BSB₅-Rechner – Biochemischer Sauerstoffbedarf
Berechnen Sie den biochemischen Sauerstoffbedarf über fünf Tage (BSB₅) einer verdünnten Wasserprobe aus anfänglichem und endgültigem gelöstem Sauerstoff, Verdünnungsanteil und optionaler Impfkorrektur – nach APHA Standard Methods 5210B.
BSB₅ aus einer verdünnten Probe bestimmen
Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB₅)
Dabei bedeuten:
- \(D_1\) — gelöster Sauerstoff in der verdünnten Probe am Tag 0 (mg/L)
- \(D_2\) — gelöster Sauerstoff nach fünftägiger Inkubation bei 20 °C (mg/L)
- \(B_1\) — gelöster Sauerstoff am Tag 0 in der Impfkontrollflasche (mg/L)
- \(B_2\) — gelöster Sauerstoff in der Impfkontrollflasche nach 5 Tagen (mg/L)
- \(f\) — Impfanteil: Verhältnis des Impfvolumens in der Probenflasche zum Impfvolumen in der Kontrollflasche
- \(P\) — Verdünnungsanteil: der Anteil des endgültigen Flaschenvolumens, der auf die Originalprobe entfällt (in Prozent einzugeben, z. B. 5 % = 0,05)
Der Zähler ist der Sauerstoff, der tatsächlich von der organischen Substanz in der Probe verbraucht wird (nach Abzug des Eigenverbrauchs der Impfkultur); die Division durch \(P\) rechnet diese Sauerstoffzehrung auf den Bedarf des unverdünnten Wassers hoch.
Biochemischer Sauerstoffbedarf – Rechenbeispiel
Beispiel: Eine Abwasserprobe wird mit beimpftem Verdünnungswasser auf 5 % verdünnt (1 Teil Probe auf 20 Teile Gesamtmenge). Die verdünnte Probe zeigt zu Beginn \(D_1 = 9.0\) mg/L und nach 5 Tagen \(D_2 = 4.2\) mg/L. Die Impfkontrollflasche fällt von \(B_1 = 9.0\) auf \(B_2 = 6.6\) mg/L ab, der Impfanteil beträgt \(f = 0.05\).
\[ D_1 - D_2 = 9.0 - 4.2 = 4.8 \text{ mg/L} \]
\[ (B_1 - B_2)\,f = (9.0 - 6.6) \times 0.05 = 0.12 \text{ mg/L} \]
\[ \mathrm{BOD}_5 = \frac{4.8 - 0.12}{0.05} = \frac{4.68}{0.05} = 93.6 \text{ mg/L} \]
Ergebnis: BSB₅ = 93,6 mg/L – ein mäßig belastetes Abwasser, das deutlich über der Gültigkeitsgrenze von 20 mg/L der Standardmethode liegt.
So verwenden Sie den BSB-Rechner
- Geben Sie den Anfangswert des gelösten Sauerstoffs (D₁) ein – die Sauerstoffkonzentration der verdünnten Probe, gemessen unmittelbar nach dem Ansetzen der Flasche (Tag 0), in mg/L.
- Geben Sie den gelösten Sauerstoff nach 5 Tagen (D₂) ein – die Sauerstoffkonzentration in derselben Flasche nach fünftägiger Inkubation bei 20 °C im Dunkeln.
- Geben Sie den Verdünnungsanteil (P) als Prozentsatz des Flaschenvolumens ein, der auf die Originalprobe entfällt. Eine Verdünnung von 1:20 entspricht 5 %; eine unverdünnte Flasche entspricht 100 %.
- Ist die Probe beimpft worden, aktivieren Sie Impfkorrektur anwenden und füllen Sie Anfangswert der Impfkontrolle (B₁), Endwert der Impfkontrolle (B₂) sowie den Impfanteil (f) aus. Wurde nicht geimpft, lassen Sie das Kontrollkästchen deaktiviert.
- Lesen Sie das Ergebnis BSB₅ in mg/L ab – zusammen mit der schrittweisen Rechnung und eventuellen Gültigkeitswarnungen der Standardmethode.
Was ist BSB₅ und warum ist diese Kennzahl wichtig?
Der biochemische Sauerstoffbedarf über fünf Tage (BSB₅) ist die Masse an gelöstem Sauerstoff, die aerobe Mikroorganismen beim Abbau der organischen Substanz in einer Wasserprobe innerhalb von 5 Tagen bei 20 °C verbrauchen. Er ist die am weitesten verbreitete Kennzahl für die biologisch abbaubare organische Belastung eines Wassers: Je höher der BSB₅, desto mehr Sauerstoff zieht die Einleitung beim Abbau aus dem aufnehmenden Fluss oder See.
Da die meisten Abwässer den Sauerstoff in einer vollen Flasche schon lange vor Tag 5 aufbrauchen würden, wird die Probe mit sauerstoffgesättigtem Verdünnungswasser verdünnt. Die gemessene Zehrung spiegelt dann nur das verdünnte Gemisch wider, weshalb die Formel durch den Verdünnungsanteil \(P\) dividiert, um den Bedarf des ursprünglichen, unverdünnten Wassers zu ermitteln.
Enthält das Wasser selbst zu wenige Bakterien – typisch für gereinigte Abwässer oder Industrieabwasser –, wird das Verdünnungswasser mit Mikroorganismen beimpft, meist mit abgesetztem kommunalem Abwasser oder einem kommerziellen Impfpräparat. Auch die Impfkultur verbraucht Sauerstoff; ihr Eigenverbrauch wird deshalb in einer parallelen Impfkontrollflasche gemessen und vor der Division durch \(P\) mit dem Impfanteil \(f\) gewichtet abgezogen.
BSB₅ wird routinemäßig für die Auslegung von Kläranlagen und die Grenzwertüberwachung eingesetzt und ergänzt den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), der in einem wesentlich schnelleren Test die gesamte oxidierbare Fracht (biologisch abbaubar und nicht abbaubar) erfasst. Das BSB/CSB-Verhältnis ist ein gängiger Indikator für die biologische Behandelbarkeit eines Abwassers. Zur Kinetik der beteiligten Mikrobenreaktionen siehe auch den Michaelis-Menten-Rechner.
Typische BSB₅-Werte einordnen
| Wassertyp | Typischer BSB₅ (mg/L) |
|---|---|
| Sauberer Fluss oder Bach | 1–5 |
| Mäßig belasteter Fluss | 5–20 |
| Gereinigtes kommunales Abwasser | 10–30 |
| Unbehandeltes häusliches Abwasser | 150–400 |
| Stark konzentriertes Industrieabwasser | bis zu mehreren Tausend |
Annahmen, Grenzen und praktische Hinweise
- Standardbedingungen: Der Rechner geht von einer Inkubation über 5 Tage bei 20 ± 1 °C im Dunkeln aus, gemäß APHA Standard Methods 5210B. Die Nitrifikation wird nicht unterdrückt, sofern den Flaschen kein TCMP-Inhibitor zugesetzt wurde.
- Gültigkeitskriterien: Die Standardmethode ist nur gültig, wenn die Sauerstoffzehrung mindestens 2 mg/L beträgt, der Restsauerstoff mindestens 1 mg/L und der sich ergebende BSB₅ mindestens 20 mg/L. Der Rechner weist auf Verstöße gegen diese Kriterien hin – falls solche auftreten, wiederholen Sie den Test mit einer besser geeigneten Verdünnung.
- Wahl der Verdünnung: Streben Sie eine Zehrung von etwa 3–5 mg/L ausgehend von einer Sauerstoffkonzentration nahe der Sättigung an (ca. 9 mg/L bei 20 °C). Setzen Sie bei einer unbekannten Probe mehrere Flaschen mit unterschiedlichen Verdünnungen an (z. B. 1 %, 2 %, 5 %, 10 %) und verwenden Sie die gültige.
- Impfanteil: Wird in beiden Flaschen dasselbe beimpfte Verdünnungswasser verwendet, entspricht \(f\) typischerweise dem Verdünnungsanteil in Dezimalschreibweise (z. B. 0,05 bei einer 5-%-Verdünnung). Passen Sie ihn an, wenn die Impfvolumina abweichen.
- Sofortige Messung: D₁ und B₁ müssen am Tag 0 gemessen und dürfen nicht aus Sättigungstabellen übernommen werden, und zwar unmittelbar nach dem Mischen der Probe und dem Temperaturausgleich.
- Blindwert des Verdünnungswassers: Eine separate Blindwertkontrolle des unbeimpften Verdünnungswassers darf über 5 Tage nicht mehr als 0,2 mg/L verbrauchen; höhere Blindwerte verfälschen jedes Ergebnis.
Häufig gestellte Fragen
Wie rechne ich ein Verdünnungsverhältnis in den Prozentsatz P um?
P ist das Probenvolumen geteilt durch das Gesamtvolumen der Flasche, ausgedrückt in Prozent. Bei einer Verdünnung von 1:20 (1 Teil Probe plus 19 Teile Verdünnungswasser) gilt \(P = 1/20 = 0.05 = 5\%\). Eine Verdünnung von 1:30 entspricht etwa 3,3 %, eine unverdünnte Flasche 100 %. Das Eingeben des Verhältnisses statt des Prozentsatzes ist der mit Abstand häufigste Fehler – das Ergebnis ist dann 100-mal zu groß oder zu klein.
Was ist ein guter bzw. akzeptabler BSB₅-Wert?
Das hängt vom Gewässer ab. Saubere Flüsse liegen bei 1–5 mg/L, gereinigtes kommunales Abwasser typischerweise bei 10–30 mg/L. Viele Einleitungsgenehmigungen schreiben für biologisch gereinigtes Abwasser einen Monatsdurchschnitt von etwa 20–30 mg/L vor (z. B. 30 mg/L nach den US-Vorschriften für die zweite Reinigungsstufe), sodass Werte auf oder unter diesem Niveau in der Regel akzeptabel sind. Werte über 100 mg/L deuten auf eine starke Verschmutzung hin. Prüfen Sie immer Ihre konkrete Genehmigung oder die örtlichen Vorschriften, da die Grenzwerte je nach aufnehmendem Gewässer und Zuständigkeit variieren.
Was ist der Unterschied zwischen BSB₅ und CBSB₅?
Der Standard-BSB₅ umfasst auch den Sauerstoff, den nitrifizierende Bakterien beim Oxidieren von Ammonium zu Nitrat verbrauchen. Der CBSB₅ (kohlenstoffbedingter BSB) wird nach Zugabe eines Nitrifikationshemmers wie TCMP gemessen und spiegelt somit nur die kohlenstoffhaltige organische Fracht wider. Bei unbehandeltem Abwasser sind beide Werte ähnlich, bei gereinigtem Abwasser kann die Nitrifikation jedoch einen großen Teil des Gesamtbedarfs ausmachen, wodurch der CBSB₅ deutlich niedriger ausfällt. Verwenden Sie die CBSB-Variante, wenn Ihre Genehmigung sie vorschreibt oder wenn Nitrifikanten das Ergebnis verfälschen.
Kann man zwischen BSB₅ und CSB umrechnen?
Eine exakte Umrechnung gibt es nicht, da der CSB auch nicht biologisch abbaubare Verbindungen oxidiert. Als grobe Faustregeln gilt: Bei typischem kommunalem Abwasser liegt der CSB oft beim 1,5- bis 2,5-Fachen des BSB₅, und ein BSB/CSB-Verhältnis über etwa 0,5 deutet auf gut biologisch abbaubares Abwasser hin. Für einen konkreten Abwasserstrom sollten Sie beide Werte messen und ein eigenes empirisches Verhältnis ermitteln, statt sich auf pauschale Faktoren zu verlassen.
Warum läuft der Test genau 5 Tage bei 20 °C?
Das Protokoll mit 5 Tagen und 20 °C ist eine historische Konvention aus Großbritannien. Es wurde so gewählt, dass der Wert näherungsweise den Sauerstoffbedarf wiedergibt, den eine Einleitung im aufnehmenden Gewässer während dessen typischer Fließzeit verursacht. Erfasst wird nur ein Teil des Endbedarfs: Bei 20 °C liegt der BSB₅ bei etwa 60–70 % des 20-Tage-Gesamt-BSB, weil langsame Reaktionen wie die Nitrifikation über Tag 5 hinaus weiterlaufen. Die festen Bedingungen machen die Ergebnisse vor allem zwischen Laboratorien vergleichbar.
Mein Ergebnis ist ein Fehler oder eine Gültigkeitswarnung – was ist schiefgelaufen?
Zwei häufige Ursachen: Wenn D₂ größer ist als D₁, wurde kein Sauerstoff verbraucht – prüfen Sie die Messwerte oder die Flaschenbeschriftung, denn verwechselte Proben kommen häufig vor. Übersteigt die Impfkorrektur die gemessene Zehrung, war der Bedarf der Impfkultur im Verhältnis zur Probe zu hoch; verwenden Sie in diesem Fall einen kleineren Impfanteil. Gültigkeitswarnungen bedeuten, dass die Verdünnung ungeeignet war: Bei zu geringer Zehrung ist ein größerer Probenanteil nötig, bei einem Restsauerstoff unter 1 mg/L ein kleinerer. Setzen Sie mehrere Verdünnungen an und verwenden Sie die gültige Flasche.
Wann muss ich die Impfkorrektur anwenden?
Beimpfen Sie das Verdünnungswasser, wenn die Probe selbst zu wenige Mikroorganismen enthält, um ihre organische Substanz abzubauen – typisch für biologisch gereinigtes Abwasser, Wasser mit Desinfektionsmitteln oder Industrieabwasser. Wenn Sie beimpfen, führen Sie immer eine parallele Impfkontrollflasche mit und ziehen Sie deren Bedarf ab; wer diesen Schritt überspringt, bläht den BSB₅ künstlich auf. Bei unbehandeltem häuslichem Abwasser oder Flusswasser, die von Natur aus reich an Bakterien sind, sind Beimpfung und Korrektur meist unnötig.