Zuurstofverzadiging beschrijft de maximale concentratie moleculaire zuurstof (O₂) die in water kan oplossen onder bepaalde omstandigheden (temperatuur, druk, zoutgehalte). Het wordt uitgedrukt als een verzadigingsconcentratie in milligram per liter (mg/L) of als een verzadigingspercentage (% verzadiging). De term wordt vaak gebruikt om de efficiëntie van zuurstofoverdracht in water- en afvalwaterbehandelingsprocessen te beoordelen en is een belangrijke indicator voor de waterkwaliteit.

Betekenis van zuurstofsaturatie

1. Biologische processen:

   • In water- en afvalwaterzuivering is zuurstof essentieel voor de aerobe aerobe biologische processenvooral in het actief slibproces. Micro-organismen gebruiken zuurstof om organische stoffen te oxideren en af te breken.

2. Ecologische relevantie:

   • Zuurstofverzadiging heeft een directe invloed op de leefomstandigheden van waterorganismen zoals vissen en ongewervelde dieren. Een lage zuurstofverzadiging kan leiden tot zuurstoftekort (hypoxie), terwijl een oververzadiging schadelijk kan zijn voor organismen.

3. Beoordeling van de efficiëntie van ventilatiesystemen:

   • Zuurstofverzadiging is een belangrijke parameter voor het beoordelen van de prestaties van beluchtingssystemen in afvalwaterzuiveringsinstallaties of industriële waterzuiveringsprocessen.

4. Corrosiegedrag in watercircuits:

   • Zuurstofgehalte en verzadiging beïnvloeden het corrosiepotentieel in koelwatersystemen, pijpleidingen en boilersystemen.

Technische achtergrond van zuurstofsaturatie

1. oplosbaarheid van zuurstof

De hoeveelheid zuurstof die kan worden opgelost in water hangt af van de volgende fysisch-chemische factoren:

• Temperatuur:

  • De oplosbaarheid van zuurstof neemt af met toenemende temperatuur. Koud water kan meer zuurstof opnemen dan warm water.
  • Voorbeeld: Bij 10 °C is de verzadigingsconcentratie ongeveer 11,3 mg/L, bij 30 °C slechts ongeveer 7,5 mg/L (bij normale druk en zuiver water).

• Afdrukken:

  • Een hogere omgevingsdruk verhoogt de oplosbaarheid van zuurstof. Dit verklaart het gebruik van beluchtingssystemen onder druk in bepaalde processen.
  • Voorbeeld: In waterreactoren onder druk wordt de zuurstofoverdracht geoptimaliseerd door de druk te verhogen.

• Zoutgehalte:

  • Naarmate het zoutgehalte (saliniteit) toeneemt, neemt de zuurstofoplosbaarheid af. Zeewater heeft een lagere zuurstofverzadiging dan zoet water. Zeewater heeft een lagere zuurstofverzadiging dan zoet water.

2. relatieve zuurstofverzadiging

De relatieve zuurstofverzadiging geeft aan hoe dicht het huidige zuurstofgehalte bij de maximale verzadigingsconcentratie ligt.

• Waarden onder de 100 % wijzen op onderbeluchting of biologisch zuurstofverbruik.
• Waarden boven de 100 % duiden op oververzadiging, die kan worden veroorzaakt door intensieve beluchting of fotosynthese.

Meting van zuurstofverzadiging

Zuurstofverzadiging wordt bepaald met moderne meettechnologie. Gangbare methoden zijn onder andere

1. Elektrochemische sensoren (Clark-elektrode):

   • Meet de zuurstofconcentratie door een elektrochemische reactie op een membraan.
   • Voordelen: Nauwkeurig en veel gebruikt.
   • Nadelen: Regelmatig kalibreren vereist.

2. Optische zuurstofsensoren:

   • Gebruik fluorescentietechnologieën waarbij de verzwakking van het signaal door zuurstof wordt gemeten.
   • Voordelen: Weinig onderhoud en robuust.
   • Nadelen: Hogere acquisitiekosten.

3. Winkler titratie (laboratoriummethode):

   • Klassieke methode waarbij zuurstof chemisch wordt gebonden en gekwantificeerd door titratie.
   • Voordelen: Hoge nauwkeurigheid.
   • Nadelen: Tijdrovend, niet geschikt voor real-time metingen.

Toepassingen van zuurstofsaturatie in de praktijk

1. behandeling van afvalwater

• Actief slib proces:

  • Aërobe micro-organismen hebben zuurstof nodig voor de afbraak van organische stoffen. Zuurstofverzadiging wordt geregeld door beluchtingssystemen zoals diffusors of oppervlaktebeluchters.
  • Optimaal bereik: 2-3 mg/L opgeloste zuurstof in de beluchtingstank.
  • Nitrificatie:
    • De afbraak van ammonium (NH₄⁺) tot nitraat (NO₃-) vereist hogere zuurstofniveaus (4-6 mg/L), omdat nitrificerende bacteriën gevoeliger reageren op een gebrek aan zuurstof.