CLORACIÓN DE AGUA POTABLE

Alejandro Cangi- Noviembre 2010

CLORACION DE AGUA POTABLLE

• INDICE1. INTRODUCCION.1.1 Agua de consumo humano2. CLORACION2.1. El cloro y sus derivados2.2. Química del cloro 2.3 Demanda de cloro2.4 Determinación de cloro2.5 Control de la Cloración2.6 Equilibrio redox y cloro2.7. Protocolo de cloración 3. Equipos de cloración3.1. Cloración en tanque con recirculación3.2. Cloración en línea 3.3. Cloración en tanque sin recirculación.

1.INTRODUCCION

• El agua potable es un bien necesario solo 0,61 % es agua liquida y de esta alrededor del 0,60 % se encuentra en acuíferos subterráneos, y solo el 0,009% constituye agua superficial (ríos y lagos). Aun mas solamente el 0,003%

ORIGEN DEL AGUA VOLUMEN DEL AGUA PORCENTAJE KMCUBICOS AGUA TOTAL %

OCEANOS 1.321.000.000 97,24CAPAS DE HIELO 29.200.000 2,14AGUA SUBTERRANEA 8.340.000 0,61LAGOS DE AGUA DULCE 125.000 0,009MARES TIERRA ADENTRO 104.000 0,008HUMEDAD DE LA TIERRA 66.700 0,005ATMOSFERA 12,900 0,001RIOS 1.250 0,0001VOLUMEN TOTAL DE AGUA 100,000

1.360.000.000

1.1. Agua de consumo humano

• De lo expuesto se extrae que el agua potable es un bien muy preciado y escaso. Es primordial minimizar su gasto, en la medid posible, reutilizarla adecuadamente.

• El abastecimiento puede realizarse a partir de dos fuentes:

• Aguas superficiales: están expuestas al medio ambiente y son susceptibles de contaminación. Por tal motivo es necesario un tratamiento exhaustivo. Esto lo realiza instituciones encargadas de la explotaciones de recursos hídricos (ASM)(OSM).

• Aguas subterráneas: pozos, manantiales. Son fuentes de mas difícil explotación. Su origen es el agua superficial que por infiltración natural a través de diferentes capas terrestres pasa al acuífero. Además a largo plazo los acuíferos también pueden contaminarse y por ello, a menudo es necesario un tratamiento.

Las fuentes de contaminación

• Las fuentes de contaminación pueden ser naturales (lluvia, materia vegetal en descomposición, erosión del suelo...) o antropogénicas (actividad ganadera, subproductos de actividad industrial, aguas domesticas..), pero ambas dan lugar a un agua que no cumple con los requisitos necesarios para asegurar su potabilidad.

• Los procesos de tratamientos tienen varias etapas:

• Coagulación, floculación separación de partículas (sedimentación/flotación), filtración y desinfección (cloración /ozonización). En muchas de estas etapas se realiza la incorporación de productos químicos al caudal de agua a tratar y es aquí donde MAG SRL puede ayudarle.

procesos

• De todos los tratamientos citados , nos centraremos en la desinfección. Este proceso intenta destruir o inactivar los microorganismos patógenos presentes en el agua, entre ellos bacterias, virus y protozoos. Algunos procesos en gran parte por algunos procesos pero estas no son suficientes para asegurar la inocuidad total del agua.

• Los tratamientos pueden ser físicos: radiación gamma, rayos X, ultravioleta, esterilización térmica) o químicos ( metales pesados, ácidos o bases, halógenos, ozono, permanganato..) siendo estos últimos los mas habituales. De entre los reactivos químicos, el cloro y sus compuestos derivados son los agentes desinfectantes mas utilizados a nivel mundial.

• Los valores de cloro residual están regulados por muchos organismos y dependen del uso final del agua. Así pues, para aguas potables, se recomienda que el cloro libre residual es entre 0,5 y 1 ppm, mientras que en el caos de piscinas y balnearios, debe mantenerse entre 1,5 a 3,0 ppm.

2.CLORACION

• 2.1. El cloro y sus derivados.• Los productos de la familia del cloro mas habituales para realizar

la desinfección del agua son: cloro gaseoso, hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio.

• El cloro (Clº): es un gas toxico, mas denso que el aire, de color verde amarillento. Es un producto muy oxidante que reacciona. Es corrosivo con humedad, las cañerías y equipos debe ser de aleaciones especiales. Es irritante y puede causar heridas graves en caso de exposición. El manejo es de personal especializado y son necesarios sistemas de control y alarmas muy efectivos.

• Hipoclorito de sodio (ClONa): son soluciones acuosas de color amarillo verdoso, que tienen una concentración de cloro activo por litro. Se comercializa en concentraciones de 10 %. Es un oxidante muy potente e inestable después de tres meses , puede contener 90 gramos o inclusos menos.

CLORACION

• Hipoclorito cálcico (Ca(ClO)2 es un sólido blanco contenido entre el 20 y 70 de cloro activo. Es muy corrosivo y reacciona con material acido. Tiene mayor contenido de cloro y mayor estabilidad. Para ser utilizado, se diluye con agua para obtener una solución de concentración mas manejable, por ejemplo 2%.

• SODIO CLORITO• ASPECTO POLVO EN ESCAMAS

• COLOR BLANCO

• CONCENTRACION CLORITO 80,5 %

OTROS PRODUCTOS

• Cloro granulado, a base de Tricloro-S-triacionotriona. Tiene la ventaja de ser un producto poco soluble en el agua (1,2g / 100 cm3) El desprendimiento de ácido hipocloroso es muy lento por lo cual la concentración de cloro libre es constante durante mucho tiempo, estabilizando así el cloro residual. Actúa desde el fondo de la piscina hacia la superficie.

• ÁCIDO DICLOROISOCIANURICO • Uso: 

fungicidas usados para el agua industrial, desinfectante del agua potable, desinfectante de la piscina, agente de acabado de la tela

• AQUABIOCID: dióxido de cloro

2.2. Química del cloro

• Cuando el Cl2 se disuelve en agua, se hidroliza rápidamente para generar acido hipocloroso y acido clorhídrico

• Cl2 + H2O -------- HClO + HCl

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

• NaClO + H2O ---------- NaOH + HClO

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

• Así pues, en cualquier de los casos, cloro, hipoclorito sódico e hipoclorito de cálcico, se acaba formando acido hipocloroso, que es realmente la especie desinfectante. No obstante, este se disocia según el siguiente equilibrio:

• HClO -------------- H+ + ClO¯

Química del cloro

0

20

40

60

80

100

120

4 5 6 7 8 9 10 11

pH

%

%HClO

%ClO

• Este equilibrio esta regido por la siguiente constante:

• Ka = H+ClOº/ HClO•  • Cuyo valor aproximado es 3,2 x 10-8

•  • Si realizamos el menos logaritmo de

la expresión• -log Ka = –log H+ - log ClOº/ HClO•  • Teniendo en cuenta que el – Log X

se conoce como pX la expresión resulta ser:

• PKa = pH – log ClOº/ HClO• En la grafica se puede observar la

distribución de cada una de las especies en función del pH

Interpretación del grafico

• Se aprecia en el grafico que entre pH 9 y 6 , ambas especies coexisten, mientras que en pH inferiores a 6 y superior a 9 se considera la existencia de una única especie. A valor de pH igual al Pka del acido hipocloroso (pK 0 7,5), se observa que las concentraciones de HClO y ClO son iguales, hecho fácilmente deducible de la expresión anterior.

• El acido hipocloroso es un desinfectante mas eficaz que el ión hipoclorito, estaría relacionado a la inexistencia de carga en la molécula del acido hipocloroso. Al ser una molécula neutra, le seria mas fácil penetrar la pared bacteriana con la consiguiente actividad bactericida. . Así a pH por debajo de 7,5 la cantidad de hipoclorito es mucho menor que la necesaria para esa misma agua a pH superior a 7,5.

utilidad

• El cloro y sus derivados han demostrado ser útiles también en:

• Control de olores y sabores• Prevención de crecimiento de algas• Eliminación de hierro y manganeso• Destrucción de acido sulfhídrico• Eliminación de colorantes orgánicos • Mejoras en la coagulación por sílice

USO DEL CLORO• Una de las desventajas del uso de

cloro y derivados es que reacciona con mucha materia orgánica y da lugar a trihalometanos (THM) muchos de los cuales se ha demostrado son tóxicos o carcinogénicos. Otro inconveniente es la formación de clorofenoles en aguas que contienen fenoles, lo que daría lugar a malos olores.

• El cloro también reacciona con el amoniaco disuelto en el agua para formar cloraminas. Estos productos también tienen cierto poder desinfectante, aunque son aproximadamente 25 veces menos eficaces que el cloro libre. No obstante, su tiempo de permanencia en el agua es largo y por ello a veces se han usado como reserva de cloro residual. Presentan dos grandes inconvenientes pueden dar lugar a olores y sabores y son potencialmente toxicas de forma crónica.

• NH4+ + HClO ===== NH2Cl + H2O + H+

MONOCLORAMINA•  

• NH2Cl + HClO ==== NHCl2 + H2O

DICLORAMINA•  

• NHCl + HClO ==== NCl3+ + H2O + H+

TRICLORAMINA

PRODUCTOS DEL CLORO

• Otro derivado del cloro que se utiliza como desinfectante es el dióxido de cloro (ClO2). Este es igual de efectivo que coro/hipoclorito y menos sensible a los cambios de pH por lo que respecta a su actividad desinfectante. Además no se combina con el amoniaco ni con mucha materia orgánica, con lo cual se evita la aparición de cloraminas y otros compuestos de sabores y olores desagradables . No obstante , es un gas 10 veces mas toxico que el cloro gas y explosivo al aire en concentraciones 8-12 %. Asimismo, como producto de reacción da lugar a clorito cuyo riesgo para la salud humana es incierto.

Demanda del cloro

2.2.DEMANDA DE CLORO

• De todo lo expuesto, se puede decir que el cloro y sus derivados, además de reaccionar con los microorganismos, también lo hace con la materia orgánica, hierro, manganeso disuelta en el medio. Por es motivo, para tener un cierto nivel de cloro residual, la cantidad necesaria que se ha de añadir es bastante superior al residual obtenido.

• Hay que determinar para ello la cantidad de cloro que se consume hasta la aparición del residual.

• En la figura que se muestra la variación de la cantidad de cloro residual en función del cloro añadido para un caso hipotético general.

• En un primera etapa, se produce la oxidación de sustancias reductoras, principalmente inorgánicas: Fe, Mn, SH2.. Todo el hipoclorito que se añade se consume, con lo cual no hay cloro.

• Una vez destruidas estas sustancias, se iniciaría una etapa en la que se formarían compuestos clorados, principalmente cloraminas, que actuarían como cloro residual, otorgando un cierto carácter desinfectante al sistema.

Demanda de cloro . Productos de reacción

• Cuando todo el amoniaco orgánico y las aminas orgánicas han reaccionado con el cloro, después del máximo de la curva, se inicia una etapa de destrucción de estos compuestos clorados formados en la etapa anterior. A pesar de añadir mas cloro, no se observa un aumento de la cantidad de cloro disponible sino una disminución, ya que se consume tanto cloro residual que se había formado, como el hipoclorito que se añade. En la ecuación siguiente se puede observar este efecto.

• 2NH2Cl + HClO ===== N2 + H2O + 3 HCl• La capacidad desinfectante del sistema, pues, disminuye en esta etapa.• Después del punto de ruptura (breakpoint) todo el cloro que se añade se

mantiene como cloro libre. Así pues, se considera que a partir de este punto tanto la desinfección como la eliminación de materia orgánica oxidable por cloro, se ha llevado a cabo y el agua tiene un cierto valor de cloro residual.

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

• El cloro libre residual puede presentarse en forma de Cl, HCl2O y/o ClO, dependiendo del pH de trabajo y por tanto corresponde a la suma de estas.

Análisis del cloro libre, total e hipoclorito

• DETERMINACION DE CLORO• Habitualmente la determinación

de cloro residual en aguas se realiza por reacción con O-tolidina o bien N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD). La primera de ella se realiza en forma simple. La O-tolidina reacciona rápidamente con el cloro libre , pero a partir de los 5 segundos también reacciona con el combinado podemos tener un agua mal clorada, alta en contenido en cloro combinado, pero ausencia de cloro libre

• Se recomienda el uso DPD. Este a pH entre 6,2 y 6,5 da lugar a una coloración rojiza que es proporcional a la cantidad de cloro libre presente en el medio. Por comparación de escala de color se puede determinar el cloro libre. Sobre la muestra se agrega ioduro de potasio y se libera el cloro combinado y tenemos el cloro total. Por diferencia con el libre tenemos el combinado

o.tolidina

DPD

TNT

TNT PLUS

http://www.hach.com/fmmimghach?CODE:CL2KIT-CN66-RZ-2231-4327%7C1

Cloro libre y total kit

Determinación cloro

• Pocket Colorimeter II Analysis System for Free Chlorine and Total Chlorine

• Two Ranges: LR - 0.02 to 2.00 mg/L and  HR - 0.1 to 8.0 mg/L as Cl2

• Reagents included: (100 tests each, low range, or 50 tests each, high range)

• Complete with manual, sample cells and carrying case 

• USEPA approved/accepted for drinking water and wastewater

Métodos por titulación del hipoclorito

• Método 4113-2-2.005.• La determinación se efectuó por duplicado.• Remiden, con pipeta aforada, 25 ml de muestra, se pasan a un matraz

aforado de 500 ml y se lleva a volumen con agua.• Se colocan 20 ml de solución de ioduro de potasio 10% en un

erlenmeyer de 250 ml y se añade 30ml de agua y 5 ml de ácido acético glacial.

• Si se observase una coloración amarillenta debida a presencia de yodatos, se agrega algunas gotas de tiosulfato de sodio para decolorarla, no mas de 2 gotas.

• Se agrega 20 ml de muestra medidos con pipeta volumétrica doble aforo.

• Se valora el yodo liberado con tiosulfato de sodio N/10. Cerca del final de la valoración, cuando el color del yodo haya desaparecido, se agrega 1 ml de almidón y se completa hasta desaparición del color azul.

•  Cálculos:•  Cl- = (0,03546 x V1x N x 500 / Vm x 25) x 1.000

HIPOCLORITO SEGÚN IRAM 41173 –2 anexo A

• FUNDAMENTO: VALORACIÓN CON SOLUCIÓN DE YODURO DE POTASIO LIBRE DE IODATOS 39 g/lt

• Materiales necesarios y reactivos:• Erlenmeyer de 250 ml., Pipeta volumétrica de 5 ml.• Bureta de 25 ml recta incolora.• Yoduro de potasio 39 g/lt; Almidón solución 10 g/l• Ácido bórico droga sólida.• PROCEDIMIENTO:• Se toman con pipeta 5 ml de muestra. Se colocan en un erlenmeyer, se agrega

inmediatamente solución de almidón y una pizca ( 3 g) de ácido bórico y se valora con el yoduro hasta color azul.

• Cálculos:

• Cloro activo g/dm3 = 10 x v• Siendo: v el volumen de solución de yoduro empleada en alcanzar la coloración

azul en la titulación.

CLORO LIBRE Método REPSOL

• Tomar 1 ml de muestra a analizar, agregarle 100 ml de agua destilada, 2 g de yoduro de potasio, agregar 10 ml de ácido acético 1:5 y titular con tiosulfato de sodio 0,1N frente a almidón o no hasta viraje al incoloro.

• Cálculo:

• Volumen gastado x 0,1 x 0,03733 x 100/ volumen de muestra = % pureza

Control de la cloración

Cálculos

PROTOCOLO DE CLORACION

Equipos de cloración

Cloración en tanque con recirculación

Cálculos de agregado

Cloración en línea

Cloración en tanque sin recirculación

AGUA TURBIA

– a. Causas: Algas, dureza excesiva del agua, retroºlavado demasiado frecuente, filtro ineficaz, filtro obturado o acanalado, precipitación de compuestos de calcio, pH incorrecto, contenido demasiado elevado de materia sólida disuelta.

• b. Solución:• Inspeccionar el sistema de filtración. Comprobar que el

horario de funcionamiento ha sido correcto.• Ajustar el pH y el cloro libre a los niveles correctos• Mantener siempre un contenido mínimo de cloro libre

residual (0''6 ppm).

• Dejar funcionando el filtro permanentemente hasta superar el problema.

2. Presencia de algas

• Las algas producen un agua de color verdoso y se depositan en las paredes y fondo del vaso produciendo manchas verdes y negras

• a) Causas: Contenido insuficiente en cloro libre residual, no realizar un mantenimiento adecuado de la piscina, existencia de zonas con aguas muertas.

• b) Solución:

• Efectuar una súper cloración.• Determinar pH y ajustar si fuera necesario al ideal de 7''2 -7''6.• Añadir algicida en la proporción indicada por el fabricante.• Quitar las manchas de algas adheridas con un cepillo de cerda

dura y lejía diluida.• Mantener un contenido mínimo en cloro libre residual entre 1,0 y

1,5 ppm.• Dejar funcionando el filtro permanentemente hasta superar el

problema.

3. Escozor de ojos y olor a cloro

• 3. Escozor de ojos y olor a cloro• a. Causas: Valor pH incorrecto, presencia de cloro combinado

(cloraminas) por encima de los niveles admitidos (0''5 ppm)• b. Solución.• Efectuar una super cloración.• Ajustar el pH al ideal de 7''2 a 7''6.

• Mantener valores correctos de pH, alcalinidad total y cloro libre

residual.

4. El agua de aporte se pone verde, marrón o rojiza

• a) Causa: El agua de aporte contiene sales de cobre y/o hierro, las cuales reaccionan en presencia de cloro, produciendo unos compuestos que colorean el agua.

• b) Solución:• Provocar el fenómeno en su totalidad (oxidación del cobre

y hierro), super clorando el agua.• Ajustar el pH hasta valores de 7''2-7''6.• Añadir floculante y pasar barredera.• Filtrado: Los pasos anteriores ocasionarán un sedimento

que debe filtrarse para eliminarlo. El tratamiento culmina poniendo en funcionamiento sin parar el filtro desde el inicio del tratamiento hasta que el agua este transparente.

OTROS INCONVENIENTES

• 5. Después de una lluvia el agua se pone verde o rojiza

• a) Causa: El agua de lluvia es levemente ácida lo cual genera las condiciones químicas para la ocurrencia de este fenómeno, en particular cuando en las cañerías de la piscina hay tramos de cobre (verde) o hierro (rojizo).

• b) Solución: Utilizar el mismo tratamiento que en el problema ya visto del agua verde, marrón o rojiza.

• 6. El agua presenta aspecto de burbujas de jabón

• a) Causas: Una concentración excesiva del algicida, residuos orgánicos en el agua.b) Solución:

• Leer detenidamente las etiquetas de los productos y seguir las instrucciones de dosificación.

• Evacuar agua al alcantarillado según sea necesario

• Efectuar una súper cloración• Ajustar el pH, la alcalinidad total y

el cloro libre residual entre los límites correctos.

• Mantener estos valores en dichos límites

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