De redoxpotentiaal, ook bekend als de reductie-oxidatiepotentiaal, is een fysisch-chemische meetwaarde die de oxiderende en reducerende capaciteit van een oplossing beschrijft. Het wordt uitgedrukt in millivolt (mV) en is een belangrijke parameter in industriële water- en afvalwaterbehandeling. De redoxpotentiaal wordt gebruikt om chemische processen te controleren en te beheersen, vooral die waarbij elektronenoverdracht een rol speelt. Typische toepassingen zijn desinfectie, oxidatie van organische stoffen en de reductie van zware metalen of andere verontreinigende stoffen.

Grondbeginselen van de redoxpotentiaal

De redoxpotentiaal is gebaseerd op het vermogen van een stof om elektronen af te geven (oxideren) of elektronen te accepteren (reduceren). Deze reacties vinden plaats in een elektrochemisch evenwicht, dat wordt gekenmerkt door de volgende reacties:

• Oxidatie: verlies van elektronen (bijv. Fe²⁺ → Fe³⁺ + e-).
• Reductie: elektronen winnen (bijv. O₂ + 4e- + 4H⁺ → 2H₂O).

De redoxpotentiaal wordt gemeten met behulp van een referentie-elektrode (bijv. Ag/AgCl of kalomel) in combinatie met een meetelektrode (meestal platina). De meting wordt uitgevoerd onder gedefinieerde omstandigheden zoals temperatuur en pH-waarde, aangezien deze parameters de redoxpotentiaal beïnvloeden.

Praktische betekenis van redoxpotentiaal 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

Een speciaal toepassingsgebied voor redoxpotentiaal is de reductie van chroom(VI) tot chroom(III) in industrieel afvalwater. 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 het redoxpotentieel helpt om de processen te optimaliseren en het systeem te beschermen tegen ongewenste biologische reacties (bv. sulfaatreductie of methaanvorming).