Cloración

Pedro E. Ortiz B.

Tegucigalpa M.D.C.

Noviembre 2013

Contaminación del Agua El agua de lluvia cuando cae, arrastra partículas de polvo y gases Cuando escurre en la superficie arrastra, materia orgánica en descomposición ,sales diversas y numerosas bacterias

Cuando se infiltra Arrastra numerosos microorganismos y minerales que la pueden hacer inadecuada para las necesidades humanas

ORGANISMOS

ENFERMEDADES

BACTERIAS E. COLI TOXIGENA

GASTROENTERITIS

SALMONELLA A, B Y C

FIEBRE TIFOIDEA

SHIGELLA

SHIGELOSIS

VIBRIO COLERAE

COLERA

LEPTOSPIRA

LEPTOSPIROSIS

VIRUS

ORGANISMOS PATOGENOS RELACIONADOS CON LA VIA HIDRICA

ENTEROVIRUS ( 67 TIPOS)

GASTROENTERITIS,PARALISIS

ROTAVIRUS

GASTROENTERITIS

REOVIRUS

GASTROENTERITIS

HEPATITIS A

HEPATITIS INFECCIOSA

NORWALK PROTOZOARIOS ENTAMOEBA HISTOLYTICA

AMEBIASIS

GIARDIA LAMBLIA

GIARDIASIS

CRYPTOSPORIDIUM BALANTIDIUM COLI

BALANTIDIASIS

HELMINTOS ASCARIS LUMBRICOIDES

ASCARIASIS

TAENIA SAGINATA

TAENIASIS

Enteroparasitismo

Desinfección Es un proceso selectivo para la destrucción de los microorganismos Patógenos(capaces de producir enfermedades).

Es necesario porque no es posible asegurar la remoción total de microorganismos mediante procesos físico-químicos.

Involucra un tratamiento especializado mediante el empleo de un agente químico o físico.

Turbiedad Factores que afectan

PH. Tiempo de Contacto

Esterilizante

Agente capaz de destruir completamente a todos los organismos (patógenos o no)

Desinfectante

Agente que destruye los Gérmenes patógenos

Bacteriostática

Inhibe el crecimiento, sin causar la muerte del microorganismo

Quisticida

Agente que mata los quistes

En el agua podemos encontrar tres categorías de organismos Virus

Poliomielitis, Hepatitis

Bacterias

Cólera, Disentería, tifoidea

Quistes

Disentería(Entamoeba histolítica)

Métodos disponibles de desinfección

Agente químico

Cloro y sus compuestos( cloro gas, Hipoclorito, Dióxido de cloro) El Bromo y el cloruro de bromo El Yodo El Ozono

Agente Físico

Calor Luz( Rayos ultravioletas)

Medios mecánicos

Tamizado en mallas finas y gruesas Desarenadores y sedimentadores

Radiación

Rayos gamma

Objetivos de la Desinfección La desinfección puede ser el principal y único objetivo de la cloración, sin embargo en aguas contaminadas aprovechando su fuerte poder oxidante puede ser utilizada con los siguientes propósitos: Desinfección del agua  Remoción de amonio o compuestos nitrogenados  Remoción de compuestos orgánicos diversos (fenoles, cresoles y taninos) responsables de olor y sabor  Remoción de compuestos inorgánicos oxidables(Fe, Mn y H2S)  Remoción de color

 Prevenir el crecimiento de algas y microorganismos

OTRAS REACCIONES IMPORTANTES DEL CLORO EN EL AGUA AMINOACIDOS



MAL OLOR TÓXICOS

FENOLES



MAL SABOR

H2S



H2SO4

Fe++



Fe+++

Mn++



Mn+4

Cr+++



Cr+6

Condiciones que debe reunir un desinfectante Debe ser capaz de destruir a los microorganismos causantes de las enfermedades

Debe actuar a la temperatura ambiente con un tiempo de contacto razonable No debe ser tóxico o de sabor desagradable en el rango de dosificación usual  Debe ser de fácil obtención, manejo sencillo y bajo costo Se debe poder determinar su concentración en el agua, en forma sencilla y rápida Debe dejar efecto residual para proteger el agua de contaminación posterior

Cloración Entre los agentes de la desinfección(desinfectantes), el más empleado en la potabilización de agua es el cloro, por las razones siguientes:

Se encuentra fácilmente disponible en forma de gas, líquido o sólido. Es barato. Es fácil de aplicar debido a su alta solubilidad. Deja un residual en solución, sencillo de determinar.

destruye la mayoría de gérmenes patógenos.

Hipocloritos  Se dosifican en solución

 Medición: rotámetros, escala equipo dosificador, aforos volumétricos Cuando se agregan al agua estas sales sumamente solubles de acido hipocloroso, pueden ocurrir las reacciones siguientes :

Ca(OCl)2 +2H2O 2HOCL+Ca++ + 2OHNaOCl + H2O < = = = >HOCl + Na+ + OHHOCl < = = = > H+ + OCl Control dosis: comparador colorimétrico

A. Hipoclorito de calcio  Forma: Granular

 Concentración comercial: cercana al 70%  Capacidad: tambores de 45 y 50 Kg  Almacenamiento: más simple que el cloro líquido  Mantenimiento: cerrado  Costo: más caro que el cloro gas  Utilización: Plantas pequeñas( 10 l/s) y situaciones de emergencia

Clorador de tabletas de cloro

B.

Hipoclorito de Sodio



Forma líquida



Inestable



Concentración comercial: varia entre 2.5 a 15 (común 10%)



Más caro que el cloro líquido



Se utiliza en sistemas pequeños y en situaciones de emergencia



Tiempo de almacenamiento: < 1 mes



Concentración de la solución: 1 - 5%

Instalación típica de hipoclorito

Materiales requeridos para la desinfección

Cuidado que debemos tener con el cloro

Como protegernos para manipular el hipoclorito

Procedimiento para medir la concentración de cloro

Ficha de control de consumo de cloro

PROPIEDADES DEL CLORO Y SUS DERIVADOS Símbolo

Cl2

Cl2

Na0Cl

Ca(0CL)2

Peso molecular Estado Color Peso específico

70.90 Gas Verde 2.48 0°C y 1 at ----

70.90 Líquido Verde 1.41 (20°C) - 100.98

74.45 Líquido Amarillo 1.2

142.99 Granular Amarillo 0.8

----

----

- 34.5°C

- 35.5°C - (1 at)

----

----

99.8%

99.8%

12-15%

70%

Barriles

Barriles, sacos

Punto de congelación Punto de licuefacción (ebullición) Cloro disponible Forma de empaque Materiales que resisten al ataque del cloro

----

Cilindros de 100, 150 y 2000 LB Seco: Hierro Seco: Hierro negro, cobre y negro, cobre y acero acero Húmedo: Vidrio, Húmedo: plata, caucho PVC, teflón, polietileno

Cerámica, Cerámica, vidrio, plástico o vidrio, caucho plástico o caucho

Parámetros Operacionales La eficiencia de la Desinfección depende de varios factores entre los que podemos mencionar:  Naturaleza del desinfectante

 Concentración del desinfectante  Tiempo de contacto

 PH  Sistema de Mezcla

 Temperatura del agua  Naturaleza de los organismos a ser destruidos

 Concentración de los organismos  Características físico químicas del agua

De los factores que influencian la desinfección solamente podemos controlar los siguientes: Período de contacto. pH. Período de contacto Es el tiempo de contacto entre el cloro y el agua necesario para la destrucción de todos los microorganismos patógenos,

depende del pH y de la temperatura del agua. Cuanto mayor es el tiempo más efectiva es sus acción y la dosis de

cloro puede ser menor.

pH La desinfección es más eficiente a un pH bajo, en la práctica entre 6 y 7 . El cloro gaseoso disuelto en Agua reacciona en forma compleja para formar acido hipocloroso(HOCL) y este a su vez se disocia formando cationes de hidrogeno(H+) y Aniones de hipoclorito (OCL-), ambos compuestos son desinfectantes pero el HOCL es mucho más eficiente que el OCL-, que en determinadas condiciones tiene apenas un 2% de la capacidad bactericida del HOCL.

Demanda de Cloro Es la diferencia entre la cantidad de cloro aplicado al agua y el cloro residual disponible al final de un período de contacto especificado. Gráfica de demanda de cloro

Criterios de la clasificación de los principales procesos unitarios Proceso Unitario

Flujo

Tasa de flujo pico instantáneo de operación

Tipo 1

Floculación

Sedimentación

Filtración

Desinfección

> 100% del flujo pico

80 -100% del flujo pico

Tipo 2 Tipo 3

< 80 -100% del flujo pico

Tipo 1

Remoción esperada de quistes de Giardia y virus mediante filtración Remoción logarítmica Tipo de filtración Giardia

Virus

Convencional

2.5

2.0

Directa

2.0

1.0

Lenta en arena

2.0

2.0

Tierras diatomeas

2.0

1.0

Resistencia de microorganismos al cloro con 99% de inactivación (adaptado de Sterling, 1990

Tiempo de contacto

CT T  C

Valor C*T, para inactivar virus

Factores para determinar el tiempo de contacto efectivo de la desinfección según las características de la unidad Condición de la compartimentación

Factor

Descripción de la compartimentación

0.1

Ninguna , unidades con agitación, velocidades altas en la entrada y la salida, nivel variable de agua.

Deficiente

0.3

Entradas y salidas simples o múltiples directas sin pantallas, sin compartimientos internos

Promedio

0.5

Entrada y salida compartimentada con algunos compartimientos internos

Superior

0.7

Compartimientos perforados en la entrada, compartimientos perforados en forma de serpentín en el interior de la unidad, vertedero en la salida o vertedero perforado

Excelente

0.9

Compartimiento en forma de serpentín a lo largo de la unidad.

Perfecta (Flujo pistón)

1.0

Flujo en tubería

Sin compartimientos

Ejemplo de cálculo Datos: Desinfectante = Cloro libre Dosis de cloro residual = 2.5 mg/L Caudal pico instantáneo , Qi= 100 L/s Inactivación logarítmica de Giardia = 3 ciclos logarítmicos pH = 7.5 Temperatura = 20 °C Planta tipo 2 = 2.5 Inactivación logarítmica Punto de aplicación = tanque de agua tratada, número = 1 Factor de compartimentación = 0.1 (la unidad sin compartimentos) Dimensiones del tanque de agua tratada Largo = 15m y Ancho =15m Nivel máximo de operación = 3m y Nivel mínimo de operación = 1.0m Cálculos: Inactivación requerida = 3.0 – 2.5 = 0.5 log. Factor CT = 10.5 mg/L*min (pH = 7.5, Dosis cloro, 2.5 mg/L, Temperatura = 20 °C) Tiempo de contacto = CT/C =10.5/2.5 = 4.2min Volumen efectivo = L*B*H = 15*15*1*0.1 = 22.5 m3 (22,500 L) Capacidad estimada, Qe = V/T = 22,500/ (4.2*60) = 89.29 L/s % de caudal = Qe/Qi = 100*80.29/100 = 80.29 > 80% → Tipo 1

Criterios de diseño para el almacenamiento El consumo del producto se establece en base a la información siguiente:  CAUDAL DE DISEÑO

 DOSIFICACIÓN (mín. y máx.)  TIEMPO DE ALMACENAMIENTO

Resumen de criterios de diseño para el almacenamiento de productos desinfectantes

Producto

Dosis(mg/l) Tiempo de almacenamiento, meses Mínima Máxima

Concentración de la solución(mg/l) 3,500

Cloro líquido

3-6

1

3

Hipoclorito de Calcio

3-6

1.4

4.3

10,000 – 50,000

Hipoclorito de sodio