El potencial redox, también conocido como potencial de reducción-oxidación, es un valor medido físico-químico que describe la capacidad oxidante y reductora de una solución. Se expresa en milivoltios (mV) y es un parámetro clave en el tratamiento industrial del agua y las aguas residuales. El potencial redox se utiliza para supervisar y controlar procesos químicos, especialmente los que implican transferencia de electrones. Las aplicaciones típicas incluyen la desinfección, la oxidación de sustancias orgánicas y la reducción de metales pesados u otros contaminantes.

Fundamentos del potencial redox

El potencial redox se basa en la capacidad de una sustancia para liberar electrones (oxidar) o aceptar electrones (reducir). Estas reacciones tienen lugar en un equilibrio electroquímico, que se caracteriza por las siguientes reacciones:

• Oxidación: pérdida de electrones (por ejemplo, Fe²⁺ → Fe³⁺ + e-).
• Reducción: Ganancia de electrones (por ejemplo, O₂ + 4e- + 4H⁺ → 2H₂O).

El potencial redox se mide utilizando un electrodo de referencia (por ejemplo, Ag/AgCl o calomelano) en combinación con un electrodo de medida (normalmente de platino). La medición se realiza en condiciones definidas, como la temperatura y el valor de pH, ya que estos parámetros influyen en el potencial redox.

Importancia práctica del potencial redox en la tecnología del agua y las aguas residuales

1. desinfección

En el tratamiento del agua, el potencial redox se utiliza a menudo para controlar la desinfección, especialmente cuando se utiliza cloro, ozono o peróxido de hidrógeno. Un potencial redox elevado (por ejemplo, > 650 mV) indica un poder oxidante suficiente, necesario para eliminar gérmenes y agentes patógenos.

• Ejemplo de cloro:
  Cuando se utiliza cloro, el potencial redox es un indicador del rendimiento de la desinfección. El cloro oxida los compuestos orgánicos y los microorganismos, lo que aumenta el potencial redox.

2. oxidación de contaminantes

El potencial redox se utiliza en la reacción de Fenton, en la que sales de hierro (II) y peróxido de hidrógeno reaccionan para producir radicales hidroxilo (OH-). Estos radicales oxidan los contaminantes orgánicos con gran eficacia.

• Objetivo típico: degradación de sustancias orgánicas difíciles de descomponer (por ejemplo, en aguas residuales farmacéuticas o químicas).

3. precipitación y reducción del cromo (VI) a cromo (III) con bisulfito sódico

Un ámbito especial de aplicación del potencial redox es la reducción del cromo (VI) a cromo (III) en las aguas residuales industriales. El cromo (VI) es un metal pesado altamente tóxico y cancerígeno que aparece en muchos procesos, por ejemplo en el procesamiento de metales o el tratamiento de superficies. Para cumplir los límites legales, el cromo (VI) suele reducirse mediante bisulfito sódico (NaHSO₃).

Mecanismo de reacción:
El bisulfito sódico actúa como agente reductor que convierte el cromo (VI) en una solución ácida en la forma menos tóxica y más fácil de precipitar cromo (III).

• Los iones cromato (Cr₂O₇²- ) se convierten en iones cromo(III) (Cr³⁺) por transferencia de electrones.
• Los protones (H⁺ ) de la solución ácida favorecen la reducción.
• El cromo(III) resultante puede eliminarse del agua por precipitación en forma de hidróxido de cromo (Cr(OH)₃).

Control del potencial redox:
El potencial redox es un parámetro clave en este proceso, ya que refleja la eficacia de la reducción:

• Ein niedriges Redoxpotential (< +200 mV) zeigt an, dass genügend Reduktionsmittel vorhanden ist und die Reaktion in Richtung Chrom(III) verläuft.
• El aumento de los valores redox indica que la reducción es incompleta o que se requiere una dosificación adicional de bisulfito sódico.

Aplicación práctica:
En la práctica, el bisulfito sódico se dosifica en un entorno libre de oxígeno y muy ácido (pH 2-3) para garantizar una reducción eficaz y completa. El cromo (III) resultante se precipita como hidróxido de cromo insoluble elevando el pH a 7-9 y puede eliminarse por sedimentación o filtración.

Este proceso combina la dosificación de productos químicos, el control del potencial redox y los procesos de precipitación, y garantiza un tratamiento seguro y conforme de las aguas residuales.

4. tratamiento biológico de las aguas residuales

El potencial redox es un parámetro importante en el tratamiento biológico de aguas residuales, ya que refleja la actividad de los microorganismos:

• Procesos aeróbicos: Valores redox elevados (> 200 mV).
• Anaerobe Prozesse: Niedrige Redoxwerte (< -200 mV).

El control selectivo del potencial redox ayuda a optimizar los procesos y a proteger el sistema de reacciones biológicas indeseables (por ejemplo, reducción de sulfatos o formación de metano).