La cloración se ha consolidado a lo largo de décadas como un método fundamental y accesible para la desinfección del agua, tanto para consumo humano como en el tratamiento de aguas residuales urbanas. Su eficacia radica en la capacidad del cloro para eliminar una amplia gama de microorganismos patógenos, protegiendo así la salud pública y el medio ambiente. Este proceso, aunque aparentemente sencillo, involucra una serie de consideraciones técnicas y químicas para asegurar su óptimo rendimiento y minimizar posibles efectos adversos.
Fundamentos de la Cloración y su Aplicación
La cloración es un proceso químico que consiste en la adición controlada de cloro en sus diversas formas, ya sea en estado gaseoso, líquido o como compuestos clorados. El cloro actúa como un potente agente desinfectante, eliminando bacterias, virus, hongos y otros organismos perjudiciales presentes en el agua. La introducción de productos clorados, como pastillas de cloro o lejía, en el agua, tras un tiempo de actuación de aproximadamente 30 minutos, la vuelve potable al matar los microorganismos.
Este procedimiento se utiliza desde hace varias décadas. En las grandes redes de distribución de agua potable se añade cloro al agua para que no se contamine durante el transporte desde la planta de tratamiento hasta el usuario. La cloración se emplea en las partes finales de los tratamientos de potabilización, desalación, incluso depuración. En este proceso se busca eliminar los microorganismos que puedan haber sobrevivido a los procesos anteriores. El propósito fundamental del tratamiento del agua es proteger al consumidor de impurezas, que pueden ser dañinas para la salud humana. Un objetivo secundario es tratar las impurezas que, aunque no son directamente perjudiciales para la salud, pueden causar problemas como corrosión y decoloración. El cloro es el reactivo más usado para desinfectar el agua destinada al consumo humano.
Por otro lado, la cloración se utiliza a escala individual, familiar o colectiva en muchos países desarrollados donde el agua disponible es susceptible de estar contaminada. El tratamiento del agua por cloración permite eliminar de forma sencilla y poco costosa la mayor parte de los microbios, las bacterias, los virus y los gérmenes responsables de enfermedades como la disentería, las fiebres tifoideas y el cólera. El tratamiento es rápido y poco costoso, y su puesta en práctica, relativamente sencilla. La cloración de agua potable es uno de los procesos más eficaces y utilizados para garantizar la seguridad sanitaria del agua de consumo humano.
Mecanismos de Acción del Cloro
El cloro es un producto químico de gran poder bactericida y remanente. Este compuesto químico logra destruir las enzimas fundamentales para la vida de estos agentes patógenos. La hipótesis más aceptada sobre cómo actúan y destruyen los desinfectantes a los microorganismos, se centra en las alteraciones físicas químicas y bioquímicas sobre la membrana o pared celular y de las enzimas. El sentido de desplazamiento de estas reacciones de equilibrio depende del pH del medio.
El ácido hipocloroso (HClO) es el agente desinfectante efectivo en este proceso. Se considera que el ácido hipocloroso es más eficaz como desinfectante que el ión hipoclorito. Este hecho podría estar motivado con la inexistencia de carga en la molécula de ácido hipocloroso. Según diferentes estudios químicos, los datos muestran que el hipoclorito presenta diferente actividad bactericida a distintos valores de pH. Cuando el pH desciende de 7,5 la cantidad de hipoclorito necesaria para desinfectar un agua es mucho menor que para valores de pH superiores a 7,5. Por lo tanto, el cloro es más eficaz en medio ácido que en medio básico o alcalino. Otro aspecto destacable en el uso de cloro como desinfectante es el tiempo de contacto con el agua. Su efecto aumenta con el tiempo de contacto entre el agua y el cloro.
Formas y Métodos de Cloración
Existen diferentes productos clorados que pueden utilizarse para tratar el agua. La estrategia a seguir varía ligeramente de uno a otro.
Pastillas o tabletas de cloro: Estas son formas sólidas de cloro que se disuelven lentamente en el agua, liberando cloro gradualmente para la desinfección de agua. Las pastillas o tabletas de cloro utilizadas en la cloración del agua generalmente están compuestas de hipoclorito de calcio (Ca(ClO)₂) o tricloroisocianurato de sodio (NaCl(C₃N₃O₃)). Este tipo de producto suele ser uno de los que mejor se adaptan al medio rural. Se conserva muchos años. La cantidad a añadir por litro y el modo de empleo figuran en el envase. Por lo general, el procedimiento es el siguiente: si el agua está clara, se colocan las pastillas en ella y se las deja reposar 30 minutos con el recipiente cerrado, tras los cuales el líquido puede consumirse. Una pastilla permite tratar 200 litros de agua, pero no puede eliminar la materia orgánica a concentraciones muy bajas, como los pesticidas.
Hipoclorito de sodio: El hipoclorito de sodio (NaClO) es un compuesto líquido o sólido que contiene sal inorgánica compuesta por un átomo de sodio (Na), un átomo de cloro (Cl) y un átomo de oxígeno (O). Waterguard es una solución de cloro líquido vendida en diferentes formatos por una empresa estadounidense. Si el agua está clara, se vierte el contenido de un tapón de producto por bidón de 20 litros, dejándose reposar 30 minutos en el recipiente cerrado. Originalmente, la lejía no fue concebida para tratar el agua, y por ello su utilización en este sentido presenta pequeños riesgos. El procedimiento es el mismo que el anterior: Si el agua está clara, se le añaden de 5 a 10 miligramos de cloro activo y se deja reposar 30 minutos en el recipiente cerrado, tras los cuales podrá consumirse. Un grado clorométrico corresponde a 3,17 gramos de cloro activo por litro de lejía.
Cloro gaseoso: El cloro gas (Cl₂) se introduce directamente en el agua en forma gaseosa. En el método de cloro gaseoso, el cloro (Cl₂) se introduce directamente en el agua en forma de gas.
Cloraminación: En lugar de usar cloro gaseoso, se pueden formar cloraminas al reaccionar el cloro con amoníaco. Las cloraminas también se utilizan comúnmente como oxidantes en la desinfección de agua con un potencial de oxidación menor que el cloro. Existen tres tipos principales de cloraminas: monochloramina, dichloramina y trichloramina. La monochloramina es el tipo más comúnmente utilizado en la desinfección de agua y es generalmente más efectiva que el cloro libre como un agente desinfectante.
Existen productos que permiten realizar simultáneamente una decantación por floculación (como el alumbre y las semillas de Moringa oleifera) y tratar el agua. Hay dos principales, cuyo uso está muy generalizado: PUR (Purifier of Water) y Watermaker. Su eficacia es casi idéntica. Permiten potabilizar el agua lodosa, pero son caros. Las bolsitas de PUR son fabricadas por la empresa Procter & Gamble, y su precio es de unos 10 centavos de dólar por unidad. Contienen 4 g y permiten tratar 10 l de agua. Se vierte el contenido de una bolsita en un cubo de 10 l. Se mezcla durante 5 minutos para favorecer la acción de floculación del producto químico, y a continuación se deja reposar durante otros 5 minutos. Si el agua no está lo suficientemente clara, se repite esta etapa. Después se filtra el contenido del sobre con ayuda de un tejido adecuado sin agujeros (preferiblemente algodón). Tras 20 minutos de espera, el agua puede beberse. Se vierte el contenido de la bolsita en un cubo de agua con el volumen adecuado. Se mezcla durante 5 minutos para favorecer la acción de floculación del producto, y a continuación se deja reposar durante 15 minutos. Se filtra el agua con un tejido adecuado. El agua puede beberse inmediatamente.
Existe un procedimiento reciente (2009), sencillo y poco costoso que permite elaborar por uno mismo una solución de hipoclorito localmente, sea para uso familiar, en un centro comunitario o en un ambulatorio. En la actualidad, este procedimiento se utiliza en una cincuentena de países. El cloro es un potente agente desinfectante que se utiliza ampliamente en el tratamiento de agua potable, agua de piscinas, aguas residuales y otras aplicaciones similares. La cloración de aguas residuales es un método de desinfección con cloro utilizado en los tratamientos de aguas residuales y potables. Sus objetivos son: evitar la transmisión de enfermedades y evitar el desarrollo de algas microscópicas que enturbien el agua.
Tratamientos Preliminares y Cloro Residual
La cloración solo es eficaz en agua clara. Si no es transparente y contiene impurezas visibles a simple vista, la cloración será mucho menos eficaz. Si el agua está clara, se puede proceder directamente a la cloración. En la mayoría de casos, y siempre que el agua esté clara, se considera que hay que utilizar 5 mg de cloro activo por litro de agua y esperar unos 30 minutos.
Existen dos tratamientos preliminares que se recomiendan encarecidamente, considerándose incluso indispensables: la filtración y la decantación. La decantación permite eliminar muchos materiales en suspensión. Consiste en dejar reposar el agua durante varias horas, tiempo en el que las impurezas se acumulan en el fondo del recipiente. La decantación puede favorecerse añadiendo ciertos productos químicos como cloruro férrico o sulfato de aluminio, que provocan la formación de aglomerados de impurezas, los cuales se depositan con mayor rapidez en el fondo. Es la denominada floculación. Estos procesos se eliminan los sólidos en suspensión que pueden afectar la eficacia de la desinfección. Por ejemplo, la instalación de barreras como la coagulación y la filtración, que eliminan las impurezas por precipitación y captura de partículas. El objetivo principal del tratamiento antes de la desinfección es preparar el agua para una desinfección eficaz y fiable.
Aunque se necesita una cantidad importante de cloro para neutralizar esta materia orgánica, solo hace falta una parte, el denominado cloro residual libre, para tratar posibles contaminaciones posteriores del agua en la red o las viviendas. El cloro residual es el remanente del cloro tras la desinfección. La presencia de cloro residual nos asegura que las aguas han sido debidamente desinfectadas. Sin embargo, se debe medir diariamente su concentración con equipos portátiles o en línea, puesto que una cantidad excesiva de cloro residual puede ser perjudicial para la salud y el medio ambiente. “Bajas concentraciones de cloro residual indican que el proceso de desinfección no se está realizando de forma correcta permitiendo la descarga de organismos patógenos. Por otro lado, el exceso de cloro provoca la formación de compuestos como los trihalometanos.
En las grandes redes de distribución de agua potable se añade cloro al agua para que no se contamine durante el transporte desde la planta de tratamiento hasta el usuario. Al final de la etapa de desinfección en la planta de tratamiento, el agua contiene dos formas de cloro residual: el cloro libre y el cloro combinado. En España, el Real Decreto 3/2023 establece límites específicos para los niveles de cloro libre y cloro combinado residual en el agua de consumo. Por otra parte, el pH del agua puede influir en la eficacia del cloro como desinfectante. En el caso de uso de la cloraminación, si se supera el valor paramétrico de cloro combinado residual en la red de distribución, se recomienda que las medidas correctoras sean de rápida aplicación.
El Punto de Ruptura del Cloro
El breakpoint del cloro es un término utilizado en el proceso de desinfección mediante la cloración del agua. El punto de ruptura o “break point” es la dosis mínima de cloro necesaria para eliminar el amoníaco y parcialmente destruye las cloraminas que se formaron previamente. A partir del punto de ruptura, es decir, con la formación del cloro libre, se empiezan a cumplir las garantías de desinfección. El punto de ruptura es fácilmente reconocible debido al mal olor que desprende la mayor parte de los compuestos formados.
Durante el proceso de cloración, se añade cloro al agua para eliminar patógenos y microorganismos. En un primer momento, el cloro reacciona con la materia orgánica y amonio presente en el agua. A medida que se sigue agregando cloro, se alcanza el breakpoint cloro, y se produce una reacción química que convierte el amonio en cloraminas. Se agrega cloro al agua residual en cantidad suficiente para que reaccione con todas las substancias reductoras, la materia orgánica y el amoníaco, formando compuestos orgánicos de cloro y de cloraminas. Si a partir de aquí se sigue añadiendo cloro, se irán destruyendo las cloraminas y compuestos orgánicos de cloro hasta que llegue el punto de ruptura o “break point”, donde el cloro residual empieza a quedar libre o disponible. El cloro libre es un agente desinfectante muy activo.
Medición del Cloro Residual
Para determinar el cloro residual en agua se puede realizar de dos maneras:
Método colorímetro por reacción con o-toluidina: Actúa rápidamente con el cloro libre, aunque a los 5 segundos también reacciona con el combinado. Esta reacción hace muy difícil que se pueda cuantificar el cloro libre por la corta escala de tiempo. Además, es un producto potencialmente cancerígeno.
Método colorímetro por reacción con N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD): Con un pH 6.2 y 6.5, da lugar a una coloración rojiza, proporcional a la cantidad de cloro libre y comparando con una escala de color se puede determinar la cantidad de cloro libre. Si se añade yoduro potásico, libera el cloro combinado obteniendo la cantidad de cloro total presente en la muestra.
Actualmente, las metodologías recomendadas para medir el cloro residual son el método colorimétrico DPD y el método amperométrico. Existen dos tipos de analizadores de cloro libre en línea: los amperométricos y colorimétricos. Para medir al final de la cámara de contacto se recomienda el colorimétrico, el cual puede medir el cloro total y residual de forma automática. El YSI 3017M se basa en el método DPD (N, N - dietil -pfenilendiamina) y cuenta con los reactivos necesarios que permiten que los interferentes no afecten la medición de cloro residual, como, por ejemplo, el pH.
Hoy no existe una exigencia normativa que indique cada cuanto tiempo se debe medir el cloro residual e incluso los máximos permitidos, pero pronto cambiará. El anteproyecto de la revisión del Decreto Supremo N° 90, del Ministerio Secretaría General de la Presidencia, que establece la norma de emisión para la regulación de contaminantes asociados a las descargas de residuos líquidos (tablas N°1, 2, 3 y 6) indican que la concentración máxima de cloro libre residual será de 0,5 mg/L. Para la tabla N°4, que aplica a descargas dentro del ancho de la zona de protección al litoral, será de 1 mg/l y para la tabla N°5, que aplica a descargas fuera del ancho de la zona de protección al litoral, será de 2 mg/l.
Medición del Cloro Residual
Limitaciones y Alternativas a la Cloración
No obstante, la cloración es incapaz de destruir ciertos microorganismos parásitos patógenos. Además, el cloro puede conferir al agua un sabor ligeramente desagradable. Esto se puede solucionar parcialmente agitando con vigor el agua tratada en una botella, con el fin de disolver un poco de aire en ella y darle un sabor más natural. Para eliminar estos residuos y subproductos del cloro, se requiere usar en el proceso de tratamiento la purificación con carbón activado. El carbón activado es un material poroso que tiene la capacidad de adsorber una amplia variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos.
El cloro no puede eliminar la materia orgánica a concentraciones muy bajas, como los pesticidas. Existen productos que pueden eliminar la materia orgánica a concentraciones muy bajas, como los pesticidas, pero estos son más caros.
Sin embargo, lo ideal no es clorar o desinfectar el agua, sino tomar todas las medidas de prevención necesarias para evitar la contaminación del agua. Es importante sensibilizar previamente a la población sobre los problemas de higiene y de salud, para que comprenda bien las razones y los métodos de intervención y cambie su comportamiento si es necesario.
Existen otras alternativas a la cloración del agua para lograr su desinfección.
Ozonización: El ozono es un poderoso oxidante y un excelente desinfectante. Se utiliza para el tratamiento del agua potable en muchas plantas de abastecimiento de agua en todo el mundo. El ozono no deja residuos en el sistema de distribución. Se descompone rápidamente en el agua. La ozonización, producida por una corriente eléctrica de alta intensidad que atraviesa el agua y muy eficaz contra los microbios, pero sin un efecto protector remanente como el del cloro utilizado en las canalizaciones.
Dióxido de cloro: El dióxido de cloro se usa en plantas de abastecimiento de agua. Es más frecuente en plantas con presencia de sabores clorofenólicos en el agua producto. Este efecto es consecuencia de la cloración de agua con partículas de fenol en suspensión. Sin embargo, el inconveniente del uso de este desinfectante es que produce clorito y clorato. Estas sustancias deben controlarse cuidadosamente, ya que son especies relativamente tóxicas.
Luz ultravioleta (UV): Después de la filtración, se implementan etapas adicionales para garantizar la completa eliminación de patógenos y subproductos. Una de estas etapas es la aplicación de luz ultravioleta (UV) u ozono. La luz ultravioleta desinfecta el agua al dañar el material genético de microorganismos, evitando que se reproduzcan y causen enfermedades.
La cloración se considera un proceso sencillo y poco costoso, especialmente en comparación con otras tecnologías. Algunos países, como Canadá, desean reducir las cantidades de estos subproductos.
Consideraciones Adicionales y el Uso en Aguas Residuales
La cloración de aguas residuales es un método de desinfección con cloro utilizado en los tratamientos de aguas residuales y potables. Sus objetivos son: evitar la transmisión de enfermedades y evitar el desarrollo de algas microscópicas que enturbien el agua. Las aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad ha sido afectada negativamente por la influencia antropogénica. Para tratarlas, estas aguas deben pasar por un conjunto de operaciones y procesos de origen físico-químico o biológico que se dividen en distintas fases: pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y terciario. Así, para este último proceso, antes de la descarga del agua tratada, son vitales las cámaras de contacto o cámaras de cloración, donde se libera el cloro y se retienen las aguas en tratamiento, por al menos 30 minutos.
Los productos clorados pueden ser dañinos en caso de contacto con los ojos. El cloro puede conferir al agua un sabor ligeramente desagradable. Según diversos estudios científicos, el nivel medio de concentración de cloro en el aire ambiente es 1 mg/m³. Por otra parte, el cloro está presente en la mayoría del agua potable desinfectado a concentraciones de 0,2-1 mg/litro. También encontramos niveles de cloro en la comida. Por ejemplo, la harina blanqueada con cloro contiene cloruro a niveles en el rango de 1,3-1,9 g/kg.
En la actualidad, el uso de cloraminas en la desinfección del agua puede tener algunos efectos secundarios no deseados. Por ejemplo, las cloraminas pueden generar un olor y sabor desagradables en el agua y pueden irritar las vías respiratorias en personas sensibles o con problemas respiratorios. Además, las cloraminas pueden generar subproductos de desinfección adicionales, que en algunos casos pueden ser tóxicos o carcinogénicos. La relación entre el cloro combinado residual y la formación de nitrosaminas (NDMA CAS: 62-75-9) se basa en el hecho de que las NDMA pueden formarse como un subproducto de la cloraminación.
Existen en el mercado diversos sistemas de dosificación de cloro, como un tanque de almacenamiento de hipoclorito sódico bien dimensionado para garantizar una autonomía de al menos 15 días al caudal y dosis de la planta, y un equipo de dosificación compuesto por dos bombas dosificadoras de membrana. Con el objetivo de aumentar el tiempo de contacto se emplean los laberintos de cloración. Es importante que la mezcla del agua tratada con el reactivo se realice correctamente antes de entrar al depósito de agua tratada o al sistema de abastecimiento. El tiempo de contacto suele oscilar entre 20 y 30 minutos a caudal medio. La velocidad en el canal o laberinto debe ser de 2-4 m/min.
La cloración del agua potable es un proceso imprescindible para garantizar la seguridad y calidad del agua de consumo. Solución sencilla para depósitos de agua y pequeñas instalaciones. Genera cloro in situ a partir de sal y agua. El agua de pozo puede contener contaminación microbiológica invisible. En Ruberte Tratamientos de Agua contamos con amplia experiencia en cloración y desinfección de agua potable, tanto en instalaciones domésticas como industriales. Los principales interesados en la cloración de aguas residuales urbanas son las autoridades sanitarias, las empresas gestoras de servicios de agua, los operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales, los investigadores y científicos del ámbito de la ingeniería ambiental y la salud pública, así como la población en general, que se beneficia de un suministro de agua más seguro y de un medio ambiente menos contaminado.
Conclusiones sobre la Cloración
La cloración sigue siendo una de las prácticas más utilizadas a nivel mundial para la desinfección del agua, tanto potable como residual. Su eficacia, sencillez y bajo coste la convierten en una herramienta valiosa para la protección de la salud pública y el medio ambiente. Sin embargo, es crucial tener en cuenta sus limitaciones, como la incapacidad para eliminar ciertos parásitos y la formación de subproductos de desinfección. Una correcta implementación, que incluya tratamientos preliminares adecuados y un monitoreo constante del cloro residual, es fundamental para maximizar sus beneficios y minimizar sus riesgos. La investigación continua y la adopción de tecnologías complementarias son esenciales para optimizar los procesos de desinfección del agua en el futuro.