vergelijking-tussen-de-bzv-de-czv-en-de-toc-methode-voor

W E R K D O C U M E N T
VERGELIJKING TUSSEN DE BZV-, DE CZV- EN
DE TOC-METHODE VOOR DE BEPALING VAN ORGANISCHE STOF IN WATER
door:
ir. E.J.B.
WD 1977-4 Bbw
R I J K S D I E N S T
Uunk
Januari
V O O R D E I J S S E L M E E R P O L D E R S
S M E D I N G H U I S
-.
1.
.
. -
Inleiding
I n h e t o n d e r s t a a n d e w o r d t n a d e r i n g e g a a n op d r i e methoden t e r b e p a l i - n g
v a n o r g a n i s c h e ~ a t e r v e r o n t r e i n i g i n ~n,a m e l i j k d e BZV (Biochemisch
Z u u r s t o f V e r b r u i k ) - b e p a l i n g , d e CZV (Chemisch Z u u r s t o f Verbruik)-bep a l i n g e n d e TOC ( T o t a l O r g a n i c C a r b o n ) - b e p a l i n g , d i t om n a t e gaan o f
z i n v o l kan
a a n s c h a f v a n e e n TOC-apparaat v o o r h e t R . 1 J . P . - l a b o r a t o r i u m
z i j n . De BZV-bepaling h e e f t t e n d o e 1 e e n i n d r u k t e geven v a n h e t zuurs t o f v e r b r u i k t i j d e n s d e b a c t e r i z l e afbraak van organische v e r o n t r e i n i g i n g aanwezig i n e e n (vaak v e r d u n d ) m o n s t e r a f v a l w a t e r . Nauwmondstopf l e s j e s worden zonder l u c h t b e l l e n v o l l e d i g met ( a f v a 1 ) w a t e r g e v u l d . i n
d e e n e h e l f t van d e m o n s t e r s w o r d t n a 1 u u r , i n d e a n d e r e n a 5 dagen
d e hoeveelheid o p g e l o s t e zuurstof bepaald.
h e t bioHet v e r s c h i l t u s s e n b e i d e z u u r s t o f g e h a l t e n is d e zgn. BZV"
5 1.
chemische z u u r s t o f v e r b r u i k i n h e t w a t e r g e d u r e n d e 5 dagen b i ] d e v a s t g e s t e l d e t e m p e r a t u u r v a n 20° C.
B i j d e CZV-bepaling w o r d t d e o r g a n i s c h e s t o f i n e e n w a t e r m o n s t e r met
b e h u l p v a n Kaliumbichromaat g e 6 x i d e e r d .
U i t d e h o e v e e l h e i d v e r b r u i k t b i c h r o m a a t w o r d t h e t z u u r s t o f v e r b r u i k berekend
B i j d e TOC-bepaling w o r d t h e t w a t e r m o n s t e r i n e e n r e a c t i e - b u i s g e y n j e c t e e r d , waar d e o r g a n i s c h e k o o l s t o f met b e h u l p v a n e e n k o b a l t o x y d e k a t a l y s a t o r w o r d t g e 6 x i d e e r d t o t k o o l z u u r g a s (C02). D i t C02 w o r d t i n d e
d r a a g g a s s t r o o m gemeten d o o r m i d d e l v a n i n f r a r o o d a b s o r p t i e .
B i j d e r e a c t i e t e m p e r a t u u r v a n 900° C w o r d t e c h t e r ook d e a n o r g a n i s c h e
k o o l s t o f ( a l s C02)meegemeten. De v o l g e n d e m o g e l i j k h e d e n z i j n aanwezig
om h i e r v o o r t e c o r r i g e r e n :
a . h e t m o n s t e r w o r d t v 6 6 r d e TOC-bepaling van a n o r g a n i s c h k o o l s t o f
( a l s C0;gas) o n t d a a n , d o o r h e t a a n t e zurer, e n v e r v o l g e n s d o o r t e
L
b l a z e n met s t i k s t o f g a s . '
b. d e a n o r g a n i s c h e f r a c t i e w o r d t a p a r t b e p a a l d . De b e p a l i n g i s a n a l o o g
aan d e TOC-bepaling, d e
- r e a c t i e b u i s h e e f t nu e c h t e r e e n temperat u u r v a n 150°C e n i s v o o r z i e n v a n e e n f o s f o r z u u r k a t a l y s a t o r .
I n h e t o n d e r s t a i n d e w o r d t g e t r a c h t e e n i n d r u k t e geven v a n d e r e l a t i e s
BZVfTOC, CZVfBZV e n CZV/TOC; v e r d e r worden e e n a a n t a l v o o r - e n n a d e l e n
v o o r d e d r i e methoden genoemd e n t e n s l o t t e i s e e n g l o b a l e k o s t p r i j s vergelijking opgesteld.
.
2.
2.1.
De v e r g e l i j k i n g v a n d e a n a l y s e m e t h o d e n
BZV.
i n r e l a t i e t o t TOC.
D e BZV*' /TOC-verhouding i s n i e t c o n s t a n t , omdat b e i d e g r o o t h e d e n geen
e e n d u i J i g e maat v o o r d e z e l f d e p a r a m e t e r , n a m e l i j k d e t o t a l e b i o c h e m i s c h e z u u r s t o f b e h o e f t e v a n e e n water,vormen:
l e . De B Z V ~ O i s s l e c h t s e e n t u s s e n t i j d s e i n v e n t a r i s a t i e i n e e n , meer
of m i n J e r s n e l v e r l o p e n d p r o c e s v a n b i o c h e m i s c h - o x y d a t i e v e v e r w i j d e r i n g van o r g a n i s c h m a t e r i a a l .
De t o t a l e b i o c h e m i s c h e z u u r s t o f b e h o e f t e op b a s i s van o r g a n i s c h e
* d e monstemworden
g e d u r e n d e d i e t i j d . i n h e t d o n k e r bewaard.
2.2.
koolstofverbindingen van het water in kwestie, wordt veel beter
20 de eindwaarde van de koolstof BZVweergegeven door de C-BZV4,
trap.
Deze kan worden benaderd door het biochemische zuurstofverbruik in
20 dagen (onder toevoeging van een nitrificatieremmer), of met behulp van wiskundige technieken worden berekend uit het zuurstofverbruik in 5 dagen.
2e. TOC geeft evenmin de genoemde totale zuurstofbehoefte van het water weer, omdat het resultaat van deze methode een organisch koolstofgehalte is, waaruit eventueel nog we1 een zuurstofbehoefte kan
worden bepaald, maar waarin ook een biochemisch niet oxydeerbaar
deel van de organische waterverontreiniging wordt meegenomen.
Jones* geef t de volgende ~ ~ ~ ~ ~ / ~ ~ ~ - v e r h o u d i n ~ e n :
- huishoudelijk afvalwater:
1.31 tot 1.63, gemiddeld 1.46
- primair effluent:
1.00 tot 1.33, gemiddeld 1.11
- secundair effluent:
0.31 tot 0.61, gemiddeld 0.46
Voor oppervlaktewater in het IJsselmeergebied is uit de beschikbare
gegevens een ratio berekend, die varieert van 0.15 tot 1.35 met een
gemiddelde van 0.47. De hoogste ratio's traden op bij zeer hoge TOC's
en BZV's (> 30 mgBZV/ ) .
De gegevens voor de berekening van laatstgenoemde ratio's zijn ontleend aan de drie-maandelijkse meetrapporten van het RIZA. Met behulp
van regressie-analyse werd het volgende verband afgeleid:
TOC = 12.50 + 0.63 ~~~20(correlatiefactor
= 0.69; 102 verwerkt waarnemingen van TOC en B Z V ~ ~ ) .
5
CZV, in relatie tot BZV.
20
Het lijkt bijzonder moeilijk om CZV/BZV -verhoudingen vast te leggen,
5
aan ezien het aantal mogelijke storingen nu nog groter is dan bij
BZV50/TOC reeds het geval was.
.5
Bij de CZV-bepaling worden tal van anorganische verbindingen zoals
nitrieten, sulfieten en tweewaardige ijzerverbindingen geoxydeerd,
evenals organische stoffen, zoals cellulose en humuszuren, verbindingen, die in het natuurlijke milieu niet of vrijwel niet worden geoxydeerd.
Dit laatste levert uiteraard vooral problemen op wanneer het gaat om
biologisch gezuiverde effluenten.
Koot**geef t de volgende C ~ ~ / ~ z ~ ~ ~ - v e r h o u d i n ~ e n :
- r w huishoudelijk afvalwater:5
+ 2.5
- biologisch gezuiverd huish. afvalwater: 5
- oppervlaktewater :
- I0
+
+
3.
CZV, in relatie tot TOC.
Over deze verhouding is in de literatuur weinig eschreven; Metcalf en
~ d d ~ * * * ~ e v evoor
n
huishoudelijk afvalwater: 2.5 4 Ezv C 3.3. Vermenigvuldiging van de in 2.1 en 2.2 vermelde ratio's (B ZCZV)
~ geeft:
POI.
TOC
BZV
2.3 Tnr: 4.7. Aan de in 2.1 en 2.2 vermelde aspecten valt hier weinig
meer coe te voegen.
=
*
**
***
R.H. Jones, Wat.Wastes Eng. 9 (4) 1972, p.32-33, overgenomen uit
Cursus Water van het Voorlichtingscentrum Industricle Automatisering
TNO.
Koot, Prof.ir.A.C.J.,'Behandeling
van Afvalwater, Waltman-Delft.
Metcalf and Eddy, Inc.,Wastewater Engineering, Mc.Graw-Hill (1972).
,'
3.3
Voor- en nadelen van de verschillende bepalingen
a. BZV.
Voordelen:
- via de BZV-bepaling van het water is direct een relatie te leggen
met zuurstofgehalten in bijvoorbeeld een rivier.
- br is geen nieuwe investering nodig.
- B Z 5V ~is~ EEn van de twee (CZV is de ,andere) wettelijk voorgeschreven bepalinaen voor de zuurstofbehoefte van een water.
Nadelen:
- de toetsduur is willekeurig gekozen.
- een BZV-bepaling is een sterke vereenvoudiging van het biologisch
gebeuren in oppervlaktewater (ontbreken van daglnacht cycli,
reseratie, etc).
- giftig afvalwater en/of nutri~ntl'imiteringkan de zuurstofopname
door micro-organismen remmen Jhet eerste geval is aantoonbaar via
toxiciteitstest).
- wanneer het oppervlaktewater koud is, is een andere microflora verantwoordelijk voor de afbraak dan bij 20' C, waardoor de vertaalbaarheid van de bepaling naar de praktijk minder wordt.
- mate van verdunning (nodip om zuurstofgehalte in fles niet te snel
naar nu1 te laten zakken) beinvloedt de afbraaksnelheid niet
lineair (bepaalde gespecialiseerde bacterizn kunnen bijvoorbeeld
geheel verdwijnen).
- tijdrovende analyse (RIJP-lab.: 10 bepalingen per dag; berekeningsuitgangspuntvoor de kostprijs van 66n bepaling.
- de analyse verschaft geen onmiddellijke informatie aan de opdrachtgever (wachttijd 5 dagen)
-
.
b. CZV.
Voordelen:
- sneller dan BZV.
- geen nieuwe investering vereist.
- kan (overigens net als de TOC), via verhouding tot BZV, een aanduiding geven van de aanwezigheid van toxische stoffen (is daar
niet gevoelig voor, terwijl de BZV-bepaling dat we1 is).
- CZV is 66n van de wettelijk voorgeschreven bepalingen voor de
'
zuurstofbehoefte van een water.
Nadelen:
- niet wordt aangegeven hoe de afbraak onder natuurlijke omstandigheden is (geldt hier nog in sterkere mate dan voor BZV en TOC)
- te lage waarden wordrn gevonden wanneer pyridine of aromatische
koolwaterstoffen aanwezig zijn, of wanneer het afval niet mengbaar met water is (oorzaak: te gering contact van de oxidator
met de organische stof).
- mogelijke storingen door partikeltjes (alleen in automatische
systemen).
- de methode is niet erg geschikt voor continu controle en/of bewaking van een afvalwaterstroom.
- halogeniden storen de bepaling door "vergiftiging" van de zilverkatalysator en door oxydatie.
- vrij lange analysetijd (RIJP-lab: 12 bepalingen per dag) en wachttijd (2 3 uur) tot resultaat van de bepaling bekend is.
c. TOC.
Voordelen:
- snelle bepaling.
- minder chemicaliznverbruik.
- mogelijkheid tot automatisering; eventueel continue controle en/
I
of bewaking van afvalwaterstroom mogelijk.
- ook anorganisch koolstof wordt bepaald (als C02)
- de geleverde informatie (organisch kool~tof~ehalte)
is ook bruikbaar voor nutrizntenonderzoek.
- nauwkeurigheid is groot.
Nadelen:
- aanschaf.van de benodiade awaratuur is nodia.
- een zuurstofbehoefte is niet rechtstreeks te berekenen, want het
bepaalde organisch koolstofgehalte is onafhankelijk van de oxidatiegraad van de koolstof*. Bovendien wordt de niet biochemisch
afbreekbare koolstof ook meegenomen. A1 met a1 is dus geen direkte relatie met het zuurstofgehalte in het water te leggen.
- het organisch koolstofgehalte kan op twee manieren worden bepaald:
1. als het verschil tussen totaal koolstof en anorganisch koolstof.
Zijn deze twee groot ten opzichte van het organisch koolstofgehalte, dan betekent dit een relatief geringe nauwkeurigheid in
het berekende organische C-gehalte.
2. als "totaal" koolstof na verwijdering van het anorganisch koolstof door middel van aanzuring en daaropvolgend uitblazen van het
anorganische koolzuur. Bij dit uitblazen kan ook verlies van
vluchtige organische verbindingen uit het monster optreden.
- bij hoge zoutconcentraties kunnen afwijkingen optreden; dit kan
worden opgeheven door te werken met ijkmonsters met dezelfde zoutgehalten.
- kans op verstopping van het monster-opnamesysteem door partikeltjes in het water is aanwezig; dit gevaat bestaat vooral bij (ruw)
afvalwater.
-
-
4.
..
Globale kostprijsvergelijking
De kostprijs van een analyse op de laboratoria van de Rijksdienst voor
de IJsselmeerpolders wordt als volgt berekend: ten eerste wordt uit de
post laboratoria op de begroting van de RIJP de kostprijs van 66n mandag voor het lab vastgesteld (in 1976: f. 410,--).
Deze kostprijs, gedeeld door het aantal bepalingen dat in 66n mandag
kan worden verricht, levert de kostprijs van 6En bepaling.
Zo geldt in 1976 voor de BZV-bepaling een kostprijs van f. 41,-- (10
bepalingen per dag) en voor de CZV-bepaling een kostprijs van f. 34,20
(12 bepalingen per dag).
bepaling op een TOC-apparaat duurt niet
langer dan twee minuten.
**
We1 kan, naast vergelijking met BZV's, wellicht Ziteratuuronderzoek
of elementenanalyse, mits gesteund door gaschromatografisch onderzoek, t h e o r e t i s c k z u u r s t o f b e h o e f t e s opleveren. Men dient echter in
bepaalde gevallen BZV's of CZV's te blijven bepalen, omdat deze, zoals reeds eerder gesteld is, in dit verband de wettelijke bepalingen
zijn.
De katalysator moet we1 eerst worden opgewarmd, dit duurt +_ 1 uur, maar
dit behoeft geen rol van betekenis te spelen m.b.t. de analyseduur.
Stel dat er twee bepalingen nodig worden geacht (dit om ook het anorganisch koolstofgehalte te bepalen), er moet dan gerekend worden met
4 minuten netto-analysetijd; de enige voorbereiding die daar eventueel
bijkomt is een korte centrifugering van het monster ter voorkoming van
mogelijke verstopping bij de injectie. Stel de hiervoor benodigde tijd
op drie minuten en allerlei bijkomende wachttijden e.d. op 3 minuten,
dan kan nog altijd elke 10 minuten een bepaling worden verricht in het
ongunstige geval van kleine monsterseries.
Dit betekent dat per werkdag van 8 uur 48 bepalingen mogelijk zijn. De
kostprijs is dan 410 = f. 8,54 per bepaling. Indien elke bepaling 15
minuten in beslag 4g neemt in plaats van 10 minuten, wordt de kostprijs 410 = f . 12,81 per bepaling. Stel dat, in tegenstelling tot de
32
werkelijke gang van zaken, ook de kosten verbonden aan de aanschaf en
het onderhoud van het TOC-apparaat op deze kostprijs worden verhaald.
- Aanschafkosten: f. 27.950,-- (Beckman 915-A, incl. installatiekosten).
- Onderhoudskosten: te verwaarlozen (incidentele vervanging van de
kobaltkatalysator).
Wordt het apparaat over 5 jaar lineair afgeschreven (op de TH-Twente
functioneert een vrij zwaar belast TOC-apparaat reeds 44 jaar zonder
problemen), dan betekent dat een afschrijvingspost van f. 5600,-- per
jaar. Jaarlijks worden op het bodemkundiglab. gemiddeld (1973,'74, '75)
ongeveer 1250 BZV- en 1250 CZV-bepalingen gedaan.
Stel dat in de 5 jaren na aanschaf gemiddeld 1250 TOC-bepalingen per
jaar plaatsvinden. Dit aantal wordt bijvoorbeeld bereikt indien men
vrijwel alle CZV-bepalingen in oppervlaktewater vervangt door TOC's,
daarnaast, waar mogelijk, BZV's vervangt en ten slotte TOC invoert
bij de wateranalyses m.b.t. de vloeivelden.
De afschrijving per bepaling bedraagt in dit geval f. 5600,-- = f. 4.48.
1250,-De totale kostprijs van Gin TOC-bepaling zou dan bedrageni E. 13.02.
Wordt slechts de helft van het genoemde aantal bepalingen per jaar gehaald, en wordt 15 minuten nodig geacht voor EGn bepaling, dan wordt
de kostprijs:
f. 12.81 + 2 x f. 4.48 = f. 21.77 en de TOC-bepaling is nog altijd
veel goedkoper dan een CZV- of een BZV-bepaling.
5.
Discussie:
Gezien de belangrijke plaats die biologisch en biochemisch (eutrofigrings-)onderzoek inneemt binnen het waterkwaliteitsonderzoek van de
RIJP lijkt vervanging van CZV-analyses door organisch-koolstofbepalingen in vele gevallen (IJsselmeer en randmeren, polder-, sloot- en
drainwater, zwemplaatsen) wenselcjk. Ook een aantal BZV-bepalingen
zal voor vervanging in aanmerking komen; ook zullen echter ongetwijfeld TOC-bepalingen als nuttige aanvulling op bestaande analyses kunnen worden geintroduceerd zonder dat daarbij een andere bepaling zal
komen te vervallen.
6. Conclusie:
Aanschaf van een weinig' arbeidsintensief apparaat als de TOC-analyser
z a l een v e r l i c h t i n g * ) betekenen van de zware b e l a s t i n g van h e t labor a t o r i u m p e r s o n e e l ; deze b e l a s t i n g . l i j k t i n de n a a s t e toekomst nog t e
gaan toenemen t e n gevolge van h e t w a a r s c h i j n l i j k e v e r t r e k van enige
medewerkers. De p r i j s van een TOC-apparaat (+ f . 28.000,--)
z a l geen
b e l e t s e l hoeven t e vormen voor een mogelijke p o s i t i e v e b e s l i s s i n g i n zake de aanschaf ervan.
*
1250 TOC-bepalingen i n p l a a t s van CVZ-bepalingen b e t e k e n t b i j v o o r beeld e e n besparing van tenminste 1250x(40
15) = 520 manuren (65
mandagen).
60
-

Download Report