CLORACIONIntroduccinEs ampliamente conocido el hecho de que las grandes epidemias de la humanidad han venido por la va de la contaminacin del agua. y aunque en la actualidad han sido prcticamente dominados estos problemas, no quiere decir que hayan desaparecido los peligros que las diferentes contaminaciones del agua pueden originar. Es este el principal motivo que impulsa a aplicar continuamente los procesos tcnicos ms actuales y el empleo de nuevos productos, para conseguir mediante el tratamiento adecuado, un agua de calidad sanitaria ptima, teniendo en cuenta que el agua, en sus diferentes fuentes de captacin, est cada vez ms deteriorada. En el proceso de oxidacin de las diferentes sustancias presentes en el agua y su esterilizacin, el producto ms ampliamente utilizado es el cloro ( en los pequeos abastecimientos se suelen emplear derivados del cloro).Si bien en algunas aguas no llega a lograrse el objetivo deseado, dada la presencia de diversas sustancias, con las que el cloro no es tan efectivo, o bien a que precisamente el cloro conduce en su reaccin con otras sustancias orgnicas a la formacin de compuestos orgnicos clorados muy cuestionados por su potencial perjuicio para la salud (por ejemplo los trihalometanos). Estas circunstancias han llevado a la utilizacin de otros productos, que si bien no le sustituyen completamente, s lo complementan, entre los que destacan principalmente el dixido de cloro y el ozono. No vamos a exponer las caractersticas fsico-qumicas del cloro, pero habr que tener presente que, para su eficaz y seguro manejo, hay que partir del conocimiento de todas ellas.La aplicacin del cloro, directamente como tal, data de 1912 en EE.UU. En 1913, Wallace y Tiernan introducen unos equipos que permiten medir el cloro gas y formar una solucin concentrada que es la que se aplica al agua a tratar. Desde entonces la tcnica de la cloracin se ha ido perfeccionando y ampliando su adopcin como prctica habitual en la desinfeccin del agua La esterilizacin es una de las principales fases del proceso de tratamiento del agua. Empleando el cloro en este proceso se contemplan dos etapas: precloracin, realizada antes de la fase de coagulacin-floculacin, y poscloracin o esterilizacin, que suele ser la ltima etapa del tratamiento. An cuando el principal objetivo de la cloracin comenz siendo, y an lo es, la destruccin de grmenes, dado su gran poder bactericida, no debe olvidarse que su elevado poder oxidante origina otros efectos tambin muy importantes, como pueden ser la contribucin a la eliminacin del hierro y manganeso, eliminacin de sulfhdrico, sulfuros y otras sustancias reductoras, reduccin de sabores existentes antes de la cloracin o bien producidos por los compuestos de adicin formados por el cloro, impedir el crecimiento de algas y otros microorganismos que interfieren en el proceso de coagulacin-floculacin y filtracin, mantener los lechos filtrantes libres de posibles crecimientos de bacterias anaerobias, reduccin del color orgnico, etc.,La desinfeccin del agua y ms concretamente la cloracin, est siendo objeto de polmica en los ltimos aos, como consecuencia, principalmente, de los subproductos de la desinfeccin, llegando a cuestionarse la necesidad de la propia desinfeccin en muchos casos. Las reglamentaciones de los pases difieren bastante a este respecto, algunos incluso no requieren de forma expresa el empleo de desinfectantes en el tratamiento del agua, si bien es cierto que las calidades de las aguas en origen son muy distintas y ms an entre los diferentes pases. La reciente Directiva Europea relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano, no requiere de una forma directa el empleo de desinfectante, ni el mantenimiento de ste en la red de abastecimiento. La Directiva fija unas caractersticas microbiolgicas mnimas que los distintos pases miembros debern mantener, siendo por tanto stos los que decidirn el empleo o no de desinfectante para cumplir con los valores paramtricos exigibles. Muchos pases, dentro y fuera de la UE, debido a las caractersticas de sus aguas, generalmente superficiales, acuden a la desinfeccin, principalmente con cloro y mantienen una determinada concentracin de residual en sus redes de distribucin. Esta desinfeccin puede traer consigo la generacin de sustancias perjudiciales para la salud de los consumidores, conocidas como subproductos de la desinfeccin, con valores mximos fijados en la propia Directiva, y que han sido a veces el motivo para no emplear desinfectante o al menos replantearse su empleo. En cualquier caso, como la misma Organizacin Mundial de la Salud indica, no se debe comprometer o dejar en segundo trmino, una correcta desinfeccin, ante los efectos a largo plazo que originaran los subproductos de la desinfeccin.Como quiera que en las redes de los sistemas de distribucin es necesario, y a veces obligatorio en algunos pases, el mantenimiento de un desinfectante residual, en este artculo se expone y analiza en su parte final, el empleo de las cloraminas como desinfectante secundario (postdesinfeccin), para mantener durante ms tiempo una determinada concentracin de cloro residual combinado en el sistema de abastecimiento, y a la vez, dado que las cloraminas penetran ms en el biofilm interno de la red, inactivar los microorganismos e inhibir su crecimiento.Por otra parte, el empleo de las cloraminas genera menos subproductos de desinfeccin y presentan menos tendencia que el cloro a provocar olores y sabores en el agua tratada, sin olvidar algunos problemas ligados al empleo de las cloraminas, destacando principalmente los fenmenos de nitrificacinPROPIEDADES DEL CLOROColor: Amarillo verdoso.Olor: Sofocante.Peso atmico: 35,457.Peso molecular: 70,914.Nmero atmico: 17.Densidad del gas respecto del aire: 2,49.Un litro de cloro gas (0 C, 1 atm) pesa: 3,214 g.Un kg de cloro gas (0 C, 1 atm) ocupa: 311 I.Un volumen de cloro lquido al vaporizarse origina: 457,6 volmenes de gas.Temperatura de ebullicin (1 atm): - 34,1 C.Temperatura de congelacin (1 atm): - 101,0 C.Viscosidad del gas a 20 C: 0,013 centipoises.Viscosidad del lquido a 20 C: 0,34 centipoises.Calor especfico:Gas (a 1 atm, 0 C-100 C):Cp: 0,124 kcal/kg. C.Cv: 0,092 kcal/kg. C.Lquido (0 C-24 C) 0,226 kcal/kg. C.El cloro seco (entendiendo por tal el que contiene menos de 100 mg de agua por metro cbico) es relativamente estable. A temperatura inferior a 100 C no ataca al cobre, hierro, plomo, nquel, platino, plata, acero y tntalo. Tampoco reacciona con algunas aleaciones de cobre y hierro, como Hastelloy, Monel y numerosos tipos de aceros inoxidables.El cloro hmedo, por el contrario, es muy reactivo. Prcticamente ataca a todos los metales usuales. No as al oro, platino, plata y titanio. A temperaturas inferiores a 149 C el tntalo es inerte al cloro, bien sea seco o hmedo. Lo resisten bien algunas aleaciones de ferrosilicio.

Factores que influyen en la cloracinEntre los principales factores que influyen en el proceso de desinfeccin y tratamiento del agua con cloro, figuran los siguientes:-Naturaleza, concentracin y distribucin de los organismos que se van a destruir, as como de la concentracin y distribucin de la sustancia desinfectante y de los productos de su reaccin con el agua, as como de las sustancias disueltas o en suspensin presentes en el agua.-Naturaleza y temperatura del agua objeto del tratamiento.-Tiempo de contacto entre el cloro y el agua.-Ph del agua.Respecto a los anteriores factores, podemos decir, en lo que respecta a los organismos presentes en el agua, que estos pueden ser muy diversos y con unos requerimientos de cloro para su eliminacin muy diferentes.En el proceso de cloracin y en la desinfeccin en general, las variables usualmente ms controlables son:1)La naturaleza y concentracin del desinfectante2)El tiempo de contacto entre el desinfectante y los microorganismos3)La mezcla, dispersin y grado de agitacin del agua.Para que la cloracin resulte eficaz es necesaria una distribucin homognea del cloro en el agua y que la dosis sea adecuada, para obtener un agua tratada inocua. A partir de 0,1 a 0,2 ppm. de cloro libre residual en el agua, ya se percibe sabor, percibindose antes cuanto mayor sea la dureza y temperatura del agua. Puede procederse a la decloracin o eliminacin del cloro en el agua, mediante el empleo de sustancias reductoras, tales como el anhdrido sulfuroso, el hiposu1fito sdico, etc.,. Utilizando cantidades apropiadas de estos productos se puede eliminar la cantidad de cloro deseada. Tambin se puede eliminar el cloro filtrando el agua a travs de carbn activo.Entre las mltiples sustancias que pueden contener las aguas naturales, algunas influyen en gran medida en la eficacia de la cloracin. Por ejemplo, en presencia de sustancias orgnicas, la accin desinfectante del cloro es menor. El amonaco y otros compuestos orgnicos nitrogenados consumen cloro. El hierro y el manganeso reaccionan con el cloro aumentando la demanda de ste, y, una vez oxidados, contribuyen a aumentar la turbiedad del agua.Las bacterias y virus pueden quedar protegidos de la accin del cloro por los slidos suspendidos en el agua; de aqu que la eficacia de la cloracin se vea aumentada mediante la subsiguiente filtracin y una posterior esterilizacin.Respecto a la temperatura, la eficacia de cloracin aumenta al aumentar aqulla, naturalmente siempre que las dems condiciones permanezcan invariables. A pesar de esto, ocurre que como en el agua a baja temperatura el cloro permanece ms tiempo, puede llegar a compensarse la mayor lentitud de la desinfeccin con la mayor duracin del cloro en el agua.El tiempo de contacto es otro factor importante a tener en cuenta, ya que durante este tiempo tienen lugar las reacciones entre el cloro y el agua y las sustancias en ella presentes. El tiempo de contacto mnimo suficiente para una cloracin eficaz es, a su vez, funcin de la temperatura, pH, concentracin y naturaleza de los organismos y sustancias presentes en el agua, as como de la concentracin y estado en que se halle el cloro. Como mnimo, el tiempo de contacto deber de ser de diez a quince minutos.Para que la accin de un desinfectante sea eficaz, hay que mantener una determinada concentracin del desinfectante durante un perodo de tiempo, es decir, la expresin C.t, representara la concentracin del desinfectante final en mg./l. (C) durante el tiempo mnimo de exposicin en minutos (t ). La expresin que nos muestra el efecto de la concentracin del desinfectante sobre la velocidad de destruccin de bacterias, se expresa ms correctamente por Cn. t = Constante.El exponente n para el cloro vara entre 0.5 y 1.5, dependiendo de la temperatura y del pHEl pH juega un papel de suma importancia y nos detendremos en l cuando tratemos de las reacciones del cloro en el agua. Por ahora diremos que el poder bactericida del cloro es menor para un pH superior a 7, que para otros valores de pH ms bajos a ste.El tiempo de contacto para lograr un determinado grado de desinfeccin disminuye al aumentar la concentracin y tambien como se acaba de indicar, al disminuir el pH. En el grfico siguiente se observa lo indicado, relacionando el tiempo de contacto necesario para destruir el 90 % de coliformes a diferentes pH.Reacciones del cloro en el aguaLas reacciones que tienen lugar entre el cloro y el agua, aunque en principio parecen muy simples, no siempre lo son, ya que el agua objeto de la cloracin no slo es H2O, sino que en ella hay diversas sales y materias orgnicas en solucin y suspensin. Pero trataremos en principio slo de las reacciones de equilibrio que tienen lugar al reaccionar el cloro con el agua,que son reacciones de hidrlisis , se originan cidos hipocloroso y clorhdrico :CL2 + H2OCLOH + CLH (1) El cido clorhdrico es neutralizado por la alcalinidad del agua y el cido hipocloroso se ioniza, descomponindose en iones hidrgeno e iones hipoclorito:CLOHH++ CLO-(2)La constante de ionizacin del anterior equilibrio es: [ H+] * [CLO-] ----------------------- = Ki (3) [ CLOH ] La constante de ionizacin K1 vara con la temperatura como se indica en la siguiente tabla: Temper. C0510152025

(Moles/l) Ki1,5.10-81,5.10-82,0.10-82,2.10-82,5.10-82,7.10-8

La constante de hidrlisis de la reaccin (1) es de tal orden que no existe en el agua una concentracin apreciable de CL2 a no ser que la concentracin de H+sea elevada, es decir, que el pH del agua sea bajo, menor de 3, y haya una concentracin total de cloruros mayor de 1.000 mg/l. A las temperaturas ordinarias del agua, la hidrlisis del cloro es prcticamente completa en algunos segundos y la ionizacin del cido hipocloroso es una reaccin reversible instantnea. El sentido de esta reaccin, es fcil ver que se encuentra dirigido por la concentracin de iones hidrgeno, es decir del pH. Por tanto, se puede decir que segn sea el pH del agua, se obtendrn unos porcentajes diversos de CLOH y CIO-, porcentajes que pueden calcularse mediante la ecuacin (3) y la tabla anterior en la que figuran los valores de Ki partiendo de la relacin: [ClOH] [CIO-] - = 1 ( 1 + -) (4) [ClOH] [ClO-] [ClOH] [CLO-] Ki Y deduciendo de la ecuacin (3) que:--------------- = ----------[CLOH] [H+] [CLOH] Kisustituyendo en (4), resulta : -------------------------- = 1 ( 1 + ----------) (5) [CLOH] + [CLO-] [H+]Por ejemplo a 20 C y pH = 7 , el porcentaje de ClOH ser segn (5) : 1 _______________________ ; de donde CLOH = 80 % 2,5 . 10-8 1+ -------------- 10-7

Fig.11.b) Distribucin del ClOH y ClO-en funcin del pHEn lasfiguras 1.a) y 1.b) se muestran los porcentajes de distribucin de ClOH y ClO- ,o sus fracciones expresadas en cloro libre,a varios pH calculados como en el ejemplo anterior. Entre pH 6 y pH 9.5, hay equilibrio entre el cido hipocloroso sin disociar y disociado. Para pH mayor de 9.5, est prcticamente todo el cido hipocloroso disociado en in hipoclorito.En forma de tabla se recoge a continuacin:DistribucindeOCl-yHOClenfuncindelpHdelaguapHOCl-(%)HOCl(%)

5,50,2399,77

60,4699,54

6,51,4598,55

74,4695,54

7,512,8687,14

831,8268,18

8,559,6140,39

982,3617,64

9,593,656,35

El cido hipocloroso tiene mayor poder oxidante y bactericida que el in hipoclorito, razn esta que es muy importante tener en cuenta, ya que, como hemos visto, la proporcin de cido hipocloroso e in hipoclorito es funcin del pH, debiendo operarse, a ser posible, al pH ms idneo para lograr una ms eficiente desinfeccin.La eliminacin de bacterias y otros microorganismos, disminuye por tanto al aumentar el pH, La eliminacin de bacterias y otros microorganismos, disminuye por tanto al aumentar el pH, aspor ejemplo en el rango de pH 7 a 8, la velocidad dedestruccin disminuye unas 5 veces al pasar de pH 7 a pH 8 , por lo que para mantener el mismo ritmo de destruccin de bacterias , la concentracin de cloro debe mantenerse 5 veces ms alta. El hecho de que la concentracin de ClOH disminuya al aumentar el pH no supone que disminuya el contenido de cloro libre, sino que la velocidad de reaccin es menor.Teniendo en cuenta que la relacin entre las concentraciones de HClO (cido hipocloroso) y ClO-(hipoclorito) permanecen constante siempre que se mantenga el pH, si una porcin de cido hipocloroso se consume en la oxidacin de la materia orgnica y en la destruccin de las bacterias, parte del hipoclorito se combinar con los iones H+para formar cido hipocloroso para mantener la relacin de concentraciones entre ambos. Lgicamente, se producir una disminucin del cloro libre.Por otra parte hay que tener presente que la eficacia relativa de los distintos desinfectantes que pueden emplearse en la desinfeccin del agua, a igualdad de factores tan importantes, como el pH y la temperatura, es muy diferente. En el siguiente grfico de la figura 2 se muestran estas diferencias. CONCENTRACION DE DESINFECTANTE(mg./l.)Fig.-2.Eficacia relativa de los diferentes desinfectantes qumicos ante Cool a un pH. de 7.5 y una temperatura de 5 CDemanda de cloro y break pointLa cantidad de cloro que debe utilizarse para la desinfeccin del agua, se determina generalmente mediante el mtodo de la demanda de cloro y el de breakpoint. Al incorporar el cloro al agua, reacciona con las sustancias que sta contiene, quedando menos cloro en disposicin de actuar como desinfectante. Entre estas sustancias destacan el manganeso, hierro, nitritos, sulfhdrico y diferentes materias orgnicas, las cuales, adems de consumir cloro, producen compuestos orgnicos clorados que pueden ser la causa de olores y sabores desagradables. Otra sustancia presente, a veces ,en el agua y que reacciona de una forma muy particular con el cloro es el amonaco. En este caso se forman compuestos denominados cloraminas, las cuales poseen poder desinfectante, aunque en menor grado que el cloro. Si se contina aadiendo cloro en exceso, de manera que reaccione con todas las sustancias presentes, llegar un momento en que el cloro sobrante aparecer como cloro residual libre, que es el que realmente acta ahora como agente desinfectante.La demanda de cloro es la diferencia entre la dosis de cloro aadida y el contenido de cloro residual al cabo de un tiempo de contacto suficiente para completar las reacciones antes expuestas.El control perfecto de la desinfeccin, se efecta mediante los correspondientes exmenes bacteriolgicos del agua, pero para un control ms rpido del contenido en cloro libre y combinado de un agua tratada, se determina la concentracin de cloro residual mediante el mtodo del DPD, o bien por yodometra y valoracin con tiosulfato sdico; tambin, en instalaciones importantes suelen emplearse instrumentos automticos de medida permanente, mediante determinaciones colorimtricas o determinaciones amperomtricas.El cloro presente en el agua tratada que se conoce como cloro residual, puede presentarse como cloro residual libre o como cloro residual combinado.El cloro residual libre est constituido esencialmente por el cido hipocloroso y el in hipoclorito; y el cloro residual combinado lo forman generalmente las cloraminas.Para que el cloro residual libre est presente en un agua tratada con cloro despus del suficiente tiempo de contacto, es necesario que la cloracin se lleve a cabo mediante una dosis lo suficientemente elevada de cloro, hecho conocido como dosificacin con cloro sobrante, cloracin por el punto crtico o cloracin al breakpoint, con lo cual el cloro oxidar todas las sustancias que estn en disposicin de ser oxidadas, se combinar, destruir y eliminar otras, como por ejemplo las cloraminas , y despus de todo esto an quedar un exceso de cloro libre residual. La dosis de cloro a la cual comienza a aparecer el cloro libre residual es la llamada dosis de breakpoint. Indicaremos ahora, y despus ampliaremos, que algunas de las sustancias orgnicas cloradasformadas con el cloro libre son causa de preocupacin desde el punto de vista sanitario.Tericamente, en un agua totalmente pura, al ir adicionando cloro, la concentracin residual medida del mismo sera igual al cloro incorporado. Pero esto no ocurre as en aguas que no son completamente puras, que es el caso general. Entonces, al ir adicionando cloro y despus de haberse oxidado las diversas sustancias que ya indicamos y formado las cloraminas, si haba presente amonaco y otros compuestos clorados de adicin, si medimos ahora el cloro residual, se observar que ste no corresponde al aadido, sino que es menor, llegando incluso a un punto, en que en lugar de ir aumentando la concentracin de cloro residual sta disminuye. La explicacin de este descenso se justifica por el hecho de que una vez formados los diversos derivados orgnicos del cloro y las cloraminas, llegan a destruirse mediante la adicin de ms cloro, formndose otros compuestos que no suministran cloro residual. Cuando se han destruido estos compuestos clorados, comienza a aparecer el cloro residual libre, ya medida que se aade cloro al agua aumenta la concentracin de cloro residual libre, pudiendo subsistir a la vez una pequea concentracin de cloro residual combinado, debido a compuestos que no han sido destruidos totalmente. Se considera que cuando el 85 % ms del cloro residual del agua est en forma libre, la desinfeccin se ha realizado al breakpoint. Fig. 3En la figura 3 queda mostrado de forma grfica lo anteriormente expuesto. El breakpoint es la dosis correspondiente al mnimo de la curva. Este punto no lo presentan claramente las aguas con poca materia orgnica o compuestos nitrogenados.Cuando se realiza una cloracin al breakpoint, no slo es el CIOH que persiste al terminar las reacciones ( cloro residual libre) el que se utiliza para la desinfeccin, sino que tambin se est utilizando, en parte, para la desinfeccin, el CIOH que existe durante el desarrollo y consecucin del breakpoint. Esta disponibilidad temporal de CIOH es funcin del pH, temperatura y concentracin de cloro y amonaco.Demanda de cloroLa cantidad de cloro que debe utilizarse para la desinfeccin del agua, se determina generalmente mediante el mtodo de la demanda de cloro y el de breakpoint. Al incorporar el cloro al agua, reacciona con las sustancias que sta contiene, quedando menos cloro en disposicin de actuar como desinfectante. Entre estas sustancias destacan el manganeso, hierro, nitritos, sulfhdrico y diferentes materias orgnicas, las cuales, adems de consumir cloro, producen compuestos orgnicos clorados que pueden ser la causa de olores y sabores desagradables. Otra sustancia presente, a veces ,en el agua y que reacciona de una forma muy particular con el cloro es el amonaco. En este caso se forman compuestos denominados cloraminas, las cuales poseen poder desinfectante, aunque en menor grado que el cloro. Si se contina aadiendo cloro en exceso, de manera que reaccione con todas las sustancias presentes, llegar un momento en que el cloro sobrante aparecer como cloro residual libre, que es el que realmente acta ahora como agente desinfectante.La demanda de cloro es la diferencia entre la dosis de cloro aadida y el contenido de cloro residual al cabo de un tiempo de contacto suficiente para completar las reacciones antes expuestas.El control perfecto de la desinfeccin, se efecta mediante los correspondientes exmenes bacteriolgicos del agua, pero para un control ms rpido del contenido en cloro libre y combinado de un agua tratada, se determina la concentracin de cloro residual mediante el mtodo del DPD, o bien por yodometra y valoracin con tiosulfato sdico; tambin, en instalaciones importantes suelen emplearse instrumentos automticos de medida permanente, mediante determinaciones colorimtricas o determinaciones amperomtricas.El cloro presente en el agua tratada que se conoce como cloro residual, puede presentarse como cloro residual libre o como cloro residual combinado.El cloro residual libre est constituido esencialmente por el cido hipocloroso y el in hipoclorito; y el cloro residual combinado lo forman generalmente las cloraminas.Para que el cloro residual libre est presente en un agua tratada con cloro despus del suficiente tiempo de contacto, es necesario que la cloracin se lleve a cabo mediante una dosis lo suficientemente elevada de cloro, hecho conocido como dosificacin con cloro sobrante, cloracin por el punto crtico o cloracin al breakpoint, con lo cual el cloro oxidar todas las sustancias que estn en disposicin de ser oxidadas, se combinar, destruir y eliminar otras, como por ejemplo las cloraminas , y despus de todo esto an quedar un exceso de cloro libre residual. La dosis de cloro a la cual comienza a aparecer el cloro libre residual es la llamada dosis de breakpoint. Indicaremos ahora, y despus ampliaremos, que algunas de las sustancias orgnicas cloradas formadas con el cloro libre son causa de preocupacin desde el punto de vista sanitario.Cloro residual en la red de distribucin El consumo de cloro en el agua de una red de distribucin se debe, por una parte, al consumo del cloro por la propia agua (sustancias presentes en ella y otras condiciones fsicas) y por otra, al consumo que se produce en la interfase con las paredes de las conducciones. En el agua, el consumo depende principalmente de la temperatura y del contenido en materias orgnicas disueltas (COT). En la interfase con las paredes, el consumo de cloro se produce por la interaccin con los productos de corrosin y por los depsitos y biomasa fijada en las paredes. La disminucin del cloro residual en una masa de agua, viene expresada por la ecuacin exponencial siguiente: C(t) = C0.e-kt C(t) = Concentracin de cloro (mg/l.) en el tiempo t. C0 = Concentracin inicial de cloro (mg/l.) t = Tiempo de reaccin.Es decir, hay una disminucin exponencial de cloro residual con el tiempo.La constante K puede ser calculad por la siguiente ecuacin: K =ln (C0/Ct) T Un tiempo de exposicin mnimo es necesario para que la concentracin de cloro aplicado garantice la desinfeccin.En 1908, los investigadores Chick y Watson desarrollaron lo se llam la ley de Chick . Este principio describe el tiempo y la concentracin de desinfectante que se necesita para matar los microbios en el agua, determinaron que al aumentar el tiempo de duracin del contacto del desinfectante en el agua, disminuye el nmero de microbios en esta comprobandose que este producto es importante en la destruccin de microbios potencialmente nocivos. Para un agua correctamente pretratada, se debe mantener un C.t del orden de 15 (mg.min/.l), por ejemplo 0,5 mg/l. de cloro libre durante 30 minutos, 0,25 mg/l. durante 1 hora. A ttulo de ejemplo comparativo, se muestran valores C.t para diversos desinfectantes: Cloro = 15 (0,25 mg/l. durante 60 minutos) Ozono = 1,6 (0,40 mg/l. durante 4 minutos) ClO2 = 10 (0,30 mg/l. durante 33 minutos) Monocloramina = 100 (0,80 mg/l. durante 120 minutos)La United StatesEnvironmental Protection Agency (USEPA) ha publicado tablas con valores de CT para inactivacin de Giardia a diferentes temperaturas y pH. As por ejemplo a la temperatura de 25C y pH 8,0, con un cloro residual en el rango de 1 a 2,6 mg/l, es necesario un tiempo de contacto de 54 65 minutos para conseguir una reduccin en Giardia del 99,9 % ( 3-log.) Cuando la temperatura se reduce a 10 C el tiempo de contacto de eleva a 162 -194 minutos y para una temperatura de 5 C el tiempo de se incrementa a 304 368 minutos. En las tres siguientes tablas se muestran estos resultados.Valores estimados de CT para la inactivacin de quistes de Giardia con cloro libre a 25 C pH 7pH8 Log inactivacin Log inactivacin ____________________ ___________________Cloro (mg/l) 1 2 3 1 2 3 ========================================================== 1 12 25 37 18 36 54 1,6 13 27 40 19 39 58 2 14 27 41 20 41 61 2,6 15 29 44 22 43 65Fuente: EPA, 1990Valores estimados de CT para la inactivacin de quistes de Giardia con cloro libre a 10 C_____________________________________________________________ pH 7 pH 8 Log inactivacin Log inactivacin__________________ ________________ Cloro (mg/l)1 2 3 1 2 3_____________________________________________________________ 1 37 75 112 54 108 162 1,6 40 79 119 58 116 174 2 41 83 124 61 121 182 2,6 44 87 131 65 129 194_____________________________________________________________Fuente: EPA, 1990Valores estimados de CT para la inactivacin de quistes de Giardia con cloro libre a 5 C______________________________________________________________________pH 7 pH 8 Log inactivacin Log inactivacin ___________________ ___________________Cloro (mg/l)1 2 3 1 2 31 70 140 210 101 203 3041,6 75 151 226 110 219 3292 79 157 236 115 231 3462,6 84 168 252 123 245 368_______________________________________________________________A efectos comparativos de diversos desinfectantes, se representa a continuacin los valores CxT para elcloro, cloraminas, dioxido de cloro y ozonoen la inactivacin de virusValoresdeC*Tparainactivacindevirusconclorolibre(mg/l*min).(Fuente:EPA, Disinfection Profiling and Benchmarking Guidance Manual, Agosto 1999)Temperatura(C)Logdeinactivacin

2,0log3,0log4,0-log

pH6-9PH10PH6-9pH10pH6-9pH10

0,56459661290

5430644860

10322433645

15215322430

20111216322

2517111215

ValoresdeC*T(mg/l*min),parainactivacindeVirusconcloraminas,pH6-9(Fuente:AWWA,1991enAlternativeDisinfectantsandOxidantsGuidanceManual,Abril1999)Temperatura(C)

Inactivation510152025

2-log857643428321214

3-log1.4231.067712534356

4-log1.9881.491994746497

ValoresdeC*TparainactivacindeVirusconDixidodeCloro,pH6-9(Fuente:DisinfectionProfilingandBenchmarkingGuidanceManual,EPA815-R-99-013,Agosto1999)INACTIVACIN(LOG)TEMPERATURA(C)

1510152025

28,45,64,22,82,11,4

325,617,112,88,66,44,3

450,133,425,116,712,58,4

ValoresdeC*TparainactivacindeVirusconOzono(Fuente:DisinfectionProfilingandBenchmarkingGuidanceManual,EPA815-R-99-013,Agosto1999)INACTIVACIN(LOG)TEMPERATURA(C)

1510152025

20,900,600,500,300,250,15

31,400,900,800,500,400,25

41,801,201,000,600,500,30

En la figura anterior se representa un esquema de la cintica de la disminucin del cloro en el agua de una vasija inerte y en una canalizacin (red):Las dos tcnicas de cloracin generalmente empleadas son la cloracin residual libre y la cloracin residual combinada (ms la primera que la segunda).La tcnica de la cloracin residual libre supone la aplicacin de cloro al agua para conseguir que ya sea directamente o bien despus de la destruccin del amonaco, quede un cloro residual libre, tanto a la salida de la planta como en la red de abastecimiento.La tcnica de la cloracin residual combinada implica la reaccin del cloro con el amonaco natural o aadido (sin llegar a la destruccin de ste) y mantener este cloro residual combinado en la red.Empleando cloro como oxidante/desinfectante primario, se ha comentado que la formacin de THMs y otros subproductos se ve favorecido con el aumento de la dosis de cloro y con el aumento del tiempo de contacto agua-cloro. Por otra parte, se sabe que para una efectiva desinfeccin (cloracin) hay que mantener una adecuada concentracin de cloro libre residual durante un determinado tiempo de contacto. El producto de la concentracin de cloro libre en mg/l. y el tiempo de contacto en minutos, es decir C.t. es un indicador del potencial de desinfeccin en el proceso de cloracin.Est comprobado que los contenidos de THM a la salida de las estaciones de tratamiento se incrementan posteriormente en muchos casos, ya en la red, debido principalmente al mayor tiempo de contacto del cloro con la materia orgnica que sale de la estacin y con las sustancias orgnicas que forman el biofilm de la red.La desinfeccin debe realizarse en la estacin de tratamiento y no contar con el tiempo que el agua ha de estar en la red para que se garantice el producto C.t. de forma que el primer consumidor de agua de la red beba un agua perfectamente desinfectada.Se presenta entonces el dilema de si mantener o no una determinada concentracin de cloro residual para prevenir posibles recontaminaciones, recrecimiento del biofilm y otros objetivos que posteriormente se indicaran. La necesidad de mantener un residual, est tambin siendo cuestionada; ya dijimos al principio que slo en Espaa y Portugal dentro de la UE requieren legalmente mantener un desinfectante residual en el sistema de abastecimiento. Esta necesidad depende en gran medida de las condiciones locales y circunstanciales climticas y geogrficas en general, y en cuanto a la cantidad o concentracin a mantener, depende mucho de la tradicin y aceptacin de los consumidores.Si se opta por mantener un desinfectante residual en la red, cloro libre, habra que volver a reclorar el agua y mantenerla as durante el largo perodo de estancia de los grandes y extensos sistemas de distribucin, es decir, aumentando dos de los factores (C y t) que potencian la formacin de THMs. La incapacidad del cloro para mantener una concentracin residual consistente y estable en los sistemas de distribucin extensos, le limita como un adecuado desinfectante secundario.Sera conveniente entonces buscar una alternativa al cloro libre que adems de no formar estos subproductos sea ms estable y por tanto su concentracin se mantenga casi constante desde que el agua sale de la estacin de tratamiento hasta que llega al consumidor ms alejado?. Aparece entonces la solucin del cloro residual combinado, en forma de cloraminas, como una eficaz alternativa.La desinfeccin del agua potable no conduce a una completa esterilizacin, es decir a una completa eliminacin de patgenos y no patgenos, por tanto y aceptando la presencia de nutrientes, son posibles los recrecimientos de bacterias y otros microorganismos. Aunque el proceso de tratamiento aplicado al agua sea correcto, algunos organismos pueden sobrevivir a este tratamiento y pasar al sistema de distribucin junto a pequeas fracciones de sustancias orgnicas que inducen a la formacin del biofilm. Este biofilm a su vez puede proporcionar una cierta proteccin a los microorganismos patgenos, proteccin que ser difucultada si se emplea cloro residual en la red.Pueden aducirse varias razones en favor del mantenimiento de un desinfectante residual en el sistema de distribucin:1) Controlar y minimizar el recrecimiento del biofilm.2) Reducir el riesgo de una contaminacin por intrusin desde el exterior al interior del sistema de distribucin3) El uso de cloro residual y su control continuo, servir como indicador de roturas de un sistema de distribucin y puede ser usado para detectar intrusiones ms rpidamente que una monitorizacin microbiolgica y adems su anlisis continuo abarca o afecta a prcticamente todo el volumen de agua del sistema.4) Estabilizar la calidad del agua en el sistema, no slo en cuanto a controlar la formacin de biofilm y recrecimiento bacterianos, sino tambin reducir los fenmenos de corrosin de la red, la corrosin es un factor importante en la reduccin del cloro residual.Eleccin del desinfectante residualAceptando el mantenimiento de un desinfectante residual, se debe minimizar este residual y los subproductos formados para lo cual es necesario y fundamental:1) Tratar el agua para reducir la materia orgnica natural (MON) que sirve como precursor de los subproductos de la desinfeccin.2) Tratar el agua para mejorar la estabilidad del desinfectante residual, ya que cuanto ms estabilidad del residual, menor desinfectante ser necesario.3) Hacer una cuidadosa eleccin del oxidante/desinfectante, siguiendo los criterios de mxima estabilidad, mximo control del biofilm, mnima toxicidad directa y mnima formacin de subproductos.En el siguiente cuadro se comparan las tres principales alternativas para el mantenimiento de un residual desde las perspectivas o criterios antes sealados; 1) Estabilidad del residual, 2) Toxicidad del residual (segn lmites de la USEPA), 3) Control del Biofilm y 4) Formacin desubproductos.OxidanteEstabilidad residualLmite del residual mg/l (USEPA)Control biofilmSubproductos

Cloro libreDixido de cloroCloraminasMuy buenaBuenaExcelente40,84BuenaBuenaMuy buenaMalaBuenaMuy buena

De las tres substancias indicadas, el cloro libre es el ms utilizado pero su mal comportamiento en cuanto a la formacin de subproductos limitar su empleo en el futuro a aguas con muy pocos precursores.Las cloraminas y concretamente la monocloramina es una importante alternativa, siendo su principal desventaja el hecho de estar sujeta a una nitrificacin en el sistema de distribucin, por diferentes factores como alta temperatura, puntos muertos o retenciones excesivas donde el residual desaparece y el biofilm se elimina con dificultad, y exceso de amonaco. Hay que tener presente que las cloraminas no suelen emplearse en la desinfeccin primaria. Son ms empleadas en Estados Unidos que en Europa, donde se emplea ms el dixido de cloro que por su parte presenta problemas debidos a su propia toxicidad y a la formacin de clorito y clorato que se producen como substancias oxidadas.Aunque puede concluirse que no hay un desinfectante perfecto, el ms adecuado y la cantidad a aplicar depender de las condiciones y circunstancias locales que al fin nos lleve a disponer de un agua con el ms bajo olor y sabor al desinfectante y subproductos derivados de l, a la vez que se consiga la mayor efectividad de desinfeccinDado el menor poder oxidante y de desinfeccin del cloro residual combinado, se suele emplear ste para una desinfeccin secundaria, despus de aplicar la tcnica de la cloracin libre dentro del proceso de tratamiento hasta la etapa de filtracin y a continuacin, tras la filtracin, se aplica amonaco y ms cloro, si es necesario, para lograr la concentracin de cloro combinado (cloramina) deseada, es decir, que despus de destruir las cloraminas que pudieran haberse formado con el amonaco o substancias orgnicas nitrogenadas presentes en el agua bruta y satisfacer la demanda de clorode este agua, quede an cloro libre residual (cloracin con cloro sobrante) que ser transformado en cloro combinado al incorporar amonaco.Equipos e instalaciones de cloracinTanto para la dosificacin del cloro, como para la del amonaco, se emplean equipos similares, aunque, naturalmente, y dado el diferente comportamiento qumico de estas dos sustancias, se introducen algunas diferencias, principalmente en cuanto a la naturaleza de los materiales de la instalacin.El cloro que se emplea en las instalaciones de cloracin, en estaciones de tratamiento, suele suministrarlo la industria en botellones de 50 kgs. y tanques o bidones de 1.000 kgs., en los cuales el cloro est a presin en fase lquida en equilibrio con la parte gaseosa. Estos bidones tienen dos tomas: la parte superior, por la que se puede extraer el cloro gas directamente (las posibilidades de vaporizacin de un contenedor son del orden de 1,5 % y por hora de su contenido), y la parte inferior, por la que se extraer el cloro lquido cuando el consumo es ms elevado, requiriendo en este caso la instalacin el empleo de evaporadores que, en realidad, son unas cubas de acero en cuyo interior se encuentran en equilibrio el cloro lquido y el cloro gas y por el exterior estn rodeadas por una cuba de agua calentada por resistencias elctricas con los correspondientes mecanismos de regulacin.El cloro gas que sale del evaporador pasa a un filtro para que queden retenidas las pequeas impurezas que puedan acompaar al cloro y no lleguen a la vlvula reguladora ni a los cloradores. Esta vlvula se encarga de reducir adecuadamente la presin del gas a la salida del evaporador, para conseguir que el cloro se mantenga en forma gaseosa en el resto de la instalacin e impedir una relicuacin del cloro y que llegue en estado lquido al clorador, lo que provocara su destruccin. Instalacin de evaporacin de cloro Detalle de evaporadorEsquema de extraccin de cloro gas Esquema de extraccin de cloro liquidoLos cloradores o clormetros, a donde llega el cloro gas que sale de los evaporadores (o directamente procedente de los contenedores en el caso de pequeas instalaciones, que no requieren evaporador), regulan la cantidad de cloro a dosificar .El principio de funcionamiento de los cloradores se basa en la transmisin del vaco creado por la circulacin de agua a travs de un inyector a una vlvula diferencial, que mantiene una presin diferencal constante en un regulador de caudal, con vlvula de orificio de seccin variable, para regular el caudal. Por su parte, el cloro a presin llega a una vlvula reguladora de presin, hasta quedar a una presin inferior a la atmosfrica, y de aqu a un rotmetro para medir el caudal. El cloro pasa a la vlvula de presin diferencial ya continuacin al inyector, donde se mezcla con una corriente de agua auxiliar, obtenindose un agua fuertemente concentrada (entre 1 y 3 gr/l) que es la que se enva al agua objeto de la cloracin. El clorador descrito, completado con los correspondientes manmetros y vlvulas de seguridad y drenaje, as como el esquema completo de una instalacin de cloracin clsica ,se representan en las figuras 4 y 5. Fig.4 Esquema funcional de un clorador Fig. 5. Esquema de instalaciones de cloracinUn clorador ms simple para instalar generalmente sobre el propio contenedor de cloro, que en este caso suele ser en la parte superior de una botella, lo constituye un regulador similar al descrito y que consta fundamentalmente de una vlvula de entrada de cloro gas, una cmara con una membrana o diafragma, que es desplazada por el vaco al que se la somete, de forma que acta sobre un muelle y eje con obturador, para abrir o cerrar el paso del gas y un tubo rotmetro para medir el caudal de gas mediante la adecuada vlvula de regulacin. En los esquemas de la figura 6, se observan estos cloradores. Cuando el conjunto regulador se somete al vaco creado por el eyector, el diafragma se mover (hacia la izquierda en el esquema), comprimiendo el muelle y desplazando a su vez el eje obturador de la vlvula de entrada, de forma que abre el paso de gas hacia el clorador. Si se interrumpe el vaco, la vlvula de entrada se volver a cerrar por la accin del muelle. Fig. 6.- Esquema clorador sobre botellaEn estos sistemas de cloracin, con los cloradores descritos, mediante vaco, aseguran que si ocurre alguna rotura en la lnea de cloro gas sometida a vaco (por ejemplo el tubo rotmetro de cristal),se cerrara la vlvula de entrada de gas, al anularse el vaco, evitando la salida de cloro al exterior. Cabinas para dosificacin de cloro y dixido de cloro

Absorcin y neutralizacin del cloro en caso de fugas Es sobradamente conocido que el cloro es un fuerte irritante de las vas respiratorias y que puede llegar a producir graves intoxicaciones e incluso la muerte en caso de inhalacin de importantes concentraciones, la gravedad depender del tiempo de exposicin y de la concentracin en el aire que respiramos. En el siguiente cuadro se indican la reacciones fisiolgicas de las personas ante estas situaciones.EFECTOSppm (ml Cl2/ m3de aire)mg. Cl2/ m3aire

Mnima cantidad para producir sntomas leves tras varias horas de exposicin 1 3

Mnimo olor perceptible, ligera irritacin ocular 3 9

Irritacin en garganta 15 45

Mnima cantidad que produce tos persistente 30 90

Peligro grave, an a corta exposicin 40-60 120-180

Fatal despus de 30 minutos de exposicin 400 1200

Rapidamente fatal en unas pocas inhalaciones (muerte en pocos segundos) 1000 3000

Las fugas o escapes de cloro pueden ser de poca entidad ofugas menoresy fugas de gran importancia ofugas mayores, que generalmente estn con el cloro liquido. Las fugas menores suelen deberse a fallos en los ajustes de vlvulas, juntas, o en los propios equipos de dosificacin. Las fugas mayores suelen ocurrir principalmente por rotura en los contenedores o sus vlvulas, roturas de conducciones y conexiones flexibles y en general roturas en conducciones y equipos donde el cloro est a presin y en estado liquido.Clculo de una fuga de cloro.A este respecto se han realizado estudios y pruebas para evaluar el caudal o tasa en la fuga de cloro que se origina como consecuencia de una rotura en una instalacin de cloracin ,as por ejemplo, el Chlorine Institute ha dado unas "frmulas sobre el caudal de escape", para el caso de fugas de cloro liquido o cloro gaseoso.Para el caso de cloro de liquido: Q = 77A (P1-P2) . r (libras/seg.) donde : A = Superficie de la apertura o rotura abierta a la atmsfera en pies cuadrados (ft2) P1= Presin en la zona anterior a la rotura en psi P2= Presin en la zona posterior a la rotura en psi r = Densidad del cloro liquido, anterior a la rotura abierta a la atmsfera en lb/ft3La anterior ecuacin, expresada en otras unidades, quedara de forma aproximada en : Q = 0,0096 A(P1- P2). r ( Kg./seg.) donde ahora : A = (cm2) P1y P2= (psi) r = ( Kg./m3)Para el caso de una fuga de cloro gas: Q = 36,6 A P/V (libras/seg.)En esta ecuacin, V = Volumen especfico del cloro gas, anterior a la rotura abierta a la atmsfera (1/r), en ft3/lb ).Si se expresa Q en Kg./seg. , A en cm2 , y V= 1/r , en m3/Kg. , la anterior ecuacin quedara as : Q = 0,00447 A P / V = 0,00447 A P. r ( Kg./ seg.) Ejemplos :A) Supuesto de escape de cloro liquido a travs de un orificio de 0,5 cm. de dimetro, en la lnea de cloro liquido, incluido el propio contenedor. La presin de en el interior del contenedor (funcin de la temperatura), se puede fijar en 8 Kg./cm2, aproximadamente 110 psi y cae a cero en el punto de fuga. La densidad del cloro en el interior del contenedor puede considerarse del orden de 1300 Kg./m3.Aplicando la primera formula: Q = 0,0096 d2/4 (110-0) . 1300 = 0,0096 x 3.14x0,52/ 4 x 378,1 = 0,712 Kg./seg. = 42,7 Kg. /minutoEsta situacin es la peor de todos los casos, al no haber considerado en la rotura las restricciones al paso del cloro liquido por las distintas vlvulas, conectores flexibles, etc.B) Supuesto de escape de cloro en fase gaseosa. Este caso pone de manifiesto la diferencia en el caudal de fuga, cuando esta tiene lugar en un punto donde el cloro est en forma gaseosa y por tanto la conveniencia de colocar el contenedor, en caso de fuga, de forma que esta se site en la zona del gas, en este caso el escape de cloro enfriar el liquido en 3 o 4 minutos, la presin del contenedor disminuir, llegando tan baja como 2 a 3 kg./ cm2. La densidad del cloro gas a la presin atmosfrica es 3,2 kg./m3.Aplicando la 2 formula, el caudal de escape ser: Q = 0,0047 d2/4 (40-0) . 3,2 = 0,0047 x 3,14 x 0,52/ 4 x 11,3 = 0,010 Kg./seg. = 0,600 Kg. /minutoComo ejemplo algo ms ilustrativo vamos a exponer el volumen de aire y la concentracin en cloro de esta masa de aire que se ve afectada por una determinada fuga de cloro. Teniendo en cuenta el anterior cuadro y considerando que aproximadamente una concentracin de 100 mg. de cloro por m3de aire, es ya una concentracin que hace inhabitable ese lugar, podemos calcular el caso de una fuga de cloro de 1 kg., admitiendo que se ha difundido de forma homognea en todas direcciones. Para alcanzar la concentracin mencionada (100 mg/m3), el volumen ocupado sera 10.000 m3. Si ahora suponemos que este volumen ocupara la forma geomtrica de una semiesfera sobre el suelo alrededor del punto de fuga, la superficie sobre el suelo sera de unos 900 m2, con un radio de 17metros.Si suponemos que la fuga es de 100 Kg. de cloro, el volumen ocupado (para llegar a la concentracin de 100 mg/m3) sera 1.000.000 m3y la superficie sobre el suelo, unos 19.000 m2con un radio de 78 m.Si la fuga de cloro es la de un tanque de 1.000 Kg., el volumen afectado sera 10.000.000 m3, con una superficie afectada de unos 89.000 m2y un radio de 168 m.En realidad las superficies afectadas son mayores que las indicadas, ya que al ser el cloro gas ms denso que el aire, la semiesfera perfecta que hemos supuesto, sera ms aplastada, ocupando ms superficie; tambin hay que tener en cuenta que hemos supuesto una difusin uniforme, lo cual no es muy probable debido a las corrientes de aire. Estos datos nos dan idea de la gravedad de estas situaciones. Por otra lado, como factor que compensa, en parte, la gravedad de la exposicin anterior , hay que sealar que el tiempo necesario para la difusin uniforme y homognea del cloro en el aire, si no hay viento, es relativamente lenta. La difusin de 1 Kg. de cloro ,de forma homognea, en 10.000 m3de aire puede ocupar varias horas.El tamao y tiempo de exposicin de un rea afectada depender de:-Cantidad de cloro liberado a la atmsfera-Tasa de la fuga de cloro-Altura del punto donde ocurri el escape-Estado fsico del cloro liberado-Lquido Gaseoso-Condiciones ambientales-La concentracin de cloro en el ambiente puede variar desde baja a alta concentracionesLas fugas de cloro en las Estaciones de Tratamiento de Agua son un hecho potencial que obliga a adoptar medidas que neutralicen estas posibles fugas. En instalaciones de cierta importancia y en el caso de locales cerrados lo habitual es disponer de un equipo o instalacin de absorcin y neutralizacin de estas fugas, conocida generalmente como torre de absorcin, en realidad es un sistema de Scrubber diseado para vehicular hacia l todo el aire contaminado del lugar donde se produce la fuga. Usualmente se disea para proporcionar una completa renovacin del aire del local cada 6 o 7 minutos. En el diseo de las instalaciones de absorcin se deben tener en cuenta diversos factores, tales como el caudal del ventilador-extractor y la cantidad y concentracin de la solucin absorbente o neutralizante. Sobre las instalaciones de absorcin de fugas de cloro, se recogen diversas disposiciones en la Normativa de la ITC MIE, APQ-003 Almacenamiento de cloro. A continuacin se transcriben los Art. 19 y 20 del Captulo V, sobre Instalaciones de absorcin de cloro. Art. 19: La cantidad de agente neutralizante (hidrxido sdico, sulfito sdico, entre otros), disponible en la instalacin debe ser suficiente para tratar todo el volumen del cloro contenido en el recipiente de mayor capacidad existente en el almacenamiento. Art. 20: Cuando se trata de almacenamiento en el interior de un edificio cerrado, se asegurarn, cuando menos, diez renovaciones por hora del aire interior. La instalacin de absorcin en este supuesto, ser capaz de tratar todo el caudal de gases, admitiendo un contenido en cloro del 10 %. El aire cargado de cloro es aspirado por un extractor que lo impulsa hacia la parte inferior (de abajo hacia arriba) de la torre de absorcin, rellena de anillos Raschig, para aumentar la superficie de contacto, y a contracorriente se hace pasar una lluvia de una solucin absorbente generalmente hidrxido sdico. Sera aconsejable que el aire exento de cloro que sale por la parte superior de la torre pudiera recircular en circuito cerrado, durante los primeros ciclos, hacia el mismo local, y posteriormente cuando la concentracin de cloro en la sala de fuga ha decrecido, podra ya evacuarse el aire totalmente exento, que sale de la torre, hacia la atmsfera. La concentracin de la solucin de NaOH suele ser del 27% o menor, dependiente del riesgo de cristalizacin en pocas de bajas temperaturas. La reaccin del cloro con la sosa, en la torre de absorcin produce hipoclorito sdico, que puede ser enviado a un depsito de neutralizacin con hiposulfito sdico en solucin al 5%. La reaccin qumica en la absorcin viene dado por: 2NaOH + Cl2+ xH2O = 2ClONa + (x+1)H2O Teniendo en cuenta la dilucin de la sosa y que al final de la operacin debe haber un exceso de sta del orden del 3%, la ecuacin de la reaccin ser:2,3NaOH + Cl2+ 14H2O=ClONa + ClNa + 15H2O + 0,3NaOH415415Segn la anterior ecuacin 1 kg de cloro necesitara 1,3 kg de NaOH o 4,8 kg de solucin al 27%.La reaccin es exotrmica (352 Kcal/kg de Cl2) y elevar la temperatura en la zona de reaccin de la torre (anillos Raschig).El hipoclorito formado puede neutralizarse con una solucin al 5% de hiposulfito sdico (la reaccin es muy exotrmica y debe, por tanto, manejarse soluciones muy diluidas). 2S2O3Na2+ ClONa + xH2O = S4O6Na2+ 2Na(OH) + (x-1)H2OLa reaccin de neutralizacin, teniendo en cuenta el grado de dilucin de hiposulfito, viene dada por: 2S2O3Na2+ ClONa + ClNa + (334+15)H2O + 0,3NaOH =S4O6Na2+ 2ClNa + 2,3NaOH + 348H2O 67436743Instalacin de absorcin

Para 1 kg de cloro absorbido por la sosa (y convertido en hipoclorito sdico) son necesarios 4,45 kg de hiposulfito sdico 89 kg de solucin al 5%. Adems de las reacciones indicadas, hemos de tener en cuenta otras que pueden suceder como consecuencia de la alta concentracin del hipoclorito, que se ha producido en la torre de absorcin al reaccionar el cloro con la sosa custica. El hipoclorito sdico formado se puede descomponer de la siguiente forma: 3ClONa = ClO3Na + 2ClNa (I) 2ClONa = 2ClNa + O2 (II) La reaccin (I) est fuertemente afectada por la temperatura y el pH en la zona de contacto del cloro y la sosa custica. Por otra parte cuando el hipoclorito sdico sigue sometindose a cloracin, se descompone formndose ClOH, segn la reaccin: ClONa + Cl2+ H2O = 2ClOH + ClNa (III)y a partir de este ClOH, la formacin de clorato ocurrir segn la reaccin: 2ClOH + ClONa = ClO3Na + 2ClH (IV) La tasa de formacin de clorato de la ltima reaccin (IV) es mayor que la formacin segn la reaccin (I). A su vez el ClH formado en (IV) se combina con el in hipoclorito formando ms ClOH y por tanto se favorece ms an la formacin de clorato. Finalmente cabe indicar que si la reaccin (II) de formacin de O2es apreciable, el vapor de agua que puede generarse y el propio oxgeno favorecern la aparicin de espumas que dificultaran la absorcin de cloro en la torre; el exceso de sosa custica evitar esta situacin.FICHA DE ALMACENAMIENTO DE CLOROValoracin de la riqueza en NaOH de la solucin de sosa empleada para la neutralizacin del cloroConsiderando que recin adquirida o preparada la solucin de hidrxido sdico (sosa caustica) para la torre de absorcin de fugas de cloro es una solucin exclusivamente de NaOH, tendr un alcalinidad a la fenolftaleina (TA) igual a la alcalinidad total al naranja de metilo (TAC) y por tanto en una simple valoracin con cido 1 N, el volumen de cido gastado dividido por el volumen de solucin de hidrxido sdico tomado nos dar la normalidad y por tanto la concentracin de esa solucin.Ejemplo:Si se toman 10 ml. De solucin de hidrxido sdico al 27 % recin preparada (suele ser la concentracin inicial en el depsito de la instalacin de absorcin de fugas de cloro) y se valora con solucin de ClH 1 N en presencia de fenolftaleina, se gastarn 67,5 ml de cido, por tanto la normalidad de la solucin de sosa ser 6,75 N y de aqu se obtendra que la concentracin en NaOH es 6,75 x 40 = 270 g./l. (40 es el equivalente qumico del NaOH).A medida que pasa el tiempo y la torre de absorcin se va utilizando en la absorcin de pequeas fugas de cloro, la riqueza en hidrxido sdico, es decir la alcalinidad custica libre, va disminuyendo, ya que por un lado se forma hipoclorito sdico y por otro lado hay una cierta carbonatacin debido al CO2. En general casi siempre ser el TA mayor que TAC y en este caso la alcalinidad puede ser debida a hidrxidos y a carbonatos. La alcalinidad debida a hidrxidos ser 2TA TAC y la alcalinidad por carbonatos ser 2(TAC TA), es decir, la alcalinidad por hidrxidos disminuir a costa de ir aumentando la alcalinidad por carbonatos.Si el pH es < 9,4, no habr hidrxido en la solucin y la alcalinidad puede deberse entonces a carbonatos y bicarbonatos.Ejemplo real de calculo de la concentracin en NaHO de una solucin de sosa custica de una instalacin de neutralizacin de fugas de cloro despus de haber pasado 30 das desde su preparacin con una concentracin inicial del 27 %:Se toma una muestra de de la solucin, obtenindose los siguientes resultados:pH = 13, 2Valoracin de 1 ml. de la muestra con cido 1 N:Con el indicador fenolftaleina (TA): 6,6 ml (parte para neutralizar todos OH-y otra para reaccionar con de los CO3=).Con el indicador naranja de metilo (TAC): 7,0 ml (parte para neutralizar todos los OH-y otra para reaccionar contodos los CO3=)De estas dos valoraciones se deduce que la diferencia 7,0 ml 6,6 ml = 0,4 ml son los empleados en valorar la mitad de los carbonatos, por tanto 6,6 0,4 = 6,2 ml de cido empleado en valorar los hidrxidos (procedentes de la sosa), luego la riqueza de esta solucin de sosa ser:6,2 x 40 (eq. de la sosa custica) = 248 g / litro, es decir 24,8 %Nota: Si se toma una muestra de la solucin de la torre de absorcin en la cual puede haber hipoclorito sdico, este se deber destruir previamente aadiendo a la muestra pequeas cantidades de agua oxigenada al 10 % hasta que cese la efervescencia y despus se contina con la determinacin de la alcalinidad.En los esquemas siguientes, del Sindicato Nacional Profesional de la Industria Electroltica de Cloruros Alcalinos y de las Industrias del Bromo y Derivados del Cloro y del Fluor, de Francia, se representan diversos esquemas de una instalacin de absorcin y neutralizacin de cloro.

Ensayos de cloracinANALISIS DE AGUAS Y ENSAYOS DE TRATAMIENTO. Rafael Marn GalvnEnsayos de oxidacin-desinfeccin ( De " Anlisis de Aguas y ensayos de tratamiento" R. Marin Galvn)Generalidades1, Existen en la bibliografa multitud de referencias acerca de la utilidad prctica de los distintos oxidantes qumicos frente a problemas ms o menos habituales de contaminacin de un agua. Se recomienda a este particular, y a fin de no ser exhaustivo, la consulta de las referencias (3.8, 9,14.323,335.389.392,393) .Habida cuenta de los variados reactivos que pueden aplicarse para desinfeccin y oxidacin de un agua vamos a estructurar separadamente los ms habitualmente empleados: cloro, ozono, ClO2y KMnO4. Ntese, no obstante que el procedimiento de todos estos ensayos es muy similar. A ttulo informativo, latabla 16.3recoge las dosis tericas (segn estequiometra) necesarias para eliminar varias sustancias tpicas por oxidacin qumica.16.5.1. Ensayos de cloracin(a) PrincipioLa cloracin de un agua, proceso clsico de oxidacin y desinfeccin, suele conseguir la eliminacin de cantidades discretas de Fe, Mn, amonio, nitritos, H2S y la flora microbiana habitual de un agua bruta. El ensayo proporciona la dosis de cloro para la cual, despus de las reacciones correspondientes entre el oxidante y las sustancias del agua, se obtiene una concentracin de cloro residual libre quepueda ser idnea para su aplicacin en planta: sta suele ser de alrededor de 1 mg/l de Cl2libre en agua tratada (8, 9, 409).Se trata, pues, de adicionar cantidades crecientes de disolucin de cloro de concentracin conocida a un agua problema y determinar la dosis necesaria para reducir el problema concreto que tenga el agua a testar. En concreto, la reaccin ms tpica de cloracin es la experimentada por el amonio de un agua. En este caso, el cloro adicionado va reaccionando en varios pasos con el amonio hasta su eliminacin total: primero se forman monocloraminas (CINH2), despus dicloraminas (Cl2NH). en tercer lugar tricloruro de nitrgeno (Cl3N), para finalmente detectar cloro libre. Obsrvese que en esta secuencia, se obtiene una curva de demanda de cloro no lineal.Al principio, para incrementos de dosis de cloro se producen ligeros incrementos en las concentraciones de cloro residual debido a la formacin de compuestos aminados. En una segunda fase el cloro residual desciende (por destruccin de los compuestos anteriores) hasta llegar a un punto, denominado punto de ruptura obreak-pointa partir del cual, nuevos incrementos de cloro aadido suponen efectivamente incrementos de cloro libre( ver fig.16.2).

(b) Materiales y Reactivos- Los recogidos para los ensayos de jar-test (ap.16.3).- Disolucin de cloro (en realidad hipoclorito sdico) de riqueza conocida. Esta se obtiene mediante la aplicacin del mtodo recogido en el Captulo siguiente.-Disolucin de cloro de 1 mg/ml. Se prepara por dilucin de la anterior. La adicin de 1 ml a 1 l de agua equivale a dosis industriales de 1 g/m3.(c) ProcedimientoEl test-cloro puede realizarse slo con disolucin de cloro o bien adicionando posteriormente a sta la dosis ptima de coagulante y/o floculante obtenidas mediante jar-tests anteriores. En este secundo caso se trata de un ensayo de test- cloro completo, mientras en el primer caso sera un ensayo de test-cloro simple.- Llenar los vasos de precipitados con 1 1 de agua problema. Poner el sistema en agitacin rpida (120 rpm).- Aadir cantidades crecientes de disolucin de cloro de forma que se obtenga una secuencia ascendente. Agitar 30 segundos a velocidad rpida.- Opcionalmente, aadir las dosis ptimas de coagulante y/o floculante. Agitar otros 30 segundos a velocidad rpida.- Mantener agitacin lenta (25 rpm) durante 10 minutos.- Esperar 4 horas y proceder a la lectura del cloro residual (ver el mtodo de anlisis recogido despus).(d) Expresin de ResultadosSe puede proceder a la confeccin de una curva de demanda de cloro. representando grficamente en abcisas las dosis de cloro adicionadas y en ordenadas, las concentraciones residuales obtenidas para cada dosis (para cada vaso).

Figura 16.2: Curva prctica de demanda de cloroLa dosis ptima del ensayo ser aquella que corresponda a un residual de alrededor de 1 mg/l de Cl2residual libre, despus delpuntode ruptura.Est suficientemente comprobado que un agua con estos contenidos de cloro libre se encuentra razonablemente exenta de presencia microbiana en general (y patgena en particular).A ttulo orientativo, conocidas las concentraciones de Fe, Mn, nitrito, amonio y DQO-Mn se puede estimar aproximadamente la dosis de cloro requerida por un agua, aplicando las ecuaciones de latabla 16.3. Adems. cada mg/l de DQC-Mn consume en trminosgenerales 1 mg/l de cloro(296) . Conocida la dosis aproximada, el ensayo deber utilizar una serie dosis en un intervalo que comprenda aquel valor. En el orden prctico, aguas brutas de buena calidad suelen presentar demandas de cloro inferiores a 4-5 g/m3, aguas de calidad media (contenidos moderados de Fe, amonio y DQO-Mn) requieren hasta 10-12 g/m3, mientras aguas de mala calidad exhiben demandas de cloro superiores a 20 g/m3.Otras informaciones que pueden extraerse de los ensayos del test-cloro son los relativos a las concentraciones residuales de sustancias potencialmente oxidables presentes en el agua, formacin de trihalometanos. etc...

Determinacin de cloro residual en aguas(a) PrincipioSe basa en la formacin de un complejo coloreado susceptible de medida colorimtrica entre el cloro libre y el DPD, o N-N'dietil para-fenilndiamina en un medio tamponado [90, 205, 222].

Tabla 16.3 Reacciones tpicas de oxidacin en tratamiento de aguas y dosis tericas de oxidante para eliminacin de Fe, Mn y amonio.La adicin al medio de reaccin de un agentecomplejante de los cationes mayoritarios presentes en el agua (AEDT) y de una sal de Hg eliminan interferencias del mtodo. Podra utilizarse adems del recocido a continuacin una valoracin con tiosulfato sdico en medio cido similar a la que se expondr para determinar la riqueza de disoluciones comerciales de hipoclorito sdico (verCap. 17).Sin embargo, esta titulacin adolece del defecto de no poder especiar entre diferentes tipos de sustancias doradas del agua.(b) Materiales y Reactivos- Espectrofotmetro o colormetro capaz para medidas de absorbancia a 515 nm equipado con cubetas de 1 cm de paso ptico.- Material de vidrio de laboratorio.- Disolucin tampn: disolver 24 g de Na2HPO4y 46 g de KH2PO4 en unos 500 ml de agua destilada. Aadir 800 mg de AEDT y 20 mg de HgCl2. Disolver. Diluir hasta un total de 1.000 ml de disolucin, con agua destilada.Disolucin de DPD: disolver 1,0 g de oxalato de DPD 1,1 g de sulfato de DPD en unos 500 ml agua destilada conteniendo 8 ml de H2SO4(1:3) (v/v) y 200 mg de AEDT. Enrasar a 1.000 ml con agua destilada. Esta disolucin guardada en frasco oscuro permanece inalterable durante 2 meses. Se debe descartar siempre que presente coloracin o fenmenos de precipitacin.- Disoluciones patrn de cloro. Se pueden preparar por dilucin de una disolucin patrn concentrada de cloro de concentracin conocida y valorada. Concentraciones comprendidas entre 0.05 y 3 mg/l dan buenos resultados para la obtencin de curvas de calibrado prcticas.

(c)Procedimiento- La curva de calibrado se obtiene por adicin a 10 ml de patrn de concentracin conocida de 10 gotas de disolucin tampn y otras 10 gotas de disolucin de DPD. Mezclar y anotar la transmitancia (o absorbancia) como funcin de la concentracin de cloro en mg/l.- Si el agua problema presenta ligera coloracin y/o turbidez, centrifugar a 5.000 rpm durante 5 minutos.- A un tubo de ensayo aadir 10 ml de agua problema.- Aadir 10 gotas de disolucin tampn y mezclar por invers~on.- Aadir 10 gotas de disolucin de DPD y mezclar por inversin. Inmediatamente tomar la lectura en el colormetro y anotar los mg/l de cloro "A".- A la disolucin anterior aadir 0,1 mg de KI y mezclar por inversin. Inmediatamente anotar la lectura en el colormetro que sern "B" mg/l.- A la disolucin anterior aadir 0.1 g de KI, mezclar para disolucin y esperar 2 minutos. Anotar la lectura en el colormetro que corresponder a "C" mg/l.- A 10 ml de agua problema sin adicin de ningn reactivo, aadir 0.1 mg de KI y mezclar. Aadir posteriormente, 10 gotas de disolucin tampn y mezclar; aadir despus otras 10 gotas de disolucin de DPD y mezclar. Obtener la medida inmediata de cloro de la curva de calibrado que ser "N" m/l.(d) Expresin de ResultadosEn general, la lectura de "'A" corresponder al cloro libre residual del agua analizada. Las dems lecturas permiten el clculo de las diferentes formas de cloro residual combinado del agua, si es que existieran. En este sentido, latabla 16.4permite determinar en mg/l los contenidos en Cl2libre, monocloramina. dicloramina y tricloruro de nitrgeno del agua. Existen en el mercado colormetros porttiles que facilitan la determinacin rutinaria de cloro en aguas. Estos aparatos ya vienen calibrados electrnicamente y requieren un mnimo mantenimiento.