De oxidatie is een fundamenteel chemisch proces dat een doorslaggevende rol speelt in de behandeling van industrieel water en afvalwater. Het wordt gebruikt om verontreinigende stoffen te verwijderen, toxische stoffen om te zetten in meer onschadelijke verbindingen en water te desinfecteren. Een verscheidenheid aan verontreinigende stoffen zoals organische stoffen, metalen en micro-organismen kan worden behandeld door het gerichte gebruik van verschillende oxidatieprocessen.

Dit artikel behandelt oxidatie in al zijn facetten. Van de chemische principes en de gebruikte technologieën tot de specifieke toepassingen in de praktijk - deze uitleg biedt een uitgebreide kennisoverdracht voor ingenieurs en praktijkmensen.

Basisprincipes van oxidatie

Definitie en principe

Oxidatie is een chemische reactie waarbij elektronen worden overgedragen van de ene stof (elektrondonor) naar de andere stof (elektronenacceptor). Zuurstof (O₂) is vaak de elektronenacceptor, maar andere oxiderende stoffen zoals chloor, ozon of waterstofperoxide kunnen deze rol ook op zich nemen.

Basisreactie:

Reducerende stof (donor)+oxiderende stof (acceptor)→geoxideerde stof+gereduceerde stof

Belangrijke termen in oxidatie

• Oxiderende stoffen: Stoffen die elektronen accepteren en daardoor de oxidatie van een andere stof mogelijk maken (bijv. ozon, chloor, waterstofperoxide).
• Reducerende stoffen: Stoffen die elektronen vrijgeven en worden geoxideerd (bijv. organische verontreinigende stoffen, metalen, ammonium).
• Redoxpotentiaal: Een maat voor het oxidatievermogen van een stof, gemeten in volt (V). Hoe hoger de redoxpotentiaal, hoe sterker de oxiderende stof.

Soorten oxidatie in watertechnologie

Er zijn verschillende soorten oxidatie die worden gebruikt afhankelijk van het doel en de samenstelling van het afvalwater.

1. directe oxidatie

• Bij directe oxidatie reageert het oxidatiemiddel rechtstreeks met de vervuilende stof.
• Voorbeelden:
  • Oxidatie van ijzer (Fe²⁺) tot ijzerhydroxide (Fe(OH)₃).
  • Oxidatie van waterstofsulfide (H₂S) tot zwavelzuur (H₂SO₄).

2. indirecte oxidatie

• Hierbij worden reactieve tussenproducten zoals hydroxylradicalen (-OH) gevormd, die vervolgens de verontreinigende stoffen aanvallen.
• Voorbeelden:
  • Vorming van hydroxylradicalen uit ozon (O₃) of waterstofperoxide (H₂O₂).

Oxiderende stoffen in industriële water- en afvalwatertechnologie

1. ozon (O₃)

• Eigenschappen: Zeer sterk oxidatiemiddel met een redoxpotentiaal van +2,07 V.
• Toepassingsgebieden:
  • Afbraak van organische vervuilende stoffen (bijv. farmaceutische residuen).
  • Desinfectie.
  • Verwijderen van kleur en geur.
• Voordelen: Geen resten, omdat ozon uiteenvalt in zuurstof.

2. chloor (Cl₂)

• Eigenschappen: Sterk oxidatiemiddel dat onderchlorig zuur (HOCl) vormt in waterige oplossing.
• Toepassingsgebieden:
  • Desinfectie.
  • Oxidatie van ammonium (NH₄⁺) tot stikstofgas (N₂).
  • Verwijdering van ijzer en mangaan.
• Uitdagingen: Vorming van chloorhoudende bijproducten zoals trihalomethanen (THM's).

3. waterstofperoxide (H₂O₂)

• Eigenschappen: Sterk oxiderend vermogen, vaak gebruikt in combinatie met UV-reactoren of katalysatoren.
• Toepassingsgebieden:
  • Behandeling van zwaar verontreinigd afvalwater.
  • Verwijdering van cyaniden of fenolen.

4. kaliumpermanganaat (KMnO₄)

• Eigenschappen: Sterk oxidatiemiddel voor de oxidatie van metalen en zwavelverbindingen.
• Toepassingsgebieden:
  • Verwijdering van ijzer en mangaan.
  • Oxidatie van waterstofsulfide.

Oxidatietechnologieën en -processen

1. klassieke oxidatiesystemen

• Gebruik van ozon, chloor of waterstofperoxide in reactoren.
• Onderdelen:
  • Doseersystemen voor het oxidatiemiddel.
  • reactietanks of reactoren onder druk.