CSB-Rechner - Chemischen Sauerstoffbedarf aus Titrationsdate berechnen

Was ist der chemische Sauerstoffbedarf (CSB)?

Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist ein Maß dafür, wie viel Sauerstoff benötigt wird, um die organischen Stoffe in einer Wasserprobe chemisch abzubauen. Er wird in Milligramm Sauerstoff pro Liter Wasser (mg/L) angegeben. Ein höherer CSB-Wert bedeutet, dass das Wasser mehr oxidierbare Stoffe enthält, was in der Regel auf eine stärkere organische Verschmutzung hinweist. Labore bestimmen den CSB durch Titration; dieser Rechner wandelt die Titrationswerte in ein CSB-Ergebnis um.

Der CSB gehört zu den häufigsten Prüfungen in der Wasserqualitätsanalyse. Kläranlagen bestimmen ihn, um das zulaufende und ablaufende Wasser zu kontrollieren. Umweltwissenschaftler verwenden ihn zur Untersuchung von Flüssen und Seen. Fabriken nutzen ihn, um nachzuweisen, dass ihr Abwasser die gesetzlichen Grenzwerte einhält.

Durchführung der Dichromat-Titrationsprüfung

Der Standard-CSB-Test verwendet eine Chemikalie namens Kaliumdichromat, um die organische Substanz in einer Wasserprobe zu oxidieren. Ein Labortechniker erhitzt die Probe mit Dichromat und starker Säure zwei Stunden lang auf 150 °C (302 °F). Das Dichromat, das nicht mit der Probe reagiert hat, wird anschließend durch Titration gemessen, ein Verfahren, bei dem langsam eine zweite Chemikalie (Eisen(II)-ammoniumsulfat) zugegeben wird, bis ein Farbumschlag anzeigt, dass die Reaktion abgeschlossen ist.

Die Prüfung wird zweimal durchgeführt: einmal mit der tatsächlichen Wasserprobe und einmal mit einer Blindprobe, also derselben Chemikalienmischung ohne Zugabe einer Wasserprobe. Die Blindprobe zeigt die maximal mögliche Menge an Titrationsmittel. Der Vergleich der Titration der Blindprobe mit der Titration der Probe zeigt, wie viel Dichromat die organischen Stoffe in der Probe tatsächlich verbraucht haben.

CSB-Formel

Die CSB-Formel lautet:

CSB (mg/L) = ((Blindprobe − Probe) × N × 8000) / Volumen

Dabei gilt:

• Blindprobe = für die Blindprobe verwendetes Volumen des Titrationsmittels in ml
• Probe = für die Wasserprobe verwendetes Volumen des Titrationsmittels in ml
• N = Normalität des Titrationsmittels in Äquivalenten pro Liter (eq/L)
• Volumen = Volumen der aufgeschlossenen Wasserprobe in ml
• 8000 = eine feste Umrechnungszahl (weiter unten erläutert)

Das Ergebnis kann niemals eine negative Zahl sein. Ergibt die Rechnung einen negativen Wert, gibt der Rechner 0 zurück, da ein negativer Sauerstoffbedarf physikalisch nicht möglich ist.

Warum die Formel 8000 verwendet

Sauerstoff hat eine molare Masse von 32 Gramm pro Mol. Bei dieser Reaktion nimmt jedes Mol Sauerstoff 4 Elektronen auf, sodass seine Äquivalentmasse 32 ÷ 4 = 8 Gramm pro Äquivalent beträgt. Die Umrechnung von Gramm in Milligramm ergibt 8 × 1000 = 8000. Mit dieser Zahl kann die Formel die Normalität des Titrationsmittels, gemessen in Äquivalenten pro Liter, in ein Ergebnis in Milligramm Sauerstoff pro Liter umrechnen.

Durchgerechnetes Beispiel

Angenommen, ein Labormitarbeiter führt eine CSB-Prüfung mit folgenden Ergebnissen durch:

• Volumen des Titrationsmittels für die Blindprobe: 10,0 mL
• Volumen des Titrationsmittels für die Probe: 7,5 mL
• Normalität des Titrationsmittels: 0,1 N
• Probenvolumen: 20 mL

Anwendung der Formel:

CSB = ((10,0 − 7,5) × 0,1 × 8000) / 20 CSB = (2,5 × 0,1 × 8000) / 20 CSB = 2000 / 20 CSB = 100 mg/L

Ein Ergebnis von 100 mg/L liegt im mittleren Bereich und ist typisch für behandeltes Abwasser.

Interpretation eines CSB-Ergebnisses

• Unter 50 mg/L: Niedriger CSB. Typisch für sauberes Wasser, etwa Trinkwasser oder gut gereinigtes Abwasser.
• 50 bis 200 mg/L: Mittlerer CSB. Typisch für behandeltes Abwasser, das aus einer Kläranlage eingeleitet wird.
• Über 200 mg/L: Hoher CSB. Weist auf eine erhebliche organische Verschmutzung hin, etwa bei Rohabwasser oder unbehandeltem Industrieabwasser.

Rohabwasser misst üblicherweise 250 bis 800 mg/L. Industrieabwasser, etwa aus Brauereien oder Lebensmittelbetrieben, kann vor der Behandlung im Bereich von Tausenden mg/L liegen.

Häufige Probleme bei einer CSB-Prüfung

Das Titrationsvolumen der Probe ist höher als das der Blindprobe. Das sollte nicht vorkommen, da die Probe immer etwas vom Titrationsmittel verbraucht. Meist bedeutet es, dass die Messwerte von Probe und Blindprobe vertauscht wurden oder die Blindprobe verunreinigt war.

Chloridstörung. Salzwasser und Sole enthalten Chloridionen, die mit Dichromat auf dieselbe Weise reagieren wie organische Substanz. Dadurch fällt das CSB-Ergebnis zu hoch aus. Labore setzen Quecksilber(II)-sulfat zu, um das Chlorid zu binden. Proben mit mehr als 2.000 mg/L Chlorid erfordern außerdem eine Korrektur.

Sehr hohe Ergebnisse. Ist der CSB einer Probe zu hoch, um mit der Prüfung genau gemessen zu werden, verdünnen Labore die Probe mit sauberem Wasser, wiederholen die Prüfung und multiplizieren das Ergebnis mit dem Verdünnungsfaktor.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen CSB und BSB? Der CSB erfasst alle Bestandteile einer Probe, die durch ein starkes chemisches Oxidationsmittel abgebaut werden können. Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) erfasst nur das, was Bakterien innerhalb von 5 Tagen abbauen können. Die CSB-Bestimmung dauert etwa 2 Stunden und liefert zwischen Laboren vergleichbarere Ergebnisse. Der BSB sagt besser voraus, wie sich die Einleitung in einem natürlichen Fluss oder See auswirkt, da Flüsse Abfälle biologisch und nicht chemisch abbauen.

Warum kann der CSB nicht negativ sein? Der Sauerstoffbedarf kann nicht unter null fallen. Ein negatives Ergebnis in der Formel bedeutet, dass das Titrationsvolumen der Probe größer war als das der Blindprobe, was auf einen Messfehler oder eine Verunreinigung hinweist und nicht auf einen tatsächlich negativen Bedarf. Der Rechner setzt das Ergebnis in diesem Fall auf 0.

Welches Probenvolumen sollte verwendet werden? Das hängt vom Verfahren ab. Das offene Rückfluss-Titrationsverfahren des USGS verwendet 50 mL Probe, während Aufschlussverfahren in kleinen Röhrchen wie die EPA-Methode 410.4 2,5 mL oder 10 mL verwenden. Der erwartete CSB-Bereich und die Stärke der Reagenzien können ein anderes Volumen oder eine Verdünnung erforderlich machen.

Ist dieser Rechner genau? Der Rechner wendet die Formel exakt an, daher ist seine arithmetische Berechnung korrekt. Die Genauigkeit des endgültigen CSB-Werts hängt von der Genauigkeit der eingegebenen Labormessungen ab, einschließlich der Titrationsvolumina und der Normalität des Titrationsmittels.

Kann der CSB für industrielles Abwasser verwendet werden? Ja. Die gleiche Formel gilt für jede Wasserprobe. Industrieproben weisen häufig einen deutlich höheren CSB auf als häusliches Abwasser und müssen vor der Titration möglicherweise verdünnt werden, damit das Ergebnis im messbaren Bereich des Tests liegt.

Referenzen

1. U.S. Environmental Protection Agency. Method 410.4: The Determination of Chemical Oxygen Demand by Semi-Automated Colorimetry. EPA-Methode 410.4 (PDF) — Dichromat-Aufschluss bei 150 °C für zwei Stunden.
2. U.S. Geological Survey, über den National Environmental Methods Index. Oxygen demand, chemical (COD), titrimetric, dichromate oxidation (I-3560-85). USGS-Methode I-3560-85 (PDF) — CSB (mg/L) = (A − B) × N × 8.000 / mL Probe; Quecksilber(II)-sulfat für Chlorid; Korrektur oberhalb von 2.000 mg/L Chlorid.