Einleitung: Es gibt zwei Hauptcharakterisierungsindikatoren für organische Schadstoffe im Abwasser: CSB und BSB. Andere Indikatoren wie TOC (Total Organic Carbon) erscheinen seltener. Kurz gesagt, CSB charakterisiert effektiv den Gehalt an organischen Schadstoffen im Abwasser und hat eine kurze Erkennungszeit, sodass es im Allgemeinen für technische Konstruktionen verwendet wird. Der BSB hingegen stellt die leicht biologisch abbaubare organische Substanz im Abwasser dar, jedoch nicht unbedingt den nicht-biologisch abbaubaren Anteil. Das BSB/CSB-Verhältnis wird zur Angabe der biologischen Abbaubarkeit von Abwasser verwendet; ein Verhältnis > 0,3 weist auf eine gute biologische Abbaubarkeit hin.
Der Grund dafür ist, dass der BSB nicht den Gehalt aller Schadstoffe im Abwasser charakterisieren kann, insbesondere bei widerspenstigen Abwässern, bei denen die BSB-Werte minimal sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Abwasser nicht biologisch gereinigt werden kann. Vielmehr sind Methoden wie anaerobe Hydrolyse oder fortgeschrittene Oxidation erforderlich, um seine biologische Abbaubarkeit zu verbessern. Die meisten organischen Stoffe sind biologisch abbaubar.
Definition und Analysemethoden von CSB
1. CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf)
Der chemische Sauerstoffbedarf bezieht sich auf die Menge an Sauerstoff, die von organischen Stoffen und anorganischen reduzierenden Substanzen im Wasser verbraucht wird und durch starke Oxidationsmittel (wie Kaliumdichromat oder Kaliumpermanganat) oxidiert werden kann. Die Einheit ist mg/L.
2. Eigenschaften
Es spiegelt die Gesamtmenge aller chemisch oxidierbaren Schadstoffe im Wasser wider, einschließlich widerspenstiger organischer Stoffe.
3. Rolle von COD
Es beurteilt schnell den Grad der Wasserverschmutzung und leitet Anpassungen an industriellen Abwasserbehandlungsprozessen an. Es erkennt widerspenstige organische Stoffe (wie Pestizide und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) und überwacht, ob Industrieemissionen den Standards entsprechen.
4. Sonstige Hinweise
Der CSB wird auf zwei Arten ausgedrückt: CODcr und CODmn (auch als Permanganat-Index bekannt), die den Verbrauch von zwei verschiedenen Oxidationsmitteln darstellen.
Natürlich handelt es sich bei dem gemessenen CSB-Wert nicht zwangsläufig ausschließlich um organische Stoffe. Alle reduzierenden Substanzen können durch Permanganat und Dichromat oxidiert werden, beispielsweise Natriumsulfid und Eisensulfat im Abwasser. Bei Stoffen mit klar definierten reduzierenden Eigenschaften sollten Störungen beseitigt werden. Das Ziel der CSB-Messung ist natürlich organisches Material.
5. Analytische Methoden
Kaliumdichromat-Methode (Standardmethode):
1. Die Wasserprobe mit einem starken Oxidationsmittel (Kaliumdichromat) und konzentrierter Schwefelsäure bei hoher Temperatur unter Rückfluss kochen;
2. Bestimmen Sie die Menge an nicht reduziertem Oxidationsmittel durch Titration oder Spektrophotometrie und berechnen Sie den Sauerstoffverbrauch.
Kaliumpermanganat-Methode (Schnellmethode):
Der gleiche Vorgang, aber das Oxidationsmittel wird durch Kaliumpermanganat ersetzt.
Hinweis: Die Menge des verbrauchten Oxidationsmittels muss in die Menge an Sauerstoff umgerechnet werden. Dies wird durch die Gleichheit des Elektronentransfers berechnet. Beispielsweise überträgt der Verbrauch einer Einheit Kaliumdichromat zwei Elektronen, während der Verbrauch einer Einheit Sauerstoff vier Elektronen überträgt.
Definition und Analysemethoden von BSB
1. BSB (Biochemischer Sauerstoffbedarf)
Der biochemische Sauerstoffbedarf bezieht sich auf die Menge an gelöstem Sauerstoff, die von Mikroorganismen bei der Zersetzung organischer Stoffe im Wasser bei einer bestimmten Temperatur (normalerweise 20 Grad) und einer bestimmten Zeit (normalerweise 5 Tage) verbraucht wird, gemessen in mg/L.
Erläuterung: Der Abbauprozess organischer Schadstoffe durch aerobe Mikroorganismen lässt sich in zwei Phasen unterteilen. In der ersten Stufe wird organisches Material in Kohlendioxid, Wasser und Ammoniak umgewandelt; In der zweiten Stufe wird Ammoniakstickstoff in Nitratstickstoff umgewandelt. Die erste Phase dauert in der Regel 20 Tage und ergibt einen BSB20-Wert. Allerdings ist dieser Zeitrahmen zu lang (das Warten auf Daten ist oft zu spät), daher wird üblicherweise das über fünf Tage gemessene BSB5-Ergebnis als biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB) verwendet. BSB5 macht in der ersten Stufe im Allgemeinen etwa 70 % des BSB aus.
2. Eigenschaften
Es spiegelt lediglich den Grad der Verschmutzung durch leicht abbaubare organische Stoffe wider.
3. Rolle des BSB
Es bewertet die Selbstreinigungsfähigkeit von Gewässern und die Behandlungseffizienz von Kläranlagen. es spiegelt die potenziellen Auswirkungen biologisch abbaubarer organischer Stoffe auf das Ökosystem wider (z. B. verursacht Sauerstoffmangel bei Fischen).
4. Analytische Methoden
Verdünnungsimpfungsmethode (BSB₅)
1. Nach dem Verdünnen der Wasserprobe Nährstoffe und mikrobielles Inokulum hinzufügen und in einer BSB-Flasche verschließen.
2. 5 Tage lang bei 20 Grad im Dunkeln inkubieren und den Unterschied im gelösten Sauerstoff vor und nach der Inokulation messen.
3. pH-Wert und Temperatur müssen kontrolliert werden, um eine Hemmung der mikrobiellen Aktivität zu vermeiden.
Instrumentelle Methode
Es wird eine Echtzeitüberwachung mithilfe eines BODMn-Sensors eingesetzt, die herkömmliche Verdünnungsmethode bleibt jedoch der gängige Ansatz.
Hauptunterschiede
Oxidationsgrad: CSB oxidiert fast alle organischen Stoffe (wie Lignin und Farbstoffe), während BSB nur den Teil angreift, der für Mikroorganismen verfügbar ist.
Störfaktoren: Der CSB kann durch Cl⁻ beeinflusst werden (Maskierungsmittel sind erforderlich), während der BSB durch mikrobielle Aktivität beeinflusst wird (Toxizität und Nährstoffbedingungen müssen kontrolliert werden).
Praktische Anwendungen: CSB wird zur schnellen Überprüfung von Verschmutzungsquellen verwendet, während BSB zur Bewertung der Wirksamkeit biologischer Behandlung und Umweltrisiken verwendet wird.