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Das Geheimnis des chemischen Sauerstoffbedarfs: Warum ist die Messung der Wasserqualität so wichtig?
In der heutigen Umweltchemie ist der Chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ein wichtiger Indikator, der den Sauerstoffverbrauch einer wässrigen Lösung angibt. Dieser Indikator wird oft in Milligramm pro Liter (mg/l) ausgedrückt und ermöglicht eine schnelle quantitative Bestimmung des Gehalts an organischen Stoffen im Wasser. Der CSB-Test wird am häufigsten verwendet, um oxidierbare Schadstoffe in Oberflächengewässern (wie Seen und Flüssen) oder im Abwasser zu quantifizieren. Bei der Prüfung der Wasserqualität dient der COD (chemischer Sauerstoffbedarf) als Indikator zur Analyse der Auswirkungen von Abwassereinleitungen auf Aufnahmesysteme, ähnlich dem biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB).
Grundsätze der CSB-Untersuchung
Grundlage der CSB-Messung ist, dass fast alle organischen Verbindungen unter Einwirkung starker Oxidationsmittel vollständig zu Kohlendioxid oxidiert werden können. Normalerweise läuft diese Reaktion im sauren Milieu ab, weshalb dem Test häufig Schwefelsäure zugesetzt wird. Der Test wurde in einer sauren Umgebung mit Kaliumchromat als Oxidationsmittel durchgeführt. Das Ergebnis dieser Reaktion ist:
CnHaObNc + (n + a/4 - b/2 - 3/4c) O2 → n CO2 + (a/2 - 3/2c) H2O + c NH3
Die Ergebnisse dieser chemischen Reaktion zeigen, dass durch die Messung der benötigten Sauerstoffmenge der Gehalt an organischen Stoffen in der Wasserprobe indirekt berechnet werden kann.
Messverfahren mit Kaliumchromat
Kaliumchromat ist eine Verbindung, die in einer sauren Umgebung stark oxidierende Eigenschaften aufweist. Bei der Durchführung von CSB-Tests wird häufig Schwefelsäure hinzugefügt, um sicherzustellen, dass die Reaktion unter sauren Bedingungen stattfindet. Während des gesamten Reaktionsprozesses wird Kaliumchromat zu Cr3+ reduziert, und die Menge an erzeugtem Cr3+ ist ein indirekter Indikator für die Messung organischer Stoffe in Wasserproben. .
CnHaObNc + d Cr2 O72- + (8d + c) H+ → n CO2 + (a + 8d - 3c)/2 H2O + c NH4+ + 2d Cr3+
Messverfahren und Berechnungsmethode
Während der Messung muss ein Überschuss an Kaliumchromat aufrechterhalten werden, um sicherzustellen, dass alle organischen Stoffe vollständig oxidiert werden können. Nachdem die Oxidationsreaktion abgeschlossen ist, wird Eisenammoniumsulfat (FAS) zur Titration verwendet, um das reduzierte Cr3+ zu bestimmen, sodass der Gehalt an organischer Substanz genau berechnet werden kann. Die Formel zur Berechnung des COD lautet wie folgt:
Dabei ist b das FAS-Volumen in der Blindprobe und s das FAS-Volumen in der Originalprobe. Der berechnete COD-Wert wird in mg/l angegeben.CSB = 8000 × (b - s) / Probenvolumen
Anorganische Störstoffe und Umweltschutzbestimmungen
Hohe Konzentrationen oxidierbarer anorganischer Substanzen in Wasserproben können die CSB-Messungen ebenfalls beeinträchtigen. Beispielsweise sind Chloride häufig im Abwasser enthalten und reagieren mit Kaliumchromat, was zu Messfehlern führen kann. Um diesen Effekt zu verringern, können der Probe chemische Mittel wie Quecksilbersulfat zugesetzt werden, um die Störung durch Chlor zu beseitigen. Viele Länder haben zum Schutz der Umwelt zudem strenge Normen für die zulässige Menge an BSB im Abwasser festgelegt. In der Schweiz beispielsweise muss der CSB-Wert des Abwassers zwischen 200 und 1000 mg/L liegen, bevor es eingeleitet werden darf.
Nach diesen Analysen müssen wir uns folgende Frage stellen: Wie können wir angesichts der immer schwerwiegenderen Probleme mit den Wasserressourcen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Wasserqualitätsprüfungen sicherstellen, um unsere Lebensumwelt zu schützen?
