In termen van scheikunde is redox verre van eenvoudig uit te leggen (ORP). In deze microgids zullen we proberen het te populariseren, zodat u begrijpt hoe belangrijk het meten van deze parameter in een natuurlijke vijver is om de kwaliteit van het water te verbeteren.
In een vijver is het doel altijd het handhaven van goede aërobe omstandigheden. Hiervoor moet de Redox positief zijn. Een redoxniveau onder de 150 betekent dat er geen zuurstof beschikbaar is voor de biologie van uw waterlichaam.
Wat is de optimale Redox-snelheid in een vijver?
In de aquacultuur moet het doel zijn om de aerobe – redoxomstandigheden boven een minimum van 100 mv te houden. Het is niet ongewoon om een geëutrofieerde vijver te analyseren en uiteindelijk zeer negatieve waarden te krijgen. Voordat bacteriën worden toegevoegd, zal het nodig zijn om dit redoxniveau in de vijver te verhogen. Bij een redoxwaarde onder de -100 bestaat het risico dat de bacterie direct verdwijnt.
Tijdens onze projecten spreken we vaak met eigenaren van waterlichamen of viskwekerijen die ons vragen naar het belang van redox (oxidatie-reductiepotentieel). Het wordt ook gevonden onder de naam ORP.
In vijvers wordt ook vaak opgeloste zuurstof in het water geanalyseerd om ervoor te zorgen dat de vijver een bevredigende concentratie beschikbare zuurstof behoudt.
Oxidatie-reductiereacties
In de waterchemie worden chemische reacties bepaald door verschillende mechanismen, maar vaak zijn de redoxreacties de belangrijkste. Bij een oxidatiereactie verliest een stof elektronen en wordt meer elektropositief van valentie, terwijl het tegenovergestelde gebeurt wanneer een stof wordt gereduceerd.
Redoxpotentiaal wordt gemeten als een stroom elektronen van een standaardconcentratie van een stof naar of van een waterstofelektrode waaraan een elektrisch potentieel van nul is toegewezen.
De elektronenstroom gemeten tijdens een redoxreactie is de redoxpotentiaal; maar afhankelijk van de stof vergeleken met de waterstofelektrode kan de stroom van elektronen in beide richtingen zijn.
De gebruikelijke procedure is om een positieve waarde toe te kennen aan de redoxpotentiaal wanneer elektronen van de waterstofelektrode naar de andere stof stromen. Er wordt een positieve waarde toegekend wanneer elektronen van de andere stof naar de waterstofelektrode stromen. Hoe groter de numerieke redoxwaarde, hoe meer de andere stof wordt geoxideerd of gereduceerd in vergelijking met de waterstofelektrode.
Een hoge positieve redoxpotentiaal geeft aan dat een stof sterk geoxideerd is ten opzichte van de waterstofelektrode. Een hoge negatieve redoxpotentiaal betekent dat een stof sterk gereduceerd wordt ten opzichte van de waterstofelektrode.
Tabellen met standaard redoxpotentialen voor waterstofelektroden voor veel stoffen zijn beschikbaar in de meeste algemene scheikundeboeken. Tijdens de reactie tussen een stof en de waterstofelektrode beweegt de redoxpotentiaal uiteraard richting nul. Een redoxpotentiaal van nul treedt op wanneer de twee stoffen met elkaar in evenwicht zijn wat betreft de elektronenstroom.
Het theoretische redoxpotentieel voor zoet water met pH 7 dat 8 mg/L DO bevat en bij 25 graden Celsius bedraagt het redoxpotentiaal 0,802 volt. In de praktijk wordt echter voor praktische redoxmetingen een kwikchloride (calomel)-elektrode gebruikt.
pH heeft een effect op redox. Om een ORP-meting op pH 7 aan te passen, wordt 0,0592 volt per pH-eenheid afgetrokken van de ORP gemeten bij een lagere pH of opgeteld voor de ORP gemeten bij een hogere pH. Een temperatuurstijging van 1 graad C resulteert in een stijging van de ORP met 0,0016 volt, maar ORP-instrumenten hebben meestal een "ingebouwde" temperatuurcompensator.
In een thermisch gestratificeerd meer kan de ORP zeer laag dalen – zelfs tot negatieve waarden – wanneer de DO-concentratie in dieper (hypolimnetisch) water daalt tot 0 mg/L. In aquacultuurvijvers die normaal gesproken niet thermisch stratificeren, zal het redoxpotentiaal echter doorgaans groter zijn dan 0,50 volt op het grensvlak tussen sediment en water vanwege de aanwezigheid van DO. Redox daalt snel tot 0,2 volt of minder op een diepte van enkele millimeters in sedimenten als gevolg van zuurstofuitputting als gevolg van microbiële activiteit. Het redoxpotentieel daalt ook snel in sedimenten, zelfs in voedselarme (oligotrofe) meren. De sedimentdiepte voor een redox van 0,2 volt kan echter 5 tot 10 cm onder het bodem-watergrensvlak liggen.
In aquacultuurvijvers moet het doel zijn om aerobe - redoxomstandigheden boven 0,5 volt of hoger te handhaven op het grensvlak tussen sediment en water. Een redoxmeting is niet nodig om deze toestand te controleren, omdat wanneer de redox daalt tot ongeveer 0,2 tot 0,3 volt, de kleur van het sedimentoppervlak (bodem) donkerder wordt - vaak donkergrijs of zwart. De gewenste toestand van het grondoppervlak is weergegeven (Fig. 3). De dunne oppervlaktelaag is aëroob en lichter van kleur dan de anaerobe laag een paar millimeter lager, zoals blijkt uit het scannen van de dunne oppervlaktelaag. De kleurverandering is het resultaat van de reductie van ferri-ijzer (Fe 3+ ) tot ferro-ijzer (Fe 2+ ) bij een redox van bijna 0,2 volt. De ORP moet dalen tot 0,0-0,1 volt voordat de bacteriën sulfaat in sulfide beginnen om te zetten. Zolang er echter oxiderende omstandigheden bestaan op het grensvlak tussen sediment en water, zal er weinig beweging van sulfide naar het water erboven plaatsvinden.
Redox-meetproblemen
De belangrijkste problemen die verband houden met redoxmetingen zijn dat de sonde met de redox-elektrode vrij groot is (ongeveer de diameter van een potlood), en wanneer deze in het sediment wordt gestoken, dringt zuurstofrijk water van boven het sediment rond de sonde door, waardoor het redoxpotentiaal wordt beïnvloed. . Het is ook vrijwel onmogelijk om de exacte diepte te kennen waarop de sonde ORP detecteert, en ORP kan dramatisch veranderen over een diepte van 1 of 2 mm. Er zijn ook kalibratieproblemen met redoxsondes, en velen lezen geen 0,56 volt in waterstofperoxide. Met dergelijke sondes kan echter worden bepaald of de redoxpotentiaal toeneemt of afneemt.
Een lage DO-concentratie kan gemakkelijk worden gedetecteerd met een polarografische DO-meter, en een lage DO-concentratie waarschuwt iemand voor een laag redoxpotentieel. Het donkerder worden van het sedimentoppervlak geeft ook aan dat de redox laag genoeg is voor de aanwezigheid van ferro-ijzer en te hoog voor de aanwezigheid van nitraat (de meest geoxideerde vorm van stikstof). De geur van rotte eieren van sulfide is waarneembaar bij een zeer lage concentratie van deze stof. Het is niet nodig om redox te meten om te weten of er waterstofsulfide wordt geproduceerd.
Uitzichtpunten
Redoxpotentieel is geen gemakkelijke of betrouwbare techniek voor het beoordelen van de waterkwaliteit voor aquacultuurdieren. De praktische aquaculturist zou zich moeten concentreren op het handhaven van een adequate DO-concentratie in het water door de bezettings- en voerhoeveelheden in evenwicht te brengen met de hoeveelheid toegepaste mechanische beluchting. Het plaatsen van beluchters om de circulatie van zuurstofrijk water over de vijverbodem te garanderen, is nuttig bij het voorkomen van anaerobe omstandigheden op het grensvlak tussen sediment en water. Sommige aquaculturisten passen natriumnitraat toe op vijvers als sedimentoxidatiemiddel. De aanwezigheid van nitraat in het water om denitrificatie te bevorderen houdt het redoxpotentieel op een acceptabel niveau om te voorkomen dat sterk gereduceerde stoffen zoals waterstofsulfide in de waterkolom terechtkomen.
