Biochemischer Sauerstoffbedarf

Der Biochemische Sauerstoffbedarf (BSB, auch Biologischer Sauerstoffbedarf, engl. biochemical oxygen demand, BOD) gibt die Menge an Sauerstoff an, die zum biotischen Abbau im Wasser vorhandener organischer Stoffe unter bestimmten Bedingungen und innerhalb einer bestimmten Zeit benötigt wird. Insbesondere dient der Biologische Sauerstoffbedarf als Schmutzstoffparameter zur Beurteilung der Verschmutzung von Abwasser.

Abwasser- und Gewässerüberwachung

In der Abwasserüberwachung wird häufig nur der BSB aus dem Abbau von Kohlenstoffverbindungen bestimmt (Kohlenstoff-BSB), mit der Zugabe von Allylthioharnstoff (ATH) wird die Nitrifikation gehemmt, um einen Sauerstoffverbrauch für den Abbau von Stickstoff-Verbindungen zu verhindern. In der Gewässerüberwachung wird häufig der gesamte BSB als Summe des Abbaus der Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen gemessen. Beide Messverfahren führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. In Oberflächengewässern kann im Sommer der ungehemmte BSB den 3-fachen Wert des gehemmten BSB erreichen.

Üblicherweise wird der BSB₅ verwendet. Dieser Wert ist die Menge an Sauerstoff in mg/l, den Bakterien und alle anderen im Wasser vorhandene Mikroorganismen bei einer Temperatur von 20 °C innerhalb von fünf Tagen verbrauchen, woraus man auf die Menge der dabei abgebauten organischen Stoffe schließt. Daneben wird gelegentlich noch der BSB₂ und der BSB_∞ bestimmt, die den Sauerstoffbedarf innerhalb von zwei Tagen bzw. bis zum Erlöschen der Atmung, hypothetisch also bis zum Abbau aller biotisch abbaubaren organischen Stoffe angeben. Als Faustregel gilt: BSB₅ ist etwa 70 % des BSB_∞.

Chemischer Sauerstoffbedarf

Zur Beurteilung der Gewässergüte ist neben dem Biochemischen Sauerstoffbedarf auch der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB) von Bedeutung. Hierbei werden alle, auch die nicht biotisch abbaubaren Stoffe durch das starke Oxidationsmittel Kaliumdichromat oxidiert. Der CSB ist deshalb immer größer als der BSB (Ausnahme: stark stickstoffbetonte Abwässer aus der Lebensmittelherstellung wie die aus Schlachthöfen oder Wurstfabriken).

Abwasserinhaltstoffe

Die Relation der beiden Werte liefert eine Aussage über die Art der Abwasserinhaltsstoffe:

• ist BSB₅ = (50 ... 100) % CSB, sind die Inhaltsstoffe gut biotisch abbaubar.
• ist BSB₅ < 50 % CSB können die Inhaltsstoffe nur schlecht biotisch abgebaut werden und verbleiben deshalb lange in der Umwelt oder sie wirken auf Mikroorganismen giftig und können deshalb schlecht abgebaut werden.
• BSB₅ = (12 ... 25) % CSB: dieses Verhältnis hat Abwasser üblicherweise nach einer biologischen Reinigung.

Der BSB₅ soll nur die organischen Kohlenstoffverbindungen erfassen. Das kann gestört sein durch die biotische Oxidation von Ammonium-Ionen bzw. Ammoniak, also durch Nitrifikation. Ein eventuell auftretender Sauerstoffverbrauch durch Nitrifikation muss daher durch die Zugabe von Nitrifikationshemmstoffen (Allylthioharnstoff) unterdrückt werden.

Bestimmungsmethoden

• Manometrisch:
  Das zu untersuchende Wasser wird in eine Flasche (Sapromat) eingebracht, wobei ein Großteil der Flasche mit Luft gefüllt bleibt. Die Flasche wird luftdicht verschlossen und der Druck in dem Gefäß mit einem Manometer bestimmt. Das entstehende CO₂ wird chemisch gebunden. Der Sauerstoffverbrauch bewirkt eine Druckabnahme, woraus der Biologische Sauerstoffbedarf errechnet werden kann. Die Apparatur wird bei konstanter Temperatur gehalten. Vorteil des Verfahrens ist die Möglichkeit der laufenden Aufzeichnung der Entwicklung des Sauerstoffbedarfs, und dass das zu untersuchende Wasser in seiner ursprünglichen Konzentration in den Versuch eingeht (Hemm- und Giftstoffeinfluss). Nachteilig ist der erhebliche apparative Aufwand.

• Verdünnungsmethode:
  Das zu untersuchende Wasser wird soweit mit sauerstoffhaltigem Wasser verdünnt, dass der zu erwartende Sauerstoffbedarf geringer als der in der verdünnten Probe gelöste Sauerstoff ist. Mit der verdünnten Probe wird eine Flasche (Karlsruher Flasche oder Wheaton-Flasche) vollständig gefüllt, dicht verschlossen und dunkel bei konstanter Temperatur aufbewahrt. Der Sauerstoffgehalt wird am Anfang der Bestimmung und nach fünf Tagen gemessen. Aus der Differenz der Sauerstoffgehalte wird der Biologische Sauerstoffbedarf errechnet. Vorteil des Verfahrens ist die einfache Handhabung und der geringe Apparateaufwand. Nachteil ist, dass keine kontinuierliche Erfassung der Entwicklung des Sauerstoffbedarfs möglich ist und Hemm- und Giftstoffe auch verdünnt werden.

• Sapromatmethode:
  Der durch Sauerstoffzehrung und Kohlendioxidabsorption (z.B. an Kaliumhydroxid) verursachte Unterdruck löst einen Impuls aus, durch den elektrolytisch Sauerstoff erzeugt wird, der dem Messgefäß hinzugefügt wird. Aus der Impulszahl kann dann direkt die verbrauchte Sauerstoffmenge abgeleitet werden. Der Vorteil gegenüber den beiden erstgenannten Methoden liegt darin, dass die Messung im Originalabwasser bei gleich bleibender Sauerstoffkonzentration ohne Begrenzung der Messzeit erfolgt und stellt daher die Standardmethode dar.

Einwohnergleichwert

Der Einwohnergleichwert gibt die Belastung von häuslichen Abwässern mit biotisch oxidierbaren Stoffen, ausgedrückt als BSB₅, je Einwohner und Tag an. Er liegt bei etwa 60 g BSB₅ je Einwohner und je Tag.

Die einheitlichen Rahmenbedingungen bei der Messung des Biologischen Sauerstoffbedarfs sind in der DIN EN 1899-1 und 1899-2 festgelegt.

Zusammen mit dem Chemischen Sauerstoffbedarf gibt der BSB Anhaltspunkte zur Qualität der im Abwasser enthaltenen Schmutzstoffe und ist damit auch ein wichtiger Parameter bei der Bemessung, Dimensionierung und der betrieblichen Kontrolle von Abwasser-Kläranlagen.

Literatur

• Klaus Riedel, Gotthard Kunze, Andreas König: Biosensoren für die Umweltkontrolle. Oldenbourg Industrieverlag, 2003, ISBN 978-3-486-26509-5; Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche
• Pfestorf, Kadner: Chemie, ein Lehrbuch für Fachhochschulen. Verlag Harri Deutsch, 2000, ISBN 3-8171-1632-2