Koolstof-zuurstofvraag

Afval-, hemel- en oppervlaktewater bevatten vaak organische materialen, zoals bladeren, uitwerpselen en vetten. De koolwaterstoffen in deze materialen zijn ‘brandstof’ in natuurlijke, biologische processen (omzettingen door bacteriën) en chemische reacties die in het water plaatsvinden. Voor deze verbranding (of oxidatie) is zuurstof nodig. De mate waarin zuurstof nodig is voor deze processen, heet de (koolstof) ‘zuurstofvraag’ van het water. De koolstof-zuurstofvraag is met verschillende tests te bepalen:

BZV (biochemisch zuurstofverbruik)

Het BZV is een maat voor de hoeveelheid zuurstof die bacteriën gebruiken om organisch materiaal af te breken. De test bestaat uit: (1) de concentratie opgeloste zuurstof in een monster wordt gemeten, (2) het monster blijft vijf dagen bij 20ºC en in het donker staan en (3) de concentratie opgeloste zuurstof wordt opnieuw gemeten. Het verschil tussen (1) en (3) is het BZV in g O₂/m³. Deze test wordt veel gebruikt omdat deze het natuurlijke, biologische afbraakproces van organisch materiaal in water simuleert (zoals dit bijvoorbeeld plaatsvindt na een lozing vanuit een gemengde overstort). Nadeel van de test is dat de onzekerheid in het resultaat vrij groot is. In Nederland loost iedere inwoner gemiddeld zo'n 54 g BZV per dag in het riool. BZV is in het Engels BOD (biochemical oxygen demand).

Figuur A CZV-bepaling in een laboratorium (Bron: GAW | Stichting RIONED)

CZV (chemisch zuurstofverbruik)

Het CZV is een maat voor de hoeveelheid zuurstof die nodig is om organisch materiaal in een monster chemisch af te breken. Deze test bestaat uit: (1) aan een monster wordt een sterk oxydatiemiddel toegevoegd waarmee de chemische afbraak wordt ‘geforceerd’, (2) het monster wordt twee uur gekookt en (3) de overgebleven hoeveelheid oxydatiemiddel in het monster wordt gemeten. Het verschil in oxydatiemiddel tussen (1) en (3) is een maat voor de hoeveelheid zuurstof die is verbruikt. De CZV-test is dus ‘kunstmatiger’ dan de BZV-test, maar geeft wel nagenoeg steeds dezelfde uitslag als de test herhaald wordt (kleine onzekerheid). Daarom (en omdat CZV is te gebruiken in sommaties, zoals voor de berekening van een v.e. (zie hieronder)) wordt CZV vaker gebruikt dan BZV. CZV is in het Engels COD (chemical oxygen demand).

De concentratie CZV in een monster ligt hoger dan de concentratie BZV. Dit komt omdat de CZV-test ook stoffen meet die níet biologisch, maar wél chemisch kunnen worden afgebroken, zoals cellulose en humuszuren. In bijvoorbeeld ‘vers’ huishoudelijk afvalwater in de riolering is de verhouding BZV : CZV ≈ 1 : 2 (dus ongeveer tweemaal zoveel CZV als BZV). In rwzi-effluent ligt de verhouding schever: ongeveer 1 : 10. Dit komt omdat een rwzi relatief veel biologisch goed afbreekbaar materiaal verwijdert, waardoor BZV sneller afneemt dan CZV.

Stikstof-zuurstofvraag

Ook de stikstof (Engels: nitrogen) in een watermonster zorgt voor een eigen vraag naar zuurstof. Organisch gebonden stikstof (zoals eiwitten en aminozuren) kan worden afgebroken in ammonium-ionen (NH₄⁺) of ammonia-gas (NH₃), afhankelijk van de zuurgraad (pH). Bacteriën kunnen deze ammoniumstikstof vervolgens omzetten in eerst nitriet (NO₂^-)en dan nitraat (NO₃^-). Ook voor deze processen is weer zuurstof nodig. De hoeveelheid organisch gebonden en ammoniumstikstof (= ‘zuurstofvragend’ stikstof) in een watermonster wordt bepaald met een zogenaamde Kjeldahl-test en heet daarom ook wel Kjeldahl-stikstof (N_kj). In Nederland loost iedere inwoner gemiddeld zo'n 10 g stikstof per dag in het riool. Per gram stikstof is ongeveer 4,57 gram zuurstof nodig voor het afbraakproces.

Inwonersequivalent (i.e.) en vervuilingsequivalent (v.e.)/TZV

Om de mate van vervuiling (in termen van zuurstofvraag) van (afval)water uit te drukken, worden de begrippen inwonersequivalent (i.e.) en vervuilingsequivalent (v.e.) gebruikt.

Een i.e. staat gelijk aan 54 g BZV per dag. Het begrip i.e. werd vroeger veel gebruikt om de vuilvracht van huishoudelijk afvalwater uit te drukken. Als op een locatie bijvoorbeeld 5.400 g BZV op een dag voorbijkwam, was de belasting gelijk aan 100 i.e. Omdat BZV slechts een deel van de totale zuurstofvraag omvat (zie hierboven), is een i.e. soms geen goede maat voor de 'echte' zuurstofvraag. Daarom wordt i.e. in deze definitie niet vaak meer gebruikt.

Een v.e. is gedefinieerd als 150 g TZV per dag. TZV (totaal zuurstofverbruik) is de som van de koolstof- en stikstof-zuurstofvraag (TZV = CZV + 4,57*N_kj) en is daarmee dus wél een goede maat voor de totale zuurstofvraag van een watermonster. Een v.e. is ongeveer gelijk aan de hoeveelheid zuurstofvragende stoffen per persoon per dag in rwzi-influent. Het begrip v.e. werd voorheen vooral gebruikt voor bedrijfsafvalwater, omdat de samenstelling hiervan nogal kon afwijken ten opzichte van huishoudelijk afvalwater. Tegenwoordig wordt de v.e. ook gebruikt als heffingsgrondslag voor huishoudelijk afvalwater.

Onderzoek in de jaren 80 van de vorige eeuw toonde een TZV van 136 g O₂ per dag. Per 2009 is de TZV verhoogd naar de huidige 150 g O₂ per dag. In 2017 is deze 150 g TZV per dag met uitgebreid praktijkonderzoek bevestigd. De gehanteerde definitie van een v.e. (136 óf 150 g) is een aandachtspunt als u (vooral) oudere documenten leest.

Overmatige zuurstofvraag

Het gehalte opgeloste zuurstof in oppervlaktewater kan flink afnemen als de zuurstofvraag groter wordt dan de aanvoer van zuurstof (o.a. via opname uit de lucht, de zogenaamde reaëratie). Een laag gehalte opgeloste zuurstof kan uiteindelijk leiden tot massale vissterfte in een vijver of sloot.

Gebrek aan opgeloste zuurstof wordt ‘anoxisch’ genoemd. Als niet alleen opgelost zuurstof ontbreekt, maar ook zuurstof in andere vormen zoals NO₃^-, wordt water ‘anaeroob’ genoemd. In zulk water kunnen andere ongewenste processen op gang komen, zoals de vorming van H₂S-gas.

Meer informatie

De informatie op deze pagina is gebaseerd op Metcalf & Eddy (2003)¹, Butler & Davies (2004)² en van Mazijk & Bolier (1999)³.

¹ Metcalf & Eddy (2003). Wastewater Engineering Treatment and Reuse, 4th edition. McGraw-Hill, New York, USA.
² Butler D. & Davies J.W. (2004). Urban Drainage, 2nd Edition. E&FN Spon, London, UK.
³ van Mazijk A. & Bolier G. (1999). Waterkwaliteitsmanagement. Collegehandleiding CThe4400. TU Delft, Delft.

Zuurstofvragende stoffen (BZV, CZV, TZV, i.e. en v.e.)