Barium (Ba) en water

In natuurlijk en behandeld water komt barium voornamelijk voor als opgeloste bariumionen (Ba²⁺) of in slecht oplosbare mineraaldeeltjes. Dit is iets anders dan elementair bariummetaal, dat met water reageert.

Bekerglas met water met een conceptuele weergave van bariumionen en apparatuur voor membraanwaterbehandeling — Conceptuele illustratie van bariumionen in water en membraanbehandeling; dit is geen weergave van een geanalyseerd watermonster.

Barium in natuurlijk water

Barium komt van nature voor in gesteenten en mineralen, vooral in bariet (bariumsulfaat, BaSO₄) en witheriet (bariumcarbonaat, BaCO₃). De hoeveelheid die oplost, hangt af van de mineraalvorm en de waterchemie. De Wereldgezondheidsorganisatie vermeldt dat concentraties in drinkwater doorgaans lager zijn dan 100 µg/L, hoewel in sommige grondwateren hogere waarden zijn gemeten. In zeewater komt barium voornamelijk voor als Ba²⁺; een bron van het Monterey Bay Aquarium Research Institute vermeldt een gemiddelde concentratie van ongeveer 109 nmol/kg, wat overeenkomt met circa 15 µg/kg. De concentraties variëren met de diepte en het oceaangebied.

Hoe elementair barium met water reageert

Elementair bariummetaal reageert met water en vormt daarbij bariumhydroxide en waterstofgas:

Ba(s) + 2 H₂O(l) → Ba(OH)₂(aq) + H₂(g)

Bij deze reactie komt warmte vrij en ontstaat een alkalische oplossing, evenals waterstof, die kan ontbranden. Elementair barium is niet de vorm die normaal gesproken in natuurlijk water wordt gemeten. De reactie wordt uitsluitend ter chemische toelichting weergegeven; deze mag niet worden uitgevoerd buiten een naar behoren uitgerust laboratorium met gecontroleerde omstandigheden.

Bariumverbindingen in water

Bariumverbindingen verschillen sterk in oplosbaarheid. Bariumsulfaat en bariumcarbonaat lossen slechts in geringe mate op, terwijl verbindingen zoals bariumchloride en bariumnitraat veel beter oplosbaar zijn. Opgelost barium is doorgaans aanwezig als Ba²⁺; sulfaat en carbonaat in het water kunnen beïnvloeden of barium opgelost blijft of een vaste stof vormt. Bariumsulfaat, ook wel bariet genoemd, is bijzonder slecht oplosbaar.

Milieu- en gezondheidscontext

Barium kan in water terechtkomen door het oplossen van mineralen in de natuur en, op sommige locaties, door industriële activiteiten en afval. De concentratie en de chemische vorm zijn belangrijk bij het interpreteren van een meetresultaat. Voor drinkwater hanteert de Wereldgezondheidsorganisatie een richtwaarde voor barium van 1,3 mg/L; lokale wettelijke grenswaarden kunnen afwijken.

Wanneer water zowel barium als sulfaat bevat, kan bariumsulfaat neerslaan. Dit is relevant voor omgekeerde-osmosesystemen, omdat concentrering in de pekelstroom het risico op barietafzetting kan verhogen. Beoordeel de waterchemie en de bedrijfsomstandigheden in plaats van uitsluitend af te gaan op het totale bariumgehalte.

Kan barium uit water worden verwijderd?

Ja. De Wereldgezondheidsorganisatie noemt ionenwisseling, kalkontharding en directe filtratie met chemische precipitatie als behandelingsmethoden die het bariumgehalte kunnen verlagen. Omgekeerde osmose en elektrodialyse worden ook gebruikt om opgeloste ionen te verwijderen. Welk proces geschikt is en welke concentratie wordt bereikt, hangt af van de samenstelling van het voedingswater, de pH, concurrerende ionen, het ontwerp van de behandeling en de vereiste waterkwaliteit.

Beoordeel voor membraansystemen het bariumgehalte samen met het sulfaatgehalte en de waterterugwinning om de kans op bariumsulfaatafzetting in te schatten. Voor zoetwater met een laag gehalte aan opgeloste stoffen dat binnen de opgegeven invoergrenzen valt, kan de calculator voor RO-waterterugwinning en afzettingspotentieel helpen bij een eerste beoordeling van het effect van de waterterugwinning; dit is geen gevalideerd model voor membraanontwerp en ook geen calculator voor zeewater of pekel. Antiscalant kan onder geschikte omstandigheden helpen om neerslagvorming te beheersen, maar verwijdert geen opgelost barium uit het water. Bevestig de behandelingsprestaties aan de hand van representatieve voedingswatergegevens en bedrijfsomstandigheden.