Tratamiento de Aguas para Consumo Humano: Procesos y Tecnologías

1. Pretratamientos

a. Desbaste-Tamización

Su objetivo es eliminar del agua la mayor cantidad posible de materiales que, por su naturaleza, podrían crear problemas en los tratamientos posteriores. El desbaste se realiza mediante rejas de 8-10 cm de separación entre barrotes, que permite una separación de los materiales de mayor tamaño, y mediante rejas con una separación entre barrotes de 25 a 40 mm, que permiten un desbaste más fino. Las rejas pueden ser de limpieza manual, aunque generalmente en la actualidad se tiende a colocar rejas de limpieza automática. Generalmente, los barrotes de las rejas se colocan en posición oblicua a la dirección de la corriente de agua. Cuando tras el desbaste el agua puede arrastrar materiales en suspensión, puede ser necesario realizar un proceso de tamizado, para lo cual se utilizan tamices con tamaño de poro entre 1 – 5 mm. Pueden utilizarse tamices estáticos, rotatorios, ya sean de limpieza manual o automática.

b. Predecantación

En aguas superficiales muy cargadas de arena y barro, puede que sea necesario realizar una decantación previa a la clarificación con objeto de mejorar el rendimiento.

c. Medida del Caudal

Es una operación previa fundamental, ya que si la medida de caudal no es correcta, los reactivos que se utilizan posteriormente no se adicionarán en la cantidad adecuada. La medida de caudales debe realizarse antes del proceso de oxidación y clarificación, y pueden utilizarse diversos métodos según el método de conducción que se utilice. Sea cual sea el método utilizado, el error cometido en la medida no debe ser superior al 5 %. El método de medida elegido dependerá de la modalidad de conducción empleado.

d. Aireación

Es una operación que suele realizarse en las primeras etapas del acondicionamiento del agua para mejorar sus cualidades. Mediante la aireación se puede conseguir:

• La oxidación parcial de sustancias inorgánicas reducidas. Fundamentalmente sales de hierro y Manganeso.
• Eliminación de Sulfuro de Hidrógeno y anhídrido carbónico.
• Disminución del contenido en amoniaco.
• Disminución de las condiciones de anaerobiosis.

La aireación solo se realiza si se considera conveniente para mejorar el agua bruta y teniendo en cuenta que muchos de los objetivos que se consiguen con la aireación pueden conseguirse utilizando procedimientos menos costosos. Por ejemplo, la disminución en el contenido en anhídrido carbónico se consigue mediante adición posterior de sosa o cal si el contenido no es demasiado elevado.

Procedimientos de Aireación

1. Aireación por rociamiento: Consiste en pulverizar agua mediante. El rendimiento es del 75% para la reducción de anhídrido carbónico.
2. Aireadores de escalones: Consiste en hacer circular el agua en capas finas a través de escalones de unos 2-3 m de altura. El rendimiento es menor que en el caso anterior (40%).
3. Aireadores de difusión: Consiste en la inyección de aire comprimido a través de conducciones perforadas en el interior de un depósito. Se utiliza simultáneamente con una operación de flotación forzada.

e. Desinfección Previa. Oxidación

La desinfección previa del agua a tratar es conveniente por varios motivos:

• Favorece los procesos posteriores de floculación, ablandamiento, etc.
• Provoca la oxidación de sustancias inorgánicas como las sales de hierro y manganeso.
• Evita la proliferación de algas y microorganismos formadores de limo en los filtros de arena.

Entre los procedimientos de desinfección previa se encuentran los siguientes:

1. Precloración: Consiste en añadir el agente generador de formas activas de cloro a la entrada de la planta potabilizadora (Cloro gas, Dióxido de cloro o hipocloritos). El principal inconveniente en la realización de una es la presencia de materia orgánica (ácidos húmicos), ya que al reaccionar el cloro con ellos aparecen compuestos tóxicos (trihalometanos).
2. Preozonización: La utilización del ozono en la desinfección previa presenta una serie de ventajas respecto al cloro, ya que no se forman derivados tóxicos, tiene un poder oxidante elevado y es el tratamiento de elección cuando en el agua existen HAP (benzopireno, etc.) ya que disminuye su toxicidad.
3. Utilización de Permanganato potásico: El permanganato potásico es un oxidante muy enérgico. Actúa rápidamente sobre la materia orgánica. Su utilización se recomienda cuando el agua bruta tiene una elevada concentración de materia orgánica (más de 6 mg/l), cuando tiene una elevada concentración de Mn 2+ (Más de 0,4-0,5 mg/1) o cuando en el agua están presentes derivados orgánicos capaces de generar trihalometanos en el tratamiento con cloro.

2. Clarificación

El proceso de clarificación tiene como objetivo eliminar sustancias en suspensión, sustancias disueltas y la supresión de la flora microbiana, así como la corrección de algunas características físico-químicas. Incluye las siguientes etapas: coagulación, floculación, decantación y filtración. Una parte de los sólidos que contiene el agua son las especies coloidales. Los coloides son partículas de pequeño tamaño (entre 1 micrómetro y 1 milimicra), generalmente con cargas negativas repartidas en su superficie y con una velocidad de sedimentación tan baja que es imposible separarla del agua por sedimentación. La sedimentación de una suspensión coloidal es el resultado de dos acciones diferentes: Desestabilización y agregación.

• Coagulación: Desestabilización de las partículas coloidales mediante la adición de reactivos que anulen las fuerzas repulsivas o actúen sobre la hidrofilia de las partículas coloidales.
• Floculación: Agregación de las partículas coloidales desestabilizadas para formar partículas sedimentables.

Suspensiones Coloidales

Las suspensiones coloidales son sistemas inestables en los que actúan continuamente fuerzas agregantes y disgregantes de naturaleza química y física. El principal mecanismo responsable de la estabilidad de las partículas en suspensión coloidal son las cargas eléctricas. Las partículas hidrófobas acumulan en la interfase con el agua un exceso de aniones y cationes, que da lugar a la aparición de fuerzas de repulsión eléctrica. En las partículas hidrófilas, las cargas proceden de la disociación de grupos cargados (Carboxilos) que se localizan en la superficie de las partículas.

a. Coagulación-Floculación

Coagulación

La coagulación consiste en introducir en el agua un producto capaz de:

• Neutralizar la carga de los coloides, generalmente electronegativos, presentes en el agua.
• Formar un precipitado.

Mediante la coagulación se consigue la sedimentación de las partículas coloidales, incluso partículas mayores, que no son realmente coloidales y que sedimentarían si se les diera un tiempo suficiente, requieren de la coagulación para asentarse con mayor rapidez.

Coagulantes

La capacidad de un coagulante para desestabilizar una suspensión coloidal es función de su carga eléctrica. Los electrolitos capaces de aportar cationes trivalentes, que neutralizan las cargas negativas del coloide, presentan una mayor capacidad coagulante. Los principales coagulantes empleados son: Las sales de aluminio o hierro son las más utilizadas debido a su elevada carga, bajo coste y mínimo riesgo en su utilización.

Sales de Aluminio

• Sulfato Al₂(SO₄)₃
• Cloruro AlCl₃
• Aluminato NaAlO₂
• Polímeros Al₆(OH)₆

Sales de Hierro

• Cloruro FeCl₃
• Sulfato Fe₂(SO₄)₃
• FeSO₄

Floculación

Un floculante reúne partículas coaguladas en una red, formando puentes de una superficie a otra y transformando esas partículas individuales en aglomerados. La floculación es estimulada por un mezclado lento con el fin de aumentar las posibilidades de que las partículas coloidales descargadas eléctricamente se encuentren con una partícula de flóculo; una agitación demasiado intensa puede romperlos.

Floculantes

Los floculantes son productos cuya acción afecta a la velocidad de reacción (floculación más rápida) o a la calidad del flóculo (flóculo más pesado, más voluminoso y más coherente). Los floculantes pueden clasificarse por su naturaleza (mineral u orgánica), su origen (sintético o natural) o el signo de su carga eléctrica (aniónico, catiónico o no iónico). Todos son moléculas muy grandes, la mayoría de los que se utilizan son sintéticos y de naturaleza orgánica.

Factores que influyen

La desestabilización de las partículas depende de diversos factores:

• pH
• Temperatura
• Condiciones de la mezcla

Ensayo de Coagulación-Floculación: Jart-Test

Las condiciones óptimas de funcionamiento para la coagulación se determinan con tanta frecuencia como sea posible utilizando un sencillo procedimiento denominado el test de la probeta o “jart-test” (SOLT y SHIRLEY, 1991). El test permite una comparación bajo condiciones estandarizadas, de las diferentes combinaciones de dosis de coagulante y pH, después de las cuales se mide la turbidez del sobrenadante (agua clarificada). Básicamente el ensayo consiste en:

1. Determinar color, turbidez, pH y alcalinidad del agua problema.
2. Colocar seis vasos de precipitado con un litro del agua problema y alojarlos en un dispositivo con sistema de agitación.
3. Medir dosis crecientes de coagulantes y coadyuvantes manteniendo agitación continua.
4. Mantener agitación suave durante el tiempo que se utilice en la planta potabilizadora.
5. Dejar en reposo durante una hora para que se depositen los flóculos.
6. Determinar turbidez, alcalinidad y pH del agua sobrenadante.
7. Determinar la dosis óptima de coagulante y floculante.

b. Decantación

Conceptos Generales

La separación de las partículas presentes en el agua se realiza mediante procesos físicos en los que intervienen principalmente la fuerza de la gravedad. Cuando la densidad de las partículas es mayor que la del agua, estas tienden a sedimentar (sedimentación), mientras que si las partículas tienen una densidad menor que la del agua, tienden a flotar (Flotación). La decantación es un proceso que permite separar dos tipos de materias:

• Partículas granulares, que sedimentan independientemente unas de otras, con una velocidad de caída constante.
• Partículas más o menos floculadas, que resultan de una aglomeración natural o provocada de los materiales coloidales en suspensión.

De acuerdo con las características de una suspensión y de las partículas implicadas, pueden distinguirse tres modalidades de sedimentación.

1. Sedimentación de partículas granulares (Tipo I)
2. Sedimentación difusa de las partículas floculadas (Tipo II)
3. Sedimentación frenada de las partículas floculadas (Tipo III)

Para que la sedimentación ideal tenga lugar, deben cumplirse los siguientes requisitos:

1. Flujo horizontal en la zona de sedimentación.
2. Velocidad uniforme del agua en la zona de sedimentación.
3. Concentración uniforme de todos los tamaños de partículas en el plano vertical que separa la zona de entrada de la zona de sedimentación.
4. Las partículas son eliminadas una vez que alcanzan el fondo de la zona de sedimentación.
5. Las partículas sedimentan discretamente sin interferencia con otras partículas de otras zonas.

El proceso de sedimentación puede verse afectado por muy diversos aspectos:

• La interferencia entre partículas.
• La concentración y características de éstas.
• El periodo de detención, diseño y características del sedimentador.
• La modalidad de proceso utilizado.
• El empleo de coagulantes y/o floculantes.
• Las corrientes de densidad.
• La carga Superficial. La carga superficial es función de la velocidad de sedimentación de las partículas sólidas.
• La carga de materia. La carga de materia depende, evidentemente, de la concentración de dichas partículas en el agua.

En un depósito teórico de sedimentación ideal, pueden distinguirse 4 zonas bien diferenciadas:

• Zona de entrada
• Zona de salida
• Zona fangosa
• Zona de sedimentación

Tipos de Decantadores Según el Tipo de Decantación que se Realiza en Ellos

Los principales tipos de decantación son:

• Decantación Estática
  • Sin rascado
  • Con barrido mecánico
  • Con succión de fangos
• Decantación por Contacto de Fangos
  • Aparatos de circulación de fangos
    • Agitación mecánica: ACELATOR, TURBOCIRCULATOR
    • Agitación hidráulica: CIRCULATOR
  • Aparatos de lecho de fangos propiamente dicho: PULSATOR
• Decantación Laminar
  • A contracorriente
  • A favor de la corriente
  • Con corrientes cruzadas
• Decantación Superacelerada
  • Combina el efecto laminar y por contacto de fangos: SUPERPULSATOR

Decantación Estática

El comportamiento de las partículas sedimentables, cuando el agua circula con un flujo continuo y laminar, es similar a un sistema estático. El tiempo de retención del agua en el decantador debe ser el suficiente para permitir que las partículas puedan depositarse en el fondo del mismo. Los decantadores estáticos deben funcionar preferentemente de forma regular, puesto que las variaciones de caudal provocan la formación de remolinos que hacen que los fangos suban a la superficie.

Decantadores estáticos:

Aunque se denominan “estáticos”, en estos aparatos la decantación se efectúa según un proceso dinámico. Estos decantadores estáticos pueden ser:

1. Sin rascado: Los decantadores estáticos sin rascado pueden ser cilindro-cónicos, de flujo horizontal o laminar.
2. Con barrido mecánico de fangos: Con el barrido mecánico de fangos en el fondo del decantador, se consigue el espesamiento de los mismos. Por otra parte, mediante este barrido, los fangos pueden enviarse a una o varias fosas especiales, de las que más tarde serán extraídos.
3. Con succión de fangos: Los decantadores con succión de fangos se emplean para reducir el tiempo de permanencia de los fangos en el decantador, evitando así su degradación.

Decantación por Contacto de Fangos

La decantación por contacto de fangos favorece la floculación y mejora el rendimiento, además de aumentar la adsorción de sustancias disueltas sobre los flóculos ya formados. Se consigue aumentando la concentración de flóculos mediante un lecho de fangos o recirculando parte de los fangos formados. Para conseguir que los fangos se mezclen con el líquido, pueden usarse dos procedimientos:

1. Aparato de circulación de fangos: En éstos, los fangos se separan del agua clara en una zona de decantación. Seguidamente, se recirculan haciéndoles pasar a una zona de mezcla, provista de un sistema de agitación mecánica (Accelator, Turbocirculator) o hidráulica (Circulator). El agua bruta, a la que se han añadido los reactivos, se introduce igualmente en esta zona de mezcla.
2. Aparato de lecho de fango propiamente dicho: En este tipo de decantadores no se pretende que circule el fango. Se trata solamente de mantenerlo en forma de una masa en expansión, así el agua puede atravesar de abajo arriba, de manera regular y uniforme. Es el modelo Pulsator.

Decantación Laminar

La decantación laminar consiste en multiplicar en un mismo depósito las superficies de separación agua-fango. La disposición en paralelo de superficies laminares en la zona de decantación origina un gran número de unidades de separación (n), lo que permite multiplicar el caudal por n, o bien, para un caudal constante, la longitud del decantador se divide por n. Se pueden diferenciar tres tipos de sedimentación laminar:

• Contracorriente: cuando el agua y los fangos circulan en sentido inverso.
• A favor de corriente: cuando el agua y los fangos circulan en el mismo sentido de arriba abajo.
• Corrientes cruzadas: cuando el agua y los fangos circulan de forma perpendicular.

Decantación Superacelerada

La combinación del efecto laminar y del efecto de contacto de un lecho de fangos con placas inclinadas (Superpulsator), permite alcanzar velocidades de 2 a 3 veces más elevadas que en la decantación acelerada tradicional por contacto de fangos.

c. Ablandamiento

Conjunto de operaciones que tienen por finalidad reducir la concentración de Calcio y Magnesio del agua. Es decir, eliminar la Dureza el agua. Se puede hacer de dos formas:

• Desmineralizar: que es un procedimiento mucho mejor, pero más caro.
• Ablandar: que es el procedimiento más usado.

El ablandamiento se realiza con:

• Cal [Hidróxido Cálcico, Ca(OH)₂]
• Carbonato Sódico [CO₃Na₂] y Cal
• Sosa Cáustica [NaOH]

Son compuestos que van a reaccionar con el Ca²⁺ y el Mg²⁺ convirtiéndoles en compuestos insolubles que se puedan separar por decantación y filtración.

Ablandamiento con Cal

En el agua, el Calcio y el Magnesio los podemos encontrar formando sales con carbonatos, bicarbonatos, sulfatos y cloruros.

• El calcio será eliminado del agua como Carbonato cálcico y el Magnesio como Hidróxido de Magnesio, ambos insolubles en agua.
• El anhídrido carbónico no afecta a la dureza, pero hay que tenerlo en cuenta porque consume cal y hay que tenerlo en cuenta para calcular la dosis.
• La tercera reacción es doble, ya que el Carbonato de Magnesio no es muy insoluble y hay que transformarlo en Hidróxido de Magnesio.
• En estas reacciones vemos que la dureza Magnésica se transforma en dureza cálcica, que es difícil de eliminar. A esta dureza le llamamos DUREZA PERMANENTE y para eliminarla debemos tratar el agua además de con cal, con Carbonato Sódico.

A la Dureza debida a los bicarbonatos le llamamos DUREZA TEMPORAL y es la que se controla más para aguas de consumo humano. Una vez que sabemos el comportamiento de los reactivos en el agua, para realizar el ablandamiento debemos conocer los siguientes datos:

1. Caudal de agua a tratar: La dosis se hará en función del caudal.
2. Características químicas del agua
   • Dureza
   • Alcalinidad
   • pH
   • Conductividad
3. Dosis de reactivo a utilizar: La cantidad de Hidróxido de Calcio total para realizar el ablandamiento vendrá dada por la expresión siguiente: Xg = [CCa] . 1.85 + [CMg] . 6.1. Debemos expresar el resultado como mg/l de Ca(OH)₂

d. Filtración

La filtración es un proceso físico fundamentado en el paso de una mezcla sólido-líquido a través de un medio más o menos poroso, el cual retendrá los sólidos permitiendo, por el contrario, el paso de líquidos.

• Cuando las partículas en suspensión tienen un tamaño suficiente, quedan retenidas en la superficie de un medio poroso recibiendo el nombre de filtración superficial en torta o sobre soporte.
• Si las partículas tienen un tamaño menor, pueden quedar adsorbidas en el interior de la masa porosa, denominándose en este caso Filtración en volumen, en profundidad o sobre lecho filtrante.

Tipo	Tamaño del poro	Materiales
Microtamización	1-100 micrómetros	Polietileno, tela, acero
Tierra de diatomeas	70-500 micrómetros	Restos silíceos de fósiles
Material granular	0,1-10 mm	Arena, antracita, magnetita, cuarzo

Según las características del agua es necesario realizar una sedimentación previa: ¿cuándo es necesario realizar esta sedimentación previa?

• Cuando la concentración de partículas es muy elevada y, por lo tanto, también el volumen de flóculos formados. La filtración directa tiene el inconveniente de que el lecho filtrante se atora muy rápidamente (aguas turbias).
• También, cuando las fuerzas de unión de los flóculos no son muy grandes se pueden romper por el cizallamiento que sufre durante la filtración a través de un medio granular, pasando las sustancias que lo componen al producto final, como ocurre con los flóculos de hierro y aluminio.

Tipos de Filtración

Atendiendo al mecanismo de la filtración, podemos distinguir dos tipos:

• Filtración sobre soporte
• Filtración en lecho filtrante.

La elección de uno u otro depende de:

• Características del líquido a filtrar, de sus impurezas y de su evolución en el tiempo.
• Calidad del filtrado que debe obtenerse y tolerancias admitidas.
• Calidad del aglomerado de las materias retenidas si se tiene como fin su recuperación.
• Condiciones de instalación.
• Posibilidades y medios disponibles para el lavado.

-Filtración a través de un soporte grueso: En este tipo de microfiltración no solo se produce una retención en superficie, sino también una retención sobre una cierta profundidad que, sin embargo, nunca es importante. La porosidad del soporte se obtiene según los casos con hilos de algodón, vidrio, aglomerados porosos, arena …

-Filtración a través de soporte con precapa: Estos filtros se utilizan para el tratamiento de microfiltración de caudales importantes sin que se produzca el atascamiento irreversible del elemento filtrante. La filtración en este caso no se efectúa a través de elementos fijos, sino a través de un material filtrante que se introduce en el aparato al principio de cada ciclo de funcionamiento. De esta manera se forma una capa filtrante microporosa sobre un soporte fino. Después del atascamiento se elimina esa precapa vertiéndola al exterior durante la operación de lavado.

En este tipo de filtración tenemos dos tipos de filtros:

• Filtros de bujías: utilizan como material en la precapa celulosa, diatomeas, carbón activo…
• Filtros con discos o platillos.

Filtración en Lecho Filtrante

Filtros lentos de arena: Tienen por objeto la depuración de las aguas de superficie sin coagulación ni decantación previa. Estos filtros están construidos de tal forma que el agua fluye muy despacio a través de un lecho de arena fina, quedando retenidas en la superficie del filtro las partículas de mayor tamaño.

Ventajas: El mecanismo biológico de esta filtración es muy efectivo para la eliminación de microcontaminantes. Además, se produce una reducción de la turbidez inicial del agua y de los coliformes de hasta un 90 – 99%.

Inconvenientes: Estos filtros son especialmente sensibles a un desarrollo fuerte de plancton, que puede producir un atascamiento superficial, además se necesita una gran superficie de terreno para su instalación.

Filtros rápidos de arena: En el proceso de filtración rápida el agua atraviesa el lecho filtrante a velocidad de 40 – 50 m³/h. La arena, que es el material más empleado como medio filtrante, suele reposar sobre un lecho de grava que impide que el material más fino pase al fondo del filtro. El tamaño efectivo de la arena de la capa filtrante oscila entre 0,5 y 1,5 mm de diámetro.

Dentro de los filtros a presión tenemos:

1. Filtros verticales lavables solo con agua: van ocupados con materiales filtrantes cuya granulometría y densidad debe elegirse de acuerdo con la velocidad de retorno del agua de lavado.
2. Filtros verticales lavables con aire y agua.
3. Filtros horizontales lavables con aire y agua: Se emplean en la filtración de aguas poco cargadas, ya que su altura es limitada.

3. Desinfección

Se trata de una operación que siempre tiene que realizarse en aguas de consumo público, aunque estas reúnan todas las características de potabilidad que exige la Legislación vigente en la fuente de captación, pues desde los depósitos de almacenamiento hasta el grifo del consumidor, el agua puede contaminarse y supone un factor de riesgo para la salud.

La desinfección del agua se puede realizar por procedimientos:

• Mecánicos: filtración
• Físicos:
  • calor
  • Ultrasonidos
  • Radiacciones
• Químicos: adicción de sustancias químicas con capacidad germicida.

Desinfección Química

Según lista de aditivos y coadyuvantes autorizados para tratar el agua potable, para desinfectar podemos utilizar:

• Cloro y derivados: máx. 30 mg/l
• Amoniaco: máx. 0,5 mg/l
• Ozono: máx. 10 mg/l
• Permanganato potásico: máx. 2 mg/l
• Sales de plata: máx. 0,05 mg/l

Actúan por oxidación y rotura de la pared celular, lo que produce desintegración del microorganismo o bien penetran en la célula e interfieren su actividad.

Requisitos de un buen desinfectante:

• Que destruya microorganismos patógenos.
• Inocuo para la salud a las concentraciones usadas.
• Que produzca la desinfección en un corto periodo de tiempo.
• No modifique las características organolépticas del agua.
• Fácil de manipular y almacenar.
• Sea fácilmente detectable en el agua.
• Tener acción residual
• Barato.

-Por cumplir mejor que ningún otro todos los requisitos expuestos anteriormente, el CLORO es el desinfectante de elección para el agua.

Desinfección por Cloro: Cloración

Objetivos:

• Destruir gérmenes patógenos.
• Produce la oxidación de sustancias inorgánicas como NH₃, Fe, Mn.
• Destruye sustancias que producen olor y sabor.
• Es muy eficaz para eliminar algas.
• Actúa como coadyuvante en la coagulación.

Mecanismo de acción: Para desinfectar podemos utilizar cloro molecular que, por hidrólisis, formará ácido hipocloroso, que sería el agente desinfectante:

Cl₂ + H₂O ↔ ClH + ClOH

También podemos utilizar hipoclorito sódico, a partir del cual también vamos a obtener ácido hipocloroso:

ClONa + H⁺ ↔ Na⁺ + ClOH

Una vez que se forma el ácido hipocloroso, por descomposición de este se va a formar oxígeno naciente, que será el responsable de la acción oxidativa que posee el cloro.

ClOH ↔ ClH + O*

Factores que Influyen en la Cloración

a) pH: El aumento del pH en el agua disminuye la acción germicida del cloro. En aguas alcalinas, para conseguir el mismo efecto que en otras más ácidas, hay que aumentar mucho la dosis.

b) Temperatura: El aumento de la temperatura provoca un aumento de la eficacia. Pero se vuelve muy inestable y se evapora antes. Hay que clorar a temperatura ambiente.

c) Tiempo de contacto: Mínimo 30 minutos. Aunque a veces puede ser necesario un mayor tiempo de contacto del cloro con el agua para obtener el efecto deseado, como ocurre en las aguas con mucha materia orgánica, donde es necesario una precloración antes de la filtración para aumentar el tiempo de contacto.

d) Características de los microorganismos: A veces los microorganismos resisten la cloración.

e) Asociación de microorganismos con partículas que los protegen y dificultan la desinfección.

f) Presencia de clorofenoles: El cloro con los clorofenoles dan al agua sabor medicamentoso.

Compuestos que Aparecen en el Agua como Consecuencia del Proceso de Cloración

• Cloro Residual Libre (CRL)
  • Cl₂
  • HClO
  • ClO^–
• Cloro Residual Combinado
  • Cloro + NH₃
  • Cloro + compuestos de Nitrógeno orgánico
  • Monocloraminas
  • Dicloraminas
  • Tricloraminas
• Compuestos Orgánicos Halogenados: Aparecen por sustitución de un H del CH₄ por Cloro. Tienen carácter cancerígeno y mutágeno.
• Trihalometanos (THM): Aparecen por sustitución de tres H del metano por moléculas de Cloro. Es el subproducto de la cloración que aparece en mayor cantidad.

Métodos de Cloración

• Cloración previa: Consiste en añadir cloro antes de la filtración. En este caso, la Demanda de cloro será muy alta.
• Cloración subsiguiente: Cuando se añade cloro después de la filtración o en los depósitos de almacenamiento.
• Cloración limitada: Consiste en añadir la dosis necesaria de cloro para conseguir 0,1 – 0,2 ppm de CRL después de 10 min.
• Tratamiento con cloro y amoniaco: Esta se realiza para formar más cloraminas y que quede menos CRL. Las cloraminas le dan menos sabor al agua que el cloro libre.
• Cloración sistemática: Es cuando la cantidad de clorógeno añadida al agua es muy superior a la demanda de cloro del agua. Pueden aparecer Trihalometanos.
• Cloración al punto de ruptura: También llamada “Desinfección con cloro sobrante”. Consiste en añadir el clorógeno a la dosis necesaria para que oxide todas las sustancias químicas reducidas presentes en el agua y quede al final la cantidad deseada de CRL.

Reacciones del Cloro en Medio Acuoso

Las etapas que se producen en una cloración a punto de ruptura son las siguientes:

a) Primera fase de demanda inmediata de cloro.

b) Segunda fase de formación de compuestos clorados.

c) Tercera fase de destrucción de las cloraminas.

d) Cuarta fase de formación de cloro libre residual.

• Primera fase: Reacción rápida del cloro con sustancias inorgánicas reductoras: Cl₂ + R-H → R-Cl + ClH
• Segunda fase: Reacción del cloro con NH₃ y sustancias orgánicas aminadas formando cloraminas, que es el “Cloro Residual Combinado”. Los compuestos clorados más frecuentes son las Cloraminas, ya sea por combinación del cloro con el amonio del agua o porque este se adicione como coadyuvante de la cloración.
• Tercera fase: Se destruyen las cloraminas y los compuestos órgano-clorados transformándose el amoniaco en gas nitrógeno inerte. El cloro en forma de cloraminas puede considerarse como una reserva de cloro que se libera lentamente en función del déficit de ClOH en la primera parte de las reacciones. Por tanto, conforme se va gastando el cloro en la oxidación de las sustancias reducidas del agua, este se va liberando a partir de las cloraminas. El cloro residual combinado (cloraminas) va disminuyendo hasta un punto determinado que llamamos PUNTO DE RUPTURA. La dosis aplicable hasta ese momento es LA DEMANDA DE CLORO, es decir, la cantidad de cloro necesaria para desinfectar el agua y oxidar la materia orgánica e inorgánica presente.
• Cuarta fase: Empieza a medirse CRL, lo que significa que se han completado las reacciones de oxidación de la materia orgánica y el cloro sobrante, al no tener sustancias orgánicas con las que combinarse, queda en forma libre. Una forma de deducir la Demanda de cloro es restando el CRL de la cantidad total de cloro añadida al agua. En el agua puede quedar una pequeña cantidad de materia orgánica clorada que requiere un mayor tiempo de contacto con el cloro para completar su oxidación. Este proceso se completará durante el almacenamiento del agua, gracias al Cloro Residual Libre.

Tipos de Clorógenos

• Cloro gas: Se utiliza en botellas de cloro líquido a presión. Es muy tóxico y muy peligroso de manipular.
• ClO₂ (Dióxido de cloro): Gas explosivo. Bueno para eliminar color y olor del agua. Es bueno para desinfectar aguas con clorofenoles y muy eficaz para aguas alcalinas.
• NaClO (Hipoclorito sódico): Es lo que conocemos como lejía. Es una forma muy estable de cloro. Cuando se utiliza, la lejía será de una riqueza de entre 3- 15% de cloro activo en peso. Grados Clorométricos: Un grado clorométrico corresponde a la actividad oxidante de 3,17 g. de cloro por Kg. de disolución.
• Ca(ClO)₂ (Hipoclorito cálcico): Es más estable que el anterior. Se presenta en forma sólida y se suele utilizar a una riqueza del 66 – 70 % de cloro activo en peso.
• CaCl₂ (Cloruro de calcio): Sólido muy inestable. Se utiliza a una riqueza el 25 – 37% de cloro activo en peso.

Medidas para Reducir la Formación de THM

:
Filtrar el agua sobre carbón activo antes de la cloración para
eliminar los precursores de THM . este método tiene una eficacia
del 100%.
Filtrar sobre lechos de arena recubierta de Oxido de hierro.
Evitar el uso de Cl2 e hipocloritos y utilizar ClO2 y Ozono.
Limitar la presencia de precursores de THM como eliminar algas y
limpiar periódicamente las instalaciones.
Destruir los ácidos húmicos con fotocatálisis con ultravioleta.DESINFECCIÓN CON OZONO
El ozono O3 es un gas inestable de color ligeramente azulado y olor
peculiar que se obtiene por la acción que ejerce sobre el oxigeno un campo
eléctrico creado por dos electrodos entre los que se aplica una elevada
diferencia de potencial (10000 – 20000V). Esto se realiza en unos aparatos
denominados ozonizadores.
En este proceso se requiere una gran cantidad de energía y se genera
una gran cantidad de calor.
El ozono es muy inestable, por lo que no se puede almacenar, hay que
generarlo en el momento en el que va a ser utilizado en el agua.
OZONIZACIÓN:
Es el proceso por el cual se va a formar ozono, va a entrar en contacto
con el agua para su desinfección y se va a destruir el ozono sobrante. Por lo
tanto este proceso se puede dividir en tres fases:
Generación de ozono. Ozonizadores
Contactores de ozono, cámaras de contacto o difusores
Destrucción o eliminación del exceso de ozonoOzonizadores:
Un ozonizador en un equipo donde el aire se enriquece de ozono por su
exposición a diferencia de potencial.
Existen varios tipos de Ozonizadores
Ozonizadores de placa: El aire se ioniza al pasar entre dos placas ionizadas
que están dentro de un recinto cerrado. Actualmente están en desuso dada la
complejidad de su manejo y las dificultades en la refrigeración.
Ozonizadores tubulares: El aire se ioniza al pasar por medio de tubos, y según
la disposición de los tubos serán:
Ozonizadores tubulares verticales
Ozonizadores tubulares horizontales.

En la generación de ozono debemos tener en cuenta lo siguiente:
– La generación debe ser “in situ”
– El gas a utilizar puede ser aire u oxigeno puro. Con oxigeno puro es
mucho mayor el rendimiento, sin embargo no suele utilizarse por su
difícil obtención y su gran coste. Los ozonizadores normalmente se
alimentan con aire desecado y acondicionado, exento de partículas
de polvo y de óxidos de nitrógeno.
– El voltaje como ya hemos dicho será entre 6.000 –20000 V
– La concentración normal de Ozono en el aire ozonizado es de 10 –20
gramos/m3 de aire.- La dosis de tratamiento puede llegar hasta 5 mg/L de agua durante 4
a 12 min.
– Se genera una gran cantidad del calor por lo que se exige el uso de
refrigerantes. Normalmente los ozonizadores van recubiertos por una
cámara (camisa) por donde va circulando el refrigerante.
Cámara de contacto
Son equipos que permiten que el ozono y el agua a tratar entren en
contacto. El ozono es poco soluble en agua por lo tanto estos equipos deben
permitir que el ozono penetre formando una dispersión fina.
El ozono entra en la cámara de contacto mediante difusores.Destrucción del ozono liberado
El exceso de ozono se elimina generalmente mediante calentamiento y
la utilización de un catalizador ( Pb, Zn, Pt etc.)
Un posible uso del ozono sobrante es la recirculación, suministrándolo
en el proceso de desinfección de otro agua.Ventajas del Ozono:
– Su poder oxidante es muy elevado (muchísimo más que el cloro)
– Necesita menos tiempo de contacto que el cloro (10-15 min)
– Su acción germicida es eficiente sobre bacterias virus y protozoos.
– No genera trialometanos
– Oxidante de fenoles (buen oxidante)
– No presenta problemas de sobredosificación.
– O genera olor, color ni sabor
Inconvenientes del Ozono
– No produce desinfección residual duradera. Su efecto desaparece del
agua a los 30 min más o menos.

– Si el contenido de ozono residual es pequeño, puede darse
desarrollo de placton en las paredes de las tuberías y esto provocaría
malos sabores en el agua. Para evitarlo sería necesario añadir en
pequeña concentración un desinfectante con acción residual como el
cloro.
– Las exigencias de energía eléctrica y los costos son muy elevados
– La mezcla de ozono-aire que se genera “in situ” es ligeramente
soluble en agua y la producción se complica cuando la temperatura y
la humedad son elevadas
– Es corrosivo
– Requiere de instalaciones complejas
– El proceso es menos flexible que la cloración en lo que respecta a
los ajustes de la velocidad de flujo y variaciones de la calidad del
agua.
– No se han estudiado suficientemente los efectos sobre la salud de los
subproductos de la ozonización.