Was ist dran am Schnellaufschluss mit Hochtemperatur-Reaktoren für CSB und Co?

Im Wesentlichen hat man es mit einer etwas künstlich hochgespielten Thematik zu tun! Denn wer nach geltenden Normverfahren messen muss, kommt um Standardverfahren eben nicht herum. Und will es wohl auch gar nicht, denn falsche Werte kosten möglicherweise viel Geld, da CSB der abgabepflichtige Parameter ist.

Was ist dran am Schnellaufschluss mit Hochtemperatur-Reaktoren für CSB und Co?

Um es gleich vorwegzunehmen: im Wesentlichen hat man es mit einer etwas künstlich hochgespielten Thematik zu tun! Denn wer nach geltenden Normverfahren messen muss, kommt um Standardverfahren eben nicht herum. Und will es wohl auch gar nicht, denn falsche Werte kosten möglicherweise viel Geld, da CSB der abgabepflichtige Parameter ist.

Dennoch hat sich der schnelle CSB-Aufschluss, auch als „HSD“ oder „High Speed Digestion“ mit „Hochtemperatur“-Reaktoren bezeichnet, in der Praxis etabliert und wird immer wieder nachgefragt.

Und deshalb wollen wir uns hier mit allen Vor- und Nachteilen dieses schnellen Aufschlusses beschäftigen und auch mögliche Alternativen aufzeigen: ein Kurzprogramm bei Normtemperatur und die optische reagenzienfreie-Messung OptRF mit dem Spektralphotometer photoLab® 7600 UV-VIS zur schnellen CSB-Kontrolle im Auslauf von kommunalen Kläranlagen vor Ort.

Warum ist gerade der CSB ein besonderer Parameter?

Die Abwasserbehandlung ist eine wesentliche Errungenschaft für den Erhalt unserer Umwelt und der Gesundheit von Mensch und Tier. Sie ist in entsprechend staatlichen Verordnungen, in Deutschland durch die Abwasserverordnung AbwV, festgelegt und unterliegt dabei jeweils normierten Verfahren für die Analysen und Aufbereitung.

Der chemische Sauerstoffbedarf, kurz CSB, gilt dabei weltweit als wesentlicher Summenparameter für die Beurteilung der Abwasserreinigung und definiert als abgabepflichtiger Parameter die Höhe der Abgabe je nach Klärleistung. Deshalb kommt diesem Parameter gerade bei der Analyse eine wesentliche, weil wirtschaftlich relevante Bedeutung zu!

Die Abwasserabgabe-Berechnung erfolgt gemäß DIN 38409-H41 für die Bestimmung des Chemischen Sauerstoffbedarfs nach dem titrimetrischen Verfahren. Für die Eigenkontrolle wird die CSB-Messung nach der ISO 15705 in entsprechenden Küvettentests behördlich anerkannt. Es wurden die entsprechenden CSB-Tests verschiedenster Hersteller überprüft, für tauglich befunden und unter den folgenden Rahmenbedingungen zusammengefasst:

Die Norm DIN 38409-H41 basiert also auf den angebotenen Küvettentests.

Die Küvettentests haben den Vorteil eines deutlich minimierten Reagenzienverbrauches. Zudem gleicht der Aufwand für die CSB-Bestimmung einem Kinderspiel:

• Probe in das fertige Reaktionsgemisch zupipettieren und kurz schwenken
• Aufschluss in den vorprogrammierten aufgeheizten Thermoreaktor stellen,
• Nach Ablauf der Reaktionszeit 10 Minuten abkühlen lassen und schwenken
• Messwert ablesen.

Das man dabei dennoch üppigen Fallen und Fehlerquellen vorfindet, haben wir in unseren Tipps und Tricks an einem Anwendungsbeispiel und dem Video zum CSB aufgezeigt. Und eine sofortige Lösung für die tägliche schnelle Überwachung des kommunalen Ablaufs gibt’s mit unserer optischen reagenzienfreien Messung OptRF mit dem Spektralphotometer photoLab® 7600 UV-VIS. Hier wird die Probe direkt in eine UV-Küvette pipettiert und über einen spektralen Scan im UV-Vereich ausgewertet und als Messergebnis direkt auf dem Display angezeigt. Die Methode findet in der Kläranalge im Auslauf Anwendung und wird in der Implementationsphase für die jeweilige Probenmatrix optimiert.

Der CSB-Aufschluss 

Auch wenn der Wunsch nachvollziehbar ist, in der täglichen Arbeit den Zeitaufwand für die langwierige Kontrollmessung von CSB noch zusätzlich zu minimieren: In der Regel sollte man dies nicht ohne Vorüberlegungen und Klarheit über mögliche Konsequenzen tun! Der Schritt, der dabei verkürzt wird, ist der Probenaufschluss selbst.

Moderne Thermoreaktoren gibt schon lange und bei genauer Betrachtung unterscheiden sich die sogenannten Hochtemperatur-Reaktoren mit ihrer vermeintlich neue Eigenschaft der Hochtemperatur nicht wesentlich von jahrelang bewährten Modellen: so wird z.B. mit der WTW® Serie CR X200 von Xylem Analytics bereits seit Jahren eine Gerätelinie angeboten, die die „magische“ Temperatur von 170°C zur Eigenprogrammierung bietet.

Neben den festen Programmen, die allen Normvorschriften entsprechen, lassen sich mit diesen Modellen CR2200, CR 3200 und CR 4200 eigene Programme bis zu 180 Minuten bei Temperaturen von 25°C - 170°C einstellen und speichern. Mit wenigen Handgriffen wird programmiert, Kontrollleuchten zeigen den jeweiligen Betriebszustand an.

Daneben gibt es zusätzlich ein Kurzprogramm für kommunale Kläranlagen mit der Standardtemperatur von 148°C bei 20 min. Dies ist, wie auch der Hochtemperatur-Aufschluss, nicht normgerecht, ist aber gegenüber dem Hochtemperatur-Aufschluss durchaus vorteilhaft.

Schnellaufschluss: Pro und Contra

Aufschlussfaktor Temperatur

Wichtig ist hier nicht, was der Hersteller spezifiziert. Für die Betriebsüberwachung ist die Qualitätssicherung im Vordergrund und das heißt, der Anwender muss aufzeigen, was er an Genauigkeit und Fehlerfreiheit erreichen kann. 

Freiheitsgrade könnten genutzt werden, wenn für die eigene Probenumgebung und Arbeitsweise bevorzugt „experimentell“ verifiziert wurde: Nämlich dass mit einem Normaufschluss und einem Schnellaufschluss über Hochtemperatur oder Kurzprogramm vergleichbare Ergebnisse erzielt werden. Wenn also hauseigene Untersuchungen gezeigt haben, dass die Ergebnisse durch ein Schnellverfahren zu denselben Ergebnissen führen wie das normkonforme Verfahren!

Eine Garantie oder eine einheitliche Aussage kann es dazu aber nicht geben. Die Ergebnisse hängen von der jeweiligen Probenmatrix ab. So gibt es derzeit eigentlich keine allgemein gültigen Studien, wie sich Aufschlüsse bei 170°C gegenüber geringeren Aufschlusszeiten verhalten, die normgemäß bei 150°C ± 5°C, in der Regel 148°C, verhalten

Die höhere Temperatur bedeutet als Fehlerquelle, dass tatsächlich mehr schwer aufschliessbare Verbindungen aufgebrochen werden können und damit zu höheren Ergebnissen führt: Entweder, weil der CSB-Wert tatsächlich steigt, oder aber aufgrund von Interferenzen mit einem gestiegenen Störparameter.

Aufschlussfaktor Zeit

Ebenso wie die Temperatur ist auch die Zeit letzendlich für eine verlässliche Vergleichbarkeit entscheidend. Auch hier spielt die Probenmatrix eine entscheidende Rolle: Industrieabwässer sind eine ganz andere Nummer als kommunale Abwässer. Für die kommunalen Abwässer hat sich in der Praxis gezeigt, dass Messergebnisse von 2 Stunden und von 20 Minuten bei Normtemperatur vergleichbar sind, während eben höhere Temperaturen immer das Risiko von erhöhten chemischen „Crack“-Reaktionen beinhalten.

Aufschlussfaktor Trübung

Trübung führt zu Streulichteffekten und ändert ggf. die Farbintensität-Messung: Das führt zu einer fehlerhaften Konzentrationsmessung. Außerdem empfiehlt es sich immer, 10 Minuten nach Abkühlen die Proben zu schwenken: Man überführt Kondensationstropfen und gleicht nochmal Verhältnisse z.B. im Hinblick auf die Dichte und damit Trübung in der Probe aus.

Anschließendes langsames Abkühlen führt zu einer einheitlich und langsamen vollständigen Absetzen von Trübungsartikeln. Die Trübungskorrektur bei den programmierten Methoden kompensieren den Rest.

Standard-Normverfahren versus Hochtemperatur-Aufschluss: Pro und Contra gegenübergestellt

Alle Anwender, die sich für einen Schnellaufschluss – „HSD“ – entscheiden, müssen ihre Probenumgebung zuvor auf eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit den beiden unterschiedlichen Verfahren untersuchen und bei Bedarf optimieren.

Folgende Faktoren sollten bei den Verfahren bedacht werden: 

• Chemikalienzusammensetzung sind für fast alle Tests auf Normverfahren optimiert, so dass eine Veränderung zu anderen Abläufen und Fehlbefunden führen kann. Sei es die Menge an Störionen, die ggf. durch höhere Temperaturen ansteigt. Oder z.B. beim Koroleff-Aufschluss für Stickstoff das notwendige Aufschlussreagenz Peroxid, das bei einer zu niedrigen Temperatur und Zeitdauer nicht ausreagieren kann und die Messergebnisse verfälscht.
• Schnelles Abkühlen und zu kurze Standzeiten führen eventuell zu höheren Trübungswerten in der Probe, da nicht alle Partikel gleichmäßig sedimentieren konnten und so zu falschen, meist höheren Werten führen.
• Der Druck in den geschlossenen Küvettensystemen ist in Abhängigkeit von der Temperatur unabhängig. Dies ist für Siedepunkte und Aufschlussabläufe bedeutend.
• Genügt die Zeitverkürzung bei Standardtemperatur: Dies bedeutet Sicherheitsgewinn! Höhere Temperaturen bergen immer die Möglichkeit von zusätzlicher Deckel- und Glasbelastung durch z.B. Glasspannungen. Vergleichsmessungen mit den WTW-Modellen der Thermoreaktoren haben bei CSB gezeigt, dass gewöhnliche Probenaufschlüsse kommunaler Kläranlagen mit der Normtemperatur bereits nach 20 Minuten vergleichbare Ergebnisse mit 2-stündigen Aufschlüssen geliefert haben. Das Kurzprogramm steht deshalb als fester Schnellaufschluss für die WTW® Thermoreaktoren von Xylem Analytics zur Verfügung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Möglichkeit für einen Schnellaufschluss mit Reaktoren im Prinzip von der jeweiligen Probenumgebung abhängt und nicht unbedingt einer besonderen und teuren Gerätschaft wie einem Hochtemperatur-Reaktor bedarf. Ob und inwieweit die Ergebnisse dann auch verwendbar sind, sollte jeder Anwender zunächst hausintern sicherstellen, um suboptimale Überraschungen zu vermeiden.

Der Vorteil eines normgerechten Aufschlusses von CSB bietet die Sicherheit von korrekten Werten und somit fehlerfrei bewerteter Abgabenlast. CSB bietet einen stabilen Farbkomplex, der Aufschluss und die Abkühlphase laufen mehr oder minder automatisch ab, fehlt nur noch die Messung irgendwann im Verlauf des Tages. Wer ein schnelles Vorresultat in der kommunalen Kläranlage möchte, dem steht mit OptRF eine praktische Sofortablesung – kostengünstig, weil ohne Reagenzien zur Verfügung.