Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist ein Test, der die Sauerstoffmenge misst, die zur chemischen Oxidation von organischen Stoffen und anorganischen Nährstoffen wie Ammoniak oder Nitrat im Wasser erforderlich ist. Die ersten Methoden zur Quantifizierung des chemischen Sauerstoffbedarfs wurden vor etwa 150 Jahren entwickelt und beinhalten die Aufzeichnung der Farbänderungen einer Permanganatlösung beim Mischen mit Wasserproben. Allerdings gab es erhebliche Unterschiede zwischen den Proben, bei denen diese Verbindung verwendet wurde. Die Anwendung des Dichromatverfahrens für Abwasser wurde 1949 erstmals eingesetzt und perfektioniert.
Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) wird durch einen Labortest bestimmt, bei dem eine Probe für eine bestimmte Zeit und bei konstanter Temperatur (normalerweise 150 Stunden bei 2 Grad) mit einem starken chemischen Oxidationsmittel inkubiert wird. Das am häufigsten verwendete Oxidationsmittel ist Kaliumdichromat, das mit siedender Schwefelsäure verwendet wird. Chemische Oxidationsmittel sind nicht spezifisch für organische oder anorganische Verbindungen und daher werden beide Quellen des Sauerstoffbedarfs in einem chemischen Sauerstoffbedarfstest gemessen. Darüber hinaus misst es nicht das Sauerstoffverbrauchspotenzial, das mit bestimmten gelösten organischen Verbindungen wie Acetat verbunden ist. Daher sind die Messungen nicht direkt mit dem biochemischen Sauerstoffbedarf vergleichbar, können aber als Ergänzung verwendet werden.
Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist ein wichtiger Parameter für die Wasserqualität und wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, darunter:
Messungen des biochemischen Sauerstoffbedarfs und des chemischen Sauerstoffbedarfs werden auch als Indikator für die Größe einer Abwasserbehandlungsanlage verwendet, die für einen bestimmten Standort erforderlich ist.
Tatsächlich sind mit der Messung des chemischen Sauerstoffbedarfs zahlreiche Schwierigkeiten verbunden. Obwohl diese Testmethode in den gesetzlichen Regelungen enthalten ist, ergeben sich bei der Anwendung des Tests folgende Probleme und Schwierigkeiten:
In dieser Hinsicht wird der Übergang von herkömmlichen Labortests zur Überwachung vor Ort (in Echtzeit) dazu beitragen, einige dieser Probleme zu lindern. Zu diesem Zweck werden neue Produkte entwickelt, die den Anwendern eine robuste, wiederholbare und wartungsarme Sensorplattform zur Messung des chemischen Sauerstoffbedarfs in Echtzeit bieten. Bei diesen Produkten handelt es sich um Multiparametergeräte, die eine Reihe optischer Sensoren enthalten. Die Fluoreszenzspektroskopie ist eine selektive und empfindliche optische Technik, die eine Echtzeitmessung gelöster organischer Stoffe vor Ort ermöglicht. Moleküle absorbieren Licht einer bestimmten Wellenlänge und umlaufende Elektronen werden in einen höheren Energiezustand angeregt. Anschließend emittieren die Elektronen Licht einer bestimmten Wellenlänge, um in den Grundzustand zurückzukehren.
Kurz gesagt misst der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) die Menge an Sauerstoff, die zum Abbau organischer Schadstoffe im Wasser erforderlich ist. Ein höherer chemischer Sauerstoffbedarf in einer Probe weist darauf hin, dass sie höhere Konzentrationen oxidierbaren Materials enthält. Wenn dies der Fall ist, weist das Wasser einen niedrigeren Gehalt an gelöstem Sauerstoff auf. Wenn dies geschieht, können die Auswirkungen für höhere Wasserlebewesen umweltschädlich sein. Ziel der Abwasserbehandlung ist daher die Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs im Wasser. Durch die Überwachung des chemischen Sauerstoffbedarfs können Abwasserwirtschaftsunternehmen und -anlagen über die besten Methoden zur Wasseraufbereitung entscheiden. Ohne diese detaillierten Analysen und Informationen ist es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, die richtigen Maßnahmen zu ergreifen.
Zur Messung des chemischen Sauerstoffbedarfs gibt es verschiedene Methoden. Hierzu zählen Online-Tests und Offline-Labormethoden mit Umweltanalysatoren. Das Prinzip hinter der Testmethode für den chemischen Sauerstoffbedarf besteht darin, dass ein starkes Oxidationsmittel unter sauren Bedingungen fast jede organische Verbindung zu Kohlendioxid oxidiert. Die Analyse des chemischen Sauerstoffbedarfs misst die Menge an äquivalentem Sauerstoff, die zur chemischen Oxidation organischer Verbindungen im Wasser erforderlich ist.
Moderne Methoden verwenden hochempfindliche wissenschaftliche Instrumente, sogenannte Umweltanalysatoren. Diese Geräte mischen, erhitzen, kühlen und analysieren dann Proben. Dieses Gerät erkennt auch Unschärfe und sorgt so für zusätzliche Genauigkeit. Bei der Analyse kann das Vorhandensein von Trübungen aufgrund von Interferenzen mit der gemessenen Absorption einer Probe zu Abweichungen von bis zu 30 Prozent vom tatsächlichen Probenwert führen.
Der Prozess der Analyse des chemischen Sauerstoffbedarfs ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie dem biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) schnell. Bei den Messungen unter sauren Bedingungen wird ein starkes Oxidationsmittel verwendet. Typische Oxidationsmittel sind:
Die Grundvoraussetzungen für jede Analyse sind:
Die Analysen erfolgen in zwei Phasen:
Zunächst erfolgt die Verdauung durch die Auslösung einer Reaktion, die Säure, Hitze und einen Katalysator erfordert. Der chemische Sauerstoffbedarf wird dann mit einer der folgenden Methoden gemessen:
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