d'un
essai de laboratoire
Reference number
ISO 14855-2:2007(E)
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ISO 2007
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ISO 14855-2:2007(E)
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Published in Switzerland
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ISO 14855-2:2007(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Principle . 3
5 Reagents . 3
6 Apparatus . 4
7 Procedure . 5
8 Calculation . 8
9 Expression and interpretation of results . 9
10 Validity of results . 9
11 Test report . 9
Annex A (informative) Basic principle of the test . 10
Annex B (informative) Example of an apparatus using an electrically heated composting vessel . 12
Annex C (informative) Derivation of the equation used to calculate the degree of biodegradation from
the amount of carbon dioxide evolved . 14
Bibliography . 15
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ISO 14855-2:2007(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO14855-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC61, Plastics, Subcommittee SC5, Physical-
chemical properties.
ISO 14855 consists of the following parts, under the general title Determination of the ultimate aerobic
biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions — Method by analysis of evolved
carbon dioxide:
— Part 1: General method
— Part 2: Gravimetric measurement of carbon dioxide evolved in a laboratory-scale test
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ISO 14855-2:2007(E)
Introduction
Management of plastics waste is a serious problem in the world. Plastics recovery technologies include material
recovery (mechanical recycling, chemical or feedstock recycling, and biological or organic recycling) and energy
recovery (heat, steam or electricity as a substitute for fossil fuels or other fuel resources). The use of
biodegradable plastics is one valuable recovery option (biological or organic recycling).
Several ISO standards for determining the ultimate aerobic/anaerobic biodegradability of plastic materials have
been published. In particular, ISO 14855-1 is a common test method that measures the amount of carbon
dioxide evolved using methods such as continuous infrared analysis, gas chromatography or titration.
Compared with ISO 14855-1, the amounts of compost inoculum and test sample used in this part of ISO 14855
are one-tenth the size. In order to ensure the activity of the compost inoculum, inert material that gives the
mixture the same texture as soil is mixed into the inoculum. The carbon dioxide evolved from the test vessel is
determined by absorbing it in a carbon dioxide trap and carrying out gravimetric analysis of the absorbent. The
method described in this part of ISO 14855, which uses a closed system to capture the carbon dioxide evolved,
can also be used to obtain valuable information, by means of isotopic-labelling studies, on the way in which the
molecular structure of co-polymers degrades.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14855-2:2007(E)
Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic
materials under controlled composting conditions — Method by
analysis of evolved carbon dioxide —
Part 2:
Gravimetric measurement of carbon dioxide evolved in a
laboratory-scale test
WARNING—Sewage, activated sludge, soil and compost may contain potentially pathogenic
organisms. Therefore appropriate precautions should be taken when handling them. Toxic test
compounds and those whose properties are unknown should be handled with care.
1Scope
This part of ISO 14855 specifies a method for determining the ultimate aerobic biodegradability of plastic
materials under controlled composting conditions by gravimetric measurement of the amount of carbon dioxide
evolved. The method is designed to yield an optimum rate of biodegradation by adjusting the humidity, aeration
and temperature of the composting vessel.
The method applies to the following materials:
— natural and/or synthetic polymers and copolymers, and mixtures of these;
— plastic materials that contain additives such as plasticizers or colorants;
— water-soluble polymers;
— materials that, under the test conditions, do not inhibit the activity of micro-organisms present in the
inoculum.
If the test material inhibits micro-organisms in the inoculum, another type of mature compost or pre-exposure
compost can be used.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 5663, Water quality — Determination of Kjeldahl nitrogen — Method after mineralization with selenium
ISO 8245, Water quality — Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved
organic carbon (DOC)
ISO 11721-1, Textiles — Determination of resistance of cellulose-containing textiles to micro-organisms — Soil
burial test — Part 1: Assessment of rot-retardant finishing
ISO 14855-1, Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled
composting conditions — Method by analysis of evolved carbon dioxide — Part 1: General method
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ISO 2007 – All rights reserved 1
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ISO 14855-2:2007(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
compost
organic soil conditioner obtained by biodegradation of a mixture principally consisting of various vegetable
residues, occasionally with other organic material and having a limited mineral content
3.2
composting
aerobic process designed to produce compost
3.3
total dry solids
◦
amount of solids obtained by taking a known volume of test material or compost and drying at about 105 C to
constant mass
3.4
volatile solids
amount of solids obtained by subtracting the residue of a known volume of test material or compost after
◦
incineration at about 550 C from the total dry solids of the same sample
NOTE The volatile-solids content is an indication of the amount of organic matter present.
3.5
ultimate aerobic biodegradation
breakdown of an organic compound by micro-organisms in the presence of oxygen into carbon dioxide, water
and mineral salts of any other elements present (mineralization) plus new biomass
3.6
theoretical amount of evolved carbon dioxide
ThCO
2
maximum theoretical amount of carbon dioxide evolved after completely oxidizing a chemical compound,
calculated from the molecular formula and expressed as milligrams of carbon dioxide evolved per milligram or
gram of test compound
3.7
lag phase
time, measured in days, from the start of a test until adaptation and/or selection of the degradation micro-
organisms 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
maximum level of biodegradation
degree of biodegradation, measured as a percentage, of a chemical compound or organic matter in a test,
above which no further biodegradation takes place during the test
3.9
biodegradation phase
time, measured in days, from the end of the lag phase of a test until about 90 % of the maximum level of
biodegradation has been reached
3.10
plateau phase
time, measured in days, from the end of the biodegradation phase until the end of the test
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2 ISO 2007 – All rights reserved
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ISO 14855-2:2007(E)
3.11
pre-exposure
pre-incubation of an inoculum in the presence of the chemical compound or organic matter under test, with the
aim of enhancing the ability of the inoculum to biodegrade the test material by adaptation and/or selection of the
micro-organisms
3.12
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 micro-
organisms to the test conditions
3.13
water-holding capacity
WHC
◦
mass of water that evaporates from soil saturated with water when the soil is dried to constant mass at 105 C,
divided by the dry mass of the soil
4 Principle
This method is designed to yield the optimum rate of biodegradation of a plastic material in mature compost by
controlling the humidity, aeration ratio and temperature in the composting vessel. It also aims to determine the
ultimate biodegradability of the test material by using a small-scale reactor. The degradation rate is periodically
measured by determining the mass of the evolved carbon dioxide using an absorption column filled with soda
lime and soda talc on an electronic balance.
The test material is mixed with an inoculum derived from mature compost and with an inert material such as sea
sand. The sea sand plays an active part by acting as a holding body for humidity and micro-organisms.
Examples of suitable test arrangements are presented in Annexes A and B. The amount of carbon dioxide
evolved is measured at intervals on an electronic balance and the carbon dioxide content is determined using
the following method. The derivation of the equation used to calculate the degree of biodegradation from the
amount of carbon dioxide evolved is given in Annex C. In this method, the degree of biodegradation, expressed
as a percentage, is calculated by comparing the amount of carbon dioxide evolved with the theoretical amount
(ThCO ).
2
The test is terminated when the plateau phase of biodegradation has been attained. The standard time for
termination is 45 days, but the test could be continued for up to six months.
5Reagents
Use only analytical-grade reagents. Use only deionized water.
5.1 Soda lime, particle size between 2mm and 4mm, for CO absorption.
2
5.2 Anhydrous calcium chloride, particle size between 2mm and 3mm, for water absorption.
5.3 Sodium hydroxide on a talc support (commonly known as soda talc), particle size between 2mm and
2mm, for CO absorption.
2
5.4 Silica gel (with moisture indicator), particle size between 2mm and 4mm, for water absorption.
5.5 Sea sand, particle size between 20 mesh and 35 mesh.
5.6 Reference material: TLC (thin-layer chromatography) grade microcrystalline cellulose with a particle size
of less than 20µm, for use as the reference material in the positive control.
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ISO 2007 – All rights reserved 3
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ISO 14855-2:2007(E)
6 Apparatus
Ensure that all glassware is thoroughly cleaned and, in particular, free from organic or toxic matter.
6.1 Air-supply system
The air-supply system shall be capable of supplying each composting vessel with carbon-dioxide-free, water-
saturated air. The air can be prepared by supplying compressed air through a carbon dioxide trap and a
humidifier (see examples in Annexes A and B), i.e. columns filled with soda lime and water, respectively. The air
flow rate shall be controlled with a flow controller so that it is high enough for aerobic conditions.
6.2 Composting vessels
Use bottles or columns that ensure a supply of water-saturated, carbon-dioxide-free air to the contents. A
suitable volume is 500 ml. If the loss in mass of the test material is to be determined, weigh each composting
vessel empty before starting the test.
6.3 System for the determination of carbon dioxide
This system shall be capable of determining carbon dioxide directly from the change in mass of a carbon
dioxide trap. The carbon dioxide trap shall consist of columns filled with soda lime, soda talc and anhydrous
calcium chloride. The calcium chloride should preferably be in a separate column from the soda lime and soda
talc (see examples in Annexes A and B). An ammonia trap (dilute sulfuric acid) and a water trap (silica gel and
calcium chloride) are required between the composting vessel and the carbon-dioxide-absorbing column.
6.4 Gas-tight tubes
These tubes are used to connect the composting vessels to the air supply and the carbon dioxide measurement
system.
6.5 pH-meter
The pH-meter is used for measurement of the pH of the test mixture. It shall be accurate to 0,1 pH-units or
better.
6.6 Analytical equipment
◦ ◦
This equipment is used for the determination of the dry solids (at 105 C), volatile solids (at 550 C) and total
organic carbon (TOC), for elemental analysis of the test material and, if required, for the determination of
dissolved inorganic carbon (DIC), volatile fatty acids, oxygen in the air, water content and total nitrogen.
6.7 Balance
The balance is used to periodically measure the mass of the carbon-dioxide-absorbing column, in order to
determine the amount of carbon dioxide evolved, and also to measure the mass of the composting vessel
containing compost and test material. A top-loading electronic balance with a display reading down to 10 mg
and a capacity greater than 500 g is preferred.
6.8 Thermostatic-control unit
This unit is required to maintain the temperature of the composting vessels at a controlled temperature during
the test (see examples given in Annexes A and B). It shall be capable of maintaining the temperature of the
◦
composting vessels constant to within ± 2 C.
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4 ISO 2007 – All rights reserved
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6.9 Composting bioreactor
A composting bioreactor is a box, made from polypropylene or another suitable material, having a size that
allows the contents to be stirred easily with a spatula. The box shall be provided with a tightly fitting lid to avoid
excessive water loss. Three holes with a diameter of about 1cm shall be made at equal distances along the
centreline of the lid. These holes allow air to enter and gases to leave the box, as well as the gradual
evaporation of excess water.
7 Procedure
7.1 Preparation of the inoculum
Well-aerated compost from a properly operating aerobic composting plant shall be used as the inoculum. The
inoculum shall be homogeneous and free from large inert objects such as glass, stones or pieces of metal.
Remove such items manually and then sieve the compost on a screen of about 3mm mesh.
Compost can be made as follows. Wood shavings, sawdust, used mushroom beds, chaff or rice straw is used
as the carbon source. Livestock excrement is added as a source of composting micro-organisms and mineral
3
salt nutrients. This is placed in a container with a volume of about 1m and mixed well. It is recommended that
the compost be adjusted to a carbon/nitrogen (C/N) ratio of 15 and a carbon/phosphorous (C/P) ratio of 30.
Insufficient phosphorous levels can be supplemented using calcium superphosphate. Water is added to reach
a water content equal to 65 %. The C/N, C/P and water-content values may also be adjusted to other values,
determined by experience, depending on seasonal variations and climatic differences. The compost should be
removed from the container once a week to turn it and add water if necessary, before returning it to the
container to continue the composting process. The age of the compost should preferably be between two and
four months.
Normally, non-exposed inoculum is preferred, especially in the case of standard tests simulating biodegradation
behaviour in real composting facilities. Depending on the purpose of the test, however, pre-exposed compost
may be used, provided that this is clearly stated in the test report (e.g. percent biodegradation = X%, using
pre-exposed compost) and provided the method of pre-exposure is detailed in the test report.
Determine the total dry solids and volatile-solids content of the compost inoculum. The total dry solids should be
between 35 % and 55 % of the wet solids and the volatile solids more than 30 % of the dry solids. Adjust the
water content, if necessary, before the compost is used by adding water or drying gently, e.g. by aerating the
compost with dry air.
Prepare a mixture of 1 part of inoculum to 5 parts of deionized water. Mix by shaking and measure the pH
immediately. It should be between 7,0 and 9,0.
For further characterization of the inoculum, suitable parameters such as the content of total organic carbon,
total nitrogen or fatty acids can optionally be determined at the beginning and the end of the test.
Check the activity of the inoculum during the test by means of a biodegradable reference material and by
measuring carbon dioxide evolution in the blank vessels. The reference material shall be degraded by 70 % or
more at the end of the test. The inoculum in the blank should produce between 50 mg and 150 mg of carbon
dioxide per gram of volatile solids over the first 10 days of the test. If the production of carbon dioxide is too high,
stabilize the compost by aeration for several days before using it in a new test.
7.2 Preparation of the sea sand
Dip the sea sand in tap water. After removing floating impurities by decantation, rinse the sand sufficiently, drain
◦
off the water and dry the sand at about 105 C.
NOTE Sea sand is a inert product that contains more than 90 % of SiO . It plays an important role, however, in maintaining
2
an appropriate water content and as a support for microbial growth.
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ISO 2007 – All rights reserved 5
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ISO 14855-2:2007(E)
7.3 Preparation of test material and reference material
Determine the total organic carbon (TOC) of the test material and the reference material using e.g. ISO 8245
and report it preferably as grams of TOC per gram of total dry solids. Alternatively, provided that the materials
do not contain inorganic carbon, it is possible to determine the carbon content by elemental analysis. For this,
the test material has to contain sufficient organic carbon to yield carbon dioxide in an amount suitable for
determination. Normally, a minimum of 10 g of total dry solids containing 4g of TOC is required per vessel.
The test material should preferably be used in powder form, but it may also be introduced as small pieces of
films or as fragments of shaped articles. A maximum particle size of 250µm in diameter is recommended.
7.4 Starting up the test
Provide at least the following numbers of composting vessels:
a) two test vessels for the test mixture (symbol V );
T
b) two vessels for blank controls (symbol V );
B
c) two vessels for checking inoculum activity using a reference material (symbol V ).
R
The amount of test mixture, containing inoculum and the test material, used in the test depends on the quality
of the test material and the size of the composting vessels. The relation between the total dry solids of the
inoculum and the total dry solids of the test material should preferably be about 6:1. If added, inert material is
not considered in this relationship. The test mixture should have the same water content as the inoculum. The
water content of the test mixture should be set at 80 % to 90 % of the water-holding capacity (WHC) of the test
mixture. The same amount of inoculum by total dry solids should be placed in each test vessel.
In a typical case, prepare lidded vessels that have a volume of about 500 ml, weigh out, for each vessel, an
amount of inoculum containing 60 g of total dry solids and add sufficient water to reach a water content of 65 %.
After mixing well, leave the compost to stand at room temperature for 24 h. Then mix the compost well with sea
sand with a water content of 15 % that has previously been prepared by the addition of water to about 320 g of
sea sand and is used as inert material. Add 10 g, on a dry-mass basis, of test material to the mixture and mix
well. It should feel like soil when handled gently. If required, measure the WHC of the test mixture in accordance
with ISO 11721-1, then adjust the water content of the mixture to about 90 % of the WHC by adding water or by
aerating with dry air. Introduce the mixture into the composting vessel. If vermiculite is used as the inert
material, prepare it as specified in ISO 14855-1.
When mature compost preserved in the refrigerator is used as the inoculum, pre-condition the compost before
using it. In a typical case, place, for each vessel, 60 g, on a total dry solids basis, of mature compost in a
composting bioreactor, and adjust the water content of the compost to about 110 % of the WHC by adding
◦
water. After mixing, allow it to stand at room temperature for 24 h, and then incubate it at 58 C for 24 h. Add the
same volume of sea sand (about 320 g on a dry-mass basis) as the mature compost and mix well. Before
addition, the water content of the sea sand should be adjusted to about 15 % (equal to the sea sand WHC
value). If required, add 10 g of ammonium magnesium phosphate hexahydrate as a nitrogen source. Put the
◦
mixture in the composting bioreactor and incubate for a week at 58 C. A few times per day, stir the mixture for
about 10 min in order to ensure aerobic conditions and allow excess water to evaporate. After a week, adjust the
water content of the mixture to about 90 % of its WHC. The final mixture should weigh about 550 g, but a
different final mass could be obtained depending on the compost used (different composts will have different
WHC values). Add 10 g, on a dry-mass basis, of test material to the mixture and mix well. Introduce the mixture
into the composting vessels.
When ISO 14855-1 biodegradability tests are performed, mature compost with a water content of about 50 %
shall be used, as specified in ISO 14855-1. Use 120 g of mature compost, containing about 60 g of total dry
solids, per composting vessel. Add 10 g, on a dry-mass basis, of test material to the mature compost and mix
well. Introduce the mixture into the composting vessel. If the test mixture dries out too fast, put an inert water-
containing material in the vessel together with the mixture. However, the water-containing material shall not be
mixed with the test mixture.
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6 ISO 2007 – All rights reserved
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ISO 14855-2:2007(E)
The organic carbon content can be calculated from the TOC of the inoculum and the test material. The total
nitrogen content can be measured in a representative sample of the test mixture, e.g. by the Kjeldahl method
described in ISO 5663.
◦ ◦
Place the composting vessels in the test environment at 58 C± 2 C and initiate aeration using air that is free
from carbon dioxide and has a normal water content. Both these conditions can be met by e.g. passing the air
through a carbon dioxide trap filled with soda lime and a humidifier filled with water (see Annexes A and B).
Adjust the air flow rate through each composting vessel to the same rate in the range 10 ml/min to 30 ml/min.
Use a sufficiently high flow rate to ensure that aerobic conditions are maintained throughout each composting
vessel during the whole test. Check the air flow regularly at the outlets, e.g. by using wash-bottles or a soap
bubble flow meter.
Handle the reference material in the same way as the test material. In the vessels for the blank controls, place
only inoculum and sea sand, in the same amounts as in the vessels with the test material.
7.5 Measurement of the evolved carbon dioxide
Fill the ammonia-absorbing bottle with 1M sulfuric acid to remove any ammonia from the gases which pass out
of the composting vessel. Fill the two dehumidifying traps with silica gel and anhydrous calcium chloride,
respectively. Fill the carbon-dioxide-absorbing column and water-absorbing column with carbon dioxide
absorbent and water absorbent, respectively. The carbon dioxide absorbent should preferably be a mixture of
equal quantities of soda lime and soda talc. The water absorbent should preferably be anhydrous calcium
chloride. Determine the mass of this trap (i.e. both columns together) to within 10 mg on the balance. The
amount of carbon dioxide evolved is determined from the increase in mass of the unit.
Change the reagents in the carbon-dioxide-absorbing and water-absorbing columns when they have reached
80 % of their absorption capacity. Note that 80 g of a mixture of equal quantities of soda lime and soda talc has
the ability to absorb about 15 g of carbon dioxide.
7.6 Incubation period
Measure the amount of carbon dioxide evolved in the exhaust air from each composting vessel at intermediate
time intervals by measuring the change in mass of the trap for the evolved carbon dioxide. Measure the carbon
dioxide evolved at least once a day during the biodegradation phase and once every two days later on, during
the plateau phase.
Stir the compost weekly to prevent extensive channelling and to ensure uniform attack by the micro-organisms
on the test material. Remove the compost from the vessel to do this. Ad
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14855-2
Première édition
2007-08-15
Détermination de la biodégradabilité
aérobie ultime des matériaux plastiques
dans des conditions contrôlées de
compostage — Méthode par analyse du
dioxyde de carbone libéré —
Partie 2:
Mesurage gravimétrique du dioxyde
de carbone libéré lors d'un essai
de laboratoire
Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic
materials under controlled composting conditions — Method by analysis
of evolved carbon dioxide —
Part 2: Gravimetric measurement of carbon dioxide evolved in a
laboratory-scale test
Numéro de référence
ISO 14855-2:2007(F)
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ISO 2007
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ISO 14855-2:2007(F)
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Publié en Suisse
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ISO 14855-2:2007(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Principe. 3
5 Réactifs . 3
6 Appareillage . 4
7 Mode opératoire . 5
8 Calculs . 9
9 Expression et interprétation des résultats. 9
10 Validité des résultats. 10
11 Rapport d'essai . 10
Annexe A (informative) Principe fondamental de l'essai . 11
Annexe B (informative) Exemple d'appareillage utilisant un récipient de compostage chauffé
électriquement . 13
Annexe C (informative) Dérivation de l'équation utilisée pour calculer le taux de biodégradation à
partir de la quantité de dioxyde de carbone libéré. 15
Bibliographie . 16
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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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 14855-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 5, Propriétés
physicochimiques.
L'ISO 14855 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Détermination de la
biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques dans des conditions contrôlées de compostage —
Méthode par analyse du dioxyde de carbone libéré:
⎯ Partie 1: Méthode générale
⎯ Partie 2: Mesurage gravimétrique du dioxyde de carbone libéré lors d'un essai de laboratoire
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ISO 14855-2:2007(F)
Introduction
La gestion des déchets à base de plastique est un problème important dans le monde. Les techniques de
valorisation des plastiques incluent la valorisation de la matière (recyclage mécanique, recyclage chimique ou
recyclage de matière première, et recyclage biologique ou organique) et la valorisation énergétique (chaleur,
vapeur ou électricité, comme substitut aux énergies fossiles ou aux autres ressources de carburant).
L'utilisation de plastique biodégradable est une option de valorisation intéressante (recyclage biologique ou
organique).
Plusieurs normes ISO concernant la détermination de la biodégradabilité aérobie/anaérobie des matières
plastiques ont déjà été publiées. L'ISO 14855-1 en particulier, est une méthode d'essai courante permettant
de mesurer la teneur en dioxyde de carbone libéré, en utilisant des méthodes comme l'analyse infrarouge
continue, la chromatographie en phase gazeuse ou le titrage. Les quantités d'inoculum de compost et
d'échantillons pour essai utilisés dans la présente partie de l'ISO 14855 représentent un dixième de celles
utilisées dans l'ISO 14855-1. Afin de permettre l'activité de l'inoculum de compost, une matière inerte donnant
au mélange la même texture que le sol est mélangée à l'inoculum. Le dioxyde de carbone dégagé par le
récipient d'essai est déterminé par absorption dans un piège à dioxyde de carbone et en effectuant une
analyse gravimétrique de l'absorbant. La méthode décrite dans la présente partie de l'ISO 14855, qui utilise
un système clos pour retenir le dioxyde de carbone libéré, peut aussi être appliquée pour obtenir des
informations pertinentes, par des études par marquage isotopique, sur la manière dont la structure
moléculaire des copolymères se dégrade.
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NORME INTERNATIONALE ISO 14855-2:2007(F)
Détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des
matériaux plastiques dans des conditions contrôlées de
compostage — Méthode par analyse du dioxyde de carbone
libéré —
Partie 2:
Mesurage gravimétrique du dioxyde de carbone libéré lors d'un
essai de laboratoire
AVERTISSEMENT — Les eaux usées, les boues activées et les matières en suspension dans le sol et
le compost peuvent contenir des organismes potentiellement pathogènes. Il convient donc de les
manipuler avec les précautions appropriées, de même que les composés à analyser toxiques ou dont
les propriétés ne sont pas connues.
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 14855 spécifie une méthode de détermination de la biodégradabilité aérobie
ultime des matériaux plastiques, dans des conditions de compostage contrôlées, par mesurage gravimétrique
de la teneur en dioxyde de carbone libéré. Cette méthode est conçue pour produire un taux de biodégradation
optimal en ajustant l'humidité, l'aération et la température du récipient de compostage.
La méthode s'applique aux matériaux suivants:
⎯ polymères et copolymères naturels et/ou synthétiques, et mélanges des deux;
⎯ matériaux plastiques contenant des additifs tels que plastifiants ou colorants;
⎯ polymères solubles dans l'eau;
⎯ matériaux qui, dans les conditions d'essai, n'inhibent pas l'activité des micro-organismes présents dans
l'inoculum.
Si le matériau d'essai inhibe les micro-organismes dans l'inoculum, il est possible d'utiliser un autre type de
compost mature ou un compost de pré-exposition.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 5663, Qualité de l'eau — Dosage de l'azote Kjeldahl — Méthode après minéralisation au sélénium
ISO 8245, Qualité de l'eau — Lignes directrices pour le dosage du carbone organique total (COT) et du
carbone organique dissous (COD)
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ISO 11721-1, Textiles — Détermination de la résistance aux micro-organismes des textiles contenant de la
cellulose — Essai d'enfouissement — Partie 1: Évaluation d'un traitement d'imputrescibilité
ISO 14855-1, Détermination de la biodégradabilité aérobie ultime des matériaux plastiques dans des
conditions contrôlées de compostage — Méthode par analyse du dioxyde de carbone libéré — Partie 1:
Méthode générale
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
compost
conditionneur organique du sol obtenu par biodégradation d'un mélange principalement constitué de divers
résidus végétaux éventuellement associés à un autre matériau organique, et ayant une teneur en minéraux
limitée
3.2
compostage
procédé aérobie destiné à produire du compost
3.3
matières sèches totales
quantité de solides obtenue par prélèvement d'un volume connu de matériau d'essai ou de compost, et
séchage à environ 105 °C jusqu'à l'obtention d'une masse constante
3.4
solides volatils
quantité de solides obtenue par soustraction des résidus d'un volume connu de matériau d'essai ou de
compost, après incinération à environ 550 °C, de la teneur en matières sèches totales du même échantillon
NOTE La teneur en solides volatils est symptomatique de la teneur en matière organique.
3.5
biodégradation aérobie ultime
décomposition d'un composé chimique organique par des micro-organismes en présence d'oxygène, en
dioxyde de carbone, eau et sels minéraux de tous les autres éléments présents (minéralisation) et en une
nouvelle biomasse
3.6
teneur théorique de dioxyde de carbone libéré
ThCO
2
teneur théorique maximale en dioxyde de carbone libéré après oxydation complète d'un composé chimique,
calculée d'après la formule moléculaire, exprimée en milligrammes de dioxyde de carbone libéré par
milligramme ou gramme de composé à analyser
3.7
phase de latence
durée, mesurée en jours, écoulée à partir du début de l'essai jusqu'à 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
niveau maximal de biodégradation
degré de biodégradation, mesuré en pourcentage, d'un composé chimique ou d'un matériau organique lors
d'un essai, au-dessus duquel la biodégradation ne se poursuit pas
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3.9
phase de biodégradation
durée, mesurée en jours, depuis la fin de la phase de latence de l'essai jusqu'à ce que l'on ait obtenu environ
90 % du niveau maximal de biodégradation
3.10
phase stationnaire
durée, mesurée en jours, écoulée entre la fin de la phase de biodégradation et la fin de l'essai
3.11
pré-exposition
pré-incubation d'un inoculum en présence du composé chimique ou de la matière organique soumis(e) à
essai, avec pour objectif d'améliorer la capacité de l'inoculum à biodégrader le matériau d'essai par
adaptation et/ou sélection des micro-organismes
3.12
pré-conditionnement
pré-incubation d'un inoculum dans les conditions de l'essai suivant, en l'absence du composé organique ou
de la matière organique soumis(e) à essai, avec pour objectif d'améliorer l'essai par acclimatation des
micro-organismes aux conditions d'essai
3.13
capacité de rétention d'eau
WHC
masse d'eau évaporée du sol saturé d'eau lorsque le sol est séché à masse constante à 105 °C, divisée par
la masse sèche du sol
4 Principe
Cette méthode est conçue pour produire le taux de biodégradation optimal d'un matériau plastique dans un
compost mature en contrôlant l'humidité, le taux d'aération et la température dans le récipient de compostage.
Elle permet également de déterminer la biodégradabilité ultime du matériau d'essai en utilisant un réacteur à
petite échelle. Le taux de dégradation est périodiquement mesuré en déterminant la masse du dioxyde de
carbone libéré à l'aide d'une colonne d'absorption remplie de chaux sodée et de talc sodique sur une balance
électronique.
Le matériau d'essai est mélangé avec un inoculum dérivé du compost mature et avec un matériau inerte
comme du sable marin. Le sable marin joue un rôle actif de rétention de l'humidité et des micro-organismes.
Des exemples de montage d'essai appropriés sont présentés dans les Annexes A et B. La quantité de
dioxyde de carbone libéré est mesurée périodiquement sur une balance électronique et la teneur en dioxyde
de carbone est déterminée en utilisant la méthode suivante. La dérivation de l'équation utilisée pour calculer
le degré de biodégradation à partir de la quantité de dioxyde de carbone libéré est indiquée dans l'Annexe C.
Dans cette méthode, le degré de biodégradation, exprimé en pourcentage, est calculé en comparant la
quantité de dioxyde de carbone libéré avec la quantité théorique (ThCO ).
2
L'essai est terminé lorsque la phase stationnaire de biodégradation a été atteinte. La durée normale
d'accomplissement est de 45 jours, mais l'essai peut être prolongé jusqu'à six mois.
5 Réactifs
Utiliser uniquement des réactifs de qualité analytique. Utiliser uniquement de l'eau déionisée.
5.1 Chaux sodée, de granulométrie comprise entre 2 mm et 4 mm, pour l'absorption du CO .
2
5.2 Chlorure de calcium anhydre, de granulométrie comprise entre 2 mm et 3 mm, pour l'absorption de
l'eau.
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5.3 Hydroxyde de sodium sur une base de talc (couramment appelé talc sodique), de granulométrie
comprise entre 2 mm et 3 mm, pour l'absorption du CO .
2
5.4 Gel de silice (avec indicateur d'humidité), de granulométrie comprise entre 2 mm et 4 mm, pour
l'absorption de l'eau.
5.5 Sable marin, de granulométrie comprise entre 20 mesh et 35 mesh.
5.6 Matériau de référence: cellulose microcrystalline de qualité CCM (chromatographie sur couche mince)
avec une granulométrie inférieure à 20 µm, pour une utilisation comme matériau de référence pour le témoin
positif.
6 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.
6.1 Système de production d'air
Le système de production d'air doit pouvoir alimenter chaque récipient de compostage en air exempt de
dioxyde de carbone, saturé en eau. L'air peut être préparé en injectant de l'air comprimé à travers un piège à
dioxyde de carbone et un humidificateur (voir les exemples en Annexes A et B), c'est-à-dire des colonnes
remplies de chaux sodée et d'eau. Le débit d'air doit être contrôlé par le biais d'un régulateur de débit afin qu'il
soit assez élevé pour des conditions aérobies.
6.2 Récipients de compostage
Utiliser des flacons ou des colonnes assurant l'alimentation en air exempt de dioxyde de carbone, saturé en
eau des contenus. 500 ml est un volume approprié. Si la perte en masse du matériau d'essai est à déterminer,
peser chaque récipient de compostage vide avant de commencer l'essai.
6.3 Appareillage pour la détermination du dioxyde de carbone
Ce système doit pouvoir déterminer le dioxyde de carbone directement à partir du changement de masse du
piège à dioxyde de carbone. Le piège à dioxyde de carbone doit être composé de colonnes remplies de
chaux sodée, de talc sodique et de chlorure de calcium anhydre. Il convient que le chlorure de calcium soit de
préférence contenu dans une colonne séparément de la chaux sodée et du talc sodique (voir les exemples en
Annexes A et B). Un piège à ammoniac (acide sulfurique dilué) et un piège à eau (gel de silice et chlorure de
calcium) sont nécessaires entre le récipient de compostage et la colonne absorbant le dioxyde de carbone.
6.4 Tubes étanches aux gaz
Ces tubes servent à raccorder les récipients de compostage au système de production d'air et au dispositif de
détermination du dioxyde de carbone.
6.5 pH-mètre
Le pH-mètre est utilisé pour mesurer le pH du mélange d'essai. Il doit être précis à 0,1 unité de pH ou mieux.
6.6 Appareillage analytique
Cet appareillage est utilisé pour la détermination des matières sèches (à 105 °C), des solides volatils (à
550 °C) et du carbone organique total (COT), pour l'analyse élémentaire du matériau d'essai et, si besoin est,
pour la détermination du carbone inorganique dissous (CID), des acides gras volatils, de l'oxygène dans l'air,
du taux d'humidité et de l'azote total.
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6.7 Balance
La balance est utilisée pour mesurer périodiquement la masse de la colonne absorbant le dioxyde de carbone
afin de déterminer la quantité de dioxyde de carbone libéré, et aussi de mesurer la masse du récipient de
compostage contenant le compost et le matériau d'essai. Une balance électronique à plateau supérieur, avec
un affichage à 10 mg près et une capacité supérieure à 500 g, est recommandée.
6.8 Unité de régulation thermostatique
Cette unité sert à maintenir la température des récipients de compostage à une température contrôlée
pendant l'essai (voir les exemples en Annexes A et B). Elle doit pouvoir maintenir la température des
récipients de compostage constante à ± 2 °C près.
6.9 Bioréacteurs de compostage
Un bioréacteur de compostage est une boîte, en polypropylène ou un autre matériau approprié, d'une taille
permettant de remuer facilement le contenu avec une spatule. La boîte doit être équipée d'un couvercle
étanche pour éviter les pertes d'eau excessives. Trois trous d'environ 1 cm de diamètre doivent être percés à
équidistance sur la ligne centrale du couvercle. Ces trous permettent à l'air d'entrer et aux gaz de sortir de la
boîte, et à l'eau en excès de s'évaporer graduellement.
7 Mode opératoire
7.1 Préparation de l'inoculum
Utiliser comme inoculum du compost bien aéré provenant d'une installation de compostage aérobie
convenablement exploitée. L'inoculum de compost doit être homogène et exempt d'objets inertes de grandes
dimensions tels que verre, cailloux ou fragments de métal. Retirer ceux-ci à la main, puis tamiser le compost
sur un tamis d'environ 3 mm.
Le compost peut être produit comme suit. Des copeaux de bois, de la sciure, des couches de champignons,
des paillettes ou de la paille de riz sont utilisés comme source de carbone. De l'excrément de bétail est ajouté
comme source de micro-organismes de compostage, ainsi que des nutriments (sels minéraux). Ces éléments
3
sont placés dans un récipient d'un volume d'environ 1 m puis bien mélangés. Il est recommandé d'ajuster le
compost à un rapport carbone/azote (C/N) de 15 et un rapport carbone/phosphore (C/P) de 30. Les
insuffisances en phosphore peuvent être comblées en utilisant du superphosphate de calcium. De l'eau est
ajoutée pour atteindre une teneur en eau égale à 65 %. Les valeurs de C/N, C/P et de teneur en eau peuvent
aussi être ajustées à d'autres valeurs, suivant l'expérience, les variations saisonnières et les différences de
climat. Il convient de retirer le compost du récipient une fois par semaine pour le retourner et ajouter de l'eau
si nécessaire, avant de le remettre dans le récipient pour que le processus de compostage se poursuive. Il
convient que l'âge du compost soit de préférence compris entre deux et quatre mois.
Un inoculum non exposé est généralement recommandé, particulièrement dans le cas d'essais normalisés
simulant un comportement de biodégradation dans des systèmes de compostage réels. Selon l'objet de
l'essai, il est cependant possible d'utiliser du compost pré-exposé, à condition que cela soit clairement
mentionné dans le rapport d'essai (par exemple pourcentage de biodégradation = X %, en utilisant du
compost pré-exposé) et à condition que la méthode de pré-exposition soit détaillée dans le rapport d'essai.
Déterminer la teneur en matières sèches totales et en solides volatils de l'inoculum de compost. Il convient
que la teneur en matières sèches totales soit comprise entre 35 % et 55 % des matières humides et que la
teneur en solides volatils soit supérieure à 30 % des matières sèches. Ajuster le taux d'humidité, si nécessaire,
avant utilisation du compost en ajoutant de l'eau ou par un séchage modéré, en aérant par exemple le
compost avec de l'air sec.
Préparer un mélange d'une partie d'inoculum avec cinq parties d'eau déionisée. Mélanger en agitant et
immédiatement mesurer le pH. Celui-ci doit être compris entre 7,0 et 9,0.
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Pour la caractérisation ultérieure de l'inoculum, on peut éventuellement déterminer des paramètres appropriés,
tels que la teneur en carbone organique total, en azote total ou en acides gras, au début et à la fin de l'essai.
Vérifier l'activité de l'inoculum pendant l'essai au moyen d'un matériau de référence biodégradable et en
mesurant l'évolution du dioxyde de carbone dans les récipients du blanc. À la fin de l'essai, le matériau de
référence doit être dégradé à 70 % ou plus. Il convient que l'inoculum du blanc produise entre 50 mg et
150 mg de dioxyde de carbone par gramme de solides volatils au cours des 10 premiers jours de l'essai. Si la
production de dioxyde de carbone est trop élevée, stabiliser le compost par aération pendant plusieurs jours
avant de l'utiliser dans le cadre d'un nouvel essai.
7.2 Préparation du sable marin
Mettre le sable marin dans de l'eau du robinet. Après avoir retiré les impuretés flottantes par décantation,
rincer suffisamment le sable, drainer l'eau et sécher le sable à environ 105 °C.
NOTE Le sable marin est un matériau inerte contenant plus de 90 % de SiO . Il joue cependant un rôle important en
2
maintenant une teneur en eau appropriée et en tant que support pour le développement microbien.
7.3 Préparation du matériau d'essai et du matériau de référence
Déterminer la teneur en carbone organique total (COT) du matériau d'essai et du matériau de référence (en
utilisant, par exemple, l'ISO 8245) et l'exprimer, de préférence, en grammes de COT par gramme de matières
sèches totales. Une autre solution consiste à déterminer la teneur en carbone par une analyse élémentaire, à
condition que les matériaux ne contiennent pas de carbone inorganique. Dans ce cas, le matériau d'essai doit
contenir suffisamment de carbone organique pour permettre l'obtention d'une quantité de dioxyde de carbone
appropriée à la détermination. Normalement, un minimum de 10 g de matières sèches totales contenant 4 g
de COT est nécessaire par récipient.
Il convient que le matériau d'essai soit de préférence utilisé sous forme de poudre, mais il peut aussi être
introduit sous forme de petits morceaux de film ou de fragments d'articles formés. Une taille maximale de
particule de 250 µm de diamètre est recommandée.
7.4 Démarrage de l'essai
Fournir au moins le nombre suivant de récipients de compostage:
a) deux récipients pour le mélange d'essai (symbole V );
T
b) deux récipients pour les blancs (symbole V );
B
c) deux récipients pour contrôler l'activité de l'inoculum avec un matériau de référence (symbole V ).
R
La quantité de mélange d'essai contenant l'inoculum et le matériau d'essai, utilisée lors de l'essai, dépend de
la qualité du matériau d'essai et de la taille des récipients de compostage. Il convient que le rapport des
matières sèches totales de l'inoculum et des matières sèches totales du matériau d'essai soit d'environ 6:1. Si
un matériau inerte est ajouté, celui-ci n'est pas pris en compte dans ce rapport. Il convient que le mélange
d'essai ait la même teneur en eau que l'inoculum. Il convient que le taux d'humidité du mélange d'essai soit
compris entre 80 % et 90 % de la capacité de rétention en eau (WHC) du mélange d'essai. Il convient de
placer dans chaque récipient d'essai la même quantité d'inoculum par matière sèche totale.
Dans un cas type, préparer des récipients fermés ayant un volume d'environ 500 ml, peser, pour chaque
récipient, une quantité d'inoculum contenant 60 g de matières sèches totales et ajouter suffisamment d'eau
pour atteindre une teneur en eau de 65 %. Après avoir bien mélangé, laisser le compost reposer à
température ambiante pendant 24 h. Puis, bien mélanger le compost avec du sable marin ayant une teneur
en eau de 15 %, préparé préalablement en ajoutant de l'eau à environ 320 g de sable marin et qui est utilisé
comme matériau inerte. Ajouter 10 g, à l'état sec, de matériau d'essai au mélange et bien mélanger. Il
convient que la consistance soit la même que le sol en remuant doucement. Si nécessaire, mesurer le WHC
du mélange d'essai, conformément à l'ISO 11721-1, puis ajuster le taux d'humidité du mélange à environ
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90 % du WHC en ajoutant de l'eau ou en aérant avec de l'air sec. Introduire le mélange dans le récipient de
compostage. Si de la vermiculite est utilisée comme matériau inerte, la préparer conformément à
l'ISO 14855-1.
Si du compost mature conservé dans un réfrigérateur est utilisé comme inoculum, préconditionner le compost
avant de l'utiliser. Dans un cas type, placer pour chaque récipient 60 g, à l'état sec, de compost mature dans
un bioréacteur de compostage, et ajuster le taux d'humidité du compost à environ 110 % du WHC en ajoutant
de l'eau. Après mélange, le laisser reposer à température ambiante pendant 24 h, puis l'incuber à 58 °C
pendant 24 h. Ajouter le même volume de sable marin (environ 320 g à l'état sec) que pour le compost
mature et bien mélanger. Avant l'ajout, il convient d'ajuster le taux d'humidité du sable marin à environ 15 %
(soit la valeur de WHC du sable marin). Si nécessaire, ajouter 10 g d'hexahydrate phosphate
ammoniacomagnésien comme source d'azote. Placer le mélange dans le bioréacteur de compostage et
incuber pendant une semaine à 58 °C. Plusieurs fois par jour, remuer le mélange pendant environ 10 min afin
d'assurer le
...
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