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CLORACIN DE AGUA POTABLE

CLORACIN DE AGUA POTABLE

ndice

1.Introduccin3

1.1Agua de consumo humano3

2.Cloracin7

2.1.El cloro y sus derivados72.2.Qumica del cloro72.3.Demanda de cloro102.4.Determinacin de cloro122.5.Control de la cloracin132.6.Equilibrio redox y cloro152.7.Protocolo de cloracin18

3.Equipos de cloracin19

3.1.Cloracin en tanque con recirculacin203.2.Cloracin en lnea223.3.Cloracin en tanque sin recirculacin23

1

1. INTRODUCCIN

El agua potable es un bien necesario pero escaso. A pesar de que el agua esla sustancia ms abundante y comn en nuestro planeta -ya que cubre el 71%de su superficie- el 97.3% de sta se encuentra contenida en los ocanos. Del

2.7% restante, aproximadamente el 2.1% se halla en los casquetes polares y en glaciares y slo el 0.61% es agua dulce lquida. De sta ltima, alrededor del 0.60% se encuentra en acuferos subterrneos, de difcil acceso mientras que slo el 0.009% constituye agua dulce superficial (ros y lagos). An ms, solamente el 0.003% del total es agua dulce disponible para ser usada con fines domsticos. Es decir, si el total del agua de la Tierra fuera un recipiente de 100 litros, solamente media cucharadita de agua sera apta para consumo humano.

Origen del aguaVolumen del agua en kilmetros cbicosPorcentaje de agua totalOcanos

Capas de hielo, Glaciares

Agua subterrnea Lagos de agua dulce Mares tierra adentro Humedad de la tierra AtmsferaRos

Volumen total de agua1,321,000,000

29,200,000

8,340,000

125,000

104,000

66,700

12,900

1,250

1,360,000,00097.24%

2.14%

0.61%

0.009%

0.008%

0.005%

0.001%

0.0001%

100%Fuente: Nace, Encuesta Geolgica de los Estados Unidos, 1967 yEl Ciclo Hidrolgico (Panfleto), U.S. Geological Survey, 1984

De lo expuesto se extrae que el agua potable es un bien muy preciado y escaso y que se ha de consumir y administrar concienzudamente. Es primordial minimizar su gasto e intentar, en la medida de lo posible, reutilizarla adecuadamente.

1.1 Agua de consumo humano

El abastecimiento de agua a la poblacin se puede realizar a partir de dosfuentes de caractersticas bien diferenciadas:

Aguas superficiales: lagos, ros, embalses,Estn expuestas al medioambienteyportalcausasonsusceptiblesde contaminacin. Por este motivo es necesario un tratamiento exhaustivo antes de ser aptas para consumo humano. ste suele realizarse por parte de las instituciones encargadas de la explotacin de los recursos hdricos. Aguas subterrneas: pozos, manantiales, Son fuentes de ms difcil explotacin, al no hallarse tan accesibles como las aguassuperficiales. Su origen es el agua superficial que por infiltracin natural a travs de diferentes capas terrestres pasa al acufero. Este sistema de filtracin natural permite la purificacin del agua. No obstante, para considerarse potables han de cumplir ciertas caractersticas fsicas, qumicas y microbiolgicas. Adems, a largo plazo los acuferos tambin se pueden contaminar y por ello, a menudo es necesario un tratamiento de esta agua (no tan intensivo como en el caso de las aguas superficiales).

Las fuentes de contaminacin del agua pueden ser naturales (lluvia, materia vegetal en descomposicin, erosin del suelo,) o antropognicas (actividad ganadera, subproductos de actividad industrial, aguas domsticas,), pero ambas dan lugar a un agua que no cumple con los requisitos necesarios para asegurar su potabilidad.

Los procesos bsicos de tratamiento de agua incluyen varias etapas: coagulacin, floculacin, separacin de partculas (sedimentacin/flotacin), filtracin y desinfeccin (cloracin/ozonizacin). En muchas de estas etapas se realiza la incorporacin de productos qumicos al caudal de agua a tratar y es aqu donde I.T.C. S.L. puede ayudarles a su correcta dosificacin y control con su amplia gama de bombas y accesorios.

En los casos de aguas cuya calidad se ha comprobado y se consideran aptas para ser susceptibles de consumo humano, como pueden ser muchas aguas subterrneas y aqullas superficiales que cumplan las caractersticas incluidas en el Anexo II de la Orden Ministerial de 11 de mayo de 1998 sobre caractersticas bsicas de calidad que deben ser mantenidas en las corrientes de agua superficiales cuando sean destinadas a la produccin de agua potable para ser clasificadas como Tipo A1, su tratamiento previo al consumo humano consiste en un tratamiento fsico simple (como podra ser la filtracin) seguido de un proceso de desinfeccin. En el caso de Tipo A2, es necesario un tratamiento fsico normal, tratamiento qumico y desinfeccin. Para el Tipo A3 se requiere tratamientos fsico y qumico intensivos, afino y desinfeccin.

ANEXO IIParmetroUnidadTipo A1Tipo A2TipoA3pH ColorSlidos en suspensin Temperatura Conductividad (20C) Nitratos (*)Fluoruros Hierro disuelto Manganeso CobreZinc Boro Arsnico Cadmio Cromo total Plomo Selenio Mercurio Bario Cianuros Sulfatos (**) Cloruros (**) Detergentes

Fosfatos (*) FenolesHidrocarburos disueltos o emulsionados(tras extraccin en ter de petrleo) PAHPlaguicidas totalesDQO Oxgeno disuelto DBO5Nitrgeno KjeldahlAmoniaco Sustancias extrables con cloroformoColiformes totales (37C) Coliformes fecales Estreptococos fecales Salmonellas- Escala Pt mg/lCS/cm mg/l NO3- mg/l F mg/l Femg/l Mn mg/l Cu mg/l Zn mg/l B mg/l As mg/l Cd mg/l Cr mg/l Pb mg/l Se mg/l Hg mg/l Ba mg/l CN-mg/l SO42- mg/l Cl mg/llaurilsulfato mg/l P2O5 mg/l fenol mg/l

mg/l mg/l mg/l O2% saturacinmg/l O2 mg/l N mg/l NH4+ mg/l seco

u/100ml u/100ml u/100ml-(6.5-8.5)20 (25)25 (1000)501.50.3 (0.05)0.053 (1)0.050.0050.050.050.010.0010.10.05250 (200) (0.2)

(0.4)0.0010.05

0.00020.001- (70) (3) (1)(0.05) (0.1)

(50) (20) (20)Ausente en 5 l(5.5-9.0)100-25 (1000)50 (1.7)2 (0.1) (0.05)5 (1)0.050.0050.050.050.010.00110.05250 (200) (0.2)

(0.7)0.0050.2

0.00020.0025- (50) (5) (2)1.5 (0.2)

(5000) (2000) (1000) Ausente en 1l(5.5-9.0)200-25 (1000)50 (1.7) (1) (1) (1)5 (1)0.10.0050.050.050.010.00110.05250 (200) (0.5)

(0.7)0.11

0.0010.005 (30) (30) (7) (3)4 (0.5)

(50000) (20000) (10000)-(*) En lagos poco profundos de lenta renovacin(**) Salvo que no existan aguas ms aptas para el consumoLas cifras entre parntesis se tomarn como valores indicativos deseables con carcter provisionalDe todos los tratamientos citados anteriormente, en este documento nos centraremos en la desinfeccin. En este proceso se intenta destruir o inactivar los organismos patgenos presentes en el agua, principalmente bacterias, virus y protozoos. Estos organismos, en el caso de aguas de Tipo A2 o Tipo A3, son eliminados en gran parte durante las operaciones de tratamiento fsico-qumico, pero stas no son suficientes para asegurar una inocuidad total del agua.

Los tratamientos de desinfeccin pueden ser fsicos (radiacin gamma, rayos X,radiacinultravioleta,esterilizacintrmica,)oqumicos(metales pesados, cidos o bases, halgenos, ozono, permanganato,) siendo estos ltimos los ms habituales. De entre los reactivos qumicos, el cloro y sus compuestos derivados son los agentes desinfectantes ms utilizados a nivel mundial y por ello los estudiaremos de forma ms detallada.

Los valores de cloro residual estn regulados por muchos organismos y dependen del uso final del agua. As pues, para aguas potables, se recomienda que el cloro libre residual est entre 0.5 y 1 ppm, mientras que en el caso de piscinas y balnearios, debe mantenerse entre 1.5-3.0 ppm. No obstante, estos valores son generales y cada organismo competente ha determinado los suyos propios. As, la Generalitat de Catalunya especifica que el valor de cloro residual ha de estar entre 0.2 y 0.6 ppm en todos los puntos de la red de suministro.2. CLORACIN

2.1 El cloro y sus derivados

El uso del cloro como agente desinfectante empez a principios del siglo XX ypas a completar el proceso de filtracin, que ya era ampliamente utilizado.

Los productos de la familia del cloro ms habituales para realizar la desinfeccin del agua son: cloro gaseoso, hipoclorito sdico, hipoclorito clcico.

El cloro (Cl2) es un gas txico, ms denso que el aire, de color verde amarillento. Es un producto muy oxidante que reacciona con muchsimos compuestos. En presencia de humedad es extremadamente corrosivo y por ello los conductos y los materiales en contacto con l han de ser de aleaciones especiales. El vapor de cloro es irritante por inhalacin y puede causar heridas graves en caso de exposicin a altas concentraciones. El manejo de cloro se ha de realizar pues, por parte de personal especializado y son necesarios sistemas de control y de alarma muy efectivos. Por estos motivos, es preferible la utilizacin de hipocloritos en solucin o en forma slida.

El hipoclorito sdico (NaClO) en solucin es un desinfectante que se utiliza de de el siglo XVIII y que popularmente se conoce como leja. A nivel industrial se obtiene por reaccin del cloro gas con una solucin de hidrxido de sodio. Tras la reaccin, se obtienen soluciones acuosas de color amarillo verdoso, que tienen una concentracin determinada de cloro activo por litro. Se comercializa en disoluciones de concentraciones entre 3 y 15% en peso. El hipoclorito sdico es un oxidante muy potente e inestable, tanto, que una solucin de 100 gramos de cloro activo por litro, despus de ser almacenada durante 3 meses, puede contener 90 gramos o incluso menos.

El hipoclorito clcico (Ca(ClO)2) es un slido blanco con contenido entre el 20 y el 70% de cloro activo. Es muy corrosivo y que puede inflamarse al entrar en contacto con ciertos materiales cidos. Sin embargo, presenta dos ventajas respecto al hipoclorito sdico: su mayor contenido en cloro y su mayor estabilidad. Para ser utilizado, se diluye con agua para obtener una solucin de concentracin ms manejable, por ejemplo, 2%.

2.2 Qumica del cloro

Cuando el Cl2 se disuelve en agua, se hidroliza rpidamente para generarcido hipocloroso y cido clorhdrico.

Cl2 + H2OHClO + HCl

En el caso de los hipocloritos, se produce la disociacin de ambas sales de acuerdo a las ecuaciones:

NaClO + H2ONaOH + HClO Ca(ClO)2 + 2H2OCa(OH)2 + 2HClOAs pues, en cualquiera de los casos: cloro, hipoclorito sdico e hipoclorito clcico, se acaba formando cido hipocloroso, que es realmente la especie desinfectante. No obstante, ste se disocia segn el siguiente equilibrio:

HClOH+ + ClO-

Este equilibrio est regido por la siguiente constante:

[H +][ClO ]K a =

cuyo valor aproximado es 3.2 10-8. [HClO]

Si realizamos el menos logaritmo de la expresin,

log K = log[H + ] log [ClO ]a [HClO ]

Teniendo en cuenta que el logX se conoce como pX, la expresin resulta ser:

[ClO ]

pK a = pH log [HClO ]

En la grfica siguiente se puede observar la distribucin de cada una de lasespecies en funcin del pH.

10090807060%50403020100

% HClO%ClO-

4 5 6 7 8 9 10 11

pH

Se aprecia claramente en el grfico que entre pH 6 y pH 9, ambas especiescoexisten, mientras que a pH inferiores a 6 y superiores a 9 se considera la existencia de una nica especie. A valor de pH igual al pKa del cido hipocloroso (pKa7.5), se observa que las concentraciones de HClO y ClO- son iguales, hecho fcilmente deducible de la expresin anterior.El cido hipocloroso es un desinfectante mucho ms eficaz que el in hipoclorito, este hecho podra estar relacionado con la inexistencia de carga en la molcula de cido hipocloroso. Al ser una molcula neutra, le sera ms fcil penetrar la pared bacteriana con la consiguiente actividad bactericida. A partir de este hecho, y teniendo en cuenta lo visto hasta ahora, es fcil entender la diferente actividad del hipoclorito como agente bactericida a diferentes valores de pH. As, a pH por debajo de 7.5 la cantidad de hipoclorito para desinfectar un agua es mucho menor que la necesaria para esa misma agua a pH superior a 7.5.

Adems de su aplicacin como desinfectante, el cloro y sus derivados han demostrado ser tiles tambin en:-Control de olores y sabores-Prevencin de crecimiento de algas-Eliminacin de hierro y manganeso-Destruccin de cido sulfhdrico-Eliminacin de colorantes orgnicos-Mejoras en la coagulacin por slica-

En la tabla siguiente se muestra, de forma resumida, algunos de estos usos y sus dosis tpicas.

AplicacinDosispH ptimoTiempo deEfectividad

reaccin

Hierro0.62 mg/mg7.0< 1hBien

Fe

Manganeso0.77 mg/mg7-81-3 hCintica

Mn9.5minutoslentaCrecimiento1-2 mg/l6-8

Bienbiolgico

Olor/saborVariable6-8VariableVariableEliminacin deVariable4-6.8MinutosBiencolor

Mejillones2-5 mg/l

Nivel de shockBiencebra0.2-0.5 mg/l

Nivel residual

Almejas0.3-0.5 mg/l

ContinuoBienasiticas

Una de las desventajas del uso de cloro y derivados es que reacciona conmucha materia orgnica y da lugar a trihalometanos (THM) muchos de los cuales se ha demostrado son txicos o carcinognicos. Otro inconveniente es la formacin de clorofenoles en aguas que contienen fenoles, lo que dara lugar a malos olores.El cloro tambin reacciona con el amoniaco disuelto en el agua para formar cloraminas. Estos productos tambin tienen cierto poder desinfectante, aunque son aproximadamente 25 veces menos eficaces que el cloro libre. No obstante, su tiempo de permanencia en el agua es largo y por ello a veces se han usado como reserva de cloro residual. Presentan dos grandes inconvenientes: pueden dar lugar a olores y sabores y son potencialmente txicas de forma crnica.

NH4+ + HClONH2Cl + H2O + H+monocloramina

NH2Cl+ HClONHCl2 + H2Odicloramina

NHCl2+ HClONCl3 + H2O + H+tricloramina

Otro derivado del cloro que se utiliza como desinfectante es el dixido de cloro (ClO2). ste es igual de efectivo que el cloro/hipoclorito y menos sensible a los cambios de pH por lo que respecta a su actividad desinfectante. Adems no se combina con el amoniaco ni con mucha materia orgnica, con lo cual se evita la aparicindecloraminasyotroscompuestosdesaboresyolores desagradables. No obstante, es un gas 10 veces ms txico que el cloro gas y explosivo al aire en concentraciones 8-12%. Asimismo, como producto de reaccin da lugar a clorito, cuyo riesgo para la salud humana es incierto.

2.3 Demanda de cloro

De todo lo expuesto anteriormente, se puede deducir que el cloro (y derivados)adems de reaccionar con los microorganismos, tambin lo hace con otra materia disuelta en el medio: materia orgnica, hierro, manganeso,... Por este motivo, para tener un cierto nivel de cloro residual, la cantidad necesaria que se ha de aadir es bastante superior al residual obtenido.

Por todo ello, antes de decidir la dosis de cloro que se ha de utilizar para desinfectar, se ha de determinar la demanda de cloro, es decir, la cantidad de cloro que se consume hasta la aparicin del residual.

En la figura de la pgina siguiente se muestra la variacin de la cantidad de cloro residual en funcin del cloro aadido para un caso hipottico general.

En una primera etapa, se produce la oxidacin de substancias reductoras, principalmente inorgnicas: Fe2+, Mn2+, H2S, Todo el hipoclorito que se aade se consume, con lo cual no hay cloro disponible. Una vez destruidas estas substancias, se iniciara una etapa en la que se formaran compuestos clorados, principalmente cloraminas, que actuaran como cloro residual, otorgando un cierto carcter desinfectante al sistema.

Destruccin de reductores:2Fe2+, Mn2+, H S,...Formacin de cloraminasDestruccin de cloraminasCloro libre

ppm cloro combinado ppm cloro libreppm cloro residual

Punto de ruptura

Cloro aadido (mg/l)

Cloro residual (mg/l) Cuando todo el amoniaco y las aminas orgnicas ha reaccionado con elcloro, despus del mximo de la curva, se inicia una etapa dedestruccin de estos compuestos clorados formados en la etapa anterior. A pesar de aadir ms cloro, no se observa un aumento de la cantidad de cloro disponible sino una disminucin, ya que se consume tanto el cloro residual que se haba formado, como el hipoclorito que se aade. En la ecuacin siguiente se puede observar este efecto:

2 NH2Cl + HClON2 + H2O + 3 HCl

La capacidad desinfectante del sistema, pues, disminuye en esta etapa.

Despus del punto de ruptura (breakpoint), todo el cloro que se aade se mantiene como cloro libre. As pues, se considera que a partir de este punto tanto la desinfeccin como la eliminacin de materia orgnica oxidable por cloro, se ha llevado a cabo y el agua tiene un cierto valor de cloro libre residual.

La demanda de cloro es la diferencia existente entre la cantidad de cloro aplicada al agua y la de cloro disponible libre. As pues, podemos considerar que la demanda de cloro aproximadamente coincide con la dosis a la que se alcanza el punto de ruptura.

El cloro libre residual puede presentarse en forma de Cl2, HClO y/o ClO-, dependiendo del pH de trabajo y por lo tanto corresponde a la suma de estas tres especies.2.4 Determinacin de cloro

Habitualmente la determinacin de cloro residual en aguas se realiza por

reaccin con o-tolidina o bien N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD, N,N-diethyl-p- phenylen-diamine). La primera de ellas se realiza de forma simple, pero presenta el inconveniente de que no permite una buena diferenciacin entre el cloro residual libre y el combinado. La o-tolidina reacciona rpidamente con el cloro libre, pero a partir de los 5 segundos tambin reacciona con el combinado, de forma que no se puede cuantificar ambos por separado, ya que es casi imposible realizar el anlisis por separado en una escala tan corta de tiempo. Al no poder determinar si realmente existe cloro libre (y en qu cantidad), podemos tener un agua mal clorada: alto contenido en cloro combinado, pero ausencia de cloro libre (es decir, estaramos clorando por debajo del punto de ruptura).

Por lo anteriormente expuesto, es ms recomendable el uso de DPD, que si permite distinguir entre cloro libre y combinado. La DPD, a pH entre 6.2 y 6.5 da lugar a una coloracin rojiza que es proporcional a la cantidad de cloro libre presente en el medio. Por comparacin con una escala de color se puede determinar la cantidad de cloro libre. Sobre la misma muestra, se aade yoduro potsico, que libera el cloro combinado y hace que ste reaccione con la DPD, con lo que finalmente tenemos la lectura de cloro residual total. Por diferencia entre ambos valores, podemos determinar el cloro residual combinado.

Tampn fosfato

AguaDPD KI

Cloro residual libreCloro residual total

Esta reaccin se puede monitorizar de forma sencilla en forma de kits dereaccin, suministrados por multitud de proveedores. Una forma ms precisa de realizar esta determinacin es utilizando un fotmetro, que es un instrumento que realiza la lectura de la intensidad de color y permite relacionarladirectamenteconlaconcentracindelosproductos.La determinacin colorimtrica de cloro por reaccin con DPD est reconocido como el mtodo estndar de la EPA 4500-Cl G.

En el mercado existen dispositivos que permiten la realizacin de estas reacciones en lnea, pero su coste y complejidad no los hacen muy habituales. Otro sistema de determinacin de cloro es el mtodo amperomtrico. En l, se produce la reduccin del cloro en solucin, lo que genera una intensidad de corriente que es proporcional a la concentracin de cloro. Existen versiones para determinar slo cloro libre o para determinar cloro total. La gran ventaja de este mtodo es la posibilidad de realizar lecturas en continuo lo que permite un control en lnea de la cloracin. Su gran inconveniente es el elevado coste de un sistema de control de estas caractersticas.2.5 Control de la cloracin

Con todo lo expuesto hasta ahora, tenemos ya las bases para poder discutir unpoco ms en profundidad sobre qu parmetros nos permiten decidir que un agua est correctamente tratada. Como hemos visto, la cloracin es correcta siempre que nos encontremos en valores de cloro residual superiores a los del punto de ruptura (que coinciden aproximadamente con los valores de cloro residual libre). Las cantidades de cloro libre residual recomendadas por los organismos competentes para aguas potables oscilan entre 0.5 y 1.0 ppm y entre 1.5 y 3.0 ppm para piscinas.

No obstante, se trata de cloro libre, es decir, esta cantidad no es el cloro aadido, puesto que parte de ste se ha consumido por substancias presentes en el agua (demanda de cloro).

Hasta este momento no hemos tenido en cuenta en ningn momento la velocidad de reaccin del cloro (hipoclorito) con los microorganismos. En este aspecto,convienedefinirelconceptoCt,queeselproductodela concentracin de hipoclorito dosificada por el tiempo de contacto entre el cloro y el microorganismo, para asegurar la desinfeccin deseada. El valor de Ct depende del microorganismo en cuestin y la temperatura del agua. Adems, tal y como se ha podido ver anteriormente, la actividad del hipoclorito est muy influenciada por el pH; es decir, en trminos de desinfeccin no es lo mismo tener 5ppm a pH 7 que tenerlos a pH 8. Por este motivo, Ct tambin depende del pH del agua. En la tabla siguiente se muestra un ejemplo de Ct. Se puede observar que estos valores tambin dependen de la concentracin de cloro disponible.

El producto Ct se expresa como mgmin/l, es decir, tiene dimensiones de concentracin por tiempo.

Inactivacin de Giardia Cysts a 20CConcentracin

Cloro (mg/l)pH 6.5pH 7.5pH 8.5

90%99%99.9%90%99%99.9%90%99%99.9%0.61530452143643161921.01631472245673365981.416334923477034691031.817345125497436721082.218355326517738751132.618375527538039781173.01938572855834181122Ejemplo 1Agua a 20CpH 7.5Inactivacin 99%Dosis a emplear 1 mg/l

Concentracin

Cloro (mg/l) Inactivacin de Giardia Cysts a 20C

pH 6.5pH 7.5pH 8.5

90%99%99.9%90%99%99.9%90%99%99.9%0.61530452143643161921.01631472245673365981.416334923477034691031.817345125497436721082.218355326517738751132.618375527538039781173.01938572855834181122

As, Ct = 45 mgmin/l

Y por tanto, el tiempo de contacto recomendado resulta de dividir este valor por la concentracin

tcontacto = 45/1 = 45 min.

Ejemplo 2

Se ha de tratar la misma agua del ejemplo anterior, pero se utiliza una dosis decloro de 3 mg/l.

En este caso Ct = 55, un valor superior al anterior, pero tcontacto = 55/3 = 18.3 min.Ejemplo 3

Se ha de tratar la misma agua del Ejemplo 1, pero ahora el pH del agua es 8.5.

En este caso Ct = 65, un valor superior al anterior y tcontacto = 65/1 = 65 min.

Como se ha podido ver en los ejemplos anteriores, el tiempo de desinfeccin depende de muchos parmetros y, el hecho de tener una determinada concentracin de cloro libre no asegura una adecuada desinfeccin si no se mantiene un estricto control tanto del tiempo de contacto como de todos los otrosfactores:pH,temperatura,Porestemotivo,paracontrolarla desinfeccin se recomienda la monitorizacin, no del cloro libre, sino del potencial redox del medio (ORP, oxidation-reduction potential). Mantener un valor de ORP dentro del rango asignado nos asegura que la cantidad de oxidante es adecuada para garantizar el proceso de desinfeccin. La Organizacin Mundial de la Salud adopt en 1972 un valor de 650mV como adecuado para agua purificada. La German Standards Agency adopt un valor de 750mV para la desinfeccin de piscinas pblicas, mientras que el National Swimming Pool Institute propuso un valor de 650mV para spas pblicos.

En general, en las condiciones de potencial anteriormente especificadas, se puedeconsiderarqueen30minutoselaguaestadecuadamente desinfectada. No obstante, a estos valores de potencial puede ocurrir tanto la sobredosificacin como la no desinfeccin y por ello se ha de realizar un estudio individualizado de cada caso.

El potencial redox del medio es fcilmente mesurable mediante electrodos que permiten incluso realizar lecturas en continuo en el caudal de agua tratada. Adems, son elementos muy econmicos. Todo ello hace muy atractivo el control de la cloracin mediante el potencial redox. Pero antes de seguir adelante con la discusin, veamos qu es el potencial redox.

2.6 Equilibrio redox y cloro

Existen muchos tipos de reacciones qumicas. Unas de las ms conocidas sonlas cido-base. De forma general, podemos decir que son reacciones en las que se intercambian protones. La especie que cede los protones es un cido y la que los acepta es una base.

HA + BA- + HB+CIDOBASELas siguientes reacciones son ejemplos de reacciones cido-base: NH3 + H2ONH4+ + OH-HCl + NaOHNaCl + H2O HClOH+ + ClO-

En todas ellas se produce un intercambio de protones y estn regidas por una constante de equilibrio, tal y como se explic en el apartado sobre la qumica del cloro.

En el caso de las reacciones redox lo que se produce es un intercambio de electrones, que provoca un cambio en el estado de oxidacin (valencia) de los reactivos. En este caso, la sustancia que cede el electrn es un reductor y laque lo acepta es un oxidante. La reaccin en que un reductor se oxida se llama oxidacin y la reaccin en que un oxidante se reduce se llama reduccin.

2I-I2 + 2e-OxidacinREDUCTOR

HClO + H+ + 2e-Cl- + H2OReduccinOXIDANTE

Al tener lugar una transferencia de electrones, se produce una diferencia de potencial que puede ser medida mediante el sistema electrdico adecuado. El electrodo de trabajo suele ser de platino, aunque tambin se utiliza el oro o el grafito.

Si consideramos una semirreaccin redox general: Ox + ne-RedEl potencial generado en el electrodo viene dado por la expresin:

E = E0 RT ln arednFaox

Esta expresin, conocida como Ecuacin de Nerst, rige el equilibrio redox. Enella, ared y aox son las actividades de la especie reducida y oxidada, respectivamente. Sin ser muy estrictos, podemos considerar que la actividad coincide con la concentracin, expresada en mol/l o, si el producto es un gas, con su presin en atmsferas. E0 es el potencial estndar referido a un electrodo de hidrgeno cuando la actividad de la sustancia es 1. R y F son constantes, n es el nmero de electrones intercambiados y T la temperatura absoluta (grados Kelvin), que corresponde a la temperatura en grados centgrados + 273.15.

A modo de ejemplo, mostraremos los valores para la semirreaccin de reduccin del hipoclorito:

HClO + H+ + 2e-Cl- + H2O

Aqu, si expresamos E en mV, resulta

[Cl ]E = 1490 0.198 T log [HClO][H + ]

Modificamos un poco ms esta expresin:

[Cl ]E = 1490 0.198 T ( pH + log [HClO])Tal y como se observa en la expresin, el potencial del electrodo para la reaccin de reduccin del HClO depende del pH y la temperatura. El potencial disminuye al aumentar el pH y tambin al aumentar la temperatura, pero en esta ltima presenta una menor influencia que el primero.Si consideramos el equilibrio redox completo (oxidacin + reduccin) HClO + H+ + AredCl- + H2O + AoxDonde A es cualquier sustancia que reacciona con el hipoclorito: H2S, Fe2+,...Para la reaccin completa, a 25C, se puede escribir la ecuacin de Nerst de lasiguiente forma:

ox0red0.059 [Cl ][A ]0E = EHClO EA nlog [HClO][H + ][A]

donde n es el nmero de electrones intercambiados en la reaccin. Como sepuede ver en la ecuacin, el potencial del electrodo depende tanto de la naturaleza y concentracin del oxidante como de la del reductor, por tanto, en cada tipo de agua, el potencial redox ser diferente dependiendo de sus propias caractersticas qumicas.

La medida de pH es un caso especfico de medida de potencial redox. En ste, se realiza una lectura del potencial de varias soluciones de pH conocido y se construye un sistema de calibracin de forma que a cada valor de potencial se le asigna un valor de pH.

En el caso de medidas absolutas de potencial redox, no se suele realizar una calibracin propiamente dicha, ya que normalmente se utiliza como sistema de control de reacciones, para observar cambios en su valor y no por su valor en s mismo. As, la comprobacin de las lecturas de potencial de soluciones patrn slo se utiliza para controlar el buen funcionamiento del sistema de medida. Para ello, se hace un cortocircuito en el sistema de lectura y por tanto se realiza una lectura de potencial 0. A continuacin se comprueba la lectura de potencial en una de las varias soluciones estndar de potencial redox conocido que existen:192mV, 258mV, 468mV, 650mV Se trata de seleccionar aqulla que ms cerca est del valor de potencial redox de trabajo. Para la cloracin de aguas, la solucin estndar ms adecuada sera la de 650 mV.2.7 Protocolo de cloracin

A modo general, se puede establecer un protocolo de cloracin que consta devarias etapas:

1. Estimacin de la demanda de cloro o punto de ruptura. Esto nos permitir determinar la dosis de cloro que se ha suministrar para conseguir una completa desinfeccin del agua.

2. Establecimiento del valor de Ct a que necesitamos trabajar. Esto permitir ajustar el tiempo de contacto entre el hipoclorito y los microorganismos de forma que obtengamos un agua desinfectada. Habitualmente, la dosificacin de desinfectante se realiza en un depsito en la red de distribucin para permitir la mxima homogeneizacin del agua. El dimensionado de tanques de tratamiento ha de tener en cuenta el parmetro Ct para permitir un tiempo de permanencia adecuado al tratamiento. En general, se considera que a pH inferior a 8, un tiempo de contacto de 30 minutos es suficiente. Se recomienda que el tiempo de permanencia del agua en el tanque sea inferior a 48 horas.Si el tanque ya estaba en funcionamiento antes de iniciar la cloracin y estaba infradimensionado, podra ocurrir que el tiempo de permanencia del agua no fuera suficiente, lo que dara lugar a una mala desinfeccin. En estos casos, para mantener el parmetro Ct sera necesario incrementar la dosis de tratamiento.

3. Una vez desinfectada el agua, se ha de comprobar, mediante un kit de determinacin de cloro, que la cantidad de cloro residual en el punto ms alejado de la red de suministro est dentro de lo estipulado por las autoridades competentes. En caso de ser demasiado bajo, se tendra que aumentar la dosis de cloro suministrada, con posterioridad a la desinfeccin. Por el contrario, si la dosis es demasiado elevada- como ocurrira en el caso de un tanque infradimensionado-, la adicin de un reductor (como el bisulfito sdico o el metabisulfito) permitira la eliminacin del cloro residual hasta el nivel necesario. Una vez el cloro se mantiene dentro de los valores residuales requeridos, se puede realizar una medida del potencial redox del sistema ya que ste nos servir como sistema de control, siempre y cuando no haya grandes variaciones en la calidad del agua de alimentacin del sistema.

Este procedimiento aqu descrito es meramente orientativo y en ningn caso constituye una receta exacta a seguir. En caso de duda, se recomienda pedir asesoramiento a los organismos competentes en materia de Salud Pblica.3. EQUIPOS DE CLORACIN

A la hora de clorar un agua podemos encontrarnos en varios casos decaractersticas bien diferenciadas:

A. Aguas destinadas a destino humano que no han sido cloradas anteriormente. Sera el caso de las aguas provenientes de manantiales o pozos y que se suministran directamente a los consumidores. En este caso, sera aplicable todo lo expuesto anteriormente. La cantidad de cloro dosificada se utilizara para desinfectar y para mantener un residual. La cloracin se realizara en tanque con un sistema de recirculacin para controlarla adecuadamente de forma que el agua que se suministra a los consumidores en todo momento contiene el residual necesario.B. Aguas que han sido cloradas previamente pero que, por lejana entre el punto de tratamiento y el de suministro final o por posibles prdidas de cloro posteriores al proceso de cloracin, no presentan un cloro residual adecuado en el punto ms alejado de la red de suministro. En estos casos, se trata de una dosis de recordatorio que slo se emplea para mantener un residual puesto que a priori el agua ha sido previamente desinfectada. Se realizara en este caso una cloracin en lnea, en contraposicin a la cloracin en tanque requerida en el caso A.C. Combinacin de los dos casos anteriores. Son aguas que no han sido cloradas anteriormente (y por tanto necesitan un tanque de reaccin) pero que no tienen un sistema de recirculacin que permita una cloracin controlada en todo momento. Toda el agua que sale del tanque va a parar directamente a la poblacin y por ello se ha de realizar una dosis de recordatorio (en caso necesario) en lnea.

Las soluciones que propone ITC tambin son diferentes para cada uno de los casos, si bien la configuracin que presenta mayor seguridad es la primera.En cualquiera de los tres casos expuestos, es primordial el establecimiento de un protocolo de mantenimiento y calibracin que permita detectar cualquier anomala que pudiera afectar al correcto funcionamiento de los equipos.3.1 Cloracin en tanque con recirculacin

1En el esquema se muestra a continuacin corresponde a una instalacinestndar para este tipo de tratamiento. Es la configuracin estndar del KIT DE CLORACIN EN TANQUE CON RECIRCULACIN ofrecido por ITC. Consta de diversos elementos, que pueden ser suministrados por ITC, que pasamos a describir a continuacin.

8 7 13

Rx6QRx 3 12

10 211 Q

12

8

9

4

N

DESIGNAC IN

C ANTI DAD01

Cau dalmetro102

Bom ba dosif ica dora (P)103

Bom ba dosif ica dora (Rx)104

Vlvu la de bola 2 va s105

Depsito106

Electrovlv ulas107

Vlvu la de compu ert a108

Sonda de Red ox209

Gru po de presin110

Panel de control111

Depsitos dosificadores212

Sensor de n ivel413

Vlvu la ant iretorno1

Rx

12 5 11 12

A la entrada de agua en la cuba, se realiza una cloracin proporcionalcon una DOSITEC P. A la salida, en caso de ser necesario, se realizaraun ajuste (dosis recordatorio) mediante una DOSITEC RX, controlada de forma que realiza una dosificacin por regulacin on/off hasta llegar al valor consigna de potencial. Se crea un circuito de recirculacin de forma que parte del agua que sale del tanque se suministra a la poblacin y parte vuelve al tanque. Asse puede llegar al valor consigna para la totalidad del contenido del tanque. La proporcin de agua que se recircula se puede seleccionar mediante la vlvula de compuerta que controla la recirculacin. Como medida de emergencia, se realiza la lectura del potencial redox en el agua suministrada, de forma que, si nos encontramos por encima delvalor consignado, una seal de alarma pare la dosificacin de cloro en ambos puntos. Como el consumo de agua no es siempre regular, se colocan dos sondas de nivel en la cuba que controlarn la electrovlvula que regula la cantidad de agua que entra en el sistema.

Adicionalmente, los dos depsitos que contienen el hipoclorito incluyen sendos sensores de nivel que permiten el paro de las bombas en casode agotamiento del producto qumico. El cuadro elctrico realiza las gestiones de control de cada uno de los elementos descritos anteriormente.

El dimensionado de la bomba proporcional viene dado por el caudal de agua a tratar y la dosis necesaria para llegar al punto de ruptura, teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente en materia de tiempo de contacto entre el cloro y el agua.

En general,

Q= QH2O DCl10 %

Donde QCl es el caudal de hipoclorito expresado en l/hQH2O es el caudal de agua a tratar en m3/hD es la dosis de hipoclorito requerida, expresada en ppm% es el porcentaje de pureza del hipoclorito comercial

Ejemplo

Se necesita clorar un agua de manantial con un caudal de entrada en la cubade tratamiento de 50 m3/h. La dosis de cloro necesaria es de 3 mg/l y se suministrar a partir de un producto comercial con una riqueza del 5% en cloro activo.

Q = 50 3 = 3l / h10 5

As, en este caso, la bomba ms adecuada sera una DOSITEC P de 10 l/h.Para el aporte de cloro como dosis suplementaria (recordatorio), la bomba seleccionada es la DOSITEC RX de 2 l/h.3.2 Cloracin en lnea.

En este caso no existe ningn tanque que acte como pulmn a la hora decontrolar la dosificacin ya que la desinfeccin propiamente dicha ya se ha llevado a cabo anteriormente. Se trata de un caso de cloracin de recordatorio para mantener el nivel de cloro residual necesario. Un ejemplo sera una estacin de post-cloracin en una red de distribucin muy extensa donde el tratamiento de desinfeccin se ha realizado a mucha distancia del punto de consumo. El esquema que se muestra en la pgina siguiente es la configuracin estndar del KIT DE CLORACIN EN LNEA

A partir de la lectura de potencial redox realizada por la primera sonda de redox, mediante un protocolo de aproximacin PI, la bomba DOSITEC A regula la frecuencia de bombeo para ajustar el valor de potencial al de consigna. Como medida de emergencia, se realiza la lectura del potencial redox en el agua suministrada, de forma que, si nos encontramos por encima delvalor consignado, una seal de alarma pare la dosificacin de cloro. Adicionalmente, el depsito que contiene el hipoclorito incluye un sensor de nivel que permite el paro de la bomba en caso de agotamiento del producto qumico. El cuadro elctrico realiza las gestiones de control de cada uno de los elementos descritos anteriormente.

22

Rx Rx

1A

N

DESIGNAC IN

C ANTI DAD

01

Bom ba dosif ica dora (A)

102Sonda de Red ox203Panel de control104Depsito d os ificador105Sensor de n ivel1

34

5Como, en general, la cantidad de cloro que se ha de aadir en este caso suele ser bastante pequea, se recomienda el uso de la bomba DOSITEC A de 2 l/h a no ser que se trate de caudales de agua muy elevados.

3.3 Cloracin en tanque sin recirculacin

El esquema se muestra corresponde a una instalacin estndar para este tipode tratamiento. Es la configuracin estndar del KIT DE CLORACIN EN TANQUE SIN RECIRCULACIN ofrecido por ITC. Consta de diversos elementos, todos ellos suministrados por ITC, que pasamos a describir a continuacin.

NDESIGNAC INC ANTI DAD

01

Cau dalmetro

102Bom ba dosif ica dora (P)103Bom ba dosif ica dora (A)104Vlvu la de bola 2 va s205Depsito106Sonda de Red ox207Panel de control108Depsitos dosificadoras209Sensor de n ivel410Electrovlv ula1

9101

Q

25Q

446Rx Rx

9

893A

87

9

A la entrada de agua en la cuba, se realiza una cloracin proporcionalcon una DOSITEC P. A la salida, en caso de ser necesario, se realizaraun ajuste (dosis recordatorio) mediante una DOSITEC A, controlada de forma que realiza una dosificacin por regulacin de la frecuencia de inyeccin de la bomba a partir de la lectura de potencial redox. Como medida de emergencia, se realiza la lectura del potencial redox en el agua suministrada, de forma que, si nos encontramos por encima del valor consignado, una seal de alarma pare la dosificacin de cloro en ambos puntos. Como el consumo de agua no es siempre regular, se colocan dos sondas de nivel en la cuba que controlarn la electrovlvula que regula la cantidad de agua que entra en el sistema. Adicionalmente, los dos depsitos que contienen el hipoclorito incluyen sendos sensores de nivel que permiten el paro de las bombas en casode agotamiento del producto qumico.

El cuadro elctrico realiza las gestiones de control de cada uno de los elementos descritos anteriormente.

El dimensionado de la bomba proporcional viene dado por el caudal de agua a tratar y la dosis necesaria para llegar al punto de ruptura, teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente en materia de tiempo de contacto entre el cloro y el agua.

En general,

Q= QH2O DCl10 %

Donde QCl es el caudal de hipoclorito expresado en l/hQH2O es el caudal de agua a tratar en m3/hD es la dosis de hipoclorito requerida, expresada en ppm% es el porcentaje de pureza del hipoclorito comercial

Ejemplo

Se necesita clorar un agua de manantial con un caudal de entrada en la cuba de tratamiento de 10 m3/h. La dosis de cloro necesaria es de 1.5 mg/l y se suministrar a partir de un producto comercial con una riqueza del 5% en cloro activo.

Q = 10 1.5 = 0.3l / h10 5

As, en este caso, la bomba ms adecuada sera una DOSITEC P de 2 l/h.Para el aporte de cloro como dosis suplementaria (recordatorio), la bomba seleccionada es la DOSITEC A de 2 l/h.