DESINFECCIÓN DEL AGUA. CLORACIÓN - cidta.usal.es

1 Estudio sanitario del agua. R EZ L PEZ y M .ESPIG AR ES G AR C A. 1995. universidad de granada D ESIN FEC C I N D EL AG U A. C LO R AC I N. La cloraci n es el procedimiento m s extendido en la desinfecci n de aguas de consumo en raz n a que el cloro re ne la mayor a de las propiedades del "desinfectante ideal". El principal objeto de la cloraci n es la destrucci n de microorganismos gracias a la acci n germicida del cloro, pero tambi n tiene una gran importancia la oxidaci n de sustancias inorg nicas reducidas (hierro, manganeso, sulfuros, etc), la destrucci n de compuestos que producen olor y sabor, eliminaci n de algas y microorganismos del l gamo, as como el efecto coadyuvante en la coagulaci n. El cloro es un gas t xico, de olor penetrante, m s pesado que el aire y no combustible ni explosivo. MECANISMO DE ACCI N DEL CLORO. El poder desinfectante del cloro o sus compuestos radica en su capacidad de oxidaci n, que a su vez se mide por el potencial de oxidaci n reducci n (redox), que puede considerarse como la capacidad del cloro para reaccionar con otras sustancias.

2 (Tabla del Cap tulo 13). En general, puede decirse que las reacciones redox del cloro con las sustancias inorg nicas reductoras son muy r pidas, mientras que la oxidaci n de la materia org nica suele ser m s lenta, llegando en ocasiones a necesitar varias horas para que se produzca la oxidaci n total de algunos compuestos. Aun hoy d a no se conoce el mecanismo de la acci n desinfectante del cloro, habi ndose propuesto varias teor as que tratan de explicarlo: 1. La hidr lisis del cloro molecular o la acidificaci n de un hipoclorito da lugar a la formaci n de cido hipocloroso, que ser a el agente desinfectante: 2. La acci n germicida se deber a a la aparici n de cloro naciente en la formaci n del cido hipocloroso: 3. La descomposici n del cido hipocloroso da lugar a la formaci n de ox geno naciente, que ser a el responsable de la acci n oxidativa: 4.

3 Algunos autores sostienen que se debe a la acci n de radicales OH de corta vida que se originan en el proceso de formaci n y descomposici n del cido hipocloroso: FACTORES QUE CONDICIONAN LA CLORACI N. En definitiva, cualquiera que sea el mecanismo ntimo de la desinfecci n por cloro, existen una serie de factores que la condicionan: pH del agua En la reacci n de formaci n del cido hipocloroso a partir del cloro molecular, el equilibrio se desplaza hacia la formaci n de cido hipocloroso cuando el pH del agua es superior a 4. Sin embargo, cuanto mayor es el pH del agua, el cido hipocloroso ( cido d bil) tiende a ionizarse y el equilibrio de la reacci n se desplaza hacia la formaci n de i n hipoclorito, cuya potencial redox es menor y la acci n germicida mucho m s lenta que la del cido hipocloroso, aunque en determinadas circunstancias, como a pH 9 y en presencia de ClK a concentraciones de 0,05 a 0,1 M, se acelera la tasa de destrucci n de algunos tipos de virus, como los poliovirus, llegando a ser de 10 a 20 veces m s eficaz que el cido hipocloroso (Fig.)

4 FIGURA Disociaci n del cloro en funci n del pH. El contenido en cloro del agua en forma de cloro molecular, cido hipocloroso e i n hipoclorito se denomina cloro residual libre. Cuando el valor del pH es de 8,5, el 90 % del cloro se encuentra en la forma de i n hipoclorito, por lo que cuando las aguas son ligeramente alcalinas, para conseguir el efecto bactericida en el mismo per odo de tiempo es necesario aumentar dr sticamente las cantidades de cloro a adidas al agua (Figuras y ). Cuando se adiciona al agua cloro en forma de cloro gas, el valor inicial del pH del agua tiende a disminuir a la vez que se reduce la alcalinidad por neutralizaci n: Por el contrario, cuando se adiciona cloro en forma de hipoclorito s dico o c lcico, el pH inicial del agua tiende a aumentar: No obstante, las fluctuaciones del pH normalmente quedan amortiguadas por las sales contenidas en el agua responsables de su dureza (carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio), por lo que las variaciones suelen ser m nimas y por tanto despreciables en la pr ctica.

5 Temperatura Cuanto mayor es la temperatura tanto mayor es la acci n desinfectante del cloro, pero a su vez tambi n es m s inestable en el agua y se evapora con mayor rapidez. En la pr ctica, la cloraci n se realiza a la misma temperatura que el resto de los tratamientos y depende de la temperatura ambiente, por lo que no es un factor determinante y nicamente ser a necesario ajustar las dosis en funci n del efecto esperado. Tiempo de contacto Es uno de los factores m s importantes de la cloraci n. La oxidaci n total de la materia org nica es lenta, por lo que cuando se encuentra en gran cantidad ser necesario aumentar la dosis de cloro o bien efectuar una precloraci n antes de la filtraci n para aumentar el tiempo de contacto. El tiempo m nimo de contacto debe ser de 30 minutos, pero en ocasiones es conveniente aumentarlo para lograr una correcta desinfecci n.

6 Caracter sticas de los organismos La gran diversidad de organismos que pueden estar presentes en el agua, hace que su resistencia a los desinfectantes en general, y al cloro en particular, sea asimismo muy variable. Por lo que respecta a la resistencia por alteraciones gen ticas existe bastante controversia, pues mientras que algunos microorganismos parecen aumentar su resistencia tras ser sometidos a procesos con altas tasas de inactivaci n, otros la disminuyen. Hasta la fecha, no ha podido demostrarse una resistencia por alteraciones gen ticas, tal y como ha ocurrido con las bacterias y los antibi ticos, ya que de hecho los desinfectantes halogenados tienen un comportamiento similar al de los venenos citoplasm ticos, que afectan a muchas funciones vitales de los microorganismos. FIGURA Disociaci n del cloro en funci n del pH.

7 En general, los microorganismos que son capaces de multiplicarse en el agua, son m s resistentes a los desinfectantes que los desarrollados en laboratorio en medios de cultivo. Los que son capaces de crecer en el agua adoptan cin ticas de inactivaci n similares a las mostradas en las curvas A, C y D de la Fig. del cap tulo 13. Sin embargo, la mayor a de los microorganismos pat genos de transmisi n h drica, no son capaces de multiplicarse en el medio acu tico, si bien los desarrollados en el tracto intestinal son m s resistentes a los desinfectantes que los desarrollados en laboratorio. Asociaci n de los microorganismos con part culas Para que la desinfecci n sea efectiva, es necesario que exista contacto ntimo entre el desinfectante y el microorganismo. Con escasas excepciones, la principal fuente de microorganismos pat genos en el agua son las heces del hombre y animales, por lo que generalmente est n asociados con materia particulada.

8 Esta asociaci n se ve influenciada por m ltiples factores, entre los cuales, el tama o de los microorganismos quiz s sea el m s importante. Los virus, por su peque o tama o, pueden ser protegidos por part culas mucho m s peque as de las necesarias para bacterias y protozoos, y adem s, las cargas superficiales que intervienen en los procesos de adsorci n son m s efectivas en los virus debido a que su relaci n superficie/masa es mucho mayor. Este concepto ha conducido a valorar aun m s los procesos de eliminaci n de part culas. FIGURA Especiaci n del cloro en funci n del pH. En general, puede decirse que la eficacia de la desinfecci n viene determinada por la naturaleza de la asociaci n. Cuanto mayor es el tama o de las part culas, mayor es el efecto de protecci n. Las bacterias y virus adsorbidos en la superficie de part culas del tipo de la arcilla o fl culos inorg nicos, apenas ven afectadas sus tasas de supervivencia a la desinfecci n, mientras que los virus asociados con restos celulares, heces o part culas s lidas de aguas residuales, alcanzan niveles importantes de protecci n.

9 Las tasas de inactivaci n son inicialmente muy r pidas, pero la supervivencia de algunos microorganismos puede prolongarse durante mucho tiempo. Otros factores En la cloraci n pueden influir multitud de aspectos f sico-qu micos, entre los que conviene destacar: Presencia de sustancias reducidas en el agua: al igual que para cualquier otro desinfectante qu mico, el proceso depende de la concentraci n de materia org nica u otro tipo de sustancias reducidas, as como de la concentraci n del clor geno utilizado. FIGURA. Clorofenoles. Presencia de fenoles: otro aspecto que merece consideraci n especial es la presencia de fenoles en el agua, cuya procedencia es fundamentalmente industrial y agr cola (Fig. ). En funci n del pH de la soluci n, los compuestos fen licos tienen un elevado coeficiente de partici n con l pidos y compuestos hidrof bicos y es bien conocida su capacidad para envenenar las membranas celulares.

10 La cloraci n del agua con estas sustancias da lugar a la producci n de clorofenoles, sustancias que comunican un sabor fuertemente medicamentoso al agua. Cuando esto ocurre, es conveniente la utilizaci n del ozono o del di xido de cloro para la desinfecci n. Fluctuaciones en la demanda de cloro del agua: la demanda de cloro del agua no siempre es constante, por lo que habr que considerar las posibles fluctuaciones de sta para ajustar en todo momento las dosis. Para ello, es necesario realizar peri dicamente el c lculo de dicha demanda y desde luego siempre que se produzcan alteraciones que puedan modificarla (lluvias torrenciales, utilizaci n de fuentes de captaci n alternativas, cat strofes, etc.). REACCIONES DEL CLORO EN MEDIO ACUOSO. El efecto m s importante que se persigue con la cloraci n es la oxidaci n de la materia org nica del agua, que de forma muy esquem tica podr a representarse: donde se aprecia que la materia org nica se combina con el cloro y ste se reduce a la forma de cloruro.