3.1.2 Oberflächenwasser

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1 3.1.2 Oberflächenwasser - Die chemische Zusammensetzung hängt vom Untergrund des Einzugsgebietes, von der Zusammensetzung und der Menge des Niederschlages sowie von Zu- und Abfluss ab. - Flusswasser hat einen 20mal höheren Gehalt an gelösten anorganischen Wasserinhaltsstoffen als Regenwasser aber einen geringeren Gehalt als Grundwasser. Ein beachtlicher Anteil der Kationen und Anionen ist allerdings auf amthropogenen Einfluss zurückzuführen (ca. 30 % der Na + -, Ca 2+ - und SO Fracht). - Aufgrund der Zersetzung von tierischen und pflanzlichen Material enthält Oberflächenwasser den höchsten Gehalt an organisch gebundenen Kohlenstoff.

2 - Besonders Fließwasser enthält höhere Konzentrationen suspendierter Feststoffe. - Die wichtigste Verunreinigung von Fließwasser stellen Wasch- und Reinigungsmittel dar.

3 Beurteilung der Wasserqualität Beurteilung der Wasserqualität bezüglich leicht abbaubarer organischer Substanzen durch Einteilung von Oberflächengewässern in Gewässergüteklassen Summenparameter TOC = DOC + POC + VOC (TC = TOC + TIC) Permanganat-Index CSB BSB N-Gehalt, NH 4 + -Stickstoff O 2 -Konzentration Saprobiensystem (Fließgewässer) Andere Belastungen mit toxisch wirkenden Stoffen (Schwermetalle, persistente Stoffe), die - 3- Belastung mit NO 3 und PO 4 (Trophie) oder Gewässerversauerung werden so nicht erfasst! T - totally D - dissolved P - particulate V - volatile Wasserlebewesen Plankton schwebend Benthon substratbewohnend höhere Pflanzen und Tiere (Wirbellose) Fische (Wirbeltiere)

4 Bestimmung summarischer Kenngrößen Gesamter organischer Kohlenstoff (TOC) und gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) Der TOC-Gehalt einer Wasserprobe gibt die Summe des in gelösten und nicht gelösten organischen Stoffen vorliegenden Kohlenstoffs an. Der DOC-Gehalt beschränkt sich auf den Kohlenstoffanteil der im Wasser gelösten organischen Stoffe. Prinzipiell werden die organischen Inhaltsstoffe einer Wasserprobe summarisch bezüglich ihres Kohlenstoffanteils erfasst. C a H b X c + n O 2 a CO 2 + b/2 H 2 O +

5 Permanganat-Index Die Methode dient zur Bestimmung der Menge an oxidierbaren organischen und anorganischen Stoffen (Fe 2+, NO 2 -, HS - ) in Wasser. Der Verbrauch an 0,002 mol/l (0,01 mol/l) Kaliumpermanganatlösung, umgerechnet in mg/l O 2 lässt somit eine Aussage über den Verschmutzungsgrad des zu untersuchenden Wassers zu. MnO H e - Mn H 2 O Gut oxidierbar: - Huminstoffe - Kohlenhydrate - Phenole - Sulfit-Ablaugen Schlecht oxidierbar: - Eiweiße Nicht oxidierbar - Tenside, - Alkan- und Fettsäuren - aliphatische Alkohole - aliphatische Ketone

6 Permanganat-Index von Wässern, c(mno 4 - ) = 0,01 mol/l (Klee, 1993) Wasserart Verbrauch von Permanganat 1) reine Quell- und Grundwässer oligotrophe Seen etwa 3-6 mg/l etwa 2-10 mg/l reine Oberflächenwässer etwa 8-12 mg/l Talsperren (Gebirge) etwa mg/l mäßig verunreinigte Flüsse verschmutzte Gewässer etwa mg/l etwa mg/l

7 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) Die Methode dient zur Bestimmung der Menge an oxidierbaren organischen und anorgani- schen Stoffen (Fe 2+, NO 2 -, HS - ) in Wasser. Der Verbrauch an 0,02 mol/l Kaliumdi- chromatlösung umgerechnet in mg/l O 2 (CSB) lässt somit eine Aussage über den Verschmutzungsgrad des zu untersuchenden Wassers zu. Kaliumdichromat ist für viele Stoffe ein stärkeres Oxidationsmittel als Kaliumpermanganat. Der CSB stellt einen der wichtigsten Parameter für die Bewertung gewerblicher und kommunaler Abwässer dar. Cr 2 O H e - 2 Cr H 2 O

8 Ableitung des Sauerstoffverbrauchs VII II MnO H e - Mn H 2 O 4 0 -II O H e - 2 H 2 O ,038 g 5 32,00 g 4 KMnO 4 = 5 O 2 3,951 g 1 g bzw. 3,951 mg/l 1 mg/l VI III Cr 2 O H e - 2 Cr H 2 O 2 0 -II O H e - 2 H 2 O ,192 g 3 32,00 g 2 K 2 Cr 2 O 7 = 3 O 2 6,129 g 1 g bzw. 6,129 mg/l 1 mg/l

9 Biochemischer Sauerstoffbedarf Der Biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) entspricht derjenigen Menge an gelöstem Sauerstoff (in mg/l), die Bakterien zum teilweisen oder vollständigen Abbau organischer Stoffe aufnehmen. Die Differenz zwischen CSB und BSB entspricht dem Anteil an mikrobiell nicht abbaubaren Stoffen (zusätzlich Aufbau von Protoplasma). Abbau von häuslichen Abwässern nach ca. 20 d nahezu vollständig, nach 5 d ca. 70 % nutzbar zur Charakterisierung Der BSB 5 ist die Differenz des Anfangs-Sauerstoffgehalts und des Sauerstoffgehalts der Probe nach 5 Tagen (t 0 - t 5d ).

10 Typische CSB und BSB 5 -Werte in mg O 2 /L (Bliefert, 2002) Wasserart CSB BSB 5 fließendes Gewässer ) kommunales Abwasser nach biologischer Reinigung ungereinigtes kommunales Abwasser Abwasser Nahrungs- und Genussmittel-Industrie > Deponiesickerwassser ) mäßig belastet biochemischer Abbaugrad α = BSB 5 / CSB (0 α 1) Aussage zur biochemischen Abbaubarkeit

11 Vergleichende Werte des Sauerstoffverbrauchs nach verschiedenen Verfahren (Klee, 1993) Stoff Organischer Kohlenstoff Theoretischer Sauerstoffbedarf Sauerstoffverbrauch ermittelt mit TOC an O 2 mit KMnO 4 Mit K 2 Cr 2 O 7 als BSB 5 mg/g mg/g mg/g mg/g mg/g Milchsäure Glukose Laktose Dextrin Stärke Phenol Kaseïn

12 Milchsäure CH 3 CH(OH) COOH 3 C 3 O 2 90 g 36 g 96 g 1000 mg 400 mg 1067 mg α(milchsäure) = 540 / 970 = 0,56 BSB 5 = 0,5-1,0 CSB Inhaltsstoffe gut biochemisch abbaubar. BSB 5 < 0,5 CSB Inhaltsstoffe nur schlecht biochemisch abbaubar, verbleiben relativ lange in der Umwelt BSB 5 = 0,12-0,25 CSB Abwasser nach einer biologischen Reinigung

13 Gütegliederung der Fließgewässer (Bliefert, 2002; Klee, 1993) Güteklasse Grad der org. Belastung Saprobien- BSB 5 (mg/l) NH 4 -N (mg/l) O 2 -Minimum Index 1) (mg/l) I unbelastet, sehr gering belastet 1,0 - < 1,5 1 höchstens Spuren > 8 (100 %) 3) I II gering belastet 1,5 - < 1,8 1-2 um 0,1 > 8 (85-100) II mäßig belastet 1,8 - < 2,3 2-6 < 0,3 > 6 (70-85) II III kritisch belastet 2,3 - < 2, < 1 > 4 (50-70) III stark verschmutzt 2,7 - < 3, ,5 bis mehrere mg/l > 2 (25-50) III IV IV 2) sehr stark verschmutzt übermäßig verschmutzt 3,2 - < 3, mehrere mg/l < 2 (10-25) 3,5 - < 4,0 > 15 mehrere mg/l < 2 (0-10) 1) statistische Bewertung nach Vorkommen und Häufigkeit einzelner Spezies 2) Güteklasse V: ökologisch zerstört 3) O 2 -Sättigungsindex (%)

14 Sauerstoffkonzentration von luftgesättigtem Wasser (1013 mbar) 16 Konzentration in mg/l Minimum für Fische: 4 mg/l Temperatur in C

15 Statistischer Zusammenhang zwischen Gütegliederung und Wasserinhaltsstoffen (Klee, 1993) Güteklasse DOC (mg/l) BSB 5 (mg/l) NH 4 -N (mg/l) NO 2 - (mg/l) NO 3 - (mg/l) PO 4 -P (mg/l) Cl - (mg/l) I 1,6 1,3-2,0 1,1 0,7-1,9 0,08 0,06-0,15 0,006 0,003-0,010 1,2 0,8-1,8 0,06 0,03-0,09 8, I II 1,9 1,4-2,4 1,8 1,2-2,8 0,11 0,09-0,21 0,013 0,008-0,033 1,7 1,0-3,9 0,08 0,04-0, II 2,3 1,8-3,1 3,2 2,1-5,8 0,16 0,11-0,30 0,03 0,018-0,055 3,0 1,9-4,7 0,19 0,09-0, II III 2,7 2,1-3,3 6,2 4,1-7,8 0,4 0,14-0,8 0,055 0,025-0,104 3,9 2,4-6,4 0,3 0,09-0, III 3,8 2,8-6,5 9,9 5,2-11,6 0,9 0,3-2,9 0,11 0,056-0,21 4,4 2,9-7,3 1,0 0,48-1, III IV 5,4 3,5-8,8 10,8 6,2-12,3 2,48 0,6-5,52 0,19 0,092-0,28 7,0 3,8-12,2 1,7 0,72-1, IV 9,4 8,7-10,5 14,2 7, ,2 2,8-28 0,28 0,06-0,45 2,6 1,5-5,2 2,48 1,1-3,

16 Gruppe H Summarische Kenngrößen Norm DIN : DIN : Inhalt / Bestimmung Trockenrückstands und Glührückstand Abfiltrierbare Stoffe und Glührückstand DIN : Gesamter organisch gebundener Kohlenstoff Vol DIN : Permanganat-Index Vol DIN : DIN : DIN : DIN : Härte eines Wassers Bestimmung der Säure und Basekapazität Vol Volumenanteil der absetzbaren Stoffe Massenkonzentration der absetzbaren Stoffe DIN : Wasserstoffperoxid Phot DIN : Phenol-Index Phot DIN : Disulfinblau-aktive Substanzen Phot (Kationische Tenside) DIN : Gelöste, adsorbierbare, organisch gebundene Halogene (AOX) Coul DIN : Methylenblauaktive und bismutaktive Substanzen (Anionische und nichtionische Tenside) Phot/Pot DIN : Bismut-Komplexierungsindex Phot (Komplexbildner) DIN : Gesamter gebundener Stickstoff Vol

17 DIN : Gebundener Stickstoff Vol DIN : DIN : DIN EN 1484 : DIN EN : Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) über 15 mg/l Vol Biochemischer Sauerstoffbedarf Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) und des gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) versch Biochemischer Sauerstoffbedarf, Verdünnungs- und ImpfverfahrenVol/Pot DIN EN : DIN EN ISO 8467 : Biochemischer Sauerstoffbedarf, unverdünnte Proben Permanganat-Index Vol/Pot Vol

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