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Seit langem ist der chemische Sauerstoffbedarf der etablierte Wert, um die Summe der organischen Verunreinigungen in einer Abwasserprobe zu bestimmen. Er sagt aus, wie viel Sauerstoff nötig ist, um alle oxidierbaren Stoffe in einer Wasserprobe durch chemische Oxidation abzubauen. Warum es sinnvoller ist, die Menge des organischen Kohlenstoffs in einer Probe zu bestimmen.Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) soll durch eine nachhaltige Gewässerbewirtschaftung die Gewässer als Bestandteil des Naturhaushalts schützen. Denn Wasser befindet sich im steten Kreislauf – Wasser wird gebraucht, Abwasser entsteht, wird gereinigt und dem Kreislauf wieder zugeführt.Die Mindestanforderungen, um <link href="#nadc20254149205-fig-0001">Abwasser einzuleiten, legt die Abwasserverordnung (AbwV) fest. Entscheidend dabei sind chemische Analysen. In den rechtlichen Verordnungen verankert sind der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) und die Gesamtmenge an Kohlenstoff in organischen Verbindungen in einer Probe (total organic carbon, TOC). Beide eignen sich, um die Summe der organischen Verunreinigungen in einer Abwasserprobe zu bestimmen (<link href="#nadc20254149205-tbl-0001">Tabelle S. 30).<figure xml:id="nadc20254149205-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmcil324qx2wn07up1u9c1uot"><figcaption><label>Abb.1: </label>Wasser wird gebraucht, wird zu Abwasser, wird gereinigt – und von Neuem gebraucht. Bild: Autor, KI-generiert</figcaption></figure></figure><tabular xml:id="nadc20254149205-tbl-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmcil6r61qif607ums1c5ekfx"><figcaption><label>Tab.1: </label>Vergleich von Messmethoden zur Bestimmung der Summe organischer Verbundungen. NDIR = nichtdispersives Infrarot</figcaption></figure></tabular>Der CSB beschreibt, wie viel Sauerstoff nötig ist, um alle oxidierbaren Stoffe in einer Wasserprobe durch chemische Oxidation abzubauen. Er wird nach und nach durch den TOC ersetzt, der weniger umweltschädlich ist, da er instrumentell statt nasschemisch ermittelt wird (<link href="#nadc20254149205-fig-0002">Foto rechts).<figure xml:id="nadc20254149205-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmcil983jqnvh07t9qrmmrf2v"><figcaption><label>Abb.2: </label>Der TOC-L von Shimadzu (TOC: total organic carbon). Moderne TOC-Analysatoren untersuchen eine Wasserprobe vollautomatisch in wenigen Minuten, inklusive Probenvorbereitung. So lässt sich die Summe der organischen Verunreinigungen in einer Abwasserprobe ermitteln.</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Der chemische Sauerstoffbedarf</h2>Organische Verbindungen lassen sich durch die Oxidation mit Sauerstoff vollständig zu Kohlenstoffdioxid abbauen. Um die dazu nötige Menge an Sauerstoff zu bestimmen, wird der Wasserprobe quecksilberhaltige Schwefelsäure zugesetzt. Das enthaltene Quecksilber maskiert Chloridionen, die sonst das Messergebnis durch unerwünschte Oxidationsreaktionen verfälschen würden. Zugefügt wird außerdem eine definierte Menge eines starken Oxidationsmittels, nach DIN-Vorgabe immer Cr6+-Ionen in Form von Kaliumdichromat. Diese Lösung wird zum Rückfluss erhitzt. Bei der Oxidation werden die Cr6+-Ionen zu Cr3+ reduziert. Nach der Reaktion werden die noch vorliegenden, also nicht oxidierten Cr6+-Ionen bestimmt – etwa durch Titration oder photometrisch. Der Anteil des verbrauchten Chromat-Anteils ist äquivalent zum verbrauchten Sauerstoff, also zum chemischen Sauerstoffbedarf.<h2 type="main">Der gesamte organische Kohlenstoff</h2>Um den Gesamtkohlenstoffanteil einer Probe zu bestimmen, der aus organischen Verbindungen stammt, wird meistens die Direktmethode genutzt. Bei dieser wird der Non-Purgeable Organic Carbon (NPOC) ermittelt, der nicht durch eingeleitetes Gas ausblasbare organische Kohlenstoff. Dazu wird die Wasserprobe zuerst mit einer Mineralsäure versetzt. Das setzt anorganische Kohlenstoffverbindungen wie (Hydrogen-)Carbonate zu Kohlenstoffdioxid um. Dieses wird durch ein Spülgas aus der Probe entfernt. Anschließend wird ein Aliquot der so vorbereiteten Probe in sauerstoffhaltiger Atmosphäre auf einen heißen Katalysator injiziert, beispielsweise einen 680 °C heißen Platinkatalysator. Hierbei reagieren organische Komponenten zu Kohlenstoffdioxid, das durch ein Trägergas zu einem nichtdispersiven Infrarot-Detektor (NDIR-Detektor) geleitet und dort erfasst wird.<h2 type="main">Unterschiede der Methoden</h2>Während beim CSB der Sauerstoffverbrauch bei der Oxidation gemessen wird, wird beim TOC der organische Kohlenstoffanteil direkt ermittelt.Für die CSB-Bestimmung wird ein Heizblock mit Luftkühler genutzt, zudem ist eine Bürette oder ein Photometer nötig.Um den TOC-Wert zu messen, werden TOC-Analysatoren genutzt, die in der Regel vollautomatisch die Proben vorbereiten (Ansäuern und Ausgasen) und die Analyse inklusive Auswertung übernehmen. Moderne Analysatoren wie der TOC-L von Shimadzu verfügen sogar über eine automatische Verdünnungsfunktion für Proben und Standardlösungen.Ist das Oxidationsmittel bei der CSB durch zu viele oxidierbare Substanzen vollständig aufgebraucht, ist der gesamte Vorgang mit einer verringerten Probenmenge zu wiederholen.Die Bestimmung des CSB dauert insgesamt wesentlich länger als die des TOC: Den entsprechenden Normen folgend muss die Probe mit zugesetztem Oxidationsmittel 120 Minuten am Rückfluss sieden. Eine durchschnittliche TOC-Bestimmung dauert von der Injektion bis zur vollständigen Detektion 3 bis 4 Minuten – eine Dreifachbestimmung entsprechend kaum 15 Minuten (Tabelle).<h2 type="main">Der chemische Sauerstoffbedarf in der Kritik</h2>Der CSB ist ein etablierter Parameter, der seit Jahrzehnten in der Abwasseranalytik eingesetzt wird.Allerdings steht er seit mindestens den 1990er Jahren in der Kritik: Zum einen sind die im CSB-Verfahren definierten Oxidationsbedingungen nicht auf natürliche Verhältnisse übertragbar. Zudem werden neben den organischen Verbindungen etwa Nitrite, Bromide, Iodide, Metallionen oder Schwefelverbindungen oxidiert, die den CSB-Messwert beeinflussen. Zum anderen dauert die Analyse nicht nur wesentlich länger, sondern das CSB-Verfahren benötigt umweltgefährliche Stoffe wie Dichromat und quecksilberhaltige Verbindungen.Die Bestimmung des TOC hingegen erfordert lediglich kleine Mengen einer gering konzentrierten Mineralsäure, beispielsweise einer 1-m-Salzsäure, und ist somit weniger umweltschädlich.<h2 type="main">Der allmähliche Umstieg auf total organic carbon</h2>Der Diskurs, die CSB- auf die TOC-Analyse umzustellen, dauert nun mehr als 30 Jahre an. Der TOC gilt inzwischen als moderner und wird vor allem in der internen Prozessüberwachung immer mehr zum Standard. In der Praxis werden CSB und TOC zunehmend parallel gemessen, und die Vorteile der TOC-Analyse hinsichtlich Dauer, Verbrauch und vor allem Nachhaltigkeit gewinnen an Bedeutung. Die Abwasserverordnung ermöglicht bereits seit langem, den CSB zu berechnen, indem der TOC-Gehalt mit dem Faktor 4 multipliziert wird.Viele Anwender:innen haben in der Vergangenheit mit empirischen und fallbezogenen TOC-/CSB-Faktoren gearbeitet. Inzwischen gibt es immer mehr Branchen wie chemische Industrie, Futtermittel- oder Papierherstellung, in denen der TOC als fester Parameter in der AbwV festgeschrieben ist. Ein allmähliches Umsteigen vom CSB auf den umweltverträglicheren TOC könnte in den kommenden Jahren auch in der Gesetzgebung folgen, beispielsweise bei der Berechnung von Abwassergebühren.<h2 type="main">Hintergrund: Wasserhaushalt und Abwasser</h2>Abwasser ist Wasser, das für häusliche, gewerbliche oder industrielle Zwecke genutzt wurde. Diese Definition entspricht im Wesentlichen der im Wasserhaushaltsgesetz. Um es nachhaltig zu nutzen, ist es nach dem Gebrauch zu reinigen und in den Nutzungskreislauf zurückzuführen. Es sollen also möglichst viele Kontaminanten aus dem Wasser entfernt werden, um es schließlich wieder der Frischwasserversorgung zuzuführen.Dem Statistischem Bundesamt zufolge haben im Jahr 2022 etwa 8 700 öffentliche Kläranlagen zirka 8,33 Mrd. Kubikmeter Abwasser aufbereitet. Hinzu kommen Industrieklär- und industrielle Abwasserreinigungsanlagen (Ara). Die Abwasserverordnung (AbwV) bestimmt die Betreiberpflichten und stellt Anforderungen an die Ara, aber auch an die Abwasserüberwachung, differenziert nach Herkunftsbereich oder Industriezweig. Außer den allgemeinen Beschreibungen enthält die AbwV Anhänge mit speziellen Forderungen an die jeweiligen Herkunftsbereiche. Zudem definiert die AbwV die für die Analysen nutzbaren Techniken und Methoden.Um den Verunreinigungsgrad anfallender Abwässer und die Reinigungsleistung einer Ara zu kontrollieren, werden unterschiedliche Analysentechniken eingesetzt. Dazu zählen spektroskopische oder photometrische Methoden, etwa um Schwermetallgehalte zu bestimmen, aber auch physikalische Kenngrößen wie der pH-Wert oder die elektrische Leitfähigkeit.<h2 type="main">Der Autor</h2>Sascha Hupach ist Total-Organic-Carbon-Spezialist bei Shimadzu Deutschland. <email><a href="mailto:Info@shimadzu.de">Info@shimadzu.de</a></email>

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Seit langem ist der chemische Sauerstoffbedarf der etablierte Wert, um die Summe der organischen Verunreinigungen in einer Abwasserprobe zu bestimmen. Er sagt aus, wie viel Sauerstoff nötig ist, um alle oxidierbaren Stoffe in einer Wasserprobe durch chemische Oxidation abzubauen. Warum es sinnvol...

Plastik abbauen | Mit einem schwimmenden Hybrid-TiO2-Photokatalysator der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shenyang zersetzen sich Polyethylen-, Polypropylen- und Polyvinylchlorid-Abfälle in Wasser zehn- bis hundertmal schneller als mit herkömmlichen TiO2-Materialien. Der neue Katalysator lässt sich aus Titan(IV)-butoxid, Oleylamin und Ethylendiamintetraessigsäure herstellen und setzt photokatalytisch langlebige Superoxid-Radikale frei.Nat. Commun., doi: 10.1038/s41467–025–59467-xPolymilchsäure im Darm | Mikropartikel aus Polymilchsäure (PLA), die etwa aus Lebensmittelverpackungen in den Organismus gelangen, wirken auf den Darm von Mäusen. Das haben Forschende der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking mit 13C-Isotopenmarkierung herausgefunden. Die Darm-Mikrobiota metabolisiert die PLA-Partikel; das treibt die Harnsäuresynthese an. In der Darmschleimhaut beeinflusst PLA den Kohlenstofffluss sowie den Energiehaushalt. Die Tiere fressen weniger und nehmen ab.PNAS, doi: 10.1073/pnas.2417104122Angelabfall im Meer | Meerwasser zersetzt langsam Müll von Fischereigeräten wie Netzen, Körben und Angelschnüren aus Nylon, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyethylen (PE) oder Polyethylenterephthalat (PET), wie ein japanisches Forschungsteam herausgefunden hat. Bisher galten die Materialien als biologisch nicht abbaubar.Zur Nedo-Pressemeldung: <url href="https://t1p.de/nvqvk"><a href="https://t1p.de/nvqvk" target="_blank">t1p.de/nvqvk</a></url>Mit Poesie analysieren | Ein Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Wuhan hat untersucht, wie sich der Jangtse-Schweinswal in den letzten 1400 Jahren verbreitet hat. Er ist unter anderem durch Gewässerverschmutzung bedroht. Für ihre Studie nutzten die Forschenden Hinweise auf den Wal aus 724 chinesischen Gedichten, die zeigen: Seit der Tang-Dynastie (618 — 907 n. Chr.) ist das Verbreitungsgebiet der Schweinswale um 65 Prozent geschrumpft.Curr. Biol., doi: 10.1016/j.cub.2025.02.052Rolf Schmid, <a href="https://window-to-china.de" target="_blank">window-to-china.de</a>,<a href="https://window-to-japan.eu" target="_blank">window-to-japan.eu</a>

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