Parameter für sauberes Wasser

Nachweis der Messwert-Plausibilität

Der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist ein Summenparameter, der alle im Abwasser befindlichen gelösten oder partikulären Stoffe erfasst und den zu ihrer Oxidierung benötigten Sauerstoff bestimmt, unter der Voraussetzung, dass Sauerstoff das Oxidationsmittel ist. Die DIN 38409-41 beschreibt das Verfahren für seine Bestimmung.

Der Biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) ist im CSB enthalten, beinhaltet aber im Gegensatz zum CSB den biologisch/biochemisch abbaubaren Anteil, hervorgerufen durch die Veratmung der gelösten Kohlenstofffracht durch Mikroorganismen.

Entstehung des Verfahrens

Wie entstanden dieseTests? Als es im 19. Jahrhundert Abwasserkanalisationen in den Städten gebaut wurden, stellte man fest, dass es in den zum Abtransport benutzen Gewässern sehr schnell zu unangenehmen Erscheinungen kam, da der im Wasser gelöste Sauerstoff praktisch fast vollständig gezehrt wurde. Es manifestierten sich übelriechende Brühen, in denen die Fische und andere Lebewesen entweder starben oder die Bestände sich stark dezimierten, abgesehen vom Einfluss auf das ufernahe Grundwasser, das wiederum in Brunnen als Trinkwasser für den menschlichen Genuss gewonnen wurde. Insofern war man gezwungen, Strategien und Verfahren zur Abwasserreinigung zu entwickeln und die sauerstoffzehrenden Parameter zu bestimmen.

Die beiden oben genannten Tests werden bis heute in moderner und benutzerfreundlicher Ausprägung bei Kläranlagen auf der ganzen Welt durchgeführt.

Methoden und Anwendung

Der CSB hat sich als photometrischer Küvettentest etabliert, bei dem entsprechend des Messbereichs ein standardisierter saurer Dichromat-Aufschluss einer Abwasserprobe gemäß DIN 38409-41 durchgeführt wird und anschließend der photometrisch bestimmte Dichromat-Verbrauch als Maß für den CSB dient. Ein typischer Wert bei kommunalen Abwässern liegt bei ca. 600 mg/l CSB im Zulauf, im Ablauf ist es natürlich wichtig, diesen Wert so weit als möglich zu reduzieren. Die im Abwasser enthaltene CSB-Fracht kann zum Teil durch mechanische Verfahren wie am Rechen, im Sandfang und durch Filtration bzw. Sedimentation im Nachklärbecken entfernt werden. Bestimmte Inhaltsstoffe lassen sich gegebenenfalls chemisch eliminieren.

Zur Durchführung der Messung gibt es von Xylem Analytics Thermoreaktoren, Photometer wie ein PhotoLab® 7600 UV-VIS mit einer Auswahl von Testsätzen für die jeweiligen Messbereiche sowie der modernen reagenzienfreien Methode (OptRF), die praktisch eine ökonomische tägliche Messung des CSB ohne das beschriebenen Aufschlussverfahren zulässt und den direkten Abgleich mit der weiter unten beschriebenen direkten Auslaufmessung unterstützt. Die Tests sind so konzipiert, dass sie auch ohne großen Aufwand einfach und sicher durchzuführen sind und keine speziellen Laborkenntnisse benötigen.

                                 

CSB Küvetten Test mit Barcode-Kennung              Thermoreaktor CR 3200 für den Aufschluss bei konstant 148 °C 

PhotoLab® 7600 UV/VIS mit OptRF

Für den BSB gibt es zwei praktizierte Verfahren: Die weltweit anerkannte Berichtsmethode ist der Verdünnungs-BSB, z. B. nach DIN EN 1899-1. Hier wird das zu untersuchende Abwasser entsprechend seines zu erwartenden Wertes mit einem nährsalzhaltigen Verdünnungswasser in Reihen angesetzt und über die Messung mit einem Sauerstoffsensor in den Proben vor und nach ihrer fünftägigen Inkubation bei 20 °C der gelöste Sauerstoff bestimmt. Daraus errechnet sich der BSB, er liegt bei kommunalen Abwässern in etwa bei der Hälfte oder bis zu zwei Dritteln des CSB. Der Nachteil dieser Methode besteht in der etwas aufwändigen Durchführung, die geschultes und routiniertes Laborpersonal verlangt.

Selbstrührender BSB-Sauerstoffsensor StirrOx® G in Karlsruher Flasche

Bewährte Methode bei der Messung von BSB

Die wesentlich häufiger eingesetzte Methode zur BSB-Messung im Rahmen des Eigenkontrollverfahrens ist die Druckmessung in einer geschlossenen Flasche mit unverdünnten Proben nach DIN EN 1899-2, wie zum Beispiel im OxiTop®-i. Dort wird mit unterschiedlichen Probenvolumina gearbeitet, je nach Messbereich, die man einfach mit speziellen Messkolben einfüllt. Ein in der Messflasche befindlicher Gummiköcher enthält Natriumhydroxid, darauf wird ein elektronischer Druckmesskopf geschraubt. Das durch den Abbauprozess entstehende Kohlendioxid bildet mit dem Natriumhydroxid einen festen Niederschlag von Natriumkarbonat, was einen Druckabfall zur Folge hat. Daraus errechnet der Messkopf direkt den BSB und zeigt auf Wunsch sogar den Kurvenverlauf über die Inkubationszeit am Display. Im Gegensatz zum Verdünnungs-BSB ist es erforderlich, die Proben während der Inkubation bei ebenfalls 20 °C permanent zu rühren. Das liegt daran, dass es zu einer möglichst guten Verfügbarkeit zwischen dem in der Probe benötigten und dem in der Flasche befindlichen gasförmigen Luftsauerstoff kommt. Die Ablaufwerte beim BSB sollen verständlicherweise deutlich niedriger als die Einlaufwerte liegen, Werte unter 10 mg/l sind keine Seltenheit. Im Prinzip bildet dieses Verfahren in Grundzügen das Geschehen in einem Belebungsbecken ab.

Die zunehmende Automatisierung von Prozessen in der Abwasserreinigung führt auch zu einem höheren Bedarf an kontinuierlicher Messtechnik. Dazu gehören die von Xylem Analytics angebotenen Messsonden mit eingebautem Spektralphotometer. Ein Beispiel dafür ist die CarboVis® 705 IQ. Sie misst direkt im Auslauf von Kläranlagen CSB und BSB und übermittelt ihre Messdaten zur Prozesssteuerung an die Leitwarte.

CarboVis® 705 IQ.In der Mitte befindet sich der Messspalt

Messverfahren im Vergleich

Natürlich erhebt sich die Frage, wie diese Messdaten gewonnen werden. Die Lösung liegt in der photometrischen Messung komplexer Spektren im ultravioletten und sichtbaren Bereich, die von den chemischen Bindungen der im Wasser gelösten Stoffe herrühren. Die Spektren hängen von der Konzentration dieser Stoffe ab. Um eine entsprechende Korrespondenz mit den an gleicher Stelle entnommenen Laborproben zu erreichen und eine Aussage über die Validität treffen zu können, gleicht man die Messung mit im Labor gewonnenen Messwerten von CSB und BSB ab. Bei Bedarf kann an Hand dieser Wertepaare eine Anwenderkalibrierung durchgeführt werden.
Der Vorteil besteht nun darin, dass man neben der diskontinuierlichen Labormethode (insbesondere bei der BSB-Messung, die Ereignisse mit einer Verzögerung von fünf Tagen abbildet) eine permanente Prozessüberwachung installiert hat, mit deren Hilfe sich Abweichungen in Echtzeit erfassen lassen und unmittelbare Eingriffe in den Prozess erlaubt.
Rückblickend muss man feststellen, dass diese beiden Messmethoden trotz ihrer langen Historie nichts an Aktualität verloren haben und lediglich die Verfahren den technischen Möglichkeiten angepasst wurden. Ihre Aussagekraft zur Reinhaltung des Wassers ist unumstritten und wird wohl auch noch künftigen Generationen dienen.