La cloracin se emplea en la potabilizacin para destruir patgenos, controlarproblemas de olor, remover hierro y manganeso y para eliminar nitrgeno amoniacal.El cloro tiene una fuerte afinidad por varios compuestos y elementos, particularmentepor los agentes reductores, pues tiene una gran tendencia a ganar electrones y formar in cloruro o compuestos organoclorados.Las sustancias con las cuales el cloro reacciona frecuentemente son Fe, Mn, NO2,H2S, as como con la mayor parte de los compuestos orgnicos presentes. Las reacciones con los compuestos inorgnicos en general son rpidas, mientras que lasque se llevan a cabo con los orgnicos son muy lentas y su grado de desarrollo depende de la cantidad de cloro disponible.La aplicacin ms comn del cloro es para desinfectar. Esta accin ocurre como producto de la reaccin entre el HOCl y las estructuras de las bacterias y virus, que inactiva procesos bsicos para la vida. La tasa de desinfeccin depende de la concentracin y forma en que se encuentre el cloro disponible, el tiempo de contacto, el pH, temperatura y otros factores. El cido hipocloroso es ms eficiente que el in hipoclorito, por ello el poder del cloro residual disminuye conforme se incrementa el pH. La accin bactericida del cloro combinado es mucho menor que las del cloro residual libre, particularmente en trminos de la velocidad de la reaccin.El cloro es el principal compuesto empleado para la desinfeccin del agua. Se usa en forma gaseosa, slida o lquida y en forma pura o combinada.Los principales factores que afectan la eficiencia de desinfeccin son: Tiempo de contacto. Se refiere al tiempo disponible para que el cloro acte sobre los microorganismos. Este tiempo debe ser como mnimo de 10 a 15 min en agua potable, normalmente entre 15 y 30 min. Temperatura. La destruccin de microorganismos con cloro es mucho ms rpida a mayor temperatura. A pesar de esto, el cloro es ms estable en agua fra lo que en la prctica compensa la menor velocidad de desinfeccin. As, para lograr la misma accin a 4 C que a 21C, la concentracin de cloro residual debe ser el doble con los dems factores constantes. PH. Afecta la accin desinfectante del cloro, particularmente la del cloro residual combinado. De forma general, mientras ms alcalina sea el agua se requieren mayores dosis para una misma temperatura y tiempo de contacto. A un pH de 6.5 y una temperatura de 21 C, 0.3 mg/l de cloro residual combinado causa un efecto letal al 100 % de bacterias. A la misma temperatura y para lograr el mismo efecto, el cloro residual combinado debe aumentarse hasta 0.6mg/l a pH de 7.0 y hasta 1,2 mg/l a pH de 8,5.El cloro como oxidante acta sobre el manganeso. De hecho lo oxida ms fuertemente que el oxgeno disuelto, por lo que se usa con frecuencia para eliminar hierro y manganeso. Otra aplicacin del cloro como oxidante es la remocin del cido sulfhdrico de agua subterrnea de acuerdo con:H2S + 4Cl2 + H2O H2SO4 + 8HClLas tecnologas, principios y equipos para el empleo del cloro como desinfectante son las mismas que como oxidante.

QUIMICA DE LA CLORACION.

Cuando el cloro es disuelto en el agua a una temperatura entre 9C y 100C, forma los cidos hipocloroso y clorhdrico:PH > 8Cl2 + H2O + HOCl + HCl H+ + OCl- (6.11) PH < 7La reaccin se lleva a cabo en muy pocos segundos. A su vez, el cido hipoclorosose ioniza en forma instantnea en in hidrgeno y in hipoclorito.HOCl H+ + OCl- (6.12)Si se adiciona hipoclorito al agua se forma el ion hipoclorito en forma directaCa(OCl)2 + H2O Ca 2+ + 2OCl- + H2O (6.13)El cloro presente en el agua como cido hipocloroso o como in hipoclorito es definido como cloro libre disponible o agente verdadero de desinfeccin.6.5.1.2. Demanda de cloro, cloro combinado y punto de quiebreEl in hipoclorito se combina rpidamente con el amoniaco contenido en el agua para liberar las cloraminas de acuerdo conHOCl + NH3 H2O + NH2Cl (Monocloroamina) (6.14)HOCl + NH2Cl H2O + NHCl2 (Dicloroamina) (6.15)HOCl + NHCl2 H2O + NCl3 (Tricloroamina) (6.16)Los productos predominantes de la reaccin dependen del pH, temperatura, tiempo y la concentracin inicial de la relacin entre el cloro y el amonio. La mono y dicloramina se forman preferentemente a valores de pH de 4.5 a 8.5. Por arriba de 8,5, casi slo hay monocloramina pero debajo de 4.4 se produce la tricloroamina. Si la relacin molar entre el cloro y el nitrgeno amoniacal es menor de 1, se forma preferencialmente la mono y dicloroaminas. Cuando el cloro se encuentra combinado, generalmente en las cloraminas, se dice que hay cloro combinado, a diferencia del cloro libre que incluye el cido hipocloroso y el ion hipoclorito.Si en las reacciones anteriores se contina la adicin de cloro, se llega al punto en que tres moles de cloro reaccionan con el amoniaco para liberar nitrgeno gas y reducir el cloro a in cloruro. Este es el punto de quiebre (ecuacin 24). A medida que se aade mas cloro al agua aumenta la concentracin del cloro residual libre, pudiendo subsistir a la vez una pequea concentracin de cloro residual combinado, por compuestos que no fueron destruidos completamente.2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl (6.17)Lo anterior se ilustra en la Figura 6.13. La lnea recta que parte del origen representa la cantidad aplicada de cloro en tanto que la lnea curva es la cantidad residual al efectuar varias dosificaciones y esperar el tiempo de contacto, generalmente de 15 a 30 min. La demanda de cloro est dada por la distancia entre la cantidad aplicada menos la residual y representa la cantidad de cloro reducido para oxidar la demanda y que por tanto no est en forma activa en la solucin.Las cloraminas residuales se reducen a un valor mnimo en el punto de quiebre. A partir del cual se obtiene nuevamente cloro residual libre. El valor al cual ocurre este punto es nico para cada agua pues depende de sus caractersticas fsicas y qumicas.La presencia de cloraminas no es mala, incluso es deseable en los casos en que se desea mantener la accin residual por largos periodos en el sistema de distribucin, o bien, se pretende evitar la formacin de organoclorados.

PRODUCTOS DE CLORO

Cloro gaseoso.El cloro gaseoso es considerado generalmente como la forma ms rentable para las plantas de gran tamao.Es ms pesado que el aire, de color amarillo verdoso y txico. Un volumen de cloro lquido dentro de un tanque a presin equivale aproximadamente a 450 volmenes de gas. El cloro es un compuesto muy reactivo, la bruma de cloro es muy corrosiva por lo que los equipos dosificadores deben ser de aleaciones especiales o no metlicas. El vapor inhalado causa serios daos e incluso la muerte.Se considera que el cloro gaseoso ofrece hasta un 94.5 % de reduccin en el costo de construccin debido a que no requiere de lagunas de contacto necesarias para el cloro en solucin.El gas es sacado del contenedor por medio de una vlvula conectada en la parte superior. El cloro lquido se evapora dentro de ste antes de salir. El diseo y la instalacin de los equipos debe ser tal que se evite al mximo cualquier fuga asociada con las operaciones de conexin, vaciado o desconexin de los tanques.

HipocloritosLos hipocloritos son sales del cido hipocloroso (HOCl). El hipoclorito de calcio (Ca(OCl)2) es la forma ms comn en estado seco. Se puede presentar en polvo, grnulos o tabletas que se disuelven para producir cloro libre en aproximadamente un 70% del original. El hipoclorito de sodio (NaOCl) se encuentra en estado lquido en concentraciones que contienen aproximadamente entre el 5 a 15% en volumen de cloro. Generalmente, el hipoclorito lquido es ms econmico que el slido, que se ha utilizado generalmente en albercas, pequeas plantas potabilizadoras y en situaciones de emergencia.El hipoclorito de sodio es transportado en cilindros a presin. Los tamaos ms comunes son de 100 y 500 kg, pero existen de mayor tamao o mediante pipas para plantas de gran capacidad. El lugar donde se almacenen los contenedores debe ser fro, bien ventilado, con proteccin para vapores corrosivos y drenes para evitar encharcamientos.El hipoclorito de calcio es relativamente estable en condiciones normales, sin embargo es capaz de reaccionar con otras substancias. Por lo que debe ser almacenado lejos de otros reactivos o materiales.

DESINFECCINLa respuesta de los diversos organismos vivos al cloro es variable. En particular la de las bacterias es alta y bien conocida en tanto que la de protozoarios y virus es variable y poco conocida. En general los quistes de protozoarios y los virus entricos son ms resistentes al cloro que las bacterias, particularmente las entricas.No existen tablas o dosificaciones universales de la cantidad de cloro que se deba aadir para potabilizar el agua, pues ello depende de cada agua. Se debe, entonces, determinar en laboratorio la demanda de cloro y la cantidad suficiente para mantener un residual que proteja al agua durante su transporte. De hecho, la medicin de este residual constituye la prueba esencial de la potabilidad de un agua y es muy til ya que se correlaciona directamente en el contenido de coliformes totales y fecales, evitando realizar tediosas determinaciones en forma rutinaria.Para determinar la dosis ptima, se deben realizar pruebas de laboratorio agregando cantidades crecientes de cloro al agua y midiendo su concentracin a travs del tiempo. La dosis ptima ser la que produzca un residual de cloro libre, siendo de 0.2 a 1.5 mg/l para agua potable al final del perodo de contacto. Por ejemplo, en la Tabla 6.3 se presentan las dosis tpicas de cloro (en sus diferentes formas) usadas en plantas potabilizadoras.

La dosis de cloro ideal es la necesaria para destruir todos los organismos patgenos presentes en ella. Por tanto, para poder determinarla es indispensable tener en cuenta los siguientes parmetros: Organismos que se intenta destruir u organismos ndice (coliformes fecales) Tiempo disponible entre el momento en que se aplica el cloro al agua y el momento en que sta es consumida, usada o descargada (tiempo de contacto) Cantidad de cloro que econmicamente se puede agregar. Clase de desinfectante que se forma en el agua (HClO, ClO-, NH2Cl) segn sea el pH y el contenido de nitrgeno y materia orgnica. Definir si el agua requiere precloracin y poscloracin o slo poscloracin, dependiendo de las caractersticas de la fuente. Por ejemplo, aguas altamente contaminadas con coliformes superiores a 5 x 103 o que presenten una excesiva produccin de algas en la planta, deben siempre preclorarse.En potabilizadoras, la poscloracin debe usarse en todos los casos. Las dosis dependen de la demanda de cloro en la red. Las redes de gran longitud, al presentar largos periodos de retencin, requieren dosis iniciales mayores que las redes cortas.Efectos colateralesLa accin del cloro sobre el ser humano es nula cuando se ingiere en pequeas cantidades, hasta de 50 mg/l. En el agua para beber, el cloro libre le comunica sabor cuando su contenido es superior a 0.1 a 0.2 mg/l. Aparte de su olor caracterstico, el cloro, puede originar sabores desagradables debido a la formacin de clorofenoles, cuando el agua contiene trazas de fenoles, este sabor es perceptible en concentraciones del orden de 0.0002 mg/l.

EquipoExisten dos formas de aplicar el cloro, como elemento gaseoso o lquido. El primero restringe a instalaciones que cuenten con medidas de seguridad para el manejo del gas, ya que ste se aplica a presin utilizando inyectores de vaco. El lquido (hipoclorito) se aplica mediante bombas dosificadoras, su empleo requiere de la existencia de cmaras de mezclado.

Comparando dos tipos de mezcladores uno rpido y el otro de difusin convencional se encontr que el cloro en cualquier presentacin es activo durante los primeros 30s de mezclado, por lo que conviene un mezclado rpido. La eliminacin de coliformes se efecta con 15 min de contacto como mnimo.El olor caracterstico del cloro es un primer nivel para llamar la atencin sobre posibles fugas; puesto que el cloro es muy reactivo con el amoniaco se emplea este compuesto para detectar fugas pues juntos forman un vapor blanco y denso.Una unidad bsica para dosificar cloro consiste de un orificio insertado en la lnea de alimentacin para controlar la tasa del flujo al cilindro. Su operacin es similar a la de una llave de agua con suministro a presin constante. La cantidad de agua descargada se regula al abrir la llave, y si se mantiene una presin constante de agua, el flujo permance estable. Esto se muestra en la Figura 6.15 que consiste de una conexin acanalada que entra a un anillo fijo. La tasa de alimentacin es ajustada mediante la variacin de la apertura en V. Pero, puesto que la presin en el cilindro vara en funcin de la temperatura, la descarga a travs de la vlvula no es constante y requiere ajustes peridicos. Adems, tambin puede haber variaciones por la presin en el punto de descarga. Para contrarrestar esto, se coloca una vlvula reguladora de presin entre el cilindro y el orificio, con una vlvula compensadora de vaco del lado de la descarga. La vlvula aliviadora de presin se mantiene cerrada por vaco. Si se pierde ste se abre la vlvula y el cloro es venteado. El rotmetro, los medidores de presin y el ajustador de flujo se localizan en un panel frontal en la consola de cloracin.La alimentacin directa de cloro gas a una tubera o canal tiene limitaciones, una de ellas es la seguridad. Por ello se emplean inyectores que suministran una solucin rica en cloro a una tasa especfica. El agua fluye a travs de un eyector que crea un vaco y jala el gas desde el dosificador y lo mezcla con el flujo. Esta solucin es relativamente estable y puede ser transportada en forma relativamente segura a varios puntos de la planta donde es introducida en canales abiertos, tuberas cerradas y en descargas de bombas.