dosis de naclo para agua potable

5/21/2018 Dosis de NaClO Para Agua Potable

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CLORACIN DE AGUA POTABLE


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CLORACIN DE AGUA POTABLE

ndice

1. Introduccin 3

1.1 Agua de consumo humano 3

2. Cloracin 7

2.1. El cloro y sus derivados 7

2.2. Qumica del cloro 7

2.3. Demanda de cloro 10

2.4. Determinacin de cloro 12

2.5. Control de la cloracin 13

2.6. Equilibrio redox y cloro 15

2.7. Protocolo de cloracin 18

3. Equipos de cloracin 19

3.1. Cloracin en tanque con recirculacin 20

3.2. Cloracin en lnea 22

3.3. Cloracin en tanque sin recirculacin 23


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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 yen glaciares y slo el 0.61% es agua dulce lquida. De sta ltima, alrededordel 0.60% se encuentra en acuferos subterrneos, de difcil acceso mientrasque 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 confines domsticos. Es decir, si el total del agua de la Tierra fuera un recipientede 100 litros, solamente media cucharadita de agua sera apta para consumohumano.

Origen del aguaVolumen del agua en

kilmetros cbicos

Porcentaje de

agua totalOcanos 1,321,000,000 97.24%

Capas de hielo, Glaciares 29,200,000 2.14%

Agua subterrnea 8,340,000 0.61%

Lagos de agua dulce 125,000 0.009%

Mares tierra adentro 104,000 0.008%

Humedad de la tierra 66,700 0.005%

Atmsfera 12,900 0.001%

Ros 1,250 0.0001%

Volumen total de agua 1,360,000,000 100%Fuente: Nace, Encuesta Geolgica de los Estados Unidos, 1967 y

El Ciclo Hidrolgico (Panfleto), U.S. Geological Survey, 1984

De lo expuesto se extrae que el agua potable es un bien muy preciado yescaso y que se ha de consumir y administrar concienzudamente. Es primordialminimizar su gasto e intentar, en la medida de lo posible, reutilizarlaadecuadamente.

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 almedioambiente y por tal causa son susceptibles decontaminacin. Por este motivo es necesario un tratamientoexhaustivo antes de ser aptas para consumo humano. ste suelerealizarse por parte de las instituciones encargadas de laexplotacin de los recursos hdricos.

Aguas subterrneas: pozos, manantiales, Son fuentes de msdifcil explotacin, al no hallarse tan accesibles como las aguas


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superficiales. Su origen es el agua superficial que por infiltracinnatural 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 ciertascaractersticas fsicas, qumicas y microbiolgicas. Adems, a

largo plazo los acuferos tambin se pueden contaminar y porello, a menudo es necesario un tratamiento de esta agua (no tanintensivo como en el caso de las aguas superficiales).

Las fuentes de contaminacin del agua pueden ser naturales (lluvia, materiavegetal en descomposicin, erosin del suelo,) o antropognicas (actividadganadera, subproductos de actividad industrial, aguas domsticas,), peroambas dan lugar a un agua que no cumple con los requisitos necesarios paraasegurar 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 serealiza la incorporacin de productos qumicos al caudal de agua a tratar y esaqu donde I.T.C. S.L. puede ayudarles a su correcta dosificacin y control consu amplia gama de bombas y accesorios.

En los casos de aguas cuya calidad se ha comprobado y se consideran aptaspara ser susceptibles de consumo humano, como pueden ser muchas aguassubterrneas y aqullas superficiales que cumplan las caractersticas incluidasen el Anexo II de la Orden Ministerial de 11 de mayo de 1998 sobrecaractersticas bsicas de calidad que deben ser mantenidas en las corrientesde agua superficiales cuando sean destinadas a la produccin de agua potablepara ser clasificadas como Tipo A1, su tratamiento previo al consumo humanoconsiste en un tratamiento fsico simple (como podra ser la filtracin) seguidode un proceso de desinfeccin. En el caso de Tipo A2, es necesario untratamiento fsico normal, tratamiento qumico y desinfeccin. Para el Tipo A3se requiere tratamientos fsico y qumico intensivos, afino y desinfeccin.


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ANEXO IIParmetro Unidad Tipo A1 Tipo A2 Tipo

A3pH

Color

Slidos en suspensinTemperatura

Conductividad (20C)Nitratos (*)Fluoruros

Hierro disueltoManganeso

CobreZincBoro

Arsnico

CadmioCromo total

PlomoSelenio

MercurioBario

CianurosSulfatos (**)Cloruros (**)Detergentes

Fosfatos (*)Fenoles

Hidrocarburos disueltos oemulsionados

(tras extraccin en ter de petrleo)PAH

Plaguicidas totalesDQO

Oxgeno disueltoDBO5

Nitrgeno KjeldahlAmoniacoSustancias extrables

con cloroformoColiformes totales (37C)

Coliformes fecalesEstreptococos fecales

Salmonellas

-Escala Pt

mg/lC

S/cmmg/l NO3

-mg/l Fmg/l Femg/l Mnmg/l Cumg/l Znmg/l Bmg/l Asmg/l Cdmg/l Crmg/l Pbmg/l Semg/l Hgmg/l Bamg/l CN-

mg/l SO42-

mg/l Clmg/l

laurilsulfatomg/l P2O5mg/l fenol

mg/l

mg/lmg/l

mg/l O2% saturacin

mg/l O2

mg/l Nmg/l NH4+

mg/l seco

u/100mlu/100mlu/100ml

-

(6.5-8.5)20

(25)25

(1000)501.50.3

(0.05)0.05

3(1)

0.05

0.0050.050.050.01

0.0010.10.05250

(200)(0.2)

(0.4)0.0010.05

0.00020.001

-(70)(3)

(1)(0.05)(0.1)

(50)(20)(20)

Ausenteen 5 l

(5.5-9.0)100

-25

(1000)50

(1.7)2

(0.1)(0.05)

5(1)

0.05

0.0050.050.050.010.001

10.05250

(200)(0.2)

(0.7)0.005

0.2

0.00020.0025

-(50)(5)

(2)1.5(0.2)

(5000)(2000)(1000)

Ausenteen 1l

(5.5-9.0)

200-

25(1000)

50(1.7)(1)(1)(1)5

(1)

0.10.0050.050.050.010.001

10.05250

(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 consumo

Las cifras entre parntesis se tomarn como valores indicativos deseables con carcterprovisional


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De todos los tratamientos citados anteriormente, en este documento noscentraremos en la desinfeccin. En este proceso se intenta destruir o inactivarlos organismos patgenos presentes en el agua, principalmente bacterias, virusy protozoos. Estos organismos, en el caso de aguas de Tipo A2 o Tipo A3, soneliminados 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, rayosX, radiacin ultravioleta, esterilizacin trmica,) o qumicos (metalespesados, cidos o bases, halgenos, ozono, permanganato,) siendo estosltimos los ms habituales. De entre los reactivos qumicos, el cloro y suscompuestos derivados son los agentes desinfectantes ms utilizados a nivelmundial y por ello los estudiaremos de forma ms detallada.

Los valores de cloro residual estn regulados por muchos organismos ydependen 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 depiscinas y balnearios, debe mantenerse entre 1.5-3.0 ppm. No obstante, estosvalores son generales y cada organismo competente ha determinado los suyospropios. As, la Generalitat de Catalunya especifica que el valor de clororesidual ha de estar entre 0.2 y 0.6 ppm en todos los puntos de la red desuministro.


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2. CLORACIN

2.1 El cloro y sus derivados

El uso del cloro como agente desinfectante empez a principios del siglo XX y

pas a completar el proceso de filtracin, que ya era ampliamente utilizado.

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

El cloro (Cl2) es un gas txico, ms denso que el aire, de color verdeamarillento. Es un producto muy oxidante que reacciona con muchsimoscompuestos. En presencia de humedad es extremadamente corrosivo y por ellolos conductos y los materiales en contacto con l han de ser de aleacionesespeciales. El vapor de cloro es irritante por inhalacin y puede causar heridasgraves en caso de exposicin a altas concentraciones. El manejo de cloro seha de realizar pues, por parte de personal especializado y son necesariossistemas de control y de alarma muy efectivos. Por estos motivos, es preferiblela utilizacin de hipocloritos en solucin o en forma slida.

El hipoclorito sdico (NaClO) en solucin es un desinfectante que se utiliza dede el siglo XVIII y que popularmente se conoce como leja. A nivel industrial seobtiene por reaccin del cloro gas con una solucin de hidrxido de sodio. Trasla reaccin, se obtienen soluciones acuosas de color amarillo verdoso, quetienen una concentracin determinada de cloro activo por litro. Se comercializaen disoluciones de concentraciones entre 3 y 15% en peso. El hipoclorito

sdico es un oxidante muy potente e inestable, tanto, que una solucin de 100gramos 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 yel 70% de cloro activo. Es muy corrosivo y que puede inflamarse al entrar encontacto con ciertos materiales cidos. Sin embargo, presenta dos ventajasrespecto al hipoclorito sdico: su mayor contenido en cloro y su mayorestabilidad. Para ser utilizado, se diluye con agua para obtener una solucin deconcentracin ms manejable, por ejemplo, 2%.

2.2 Qumica del c loro

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

Cl2+ H2O HClO + HCl

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

NaClO + H2O NaOH + HClO

Ca(ClO)2+ 2H2O Ca(OH)2+ 2HClO


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As pues, en cualquiera de los casos: cloro, hipoclorito sdico e hipocloritoclcico, se acaba formando cido hipocloroso, que es realmente la especiedesinfectante. No obstante, ste se disocia segn el siguiente equilibrio:

HClO H++ ClO-

Este equilibrio est regido por la siguiente constante:

[ ][ ][ ]HClO

ClOHKa

+

=

cuyo valor aproximado es 3.2 10-8.

Si realizamos el menos logaritmo de la expresin,

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

[ ][ ]HClOClO

pHpK a

= log

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

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10 11

pH

% % HClO

%ClO-

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 laexistencia de una nica especie. A valor de pH igual al pKa del cidohipocloroso (pKa7.5), se observa que las concentraciones de HClO y ClO

-soniguales, hecho fcilmente deducible de la expresin anterior.

[ ] [ ][ ]HClOClOHK a

+= logloglog


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El cido hipocloroso es un desinfectante mucho ms eficaz que el inhipoclorito, este hecho podra estar relacionado con la inexistencia de carga enla molcula de cido hipocloroso. Al ser una molcula neutra, le sera ms fcilpenetrar la pared bacteriana con la consiguiente actividad bactericida. A partirde este hecho, y teniendo en cuenta lo visto hasta ahora, es fcil entender la

diferente actividad del hipoclorito como agente bactericida a diferentes valoresde pH. As, a pH por debajo de 7.5 la cantidad de hipoclorito para desinfectarun agua es mucho menor que la necesaria para esa misma agua a pH superiora 7.5.

Adems de su aplicacin como desinfectante, el cloro y sus derivados handemostrado 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 ysus dosis tpicas.

Aplicacin Dosis pH pt imo Tiempo dereaccin

Efectividad

Hierro 0.62 mg/mgFe

7.0 < 1h Bien

Manganeso 0.77 mg/mgMn

7-89.5

1-3 hminutos

Cinticalenta

Crecimientobiolgico

1-2 mg/l 6-8 Bien

Olor/sabor Variable 6-8 Variable Variable

Eliminacin decolor

Variable 4-6.8 Minutos Bien

Mejillonescebra

2-5 mg/l0.2-0.5 mg/l

Nivel de shockNivel residual

Bien

Almejasasiticas

0.3-0.5 mg/l Continuo Bien

Una de las desventajas del uso de cloro y derivados es que reacciona conmucha materia orgnica y da lugar a trihalometanos (THM) muchos de loscuales se ha demostrado son txicos o carcinognicos. Otro inconveniente esla formacin de clorofenoles en aguas que contienen fenoles, lo que dara lugar

a malos olores.


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El cloro tambin reacciona con el amoniaco disuelto en el agua para formarcloraminas. Estos productos tambin tienen cierto poder desinfectante, aunqueson 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 usadocomo reserva de cloro residual. Presentan dos grandes inconvenientes: pueden

dar lugar a olores y sabores y son potencialmente txicas de forma crnica.

NH4++ HClO NH2Cl + H2O + H

+monocloramina

NH2Cl+ HClO NHCl2+ H2Odicloramina

NHCl2+ HClO NCl3+ 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 loscambios de pH por lo que respecta a su actividad desinfectante. Adems no secombina con el amoniaco ni con mucha materia orgnica, con lo cual se evita laaparicin de cloraminas y otros compuestos de sabores y oloresdesagradables. No obstante, es un gas 10 veces ms txico que el cloro gas yexplosivo al aire en concentraciones 8-12%. Asimismo, como producto dereaccin 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 otramateria disuelta en el medio: materia orgnica, hierro, manganeso,... Por estemotivo, para tener un cierto nivel de cloro residual, la cantidad necesaria que seha de aadir es bastante superior al residual obtenido.

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

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

En una primera etapa, se produce la oxidacin de substanciasreductoras, principalmente inorgnicas: Fe2+, Mn2+, H2S, Todo elhipoclorito que se aade se consume, con lo cual no hay clorodisponible.

Una vez destruidas estas substancias, se iniciara una etapa en la quese formaran compuestos clorados, principalmente cloraminas, queactuaran como cloro residual, otorgando un cierto carcter desinfectanteal sistema.


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Cloro aadido (mg/l)

Clororesidual(mg/l)

ppm cloro combinadoppm cloro libre

ppm cloro residual

Destruccin de reductores:

Fe2+

, Mn2+

, H2S,... Formacin de cloraminas Destruccin d e cloraminas Cloro libre

Punto de ruptura

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 etapaanterior. A pesar de aadir ms cloro, no se observa un aumento de lacantidad de cloro disponible sino una disminucin, ya que se consumetanto el cloro residual que se haba formado, como el hipoclorito que

se aade. En la ecuacin siguiente se puede observar este efecto:

2 NH2Cl + HClO N2+ H2O + 3 HCl

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

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

La demanda de cloro es la diferencia existente entre la cantidad de cloroaplicada al agua y la de cloro disponible libre. As pues, podemos considerarque la demanda de cloro aproximadamente coincide con la dosis a la que sealcanza 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 estastres especies.


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2.4 Determinacin de cloro

Habitualmente la determinacin de cloro residual en aguas se realiza porreaccin 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 elcloro residual libre y el combinado. La o-tolidina reacciona rpidamente con elcloro libre, pero a partir de los 5 segundos tambin reacciona con elcombinado, de forma que no se puede cuantificar ambos por separado, ya quees casi imposible realizar el anlisis por separado en una escala tan corta detiempo. Al no poder determinar si realmente existe cloro libre (y en qucantidad), podemos tener un agua mal clorada: alto contenido en clorocombinado, pero ausencia de cloro libre (es decir, estaramos clorando pordebajo 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 6.5da lugar a una coloracin rojiza que es proporcional a la cantidad de cloro librepresente en el medio. Por comparacin con una escala de color se puededeterminar la cantidad de cloro libre. Sobre la misma muestra, se aade yoduropotsico, 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 diferenciaentre ambos valores, podemos determinar el cloro residual combinado.

Esta reaccin se puede monitorizar de forma sencilla en forma de kits dereaccin, suministrados por multitud de proveedores. Una forma ms precisade realizar esta determinacin es utilizando un fotmetro, que es uninstrumento que realiza la lectura de la intensidad de color y permite

relacionarla directamente con la concentracin de los productos. Ladeterminacin colorimtrica de cloro por reaccin con DPD est reconocidocomo el mtodo estndar de la EPA 4500-Cl G.

En el mercado existen dispositivos que permiten la realizacin de estasreacciones en lnea, pero su coste y complejidad no los hacen muy habituales.Otro sistema de determinacin de cloro es el mtodo amperomtrico. En l, seproduce la reduccin del cloro en solucin, lo que genera una intensidad decorriente que es proporcional a la concentracin de cloro. Existen versionespara determinar slo cloro libre o para determinar cloro total. La gran ventaja deeste 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 deun sistema de control de estas caractersticas.

A

ua

Tampn fosfato

DPD

KI

Cloro residual libre Cloro residual total


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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 unagua est correctamente tratada. Como hemos visto, la cloracin es correcta

siempre que nos encontremos en valores de cloro residual superiores a los delpunto de ruptura (que coinciden aproximadamente con los valores de clororesidual libre). Las cantidades de cloro libre residual recomendadas por losorganismos competentes para aguas potables oscilan entre 0.5 y 1.0 ppm yentre 1.5 y 3.0 ppm para piscinas.

No obstante, se trata de cloro libre, es decir, esta cantidad no es el cloroaadido, puesto que parte de ste se ha consumido por substancias presentesen 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 esteaspecto, conviene definir el concepto Ct, que es el producto de laconcentracin de hipoclorito dosificada por el tiempo de contacto entre el cloroy el microorganismo, para asegurar la desinfeccin deseada. El valor de Ctdepende del microorganismo en cuestin y la temperatura del agua. Adems,tal y como se ha podido ver anteriormente, la actividad del hipoclorito est muyinfluenciada por el pH; es decir, en trminos de desinfeccin no es lo mismotener 5ppm a pH 7 que tenerlos a pH 8. Por este motivo, Ct tambin dependedel pH del agua. En la tabla siguiente se muestra un ejemplo de Ct. Se puedeobservar que estos valores tambin dependen de la concentracin de clorodisponible.

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

Inactivacin de Giardia Cysts a 20C

Concentracin

Cloro (mg/l)

pH 6.5 pH 7.5 pH 8.5

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

0.6 15 30 45 21 43 64 31 61 921.0 16 31 47 22 45 67 33 65 98

1.4 16 33 49 23 47 70 34 69 103

1.8 17 34 51 25 49 74 36 72 108

2.2 18 35 53 26 51 77 38 75 113

2.6 18 37 55 27 53 80 39 78 117

3.0 19 38 57 28 55 83 41 81 122


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

Inactivacin de Giardia Cysts a 20C

Concentracin

Cloro (mg/l)

pH 6.5 pH 7.5 pH 8.5

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

0.6 15 30 45 21 43 64 31 61 92

1.0 16 31 47 22 45 67 33 65 98

1.4 16 33 49 23 47 70 34 69 103

1.8 17 34 51 25 49 74 36 72 108

2.2 18 35 53 26 51 77 38 75 113

2.6 18 37 55 27 53 80 39 78 117

3.0 19 38 57 28 55 83 41 81 122

As, Ct = 45 mgmin/l

Y por tanto, el tiempo de contacto recomendado resulta de dividir este valor porla 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.


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Como se ha podido ver en los ejemplos anteriores, el tiempo de desinfeccindepende de muchos parmetros y, el hecho de tener una determinadaconcentracin de cloro libre no asegura una adecuada desinfeccin si no semantiene un estricto control tanto del tiempo de contacto como de todos losotros factores: pH, temperatura, Por este motivo, para controlar la

desinfeccin se recomienda la monitorizacin, no del cloro libre, sino delpotencial redox del medio (ORP, oxidation-reduction potential). Mantener unvalor de ORP dentro del rango asignado nos asegura que la cantidad deoxidante es adecuada para garantizar el proceso de desinfeccin. LaOrganizacin Mundial de la Salud adopt en 1972 un valor de 650mV comoadecuado para agua purificada. La German Standards Agency adopt un valorde 750mV para la desinfeccin de piscinas pblicas, mientras que el NationalSwimming Pool Institute propuso un valor de 650mV para spas pblicos.

En general, en las condiciones de potencial anteriormente especificadas, sepuede considerar que en 30 minutos el agua est adecuadamente

desinfectada. No obstante, a estos valores de potencial puede ocurrir tanto lasobredosificacin como la no desinfeccin y por ello se ha de realizar unestudio individualizado de cada caso.

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

2.6 Equilibr io redox y c loro

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

HA + B A-+ HB+CIDO BASE

Las siguientes reacciones son ejemplos de reacciones cido-base:

NH3+ H2O NH4++ OH-

HCl + NaOH NaCl + H2O

HClO H++ ClO-

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

En el caso de las reacciones redox lo que se produce es un intercambio deelectrones, que provoca un cambio en el estado de oxidacin (valencia) de losreactivos. En este caso, la sustancia que cede el electrn es un reductor y la


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que lo acepta es un oxidante. La reaccin en que un reductor se oxida se llamaoxidacin y la reaccin en que un oxidante se reduce se llama reduccin.

2I- I2+ 2e- Oxidacin

REDUCTOR

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

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

Si consideramos una semirreaccin redox general:

Ox + ne- Red

El potencial generado en el electrodo viene dado por la expresin:

ox

red

a

a

nF

RTEE ln0 =

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 unelectrodo de hidrgeno cuando la actividad de la sustancia es 1. R y F sonconstantes, n es el nmero de electrones intercambiados y T la temperaturaabsoluta (grados Kelvin), que corresponde a la temperatura en gradoscentgrados + 273.15.

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

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

Aqu, si expresamos E en mV, resulta

[ ][ ]+

=HHClO

ClTE log198.01490

Modificamos un poco ms esta expresin:

[ ]

)log(198.01490HClO

ClpHTE

+=


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Tal y como se observa en la expresin, el potencial del electrodo para lareaccin de reduccin del HClO depende del pH y la temperatura. El potencialdisminuye al aumentar el pH y tambin al aumentar la temperatura, pero enesta ltima presenta una menor influencia que el primero.Si consideramos el equilibrio redox completo (oxidacin + reduccin)

HClO + H++ Ared Cl-+ H2O + Aox

Donde 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:

[ ][ ][ ][ ]red

ox

AHHClO

ACl

nEEE

AHClO +

= log059.0

00

donde n es el nmero de electrones intercambiados en la reaccin. Como sepuede ver en la ecuacin, el potencial del electrodo depende tanto de lanaturaleza y concentracin del oxidante como de la del reductor, por tanto, encada tipo de agua, el potencial redox ser diferente dependiendo de suspropias 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 seconstruye un sistema de calibracin de forma que a cada valor de potencial sele asigna un valor de pH.

En el caso de medidas absolutas de potencial redox, no se suele realizar unacalibracin propiamente dicha, ya que normalmente se utiliza como sistema decontrol de reacciones, para observar cambios en su valor y no por su valor ens mismo. As, la comprobacin de las lecturas de potencial de solucionespatrn slo se utiliza para controlar el buen funcionamiento del sistema demedida. Para ello, se hace un cortocircuito en el sistema de lectura y por tantose realiza una lectura de potencial 0. A continuacin se comprueba la lecturade potencial en una de las varias soluciones estndar de potencial redoxconocido que existen: 192mV, 258mV, 468mV, 650mV Se trata deseleccionar 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 650mV.


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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 nospermitir determinar la dosis de cloro que se ha suministrar paraconseguir una completa desinfeccin del agua.

2. Establecimiento del valor de Ct a que necesitamos trabajar. Estopermitir ajustar el tiempo de contacto entre el hipoclorito y losmicroorganismos de forma que obtengamos un agua desinfectada.Habitualmente, la dosificacin de desinfectante se realiza en un depsitoen la red de distribucin para permitir la mxima homogeneizacin delagua. El dimensionado de tanques de tratamiento ha de tener en cuentael parmetro Ct para permitir un tiempo de permanencia adecuado al

tratamiento. En general, se considera que a pH inferior a 8, un tiempo decontacto de 30 minutos es suficiente. Se recomienda que el tiempo depermanencia del agua en el tanque sea inferior a 48 horas.Si el tanque ya estaba en funcionamiento antes de iniciar la cloracin yestaba infradimensionado, podra ocurrir que el tiempo de permanenciadel agua no fuera suficiente, lo que dara lugar a una mala desinfeccin.En estos casos, para mantener el parmetro Ct sera necesarioincrementar la dosis de tratamiento.

3. Una vez desinfectada el agua, se ha de comprobar, mediante un kit dedeterminacin de cloro, que la cantidad de cloro residual en el puntoms alejado de la red de suministro est dentro de lo estipulado por lasautoridades competentes. En caso de ser demasiado bajo, se tendraque aumentar la dosis de cloro suministrada, con posterioridad a ladesinfeccin. Por el contrario, si la dosis es demasiado elevada- comoocurrira en el caso de un tanque infradimensionado-, la adicin de unreductor (como el bisulfito sdico o el metabisulfito) permitira laeliminacin del cloro residual hasta el nivel necesario. Una vez el clorose mantiene dentro de los valores residuales requeridos, se puederealizar una medida del potencial redox del sistema ya que ste nosservir 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 casoconstituye una receta exacta a seguir. En caso de duda, se recomienda pedirasesoramiento a los organismos competentes en materia de Salud Pblica.


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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 cloradasanteriormente. Sera el caso de las aguas provenientes de manantiales opozos y que se suministran directamente a los consumidores. En estecaso, sera aplicable todo lo expuesto anteriormente. La cantidad decloro dosificada se utilizara para desinfectar y para mantener unresidual. La cloracin se realizara en tanque con un sistema derecirculacin para controlarla adecuadamente de forma que el agua quese suministra a los consumidores en todo momento contiene el residualnecesario.

B. Aguas que han sido cloradas previamente pero que, por lejana entre elpunto de tratamiento y el de suministro final o por posibles prdidas decloro posteriores al proceso de cloracin, no presentan un cloro residualadecuado en el punto ms alejado de la red de suministro. En estoscasos, se trata de una dosis de recordatorio que slo se emplea paramantener un residual puesto que a priori el agua ha sido previamentedesinfectada. Se realizara en este caso una cloracin en lnea, encontraposicin a la cloracin en tanque requerida en el caso A.

C. Combinacin de los dos casos anteriores. Son aguas que no han sidocloradas anteriormente (y por tanto necesitan un tanque de reaccin)pero que no tienen un sistema de recirculacin que permita unacloracin 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 unadosis de recordatorio (en caso necesario) en lnea.

Las soluciones que propone ITC tambin son diferentes para cada uno de loscasos, si bien la configuracin que presenta mayor seguridad es la primera.En cualquiera de los tres casos expuestos, es primordial el establecimiento deun protocolo de mantenimiento y calibracin que permita detectar cualquieranomala que pudiera afectar al correcto funcionamiento de los equipos.


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3.1 Cloracin en tanque con recirculacin

En el esquema se muestra a continuacin corresponde a una instalacinestndar para este tipo de tratamiento. Es la configuracin estndar del KIT DECLORACIN EN TANQUE CON RECIRCULACIN ofrecido por ITC. Consta

de diversos elementos, que pueden ser suministrados por ITC, que pasamos adescribir a continuacin.

N DESIGNACIN CANTIDAD

01 Caudalmetro 102 Bomba dosif icadora (P) 103 Bomba dosif icadora (Rx) 104 Vlvula de bola 2 vas 105 Depsito 106 Electrovlvulas 107 Vlvula de compuerta 108 Sonda de Redox 2

09 Grupo de presin 110 Panel de control 111 Depsitos dosificadores 212 Sensor de nivel 413 Vlvula antiretorno 1

512

8

9

12

11

2

1

7

8

10

6Rx

Q

Rx

Q

3

11

12

Rx

12

4

13

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 deforma que realiza una dosificacin por regulacin on/off hasta llegar alvalor consigna de potencial.

Se crea un circuito de recirculacin de forma que parte del agua quesale del tanque se suministra a la poblacin y parte vuelve al tanque. As


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se puede llegar al valor consigna para la totalidad del contenido deltanque. La proporcin de agua que se recircula se puede seleccionarmediante la vlvula de compuerta que controla la recirculacin.

Como medida de emergencia, se realiza la lectura del potencial redox enel agua suministrada, de forma que, si nos encontramos por encima del

valor consignado, una seal de alarma pare la dosificacin de cloro enambos puntos.

Como el consumo de agua no es siempre regular, se colocan dossondas de nivel en la cuba que controlarn la electrovlvula que regulala cantidad de agua que entra en el sistema.

Adicionalmente, los dos depsitos que contienen el hipoclorito incluyensendos 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 loselementos descritos anteriormente.

El dimensionado de la bomba proporcional viene dado por el caudal de agua atratar y la dosis necesaria para llegar al punto de ruptura, teniendo en cuentatodo lo expuesto anteriormente en materia de tiempo de contacto entre el cloroy el agua.

En general,

%102

=

DQQ

OH

Cl

Donde QCles el caudal de hipoclorito expresado en l/hQH2Oes el caudal de agua a tratar en m

3/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 sesuministrar a partir de un producto comercial con una riqueza del 5% en cloroactivo.

hlQ /3510

350=

=

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 bombaseleccionada es la DOSITEC RX de 2 l/h.


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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 hallevado a cabo anteriormente. Se trata de un caso de cloracin de recordatorio

para mantener el nivel de cloro residual necesario. Un ejemplo sera unaestacin de post-cloracin en una red de distribucin muy extensa donde eltratamiento de desinfeccin se ha realizado a mucha distancia del punto deconsumo. El esquema que se muestra en la pgina siguiente es laconfiguracin estndar del KIT DE CLORACIN EN LNEA

A partir de la lectura de potencial redox realizada por la primera sondade redox, mediante un protocolo de aproximacin PI, la bombaDOSITEC A regula la frecuencia de bombeo para ajustar el valor depotencial al de consigna.

Como medida de emergencia, se realiza la lectura del potencial redox enel 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 sensorde nivel que permite el paro de la bomba en caso de agotamiento delproducto qumico.



01 Bomba dosif icadora (A) 102 Sonda de Redox 203 Panel de control 104 Depsito dosificador 105 Sensor de nivel 1

2

1

4

5

3

RxRx

A

2


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Como, en general, la cantidad de cloro que se ha de aadir en este caso sueleser bastante pequea, se recomienda el uso de la bomba DOSITEC A de 2 l/ha 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 ENTANQUE SIN RECIRCULACIN ofrecido por ITC. Consta de diversoselementos, todos ellos suministrados por ITC, que pasamos a describir acontinuacin.


01 Caudalmetro 102 Bomba dosif icadora (P) 1

03 Bomba dosif icadora (A) 104 Vlvula de bola 2 vas 205 Depsito 106 Sonda de Redox 207 Panel de control 108 Depsitos dosificadoras 209 Sensor de nivel 410 Electrovlvula 1

5

6

4 4

3

8

9

9

9

98

2

1

6

7

Rx

Q

Rx

Q

A

10

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 realizara

un ajuste (dosis recordatorio) mediante una DOSITEC A, controlada deforma que realiza una dosificacin por regulacin de la frecuencia deinyeccin de la bomba a partir de la lectura de potencial redox.


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Como medida de emergencia, se realiza la lectura del potencial redox enel agua suministrada, de forma que, si nos encontramos por encima delvalor consignado, una seal de alarma pare la dosificacin de cloro enambos puntos.

Como el consumo de agua no es siempre regular, se colocan dos

sondas de nivel en la cuba que controlarn la electrovlvula que regulala cantidad de agua que entra en el sistema.

Adicionalmente, los dos depsitos que contienen el hipoclorito incluyensendos sensores de nivel que permiten el paro de las bombas en casode agotamiento del producto qumico.


El dimensionado de la bomba proporcional viene dado por el caudal de agua atratar y la dosis necesaria para llegar al punto de ruptura, teniendo en cuentatodo lo expuesto anteriormente en materia de tiempo de contacto entre el cloroy el agua.

En general,

%102

=

DQQ

OH

Cl

Donde QCles el caudal de hipoclorito expresado en l/hQH2Oes el caudal de agua a tratar en m

3/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 10 m3/h. La dosis de cloro necesaria es de 1.5 mg/l y sesuministrar a partir de un producto comercial con una riqueza del 5% en cloroactivo.

hlQ /3.0

510

5.110=

=

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 bombaseleccionada es la DOSITEC A de 2 l/h.

dosis de naclo para agua potable

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