Dieser Artikel hilft Ihnen zu verstehen, was TOD, TOC, COD und BOD sind.

Es gibt zwei Arten von umfassenden Indikatoren für den Gehalt an organischer Substanz in der Abwasserbehandlung:

● Eine Art ist ein Indikator, der in Form des Sauerstoffbedarfs ausgedrückt wird, der der Menge an organischer Substanz im Wasser entspricht, wie z. B. biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB), chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und Gesamtsauerstoffbedarf (TOD);

● Eine Art ist ein Indikator, der in Kohlenstoff ausgedrückt wird, wie zum Beispiel der gesamte organische Kohlenstoff (TOC).

Bei gleicher Abwasserart unterscheiden sich die Werte dieser Indikatoren im Allgemeinen, und die Reihenfolge ihrer numerischen Größe ist: TOD > COD > BSB₅ > TOC

01 Gesamtsauerstoffbedarf (TOD)

Der Gesamtsauerstoffbedarf (TOD) bezeichnet die Sauerstoffmenge, die benötigt wird, um reduzierende Substanzen in Wasser bei hohen Temperaturen zu stabilen Oxiden zu verbrennen. Das Ergebnis wird in mg/L gemessen. Der TOD-Wert gibt die Sauerstoffmenge an, die erforderlich ist, um nahezu alle organischen Stoffe im Wasser (einschließlich Kohlenstoff C, Wasserstoff H, Sauerstoff O, Stickstoff N, Phosphor P, Schwefel S und anderer Komponenten) zu CO₂, H₂O, NOₓ, SO₂ usw. zu verbrennen.

Der TOD-Wert liegt näher am theoretischen Sauerstoffbedarf als BSB, CSB und der Permanganatindex. Der Gesamtsauerstoffbedarf (TOD) wird durch die Sauerstoffmenge bestimmt, die bei der Verbrennung und Oxidation organischer Stoffe bei 900 °C in einem Spezialbrenner mit Platin als Katalysator verbraucht wird. Das Messergebnis liegt näher am theoretischen Sauerstoffbedarf als der CSB-Wert.

02 Gesamter organischer Kohlenstoff (TOC)

Der Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC) ist ein umfassender Indikator, der indirekt den Gehalt an organischer Substanz im Wasser anzeigt. Er gibt den Gesamtkohlenstoffgehalt der organischen Substanz im Abwasser in mg/L Kohlenstoff (C) an. Im Allgemeinen kann der TOC-Wert von kommunalem Abwasser 200 mg/L erreichen, während er bei Industrieabwasser deutlich stärker schwankt und Zehntausende von mg/L betragen kann. Nach der biologischen Nachbehandlung liegt der TOC-Wert von Abwasser in der Regel unter 50 mg/L.

Die Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) ähnelt der Bestimmung des gesamten organischen Sauerstoffs (TOD). Dabei werden Wasserproben bei einer hohen Temperatur von 900 °C mit Platin als Katalysator oxidiert und verbrannt. Die Zunahme des CO₂ im Gas wird gemessen, um den Gesamtkohlenstoffgehalt der Wasserprobe zu bestimmen. Dieser Wert ist ein umfassender Indikator für die Gesamtmenge an organischer Substanz in der Wasserprobe.

Da die TOC-Bestimmung eine Hochtemperaturverbrennung nutzt, werden alle organischen Stoffe oxidiert. Sie gibt die Gesamtmenge an organischen Stoffen direkter an als BSB oder CSB. Daher wird sie häufig zur Beurteilung des Grades der organischen Belastung in Gewässern eingesetzt.

03 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)

Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) bezeichnet die Menge an Sauerstoff, die bei der Reaktion organischer Stoffe in Wasser mit starken Oxidationsmitteln (wie Kaliumdichromat, Kaliumpermanganat usw.) unter bestimmten Bedingungen aus dem verbrauchten Oxidationsmittel freigesetzt wird. Er wird in mg/L Sauerstoff gemessen. Bei Verwendung von Kaliumdichromat als Oxidationsmittel können nahezu alle (90–95 %) organischen Stoffe im Wasser oxidiert werden. Die dabei freigesetzte Sauerstoffmenge wird als chemischer Sauerstoffbedarf (CSB_cr) bezeichnet.

Der CSB-Wert von Abwasser umfasst nicht nur den Sauerstoffverbrauch für die Oxidation nahezu aller organischen Stoffe im Wasser, sondern auch den Sauerstoffverbrauch für die Oxidation reduzierender anorganischer Stoffe wie Nitrit, Eisen(II)-Salze, Sulfid usw. Der mit Kaliumpermanganat als Oxidationsmittel gemessene chemische Sauerstoffbedarf wird als Kaliumpermanganatindex oder Sauerstoffverbrauch bezeichnet und im Englischen als CODMn oder OC abgekürzt. Die Einheit ist mg/L.

Da die Oxidationsfähigkeit von Kaliumpermanganat schwächer ist als die von Kaliumdichromat, ist der spezifische Wert des Kaliumpermanganat-Index CODMn derselben Wasserprobe im Allgemeinen niedriger als ihr CODCr-Wert, das heißt, CODMn kann nur den Gehalt an leicht oxidierbaren organischen oder anorganischen Stoffen im Wasser anzeigen.

04 Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB)

Der vollständige Name für biochemischen Sauerstoffbedarf lautet biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB). Er gibt die Menge an gelöstem Sauerstoff an, die bei der biochemischen Oxidation organischer Stoffe in Wasser durch aerobe Mikroorganismen bei einer Temperatur von 20 °C und unter aeroben Bedingungen verbraucht wird. Das heißt, er entspricht der Sauerstoffmenge, die zur Stabilisierung biologisch abbaubarer organischer Stoffe im Wasser benötigt wird. Die Einheit ist mg/L.

Der BSB umfasst nicht nur die Menge an Sauerstoff, die durch das Wachstum und die Vermehrung aerober Mikroorganismen oder die Atmung im Wasser verbraucht wird, sondern auch die Menge an Sauerstoff, die durch die Reduktion anorganischer Substanzen wie Sulfid und Eisen(II)-Ionen verbraucht wird, wobei der Anteil dieses Teils jedoch in der Regel sehr gering ist.

Unter natürlichen Bedingungen bei 20 °C dauert die Oxidation organischer Stoffe bis zum Nitrifikationsstadium, d. h. bis zur vollständigen Zersetzung und Stabilisierung, über 100 Tage. In der Praxis wird jedoch häufig der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB₂₀) nach 20 Tagen bei 20 °C als Näherungswert für den gesamten biochemischen Sauerstoffbedarf herangezogen. In der Praxis sind 20 Tage jedoch zu lang, weshalb üblicherweise der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB₅) nach 5 Tagen bei 20 °C als Indikator für den Gehalt an organischen Stoffen im Abwasser verwendet wird.

05 Zusammenhang zwischen BSB5 und CSB

Der BSB₅-Wert ist nicht nur ein wichtiger Indikator für die Wasserqualität, sondern auch ein äußerst wichtiger Kontrollparameter im biologischen Abwasserreinigungsprozess. Aufgrund der langen Messdauer (5 Tage) kann er jedoch den Betrieb von Kläranlagen nicht zeitnah abbilden und steuern und eignet sich daher nur zur Bewertung der Prozesswirkung und zur langfristigen Prozessregelung. Für eine bestimmte Kläranlage lässt sich eine Korrelation zwischen BSB₅ und CSB herstellen, und der BSB₅-Wert kann anhand des CSB-Werts grob abgeschätzt werden, um die Anpassung des Reinigungsprozesses zu steuern. Manchmal, weil in manchen Produktionsabwässern die Bedingungen für mikrobielles Wachstum und Vermehrung fehlen (z. B. aufgrund des Vorhandenseins toxischer organischer Stoffe), kann der BSB₅-Wert nicht genau gemessen werden.

Die Bestimmung des CSB-Wertes von Abwasser ermöglicht eine genaue Ermittlung des Gehalts an organischen Stoffen im Wasser. Allerdings kann der CSB-Wert nicht zwischen biologisch abbaubaren und nicht biologisch abbaubaren organischen Stoffen unterscheiden. Üblicherweise wird das Verhältnis von BSB₅ zu CSB (BSB₅/CSB) verwendet, um die biologische Abbaubarkeit von Abwasser zu beurteilen. Allgemein gilt: Liegt das Verhältnis von BSB₅ zu CSB über 0,3, ist Abwasser biologisch abbaubar. Bei einem Verhältnis unter 0,2 kommen nur noch andere Behandlungsmethoden infrage.

Der CSB-Wert (chemischer Sauerstoffbedarf) ist im Allgemeinen höher als der BSB₅-Wert (biochemischer Sauerstoffbedarf). Die Differenz zwischen beiden Werten gibt annähernd den Gehalt an organischer Substanz im Abwasser wieder, die nicht von Mikroorganismen abgebaut werden kann. Bei Abwasser mit relativ konstanter Schadstoffzusammensetzung besteht in der Regel ein proportionales Verhältnis zwischen CSB und BSB₅, das sich aus beiden Werten ableiten lässt.

TOD steht für die Gesamtmenge aller organischen Stoffe im Wasser, TOC für die Gesamtmenge des organischen Kohlenstoffs im Wasser, COD für den chemischen Oxidationsbedarf organischer Stoffe im Wasser und BSB für den Sauerstoffbedarf für den biologischen Abbau organischer Stoffe im Wasser. Sie haben unterschiedliche Anwendungen und Bedeutungen in der Wasserqualitätsanalyse und -bewertung.