El voltaje redox, a menudo utilizado como sinónimo de potencial redox, es un parámetro esencial en el tratamiento industrial del agua y las aguas residuales. Describe el estado electroquímico de un sistema en relación con las reacciones de transferencia de electrones entre sustancias oxidantes y reductoras. A diferencia del potencial redox, que se mide en el contexto del electrodo de referencia, la tensión redox suele referirse a la diferencia entre los procesos de oxidación y reducción dentro de un sistema. Se mide en milivoltios (mV) y es una medida directa de la capacidad de un medio para liberar o aceptar electrones.

Fundamentos de la tensión redox

Procesos de oxidación y reducción

La tensión redox se basa en reacciones redox en las que se transfieren electrones entre moléculas o iones. Siempre se producen dos reacciones parciales:

• Oxidación: se liberan electrones.
• Reducción: Los electrones son absorbidos.

La tensión redox es una medida del equilibrio electroquímico de estos procesos. Describe la fuerza impulsora con la que los electrones fluyen de un agente reductor (donante de electrones) a un agente oxidante (aceptor de electrones). Cuanto mayor sea la tensión redox, mayor será la fuerza oxidante del medio; si la tensión redox es baja, domina la fuerza reductora.

Medición electroquímica

La tensión redox se mide según los principios de la electroquímica. Se introduce en el medio un electrodo de medición (por ejemplo, de platino u oro). Este electrodo interactúa con los pares redox del agua. Para la medición se utiliza un electrodo de referencia (por ejemplo, electrodo de plata/cloruro de plata o de calomelano) para garantizar un potencial de comparación estable.

El potencial redox depende de factores como la concentración de los pares redox, la temperatura y el valor del pH. Por ello, la medición debe realizarse en condiciones controladas para obtener valores comparables.

Importancia práctica de la tensión 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

La reducción de cromo (VI) a cromo (III) en aguas residuales industriales es un campo de aplicación especial para la tensión redox. 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 de la tensión redox ayuda a optimizar los procesos y a proteger el sistema de reacciones biológicas indeseables (por ejemplo, reducción de sulfatos o formación de metano).