Folletos Informativos de Tecnología de Aguas Residuales de la EPA : Desinfección con cloro. Parte 1

DESCRIPCIÓN

El impacto de las aguas residuales no tratadas en las fuentes de agua comunitarias ha puesto de presente diversas problemáticas de salud y seguridad. Los organismos potencialmente problemáticos en el agua residual doméstica incluyen a las bacterias entéricas, los virus y los quistes de protozoarios. La Tabla 1 resume los microorganismos más comunes que se
encuentran en el agua residual doméstica y los tipos de enfermedades humanas asociadas con los mismos. Como respuesta a estas preocupaciones, la desinfección se ha convertido en uno de los mecanismos principales para la desactivación o destrucción de los organismos patógenos. Para que la desinfección sea efectiva, el agua residual debe ser tratada adecuadamente.

APLICABILIDAD

El cloro es el desinfectante más usado para el tratamiento del agua residual doméstica porque destruye los organismos a ser inactivados mediante la oxidación del material celular. El cloro puede ser suministrado en muchas formas que incluyen el gas de cloro, las soluciones de hipoclorito y otros compuestos clorinados en forma sólida o líquida. Algunas de las alternativas de desinfección incluyen la ozonización y la desinfección con radiación ultravioleta (UV). La selección de un desinfectante adecuado para una instalación de tratamiento depende de los siguientes criterios:

• La capacidad de penetrar y destruir los gérmenes infecciosos en condiciones normales de operación.
• La facilidad y seguridad en el manejo, el almacenamiento y el transporte.
• La ausencia de residuos tóxicos y de compuestos mutagénicos o carcinógenos.
• Costos razonables de inversión de capital y de operación y mantenimiento (O/M).

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

El cloro es un desinfectante que tiene ciertos limitantes en términos de salubridad y seguridad, pero al mismo tiempo tiene un largo historial como un desinfectante efectivo. Antes de decidir si el cloro reúne las condiciones para su uso por parte de una municipalidad es necesario entender las ventajas y desventajas de este producto.

Ventajas

• La cloración es una tecnología bien establecida.
• En la actualidad la cloración es más eficiente en términos de costo que la radiación UV o la desinfección con ozono (excepto cuando la descloración y el cumplimiento con requisitos del prevención de incendios son requeridos).
• El cloro residual que permanece en el efluente del agua residual puede prolongar el efecto de desinfección aún después del tratamiento inicial, y puede ser medido para evaluar su efectividad

TABLA 1 AGENTES POTENCIALMENTE INFECCIOSOS PRESENTES EN AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS NO TRATADAS

Organismo	Enfermedad Causada
Bacterias
Escherichia coli	Gastroenteritis
Leptospira (spp.)	Leptospirosis
Salmonella typhi	Fiebre tifoidea
Salmonella (2,100 serotipos)	Salmonelosis
Shigella (4 spp.)	Shigelosis (disentería bacilar)
Vibrio cholerae	Cólera
Protozoos
Balantidium coli	Balantidiasis
Cryptosporidium parvum	Cryptosporidiasis
Entamoeba histolytica	Amebiasis (disentería amoébica)
Giardia lamblia	Giardiasis
Helmintos
Ascaris lumbricoides	Ascariasis
T. solium	Teniasis
Trichuris trichiura	Tricuriasis
Virus
Virus entéricos (72 tipos, por ejemplo los vIrus echo y coxsackie del polio)	Gastroenteritis, anomalías del corazón y meningitis.
Hepatitis A	Hepatitis de tipo infeccioso
Agente de Norwalk	Gastroenteritis
Rotavirus	Gastroenteritis

Fuente: Tabla adaptada de Crites and Tchobanoglous, 1998 con permiso de The McGraw-Hill Companies

• La desinfección con cloro es confiable y efectiva para un amplio espectro de organismos patógenos.
• El cloro es efectivo en la oxidación de ciertos compuestos orgánicos e inorgánicos.
• La cloración permite un control flexible de la dosificación.
• El cloro puede eliminar ciertos olores molestos durante la desinfección.

Desventajas

• El cloro residual, aún a bajas concentraciones, es tóxico a los organismos acuáticos y por ello puede requerirse la descloración.
• Todas las formas de cloro son muy corrosivas y tóxicas. Como consecuencia, el almacenamiento, el transporte y el manejo presentan riesgos cuya prevención requiere normas más exigentes de seguridad industrial.
• El cloro oxida ciertos tipos de materiales orgánicos del agua residual generando compuestos más peligrosos (tales como los metanos trihalogenados [MTH] ).
• El nivel total de sólidos disueltos se incrementa en el agua efluente.
• El cloro residual es inestable en presencia de altas concentraciones de materiales con demanda de cloro, por lo cual puedenrequerirse mayores dosis para lograr una desinfección adecuada.
• Algunas especies parásitas han mostrado resistencia a dosis bajas de cloro, incluyendo los oocistos de Cryptosporidiumparvum, los quistes de Entamoeba histolytica y Giardia lamblia, y los huevos de gusanos parásitos.
• Se desconocen los efectos a largo plazo de la descarga de compuestos de la descloración al medio ambiente.

CRITERIOS DE DISEÑO

Cuando el gas de cloro y las sales de hipoclorito se añaden al agua, se produce la hidrólisis y la ionización para formar ácido hipocloroso (HOCl) e iones de hipoclorito (OCl), también conocidos como cloro libre disponible. El cloro libre reacciona rápidamente con el amoníaco en efluentes no nitrificados para formar compuestos combinados de cloro, principalmente monocloramina, la cual es la forma de cloro que predomina en la práctica.

Cloración

La Figura 1 muestra un diagrama de flujo del proceso de cloración usando cloro en forma gaseosa y líquida. Para su desempeño óptimo, un sistema de desinfección con cloro debe operar con flujo en pistón y ser muy turbulento para lograr una mezcla inicial en menos de un segundo. El objetivo de un mezclado apropiado es el fomentar la desinfección al iniciar una reacción entre el cloro libre en la corriente de solución de cloro con el nitrógeno amoniacal. Esto previene que concentraciones elevadas de cloro persistan y formen otros compuestos clorinados.

Otro proceso importante que contribuye a una desinfección óptima es el contacto. La cámara de contacto debe ser diseñada con vértices redondeados para prevenir áreas sin circulación y deflectores que minimicen el flujo en corto circuito. Este diseño proporciona un tiempo de contacto adecuado entre los microorganismos y el cloro a una concentración mínima durante un periodo de tiempo específico.

El grado de desinfección requerido de cualquier sistema de desinfección por cloración puede ser obtenido mediante la variación de la dosis y el tiempo de contacto. La dosis de cloro varía con base en la demanda de cloro, las características del agua residual y los requisitos de descarga del efluente. La dosis generalmente tiene un rango de 5 a 20 miligramos por litro (mg/L). La Tabla 2 describe algunas de las características del agua residual y su impacto en la cloración. Hay otros factores que aseguran condiciones óptimas de desinfección; estos incluyen la temperatura, la alcalinidad y el contenido de nitrógeno. Todos los criterios clave de diseño deben ser evaluados en estudios piloto del sistema de desinfección con cloro con anterioridad a su aplicación a mayor escala.

Descloración

Luego de la desinfección el cloro residual puede persistir por muchas horas en el efluente. La mayoría de los gobiernos estatales no permiten el uso del cloro cuando se hacen descargas a aguas receptoras en estado natural debido a sus efectos en las especies acuáticas, a menos que se minimizen estos efectos, para lo cual debe hacerse la descloración del agua residual. La descloración es el proceso de remoción de los residuos libres y combinados de cloro para reducir la toxicidad residual luego de la cloración y antes de su descarga. El dióxido de sulfuro, el bisulfito de sodio, y el metabisulfito de sodio son los compuestos comúnmente usados como químicos de descloración. El carbón activado también ha sido utilizado. El total del cloro residual puede ser normalmente reducido a un nivel no tóxico a la vida acuática.
Los sistemas de cloración/descloración son más complejos de operar y mantener que los sistemas de cloración. La Figura 1 muestra un diagrama del sistema de cloración/descloración utilizando dióxido de azufre.

TABLA 2 CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE LA CLORACIÓN

Característica del agua residual	Efecto en la desinfección con cloro
Amoníaco	Forma cloraminas cuando se combina con cloro
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)	El grado de interferencia depende de los grupos funcionales y la estructura química
Dureza del agua, hierro, nitratos	De presentarse, sus efectos son menores
Nitrito	Reduce la efectividad del cloro y resulta en la formación de MTH
pH	Afecta la distribución entre el ácido hipocloroso y los iones de hipoclorito, y entre las varias especies químicas de cloraminas
Sólidos suspendidos totales	Aísla las bacterias que se encuentran incorporadas y que representan demanda de cloro

FIGURA 1 SISTEMA PARA CLORACIÓN CON GAS DE CLORO Y DESCLORACIÓN CON
DIÓXIDO DE AZUFRE USANDO CONTROL EN CIRCUITO POR COMPUESTO: (a) INYECCIÓN DE
CLORO LÍQUIDO; (b) INYECCIÓN DE GAS DE CLORO POR INDUCCIÓN

INFORMACIÓN ADICIONAL

Bruce Adams Operations Foreman City of Cortland Wastewater Treatment Plant 251 Port Watson Street Cortland, NY 13045

Jim Jutras Plant Director Essex Junction Wastewater Facility 2 Lincoln Street Essex Junction, VT 05452

John O’Neil Johnson County Wastewater Treatment Facility 7311 W. 130th Street Overland Park, KS 66213

Joseph Souto Plant/Sewer Superintendent Bridgewater Wastewater Treatment Facility 100 Morris Avenue Bridgewater, MA 02324

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