Inhoudsopgave
Grondbeginselen van redoxmeting
Elektrochemische achtergrond
De redoxpotentiaal geeft aan in welke mate een stof elektronen kan vrijmaken (oxideren) of absorberen (reduceren). Het wordt gemeten in millivolt (mV) en is direct gerelateerd aan de concentratie van geoxideerde en gereduceerde stoffen in de oplossing. De redoxmeting is gebaseerd op de vergelijking van Nernst, die de redoxpotentiaal beschrijft als functie van de standaardpotentiaal en de concentratieverhoudingen van de redoxparen.
De gemeten potentiaal is een indicator van het elektrochemische evenwicht tussen oxiderende (bv. zuurstof, chloor) en reducerende stoffen (bv. waterstofsulfide, ijzer(II)).
Meetmethoden en optimalisatie in de praktijk
Online redoxmeting
Online redoxmeetsystemen worden in moderne fabrieken gebruikt om continu waarden te registreren en door te sturen naar procescontrolesystemen (bijv. SCADA of DCS). Voordelen van deze systemen:
- Real-time bewaking en automatische procesaanpassing.
- Alarmfunctie voor afwijkingen van het setpoint.
- Gegevensregistratie voor analyse en optimalisatie.
Kalibratie en onderhoud
Voor nauwkeurige metingen moeten redoxelektroden regelmatig gekalibreerd en gereinigd worden, omdat afzettingen (bijvoorbeeld van vlokmiddelen of organische stoffen) de gevoeligheid kunnen verminderen. Kalibratieoplossingen met bekende redoxwaarden (bijv. quinhydronebuffer) worden gebruikt om de nauwkeurigheid van de elektrode te controleren.
Technische componenten van redoxmeting
Structuur van een redoxelektrode
De redoxmeting wordt uitgevoerd met een paar elektroden bestaande uit:
- Meetelektrode: Meestal gemaakt van platina of goud, omdat deze materialen chemisch inert zijn en een hoge elektrische geleidbaarheid hebben. De meetelektrode reageert met de redoxparen in de oplossing en ontwikkelt een potentiaal die evenredig is met de redoxstatus.
- Referentie-elektrode: Gewoonlijk een zilver/zilverchloride (Ag/AgCl) of kalomelelektrode die een stabiele vergelijkingspotentiaal levert.
- Meetapparaat: zet het potentiaalverschil tussen de meetelektrode en de referentie-elektrode om in een afleesbare waarde.
Functionaliteit
Het meetprincipe is gebaseerd op het feit dat er een elektrochemisch evenwicht tot stand komt tussen geoxideerde en gereduceerde stoffen op het oppervlak van de meetelektrode. De resulterende elektrische spanning wordt gemeten en weergegeven als een redoxpotentiaal.
Praktische betekenis van redoxmeting in water- en afvalwatertechnologie
1. desinfectie
Bij waterbehandeling wordt de redoxpotentiaal vaak gebruikt om desinfectie te controleren, vooral bij gebruik van chloor, ozon of waterstofperoxide. Een hoog redoxpotentiaal (bijv. > 650 mV) duidt op voldoende oxiderend vermogen, wat nodig is om ziektekiemen en ziekteverwekkers te doden.
- Voorbeeld van chloor:
Bij gebruik van chloor is het redoxpotentiaal een indicator voor de desinfectieprestaties. Chloor oxideert organische verbindingen en micro-organismen, waardoor het redoxpotentiaal toeneemt.
2. oxidatie van verontreinigende stoffen
Het redoxpotentieel wordt gebruikt in de Fentonreactie, waarbij ijzer(II)zouten en waterstofperoxide reageren om hydroxylradicalen (OH-) te produceren. Deze radicalen oxideren organische verontreinigende stoffen zeer efficiënt.
- Typisch doel: Afbraak van organische stoffen die moeilijk af te breken zijn (bijv. in farmaceutisch of chemisch afvalwater).
3. precipitatie en reductie van chroom(VI) tot chroom(III) met natriumbisulfiet
De reductie van chroom(VI) tot chroom(III) in industrieel afvalwater is een speciaal toepassingsgebied voor redoxspanning. Chroom(VI) is een zeer giftig en kankerverwekkend zwaar metaal dat in veel processen voorkomt, bijvoorbeeld bij metaalbewerking of oppervlaktebehandeling. Om aan wettelijke limieten te voldoen, wordt chroom(VI) vaak gereduceerd met natriumbisulfiet (NaHSO₃).
Reactiemechanisme:
Natriumbisulfiet werkt als een reductiemiddel dat chroom(VI) in een zure oplossing omzet in de minder giftige en gemakkelijker neer te slaan vorm chroom(III).
- Chromaationen (Cr₂O₇²-) worden omgezet in chroom(III)ionen (Cr³⁺) door elektronenoverdracht.
- Protonen (H⁺) uit de zure oplossing ondersteunen de reductie.
- Het resulterende chroom(III) kan dan uit het water verwijderd worden door precipitatie als chroomhydroxide (Cr(OH)₃).
Redoxpotentiaalbewaking:
De redoxpotentiaal is een belangrijke parameter in dit proces omdat deze de effectiviteit van de reductie weergeeft:
- Ein niedriges Redoxpotential (< +200 mV) zeigt an, dass genügend Reduktionsmittel vorhanden ist und die Reaktion in Richtung Chrom(III) verläuft.
- Toenemende redoxwaarden geven aan dat de reductie onvolledig is of dat extra dosering van natriumbisulfiet nodig is.
Toepassing in de praktijk:
In de praktijk wordt natriumbisulfiet gedoseerd in een zuurstofvrije, sterk zure omgeving (pH 2-3) om een efficiënte en volledige reductie te waarborgen. Het resulterende chroom(III) wordt neergeslagen als onoplosbaar chroomhydroxide door de pH te verhogen tot 7-9 en kan worden verwijderd door bezinking of filtratie.
Dit proces combineert chemische dosering, redoxpotentiaalbewaking en neerslagprocessen en zorgt voor een veilige en conforme behandeling van afvalwater.
4. biologische afvalwaterbehandeling
Het redoxpotentiaal is een belangrijke parameter in biologische afvalwaterbehandeling omdat het de activiteit van micro-organismen weerspiegelt:
- Aërobe processen: Hoge redoxwaarden (> 200 mV).
- Anaerobe Prozesse: Niedrige Redoxwerte (< -200 mV).
Gerichte controle van de redoxspanning helpt om de processen te optimaliseren en het systeem te beschermen tegen ongewenste biologische reacties (bijv. sulfaatreductie of methaanvorming).
Afbeelding: Ons CP-systeem ALMA CHEM MCW met natriumbisulfietdosering voor de reductie van chroom VI
Factoren die de redoxspanning beïnvloeden
Concentratie van redoxparen
Een verandering in de concentratie van de geoxideerde of gereduceerde stoffen leidt tot een verschuiving in de redoxpotentiaal. Een verhoging van de concentratie van het oxidatiemiddel (bijv. ozon) verhoogt de waarde.
pH-waarde
Omdat veel redoxreacties afhankelijk zijn van protonen (H⁺), beïnvloedt de pH-waarde de redoxpotentiaal. Een alkalisch medium verschuift bijvoorbeeld de oxidatiereacties van zuurstof.
Temperatuur
Als de temperatuur stijgt, neemt de kinetische energie van de moleculen toe, waardoor de reactiesnelheid toeneemt en dus ook het redoxpotentiaal.
Aanwezigheid van onzuiverheden
Opgeloste organische stoffen of zouten kunnen de redoxreacties beïnvloeden door zelf te oxideren/reduceren of door nevenreacties op gang te brengen.
Meting en controle in de praktijk
In industriële installaties wordt de redoxspanning vaak online gemeten met robuuste elektrodes die rechtstreeks in de processtromen worden geïntegreerd. De gemeten waarden dienen als basis voor de geautomatiseerde besturing van chemische doseringen en processen. Voorbeelden
- Dosering van oxidatiemiddelen: Optimale toevoeging van chloor of ozon voor desinfectie.
- Bewaking van anaerobe reactoren: stabiele procescondities garanderen door het redoxniveau te bewaken.
- Corrosiebescherming in koelcircuits: Vermijden van corrosieve omstandigheden door het regelen van de redoxspanning.
Conclusie
ORP-meting is een belangrijk instrument in water- en afvalwaterbehandeling omdat het betrouwbare informatie geeft over de oxidatie- en reductieprocessen in een systeem. Of het nu gaat om het bewaken van desinfectieprocessen, het controleren van reducties van zware metalen of het optimaliseren van biologische reactoren - het nauwkeurig registreren en regelen van het redoxpotentiaal is cruciaal voor de efficiëntie en betrouwbaarheid van moderne systemen. Een goed begrip van redoxmeting en de beïnvloedende factoren stelt operators en ingenieurs in staat om processen op een stabiele en hulpbronbesparende manier te organiseren.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
