Chemischer Sauerstoffbedarf

Definition und Bedeutung

Der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB; englisch chemical oxygen demand, COD) ist ein Summenparameter für die Belastung von Wasser. Er misst die Summe aller Stoffe, die unter festgelegten Bedingungen oxidiert werden können. Angegeben wird die Sauerstoffmenge in Milligramm pro Liter (mg/l), die für deren Oxidation nötig wäre, wenn Sauerstoff als Oxidationsmittel eingesetzt würde.

Je nach verwendetem Oxidationsmittel kommen auch die Bezeichnungen „Oxidierbarkeit Cr-VI“ beziehungsweise Chromat-Verbrauch und „Oxidierbarkeit Mn-VII“ beziehungsweise Kaliumpermanganatverbrauch vor. Der CSB dient unter anderem dazu, Schadstoffmengen zu beurteilen, die ins Abwasser gelangen oder innerhalb eines Zeitraums entsorgt werden. Solche Mengen können beispielsweise in Gramm je Kilogramm Produktmenge (g/kg) oder Tonnen pro Jahr (t/a) angegeben werden.

Messung des CSB

Zur Bestimmung des CSB wird eine Wasserprobe mit Schwefelsäure stark angesäuert. Danach wird sie mit einer genau vorgegebenen Menge Kaliumdichromat (K₂Cr₂O₇), einem starken Oxidationsmittel, und Silbersulfat als Katalysator erhitzt. Ein Katalysator beschleunigt die Reaktion, ohne selbst dauerhaft verbraucht zu werden.

Bei chloridhaltigen Proben muss das Chlorid zuvor entfernt oder mit Quecksilbersulfat maskiert werden. Andernfalls kann Chlorid zu Chlor oxidiert werden und den Messwert fälschlich erhöhen. Nach der Reaktion wird ermittelt, wie viel Dichromat übrig geblieben ist. Aus der Differenz ergibt sich der Dichromatverbrauch und daraus die entsprechende Menge Sauerstoff O₂.

Bei den Varianten der Deutschen Einheitsverfahren (DEV H41, H43 und H44, DIN 38409) wird das verbliebene Dichromat titrimetrisch mit Ammoniumeisen(II)-sulfat-Lösung und Ferroin-Indikator bestimmt. Titrimetrisch bedeutet, dass die Menge eines Stoffes durch die kontrollierte Zugabe einer Maßlösung ermittelt wird.

Auf Kläranlagen und anderen wassertechnischen Anlagen ohne Labor oder geschultes Laborpersonal werden meist Küvetten-Schnelltests verwendet. Sie enthalten die nötigen Reagenzien, erfordern nur wenige Laborgeräte und können mit geringen Vorkenntnissen eingesetzt werden. Anders als bei den DEV wird der Dichromatverbrauch dabei photometrisch bestimmt, also anhand einer Lichtmessung.

Belastung von Haushaltsabwasser

Der CSB quantifiziert vor allem die Belastung von Abwasser mit organischen Stoffen. Er erfasst biologisch abbaubare und biologisch nicht abbaubare organische Stoffe sowie einige anorganische Stoffe. Zusammen mit dem Biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB), der den Sauerstoffverbrauch biologischer Abbauvorgänge beschreibt, liefert er Hinweise auf die Art und Qualität der Belastung.

Bei häuslichem Abwasser beträgt der Kaliumchromat-CSB in der Regel etwa 600 mg/l und ist damit ungefähr doppelt so hoch wie der BSB₅. Der Kaliumpermanganat-CSB liegt bei 300 bis 400 mg/l. In industriellem und gewerblichem Abwasser können die Werte zehnmal höher sein. Die Werte sind wichtig für Bemessung, Dimensionierung und betriebliche Kontrolle von Abwasser-Kläranlagen.

Teilfraktionen und Ablauf einer Kläranlage

Der CSB lässt sich in Teilfraktionen gliedern:

• Partikulärer CSB umfasst partikulär-dispers im Wasser vorhandene, durch Dichromat oxidierbare Feststoffe. Sie werden von einem Membranfilter mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm zurückgehalten und können biotisch abbaubar oder biotisch nicht abbaubar sein.

• Gelöster CSB umfasst durch Dichromat oxidierbare Stoffe, die einen Membranfilter mit einem Porendurchmesser von 0,45 µm passieren. Dazu gehören gelöste Stoffe und sehr kleine Partikel; auch sie können biotisch abbaubar oder nicht abbaubar sein.

Im Ablauf einer ordnungsgemäß funktionierenden biologischen Abwasser-Kläranlage befinden sich hauptsächlich gelöste, biotisch nicht abbaubare organische Stoffe. Hinzu kommen in geringem Umfang biotisch abbaubare organische Stoffe sowie partikuläre organische Stoffe. Die Menge der partikulären Stoffe hängt von der Funktion des Nachklärbeckens ab.

Anwendungen in Kläranlagen

Mit einer CSB-Bilanz lassen sich die Stoffströme organischer Kohlenstoffverbindungen in einer Kläranlage beschreiben. Sie ermöglicht die Abschätzung des Sauerstoffbedarfs im Belebungsbecken, die Beschreibung der Schlammstabilisierung und eine Plausibilitätsprüfung von Messwerten. Außerdem unterstützt sie die Bemessung von Anlagen für Sonderabwässer, deren Zusammensetzung von den Standardwerten kommunalen Abwassers abweicht, etwa bei einem erhöhten Anteil biotisch nicht abbaubarer organischer Stoffe.

Die CSB-Bilanz bildet auch eine Grundlage für die Beschreibung der Reaktionskinetik des Belebtschlammverfahrens. Reaktionskinetik bezeichnet hier den zeitlichen Ablauf der biologischen und chemischen Umsetzungen. Erfahrungswerte erlauben außerdem, den CSB im Überschussschlamm in dessen Trockenmasse (TS) umzurechnen. Das CSB/TS-Verhältnis liegt meist zwischen 1,4 bei ausschließlich aus Biomasse bestehendem Überschussschlamm und 1,0 bei einem erheblichen Anteil anorganischer Feststoffe.

Trinkwasser und Flussbelastung

Die CSB-Bilanz wird darüber hinaus zur Bemessung der Qualität von Trinkwasser verwendet. Im Jahr 2014 wurde erstmals der CSB eines vollständigen Flusses, des Rheins, erfasst. Von etwa 0,5 mg/l in Mainz stieg der Wert kontinuierlich auf 9,5 mg/l an der Rheinmündung.

Insgesamt wurden 128 organische Substanzen ermittelt, die zusammen für diesen Anstieg verantwortlich waren. Sie gehörten zu den Gruppen Pestizide, Arzneimittel, Biozide, Industriechemikalien, Süßstoffe, Betäubungsmittel und Kosmetika.