Parámetros de cloración de agua potable

2013

Alumno:

Francisco Javier Ponce Lobos PL07003

Materia:

Manejo de Recurso Hídrico

Docente:

Ing. Guillermo Moya Turcios

Universidad de El Salvador – Facultad

Multidisciplinaria Oriental

Parámetros de cloración de agua potable

Parámetros de cloración de agua potable UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

CLORACIÓN DE AGUA POTABLE

Calidad Sanitaria del Agua Potable

La organización WHO (World Health Organization. Agencia especializada para la salud de las Naciones Unidas) que fija las pautas para la calidad del agua potable establece que todas las personas, independientes de sus condiciones sociales, desarrollo del país donde habitan y condiciones económicas tienen el derecho de tener acceso al agua potable. Debido a las consecuencias potenciales de enfermedades hídricas originadas por el agua, la contaminación microbiana es considerada el factor crítico de mayor riesgo en la calidad del agua potable. WHO, establece también que es impráctico monitorear el agua potable para cada patógeno microbiano posible de encontrar en ella, por lo que se definen los organismos indicadores.

DESINFECCIÓN DEL AGUA POTABLE El agua cruda en su estado natural, sea de origen superficial o subterráneo, no puede ser utilizada para la bebida sin un adecuado tratamiento, por no encontrarse lo suficientemente pura desde el punto de vista de su calidad sanitaria. Al pasar a través del suelo o por la superficie de la tierra el agua se va contaminando y puede arrastrar organismos vivos, nocivos para la salud humana, como son bacterias, virus y parásitos. El tratamiento de desinfección, es siempre obligatorio para que el agua pueda ser distribuida al consumo. En Chile el método de desinfección autorizado por el Ministerio de Salud y la reglamentación pertinente, es la cloración. La cloración consiste entonces en la adición de cloro al agua, ya sea cloro puro o alguno de sus compuestos, en las dosis adecuadas para cumplir la normativa vigente respecto a la calidad bacteriológica y a la concentración de desinfectante activo residual que debe estar presente en todo punto de la red de distribución de agua potable. Algunos agentes patógenos transmitidos por el agua Bacterias Campylobacter, Escherichia coli Salmonella (no tifoidea) Salmonella (tifoidea), Shigella, Yersinia, Vibrio (no cólera), Vibrio (cólera), Legionella Virus Rotavirus, Hepatitis A, Entero (poliomielitis) Protozoos Cryptosporidium parvum, Giardia lamblia, Entamoeba histolytica


La razón fundamental de la desinfección del agua es disminuir el riesgo de infección por enfermedades hídricas, mediante la destrucción o inactivación de los diversos organismos patógenos que pueden estar presentes en la fuente de agua cruda.

INDICADORES DE CONTAMINACIÓN

Corresponden a grupos de microorganismos que permiten clasificar el agua desde un punto de vista sanitario para sus diferentes usos. Un indicador de contaminación debe:

No ser patógeno.

Presentarse en concentraciones mayores a la de patógenos.

Ser más resistentes que patógenos a la desinfección.

Tener aplicación universal para todo tipo de aguas.

Ser detectado y cuantificado en el laboratorio.

Su detección debe ser sencilla, rápida, precisa y a costo razonable. Microorganismos indicadores Son los generalmente llamados organismos indicadores de contaminación o marcadores de la calidad sanitaria del agua. Organismos Indicadores: Bacterias coliformes totales Su presencia indica una higiene insuficiente durante las distintas etapas del procesamiento de agua potable: captación/producción/almacenamiento/distribución/manipulación posterior. Organismos Index: Escherichia coli Están relacionados directamente con un riesgo potencial a la salud de los consumidores, ya que indican posible presencia de organismos patógenos, debido a contaminación de tipo fecal.

FAMILIA ENTEROBACTERIACEAE


VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CLORO COMO DESINFECTANTE Ventajas

Destruye los organismos causantes de enfermedades, realizando esta acción a la temperatura ambiente y en un tiempo relativamente corto.

Es inocuo para el hombre y los animales, en las dosis utilizadas en la desinfección de las aguas.

Deja un efecto residual que protege al agua potable de eventuales contaminaciones posteriores.

Su concentración en el agua potable es determinada fácilmente.

Es de bajo costo, comparado con otros desinfectantes como el ozono o el dióxido de cloro.

En el agua de baja turbiedad y pH menor de 8 unidades, es muy eficaz contra las bacterias relacionadas con enfermedades transmitidas por el agua.

Desventajas

Cuando existe turbiedad, los microorganismos adheridos a las partículas quedan protegidos y no son afectados por la acción del cloro.

Es ineficaz contra los virus y los quistes de protozoos en las dosis, temperatura y tiempos de contacto normalmente usadas en la cloración del agua para fines de potabilización.


PRODUCTOS QUÍMICOS MÁS UTILIZADOS Existen tres productos ampliamente utilizados, para llevar a cabo la cloración de agua potable, dada sus propiedades desinfectantes:

1.- Hipoclorito de sodio NaOCl 2.- Hipoclorito de calcio Ca(OCl)2 3.- Cloro Cl2

Presentación de los productos Hipoclorito de sodio Es un líquido transparente de color amarillo ámbar. Posee una densidad aproximada de 1,2 g/cm3. Se suministra en bidones plásticos hasta de 50 litros o más. Hipoclorito de calcio Es un producto seco, granulado o en polvo, de color blanco. Se comercializa en tambores metálicos o bolsas plásticas. Para su aplicación se debe preparar una solución. Cloro Es un gas amarillo verdoso a temperatura ambiente y presión atmosférica. Se comercializa envasado en forma líquida a alta presión y baja temperatura, en cilindros o contenedores metálicos de acero. Contenido de cloro en los productos La concentración de cloro en los productos es: Hipoclorito de sodio: 10 - 12% Hipoclorito de calcio: alrededor de 60 - 70% Cloro gas: 100% Reacciones químicas El cloro gaseoso reacciona completamente en el agua para formar ácido hipocloroso: Cl2 + H2O =>HOCl + H+ + Cl- El ácido hipocloroso, a su vez se disocia en el agua para formar ión hipoclorito: HOCl + H2O => H3O+ + OCl- HOCl <=> OCl- + H+ (equilibrio) El conjunto de especies HOCl y OCl- se llama “cloro libre” y aún cuando ambos son desinfectantes el ácido hipocloroso es más eficiente que el ión hipoclorito y posee un gran valor germicida.


Reacciones químicas En caso de utilizarse hipoclorito de sodio o hipoclorito de calcio estos reaccionan de la siguiente manera: NaOCl => Na+ + OCl- NaOCl + H2O => Na+ + OH- + HOCl Ca(OCl)2 => Ca+2 + 2 OCl- Ca(OCl)2 + H2O => Ca+2 + 2 OH- + 2 HOCl Por tanto, se obtiene el mismo conjunto de especies HOCl y OCl- para disponer de “cloro libre”. Disociación del Cloro en agua Cuando el Cloro es inyectado en el agua, este se disocia en diferentes formas. Las formas en que se encontrará dependen del pH del agua y son cloro, ión hipoclorito y ácido hipocloroso. La eficiencia de la desinfección es dependiente del ph. Demanda de cloro Al agregar cloro o algún producto derivado de cloro al agua, se producen una serie de reacciones químicas entre el cloro agregado y las sustancias o impurezas que contiene el agua. Dentro de estas reacciones de oxidación/reducción, el cloro se combina con:


El nitrógeno amoniacal que pueda estar presente, para formar cloraminas, a las cuales se les denomina cloro combinado utilizable.

Los aminoácidos, sustancias proteínicas, sustancias orgánicas y sustancias inorgánicas como

(Fe, Mn, NO2, H2S), con los cuales produce distintos compuestos. Esta parte del cloro agregado, no es utilizable para la desinfección.

La cantidad de cloro que debe añadirse en el proceso de desinfección, para alcanzar un nivel deseado de cloro residual en un determinado tiempo de contacto, se llama “Demanda de cloro”. La Demanda de cloro es propia de cada agua y se determina caso a caso en forma experimental, mediante ensayos de laboratorio. Como es lógico de esperar, por lo general, las fuentes de tipo subterráneo ejercen una menor demanda de cloro que las fuentes de tipo superficial. Factores que intervienen en el Poder desinfectante de cloro El poder desinfectante del cloro depende de varios factores entre los que se mencionan como los más importantes:

tiempo de contacto

forma y concentración de cloro residual

temperatura y ph del agua Algunos ejemplos: Tiempo y concentración. Un cloro residual libre de 0.5 mg/L en un tiempo de 10 min., a un pH de 7.0 eliminará bacterias en forma similar a un cloro residual combinado de 0.60 mg/L en un tiempo de reacción de 60 minutos. Temperatura Para lograr la misma acción bactericida a 45ºC en comparación con una temperatura de 21ºC, siendo iguales todos los demás factores, la concentración de cloro residual combinado debe ser más del doble que la concentración de cloro residual libre. PH A una misma temperatura del orden de 21ºC, un pH de 6.5 o menos requiere menor concentración de cloro residual para causar efecto letal, que un agua que se encuentre a un pH de 8.5 o más. Tiempos de contacto El tiempo debe aumentarse en caso necesario, se contabiliza desde el punto de cloración y el primer arranque domiciliario. Este tiempo difiere según tipo de fuente de abastecimiento de la siguiente manera:

Fuentes superficiales, drenes y norias, con ph del agua cruda menor a 8: Tiempo contacto mínimo es 30 minutos

Fuentes superficiales, drenes y norias con ph del agua cruda mayor o igual a 8: Tiempo contacto mínimo es 45 minutos

Fuente subterránea tipo sondaje, con ph del agua cruda menor a 8: Tiempo contacto mínimo es 20 minutos


Fuente subterránea tipo sondaje, con ph del agua cruda mayor o igual a 8: Tiempo contacto mínimo es 30 minutos

Cloro residual El cloro residual (también llamado cloro residual total), es la suma de cloro libre y cloro combinado, dentro de este último se encuentran las Cloraminas: - NH2Cl: Monocloramina - NHCl2: Dicloramina - NHCl3: Tricloruro de nitrógeno Las cloraminas tienen menos efectividad desinfectante y requieren un mayor tiempo de contacto que el cloro libre, por lo que cuando existe amoniaco en el agua tratada, es necesario trabajar sobre el “punto de quiebre”, para lograr una buena eficiencia del proceso.

CLORACION SOBRE EL PUNTO DE QUIEBRE La cloración sobre el punto de quiebre consiste en añadir al agua tanto cloro como sea necesario para oxidar todo el amoniaco presente, dejando además un residual de cloro libre, formado por HClO y ClO-. La razón principal para añadir cloro suficiente hasta obtener cloro residual libre, es que la desinfección desde el punto de vista germicida, se logrará con toda seguridad. La curva de cloración sobre el punto de quiebre pasa por un máximo debido a la formación de cloraminas y después baja a un valor mínimo denominado “Break point” o punto de quiebre, donde las cloraminas se destruyen completamente por efecto del exceso de cloro. La adición de cloro más allá del Break point, dará como resultado un aumento proporcional del cloro libre disponible, que indica que la demanda ha sido satisfecha. Esta curva es dependiente de cada tipo de agua.


CONTROL DEL PROCESO El control real de la eficiencia de la desinfección, se efectúa mediante los exámenes bacteriológicos del agua, para comprobar que no existe contaminación fecal y que los coliformes totales de estar presentes cumplen con los requerimientos normativos. En la práctica, se puede realizar un control rápido del proceso a través de la medición de la concentración de cloro libre residual en el agua tratada. Las mediciones pueden efectuarse mediante recolección de muestras y medición in situ por un equipo de terreno o bien por controles continuos en línea, con instrumentos automáticos lo que ya es común en muchas plantas de tratamiento La elección del punto de monitoreo, es clave para determinar la eficiencia del sistema, este debe estar aguas abajo de las cámaras de mezcla y respetar los tiempos de contacto requeridos. Control en línea de cloro residual Este tipo de control significa una automatización y racionalización del proceso de cloración del agua potable, puede realizarse con los siguientes objetivos: Solo efectuar un control permanente y continuo de la concentración resultante de cloro libre residual. Controlar la dosificación de producto automáticamente, en función de la concentración de cloro libre residual. Controlar la dosificación de producto automáticamente, en función de la concentración de cloro libre residual y del caudal de agua tratado. El control en línea se traduce en ahorros de costos en productos químicos y tiempo de los operadores. Método para medir cloro libre residual en terreno En Chile se ha autorizado el Método colorimétrico de DPD (N, N - dietil - p - fenilendiamina), Método oficial NCh 409/1, para las determinaciones en terreno de cloro libre residual. Este análisis se debe realizar inmediatamente recolectada la muestra, con un equipo portátil deseablemente de comparación fotométrica por sobre equipos de comparación visual. Ambos tipos de equipos deben estar contrastados contra método estándar de FAS, con frecuencia semestral. Existen otros métodos alternativos como determinaciones amperométricas, yodometría y valoración con tiosulfato sódico. INTERFERENCIAS DEL MÉTODO DPD: Monocloraminas, Exceso de cloro, Oxígeno disuelto, Metales especialmente el Manganeso, pH, color y turbiedad, Tiempo de reacción, previo a la lectura. Por estas razones, se debe verificar si estas interferencias están presentes en el agua que se está controlando y seguir estrictamente las indicaciones del fabricante del equipo en uso, para eliminarlas. Nunca se debe mezclar marcas de equipos con otras distintas para el DPD, ya que los reactivos vienen definidos para un volumen específico de muestra y una relación entre predeterminada de comparación color desarrollado versus concentración de cloro residual.


Medición del cloro residual en el agua

La importancia del cloro en el agua

La mayoría de las enfermedades más comunes que se encuentran en comunidades traumatizadas después de un desastre, están relacionadas con el consumo de agua contaminada. La contaminación se puede dar por microorganismos (tabla 1) o por productos químicos naturales o hechos por el hombre (tabla 2). Esta hoja informativa se concentra en los problemas causados por el consumo de agua contaminada con microorganismos, puesto que son de lejos los más comunes y se pueden reducir con la cloración. La contaminación química es difícil de tratar y requiere conocimiento y equipos especializados.

Cloro residual

El cloro es un producto químico relativamente barato y ampliamente disponible que, cuando se disuelve en agua limpia en cantidad suficiente, destruye la mayoría de los organismos causantes de enfermedades, sin poner en peligro a las personas. Sin embargo, el cloro se consume a medida que los organismos se destruyen. Si se añade suficiente cloro, quedará un poco en el agua luego de que se eliminen todos los organismos; se le llama cloro libre (figura 1). El cloro libre permanece en el agua hasta perderse en el mundo exterior o hasta usarse para contrarrestar una nueva contaminación.


Por esta razón, si se analiza el agua y se encuentra que todavía existe cloro libre en ella, se comprueba que la mayoría de los organismos peligrosos ya fueron eliminados del agua y, por lo tanto, es seguro consumirla. A este procedimiento lo conocemos como medición del cloro residual.

La medida del cloro residual en un suministro de agua es un método simple pero importante para revisar si el agua que se suministra es segura para beber.

Cuándo y dónde se analiza el agua

El cloro se usa como desinfectante con mayor frecuencia cuando el agua se suministra mediante tuberías. La cloración regular de otros suministros de agua es difícil y se reserva usualmente para la desinfección después de la reparación y el mantenimiento. Generalmente, el cloro residual se determina en los siguientes puntos:

Inmediatamente después de que se ha añadido el cloro al agua para revisar que el proceso de cloración esté funcionando;

En el sitio de entrega al público más cercano al punto de cloración, para verificar que los niveles de cloro residual estén dentro de los límites establecidos (entre 0,5 y 0,2 mg/L);

En el punto más lejano de la tubería, donde probablemente los niveles de cloro residual sean los más bajos. Si los niveles de cloro se encuentran por debajo de 0,2 mg/L, es necesario añadir más cloro en un punto intermedio de la red de tuberías.

Efecto del cloro residual


La cantidad de cloro residual cambia durante el día y la noche. Si se asume que la red de

tuberías está bajo presión todo el tiempo (véase la caja 2), existe una tendencia a que

haya más cloro residual en el sistema durante el día que durante la noche. Esto se debe a

que el agua permanece en el sistema más tiempo durante la noche (cuando la demanda

es menor) y, por esta razón, existe una mayor oportunidad para que el agua contaminada

consuma el cloro residual.

El cloro residual se debe revisar frecuentemente. Si el sistema es nuevo o se ha

rehabilitado, se deben hacer chequeos diarios hasta que esté seguro de que el proceso

de cloración está funcionando correctamente. Después de esto, haga, por lo menos, un

control semanal.

Evaluación del cloro residual

La prueba más común es el indicador de DPD (dietil-para-fenil-diamina) mediante un kit de comparación. Esta prueba es el método más rápido y sencillo para evaluar el cloro residual. En esta prueba, se añade una tableta de reactivo a una muestra de agua, que la tiñe de

rojo. La intensidad del color se compara con una tabla de colores estándar para

determinar la concentración de cloro en el agua. Entre más intenso el color, mayor es la

concentración de cloro en el agua.

Hay muchos kits disponibles en el comercio para analizar el cloro residual en el agua,

como el que se muestra más abajo. Los kits son pequeños y portátiles.


Lista de control de la cloración

El cloro debe estar en contacto con el agua, por lo menos, media hora para desinfectarla. El mejor momento para añadirlo es después de todos los otros procesos de tratamiento y antes de su almacenamiento y uso.

Nunca añada cloro antes de la filtración lenta por arena o por cualquier otro proceso biológico, pues el cloro elimina las bacterias que ayudan en el tratamiento, lo cual lo torna inefectivo.

Nunca añada ninguna forma sólida de cloro directamente al suministro de agua, pues no se mezcla ni se disuelve.

Siempre haga primero una pasta, mezclando el compuesto con un poco de agua.

La desinfección es sólo una defensa contra las enfermedades. Se deben hacer todos los esfuerzos posibles para proteger las fuentes de agua de la contaminación y prevenir la subsecuente contaminación durante su recolección y almacenamiento.

Se debe seguir estrictamente el procedimiento correcto para aplicar el desinfectante al agua y se debe hacer un control regular de los suministros de agua para asegurarse de que estén libres de bacterias. De otra forma, se puede engañar a las personas pues creerán que el agua es potable cuando, de hecho, es riesgoso consumirla.

El cloro residual óptimo en un suministro pequeño y comunal de agua está en el rango de 0,3 a 0,5 mg/L.

La dosis de cloro necesaria para desinfectar un suministro de agua se incrementa si está muy turbia. En estas circunstancias, es mejor tratar el agua para reducir la turbiedad antes de la cloración.

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