Stellen Sie sich vor, das unsichtbare Schlachtfeld unter der Oberfläche unserer Gewässer: ein ständiger Kampf zwischen Leben und Verunreinigung. Dieses Buch enthüllt die entscheidende Rolle des Biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) und des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) bei der Bewertung der Wasserqualität und des ökologischen Gleichgewichts. Tauchen Sie ein in die Welt der Wasseranalyse, in der mikroskopisch kleine Organismen und chemische Prozesse über das Schicksal ganzer Ökosysteme entscheiden. Entdecken Sie, wie der BSB die Sauerstoffmenge misst, die Mikroorganismen zum Abbau organischer Stoffe benötigen, und somit als Indikator für die biologische Aktivität eines Gewässers dient. Erfahren Sie, wie ein erhöhter BSB zum Sauerstoffmangel und zum Zusammenbruch der aquatischen Lebensräume führen kann. Parallel dazu beleuchtet das Buch den CSB, der die Menge an Sauerstoff quantifiziert, die für die chemische Oxidation organischer Substanzen erforderlich ist, und so ein umfassendes Bild der Wasserverschmutzung liefert. Anhand detaillierter Erklärungen, gängiger Bestimmungsmethoden und praktischer Anwendungsbeispiele wird verdeutlicht, wie BSB und CSB zur Überwachung von Abwassereinleitungen, zur Bestimmung der Gewässergüte und zur Entwicklung effektiver Umweltschutzmaßnahmen eingesetzt werden. Es wird ein Einblick gegeben, wie diese Schlüsselparameter die Vergleichbarkeit von Abwässern aus Industrie und Haushalten ermöglichen und die Grundlage für nachhaltige Strategien im Gewässerschutz bilden. Dieses Buch ist ein unverzichtbarer Ratgeber für alle, die sich für Umweltschutz, Wasserwirtschaft und die Erhaltung unserer natürlichen Ressourcen interessieren – eine Reise in die Tiefen der Wasserchemie, die unser Verständnis für die Fragilität unserer Umwelt nachhaltig verändern wird. Es zeigt die Bedeutung der ständigen Überwachung und die Notwendigkeit, Belastungen unserer Gewässer von vornherein zu verhindern, um die Gesundheit unserer Ökosysteme langfristig zu gewährleisten.
1. Introduction
Wasser ist eine wichtige und unentbehrliche Grundlage unseres Lebens. Wir benötigen es als Trinkwasser genauso wie für den täglichen persönlichen Bedarf im Haushalt und in großen Mengen in der Industrie als Kühl- und Brauchwasser. Als Wasserquelle dienen uns dabei hauptsächlich Oberflächengewässer wie Flüsse und Seen und das Grundwasser. Beide sind Bestandteile des natürlichen Wasserkreislaufes. Mit jeder Entnahme von Wasser greifen wir also in diesen Kreislauf ein und stören ihn damit mehr oder weniger. Doch neben der Wasserentnahme geben wir benutztes Wasser als sog. Abwasser wieder in den Kreislauf zurück. Dieses Abwasser ist mit Stoffen angereichert, die entweder im natürlichen System so nicht zu ⇒nden sind oder nur in wesentlich geringeren Konzentrationen auftreten. Um einen annähernd natürlichen Zustand der Gewässer zu erhalten, muß man einerseits Abwässer vor der Einleitung reinigen und andererseits die Qualität der Gewässer überwachen. Dazu bestimmt man physikalisch und physikalisch-chemische Parameter wie z.B. Trübung, pH- Wert, Temperatur und Gehalt an best. An- und Kationen. Daneben gibt es noch sog. Summenparameter, die Aussagen über in Wasser vorhandene absetzbare ungelöste Stoffe, nicht absetzbare ungelöste Stoffe und nicht absetzbare gelöste Stoffe machen. Letztere bilden etwa ° der Gesamtschmutzfracht kommunaler Schmutzwässer und werden durch indirekte Methoden bestimmt. Dabei erfaßt man die Sauerstoffmenge, die zur mikrobiologischen oder chemischen Oxidation der organischen Schmutzstoffe bis zu anorganischen Endprodukten notwendig ist und benutzt diese als Maß für den Gehalt an organischen Schmutzstoffen. Zwei dieser Parameter, nämlich den BSB und den CSB, wollen wir hier näher vorstellen.
2. Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB)
2.1. Was ist der BSB?
Def. nach HÜTTER (1994): Als Biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) bezeichnet man die volumenbezogene Masse an Sauerstoff, die von den Mikroorganismen verbraucht wird, um die im Wasser vorhandenen organischen Stoffe bei 20°C oxidativ abzubauen.
- Angabe im mg O2 / l H2O
- Die beim Abbau bei 20°C dem Wasser entzogene Sauerstoffmenge wird auf eine bestimmte Anzahl von Tagen bezogen, im Fall des BSB5 auf 5 Tage.
- BSB ist ein Maß für die biologische Aktivität eines Gewässers
- Abbau org. Stoffe führt zu Sauerstoffentzug, möglicherweise zu Sauerstoffmangel im Gewässer → Absterben der O2-atmenden Lebewesen → Zusammenbruch der Gewässerökologie ↲
- Grenzwert für BSB5 bei Abwassereinleitung in Gewässer - Überwachung durch Wasserbehörden
- Biologische Oxidation dauert bedeutend länger als vergleichbare chemische Prozesse → für vollständigen Abbau org. Stoffe in häuslichen Abwässern benötigen Mikroorganismen ca. 20 Tage (BSB20)
- In der Praxis wird meist der BSB5 bestimmt (Zeit!) → = 70%iger Abbau, in einigen Fällen genügt es auch den BSB1 oder BSB2 (Fischereigewässer) zu bestimmen (→ Umrechnungsfaktoren Bsp: BSB1 → BSB5 = BSB1 * 3,33).
- Einflußfaktoren auf den BSB:
⇒ Art und Anzahl der vorhandenen Mikroorganismen im Wasser
⇒ geeignete Lebensbedingungen für die Mikroorganismen ausreichendes Sauerstoff- und Nährstoffangebot Temperatur: Standard 20°C
keine toxischen Stoffe, die Bakterientätigkeit hemmen
⇒ Art und Konzentration der verwertbaren Stoffe
⇒ Licht (Dunkelheit!
→ Verhinderung des Algenwachstums) § Mikrobielle Oxidation läuft in zwei Stufen ab:
1. oxidativer Abbau des C-Gerüstes unter Freisetzung des org. gebundenen N in Form von NH4-N
2. Nitri⇒kation: NH4-N → NO2- → NO3- (1mg NH4-N benötigt 4,27mg/l O2 [HÜTTER 1994])
2.2. Bestimmung des BSB
BSB-Bestimmung im Labor versucht alle natürlichen Selbstreinigungsprozesse in Gewässern bzw. die Prozesse der biologischen Abwasserreinigung nachzuvollziehen.
Varianten der BSB-Bestimmung:
- Methode nach Winkler → Verdünnungs-BSB (nach DIN 38 409-H 51)
- Methode nach Viehl → Bestimmung des BSB in mit reinem O2 angereicherten Proben
- Prinzip nach Warburg → Bestimmung des BSB aus der Sauerstoffzehrung (manometrisch) als Druckabfall in der über der Wasserprobe be⇒ndlichen Gasphase
- Verfahren nach Leithe → Bestimmung des BSB5 aus der Differenz der CSB-Werte zu Beginn und am Ende der fünftägigen Inkubation
2.3. Beispiele für die Anwendung des BSB
- Vergleichbarkeit von Abwässern aus Industrie und Haushalt mittels EGW (Einwohnergleichwert):
1 EGW = 60g BSB5/Tag → Sauerstoff, der nötig ist, um 70% der Menge an biologisch abbaubaren Stoffen, die ein Durchschnittsbürger pro Tag mit dem Abwasser produziert, abzubauen. Diese Menge an abbaubaren Stoffen sind in etwa 130 - 150l Abwasser enthalten [Fritsche 1999].
- Bestimmung der Gewässergüte anhand des BSB5
3. Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)
3.1. Was ist der CSB?
- Neben BSB spielt CSB eine große Rolle bei der Beurteilung von häuslichen und gewerblichen Abwässern
- CSB ist ein Summenparameter und Verschmutzungsindikator für die org. Belastung eines (Ab-)wassers
Def. nach HÜTTER (1994): Als Chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) bezeichnet man die volumenbezogene Masse an Sauerstoff, die einem Oxidationsmittel zur Oxidation organischer Stoffe zu CO2 und H2O entzogen wird. Oxidationsmittel sind dabei K2Cr2O7 und KMnO4.
3.2. Bestimmungsmethoden für den CSB
Es sind vier Verfahren gebräuchlich:
1. Maßanalytisch nach DIN 38 409-H 41 (Bestimmung des CSB im Bereich > 15mg/l)
2. Maßanalytisch nach DIN 38 409-H 44 (Bestimmung des CSB im Bereich < 15mg/l)
3. Photometrisch: CSB-Küvettentest
4. Maßanalytisch über KMnO4-Verbrauch
Wirkungsprinzip:
- Analysenprobe wird mit Kaliumdichromat als Oxidationsmittel und Silbersulfat als Katalysator in stark schwefelsaurer Lösung 120min auf 148°C erhitzt.
- Dabei oxidieren die Cr(VI)-Ionen die organischen Stoffe und werden dabei zu Cr(III)- Ionen reduziert.
⇒ Gleichung: Cr2O72- + 6e- + 14H3O+ → 2Cr3+ + 21 H2O [HÜTTER (1994), S.305]
3.3. Anwendung des CSB
Einteilung der Gewässergüteklasse nach CSB [BAUR (1998)]:
Gewässergüteklasse CSB [mg/l]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
4. Zusammenfassung und Ausblick
CSB und BSB spiegeln die Komplexität des organischen Materials in Gewässern in gewissem Maße wider. Sie dienen neben DOC und TOC der schnellen Beurteilung des Belastungszustandes eines Gewässers. Der BSB gibt indirekt den organischen Kohlenstoffanteil wieder, da Mikroorganismen für den Abbau Sauerstoff benötigen. Der CSB gibt den Verbrauch eines Oxidationsmittels an. Generell gibt das Verhältnis von CSB zu BSB den Anteil mikrobiell abbaubarer Inhaltsstoffe an der Gesamtmenge oxidierbarer Stoffe wieder. Industrieabwässer haben ein CSB : BSB - Verhältnis von 2 : 1, kommunale Abwässer von 1,5 : 1. Wichtig zu erkennen ist, daß die Ergebnisse von CSB und BSB nicht unmittelbar miteinander verglichen werden können, da der BSB zum Beispiel nur mikrobiell abbaubare Stoffe oxidiert. Außerdem sind beide Größen Summenparameter, hinter denen sich die äußerst komplexe Natur der organischen Verbindungen verbirgt. [SIGG u. STUMM (1994)]
CSB und BSB sind Momentaufnahmen. Wenn die Ergebnisse vorliegen, ist die Verunreinigung schon weitergezogen. Deshalb ist es wichtig, chemische und physikalische Parameter mit der biologischen Beurteilung zu kombinieren, da diese ein Langzeitparameter ist.
Grundsätzlich sollte Gewässerschutz nicht erst mit der Aufnahme vorhandener Belastungen beginnen, sondern diese bereits im Vorfeld verhindern.
Literaturverzeichnis:
- Hütter, L. A. (1994): Wasser und Wasseruntersuchung, 6.Auflage, Salle + Sauerländer: Frankfurt/Main
- Baur, W. H. (1998): Gewässergüte bestimmen und beurteilen, 3.Auflage, Parey Buchverlag: Berlin
- Bever, J., Stein, A., Teichmann, H. [Hrsg.] (1993): Weitergehende Abwasserreinigung, 2.Auflage, Oldenbourg-Verlag: München
- Fritsche, W. (1998): Umweltmikrobiologie: Grundlagen und Anwendungen, 1.Auflage, Gustav Fischer Verlag: Jena
- Fritsche, W. (1999): Mikrobiologie, 2.Auflage, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg: Berlin
- DIN Deutsches Intsitut für Normung e.V. [Hrsg.] (1987): Abwasser-Analysenverfahren: Normen, WHG, AbwasserVwV, 1.Auflage, Beuth Verlag: Berlin
- Verbindungsstelle Landwirtschaft-Industrie e.V. [Hrsg.] (1988): Produktionsfaktor Umwelt: Wasser, 1.Auflage, VDI Verlag: Düsseldorf
Häufig gestellte Fragen
Was ist der BSB (Biochemischer Sauerstoffbedarf)?
Der Biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) ist die volumenbezogene Masse an Sauerstoff, die von Mikroorganismen verbraucht wird, um organische Stoffe in Wasser bei 20°C oxidativ abzubauen. Er wird in mg O2 / l H2O angegeben.
Warum ist der BSB wichtig?
Der BSB ist ein Maß für die biologische Aktivität eines Gewässers. Ein hoher BSB deutet auf eine hohe Konzentration an organischen Stoffen hin, die von Mikroorganismen abgebaut werden. Dieser Abbau verbraucht Sauerstoff, was zu Sauerstoffmangel und zum Absterben von sauerstoffatmenden Lebewesen führen kann.
Wie wird der BSB bestimmt?
Es gibt verschiedene Methoden zur BSB-Bestimmung im Labor, darunter die Methode nach Winkler (Verdünnungs-BSB), die Methode nach Viehl, das Prinzip nach Warburg (manometrisch) und das Verfahren nach Leithe (basierend auf der CSB-Differenz).
Was beeinflusst den BSB?
Der BSB wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Art und Anzahl der Mikroorganismen, geeignete Lebensbedingungen (Sauerstoff, Nährstoffe, Temperatur), das Vorhandensein toxischer Stoffe, die Art und Konzentration der verwertbaren Stoffe und Licht (bzw. Dunkelheit zur Verhinderung von Algenwachstum).
Was ist der EGW (Einwohnergleichwert) im Zusammenhang mit dem BSB?
Der EGW ist ein Maß für die Vergleichbarkeit von Abwässern. 1 EGW entspricht 60g BSB5/Tag, also der Sauerstoffmenge, die benötigt wird, um 70% der biologisch abbaubaren Stoffe abzubauen, die ein Durchschnittsbürger pro Tag mit dem Abwasser produziert.
Was ist der CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf)?
Der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist die volumenbezogene Masse an Sauerstoff, die einem Oxidationsmittel (z.B. K2Cr2O7 oder KMnO4) zur Oxidation organischer Stoffe zu CO2 und H2O entzogen wird. Er ist ein Summenparameter und Verschmutzungsindikator für die organische Belastung eines (Ab-)wassers.
Wie wird der CSB bestimmt?
Gebräuchliche Verfahren zur CSB-Bestimmung sind die maßanalytischen Methoden nach DIN 38 409-H 41 und DIN 38 409-H 44, der photometrische CSB-Küvettentest und die maßanalytische Bestimmung über KMnO4-Verbrauch.
Was sagt das Verhältnis von CSB zu BSB aus?
Das Verhältnis von CSB zu BSB gibt den Anteil mikrobiell abbaubarer Inhaltsstoffe an der Gesamtmenge oxidierbarer Stoffe wieder. Industrieabwässer haben typischerweise ein höheres CSB:BSB-Verhältnis als kommunale Abwässer.
Wie werden CSB und BSB bei der Beurteilung der Gewässergüte eingesetzt?
CSB und BSB sind wichtige Parameter zur Beurteilung des Belastungszustandes eines Gewässers. Sie werden in Kombination mit anderen chemischen, physikalischen und biologischen Parametern verwendet, um die Gewässergüte zu bestimmen und zu überwachen. Gewässerschutz sollte idealerweise Belastungen bereits im Vorfeld verhindern.
- Quote paper
- Sandra Neumann (Author), 1999, Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) - Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/97137
