De redoxspanning, vaak synoniem gebruikt met de redoxpotentiaal, is een essentiële parameter in industriële water- en afvalwaterzuivering. Het beschrijft de elektrochemische toestand van een systeem in relatie tot de elektronenoverdrachtsreacties tussen oxiderende en reducerende stoffen. In tegenstelling tot de redoxpotentiaal, die wordt gemeten in de context van de referentie-elektrode, verwijst de redoxspanning vaak naar het verschil tussen de oxidatie- en reductieprocessen binnen een systeem. Het wordt gemeten in millivolt (mV) en is een directe meting van het vermogen van een medium om elektronen af te geven of te accepteren.

Grondbeginselen van redoxspanning

Oxidatie- en reductieprocessen

De redoxspanning is gebaseerd op redoxreacties waarbij elektronen worden overgedragen tussen moleculen of ionen. Er vinden altijd twee deelreacties plaats:

• Oxidatie: er komen elektronen vrij.
• Reductie: Elektronen worden geabsorbeerd.

De redoxspanning is een maat voor de elektrochemische balans van deze processen. Het beschrijft de drijvende kracht waarmee elektronen van een reductiemiddel (elektronendonor) naar een oxidatiemiddel (elektronenacceptor) stromen. Hoe hoger de redoxspanning, hoe sterker de oxiderende kracht van het medium; als de redoxspanning laag is, overheerst de reducerende kracht.

Elektrochemische meting

De redoxspanning wordt gemeten volgens de principes van de elektrochemie. Een meetelektrode (bijvoorbeeld van platina of goud) wordt in het medium geplaatst. Deze elektrode interageert met de redoxparen in het water. Een referentie-elektrode (bijv. zilver/zilverchloride- of kalomelelektrode) wordt gebruikt voor de meting om een stabiele vergelijkingspotentiaal te garanderen.

De redoxpotentiaal is afhankelijk van factoren zoals de concentratie van de redoxparen, de temperatuur en de pH-waarde. De meting moet daarom worden uitgevoerd onder gecontroleerde omstandigheden om vergelijkbare waarden te verkrijgen.

Praktische betekenis van redoxspanning 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).