Ausgehend von verschiedenen Industrien gibt es entsprechend viele Typen von Industrieabwasser. Jede Branche produziert ihre eigenen besonderen Kombinationen von Schadstoffen, wie z.B. gelöste, partikuläre, saure oder toxische Verunreinigungen. Abwasser aus der Industriezone (IZ) Tra Noc, Vietnam, stammt aus verschiedenen Industriezweigen wie z.B. der Lebensmittelindustrie, Pestizidfabriken, pharmazeutischen Unternehmen und der Stahlindustrie. Ohne adäquate Behandlung der Abwässer können diese großen Einfluss auf das aquatische Ökosystem und das menschliche Leben haben. Im Rahmen des deutsch-vietnamesischen AKIZ Projekts in Vietnam wird eine verlässliche Abwasseranalyse und -aufarbeitungsverfahren installiert und an die Gegebenheiten vor Ort adaptiert. Im Labor vor Ort erfolgten die Vergleichsmessungen zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) zwischen Hochtemperaturverfahren und CSB-Küvettentest. Das Hochtemperaturverfahren war das Verfahren erster Wahl, weshalb stichprobenartig Vergleichsmessungen durchgeführt wurden.

Definition und Messung des CSB
Der CSB charakterisiert die Menge an Sauerstoff, die benötigt wird, um die organischen Belastungen einer Probe vollständig zu oxidieren. Das am häufigsten angewandte Verfahren zur Bestimmung ist die nass-chemische Kaliumdichromat-Methode (DIN 38409-41). Hierbei wird die benötigte Menge Sauerstoff über den Verbrauch des Oxidationsmittels Kaliumdichromat (K₂Cr₂O₇) bestimmt. Das Analysenverfahren dauert ca. 2,5 h und setzt den Einsatz gefährlicher Chemikalien voraus. Aufgrund dieser Nachteile erfolgt die CSB-Bestimmung in der Praxis oft mittels sogenannter Küvettentests (DIN EN ISO 15705). Diese Test-Kits enthalten bereits alle Chemikalien in geringen Mengen, sind somit einfacher in der Handhabung und ermöglichen eine schnellere Bestimmung des CSB im Vergleich zur Kaliumdichromat-Methode nach DIN 38409-41.

Bild 1: Abwasser einer Shrimp-Fabrik in Vietnam.

Bestimmung mittels Hochtemperatur
In Anlehnung an das amerikanische Standardverfahren zur Ermittlung des Totalen Sauerstoffbedarfs (ASTM D6238-98) entwickelte die LAR Process Analysers AG ein CSB-Messgerät für die Nutzung im Labor – den QuickCODlab. Die Wasserprobe wird mittels Präzisionsspritze, die stufenlos zwischen 1...200 µg/l einstellbar ist, in den Ofen injiziert. Im Ofen wird die Probe bei 1200 °C in einem Trägergasstrom oxidiert. Das Trägergas besteht aus einem Gemisch aus Stickstoff und Luft. Die automatische Trägergasversorgung sichert eine ausreichende, exakt bestimmte O₂-Konzentration für die vollständige Oxidation. Diese steht in enger Beziehung zum erwarteten Sauerstoffbedarf und wird mittels individueller Auswahl des passenden Messbereichs softwareseitig eingestellt. Die technische Umsetzung der automatischen Sauerstoffzufuhr der für die Oxidation benötigten Menge Sauerstoff war bei früher existierenden Geräten problematisch. Die LAR hat diese Herausforderung überwunden. Der thermische Aufschluss bei einer Temperatur von 1200 °C gewährleistet die zuverlässige Aufspaltung aller organischer Verbindungen in der Probe.

Im Vergleich zum Küvettentest kommt es bei der thermischen Aufschlussmethode zu keinen Querempfindlichkeiten bei Cl^-, Fe²⁺ und S^2–. Auf Grund des hohen Oxidationspotentials des Hochtemperaturverfahrens benötigt das Verfahren keine gefährlichen bzw. ätzenden Reagenzien.

Bild 2: CSB-Labormessgerät QuickCODlab.

Abwasser aus der Verarbeitung von Meeresfrüchten
In der IZ Tra Noc werden viele Arten von Meeresfrüchten, wie Weichtiere (z.B. Muscheln), Krustentiere (z.B. Krabben) sowie Salz- und Süßwasserfische, verarbeitet. Bei der Verarbeitung wird Abwasser produziert, das Schadstoffe in löslicher, kolloidaler und partikulärer Form enthält. Der Grad der Kontamination ist abhängig von den jeweiligen Prozessschritten und kann sowohl gering (Waschvorgang) als auch schwer (abgelassenes Blutwasser aus den Sammelbehältern der Fische) ausfallen.

Das Abwasser einer Shrimpverarbeitungsfabrik vor Ort enthält einen hohen Anteil an stickstoffhaltigen Verbindungen. Diese beeinträchtigten die CSB-Messung der thermischen Aufschlussmethode. Bei der Probenmatrix konnten zunächst keine plausiblen Ergebnisse erhalten werden. Folglich wurde ein Korrekturfaktor bestimmt, um den Einfluss der stickstoffhaltigen Verbindungen bei der Oxidation zu eliminieren. Die korrigierten Ergebnisse des QuickCODlab stimmen mit denen des Küvetten-Tests nahezu überein. Das Balken-diagramm (Bild 3) illustriert die Messergebnisse beider Messverfahren und verdeutlicht, dass beide Verfahren die CSB-Konzentration genau bestimmen.

Bild 3: Vergleich der Messergebnisse des Abwassers einer Schrimp-Fabrik.

Abwasser der Obst- und Gemüseindustrie
Bei der Verarbeitung von Obst und Gemüse fallen Abfälle wie Samen und Gemüseschalen, Lebensmittelzusatzstoffe, Rückstände der verarbeiteten Produkte sowie Salz an. Die Abwasserzusammensetzung ist daher sehr heterogen. Nach dem Deutschen Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung müssen heterogene Proben vor der Messung vorbehandelt werden, um sicherzustellen, dass Partikel in der Messung mit erfasst werden. Aus diesem Grund wurden die partikelhaltigen Proben vor der Messung homogenisiert.

Tabelle 1 (Seite 16) zeigt, dass die Hochtemperatur-CSB-Resultate den Ergebnissen des Küvetten-Tests vergleichbar sind, die Abweichung der Ergebnisse beider Methoden beträgt 3,6...8,2 %. Die Abweichungen der Messergebnisse sind auf die Oxidierbarkeit der Partikel in den Proben zurückzuführen. Aufgrund des hohen Oxidationspotentials der 1200 °C oxidiert das CSB-Laborgerät selbst Proben mit einem hohen Anteil an Schwebstoffen vollständig und erfasst so zuverlässig den hierfür benötigten Sauerstoffbedarf.

Tabelle 1: Ergebnisse einer Früchte verarbeitenden Fabrik.

Abwasser einer Flaschenreinigungsmaschine
Beim Reinigungsprozess werden zurückgenommene Bierflaschen und -fässer mit alkalischen und sauren Reinigungsmitteln gewaschen. Aluminiumetiketten werden in der Wäsche mit Natriumhydroxid (NaOH) entfernt. Anschließend werden die Bierreste und Etiketten in das Abwasser geleitet. Zusätzlich enthält das Abwasser häufig einen hohen Anteil an Schwebstoffen, die sich aus Papier und anderen Abfallprodukten zusammensetzen.

Aufgrund des Reinigungsprozesses ist das Abwasser hoch alkalisch und weist eine hohe Salzkonzentration auf. Die Konzentrationen betragen bis zu 12 g/l Aluminium und 20 g/l NaOH. Im Rahmen der thermischen Aufschlussmethode werden die Salzbestandteile bei einer Temperatur von 1200 °C aufgelöst. Sie bewegen sich in flüssiger Form und werden schließlich zusammen mit dem Kondensat aus dem Ofen geführt. So wird sichergestellt, dass keine Salzablagerungen im Ofen entstehen.

Tabelle 2: Ergebnisse vom Abwasser einer Flaschenreinigungsmaschine

Tabelle 2 verdeutlicht, dass das Laborgerät selbst bei stark salzhaltigen Proben die CSB-Konzentration sicher erfasst, die Abweichung beider Messmethoden beträgt 1,6...3,7 %.

Zusammenfassung
Im Allgemeinen kann bereits nach zweijähriger Anwendung des thermischen Verfahrens festgehalten werden, dass der QuickCODlab viele Vorteile bietet. Das Hochtemperatur-CSB-Gerät ist bei einem sehr breiten Spektrum verschiedener Abwassermatrizen anwendbar. Es wird u.a. bei der Überwachung einer Pilotanlage zur Rückgewinnung von wertvollen Materialien durch Membranfilterung (Rückgewinnung von Natronlauge, Aluminium aus dem Abwasser der Flaschenwäsche und Rückgewinnung von Stickstoff vom Abwasser aus dem Produktionsprozess von Chitin) eingesetzt. Da es keine Chemikalien benötigt, ist das Laborgerät zudem nicht nur sehr umwelt- und anwenderfreundlich, sondern auch kosteneffektiv. Die Messergebnisse stehen je nach Applikation nach 2...4 min zur Verfügung, wodurch den Betreibern der Pilotanlagen schnelle Handlungsmaßnahmen im Falle einer hohen Konzentration eingeräumt werden. Das CSB-Messgerät stellt somit eine zuverlässige, schnelle und umweltfreundliche Alternative zu bisherigen Bestimmungsverfahren dar.