Cómo realizar una correcta cloración del agua en la industria

El cloro es un desinfectante muy eficaz que actúa sobre la pared celular de los microorganismos y los destruye. El hipoclorito sódico es el derivado del cloro más frecuentemente empleado en la desinfección del agua.

La riqueza o concentración de una solución de hipoclorito suele expresarse en función del contenido de cloro activo ya sea en ppm (miligramos por litro) o en %.

El hipoclorito sódico es inestable, la solución va perdiendo cloro a un ritmo mensual del 2 al 4%, acelerándose la pérdida si la temperatura es mayor de 30°C. En la Ilustración 1 se muestra la degradación en función del tiempo y la temperatura.

Ilustración 1. Degradación del hipoclorito en función del tiempo y la temperatura

Por otro lado, el hipoclorito es un oxidante no selectivo, lo cual se traduce en que si el agua a tratar tiene presencia de materia orgánica u otras sustancias (tanto disueltas como en forma de material en suspensión), gran parte del hipoclorito dosificado se consumirá en la oxidación de dicha materia orgánica, lo cual conlleva varios efectos:

• Generación de THMs (trihalometanos) y otros subproductos tóxicos.
• Aumento de la dosis de hipoclorito necesario para mantener una cierta concentración de cloro libre residual (es decir, la cantidad de cloro que queda en el agua después de haber reaccionado con los microorganismos y las impurezas).

Estas son las ventajas e inconvenientes del uso de hipoclorito sódico para la desinfección del agua:

• Es el sistema, con diferencia, más económico de todos.
• Permanece una concentración de cloro residual que sirve como un bacteriostático de larga duración y admitido por la legislación.
• Es el sistema de desinfección más ampliamente difundido en la industria.
• Sistemas de dosificación muy compactos, ocupan muy poco espacio.

• La descomposición o reacción del hipoclorito genera subproductos indeseables: cloratos, cloraminas, trihalometanos (THM), etc. cuya presencia en los alimentos está cada vez más restringida por las nuevas normativas.
• Igualmente, muchos de dichos metabolitos son tóxicos o carcinógenos.
• Seguridad: requiere el almacenamiento y manejo de un producto altamente tóxico y corrosivo.
• Es un oxidante no selectivo: si el agua contiene materia orgánica, el hipoclorito se consumirá en la oxidación de esta, lo cual obligará a aumentar su dosificación.
• Gran influencia del pH del agua en la eficiencia de la cloración.
• Puede dejar sabor y olor en el agua que afecten a las características organolépticas del producto final.

Ilustración 2. Esquema de instalación de una cloración proporcional al paso de agua

Ilustración 3. Ejemplo de contadores de agua con emisores de pulsos

Si se desea tener un control más preciso es posible instalar, además, un medidor de cloro en continuo. Ello permitiría medir con precisión la concentración de cloro libre que llega a la producción y, además, ajustar o detener la dosificación de cloro en el caso de que el agua de red llegue con suficiente concentración, de manera que se evite la hipercloración.

En caso de tener depósito de acumulación, hay dos posibilidades:

• Sin recirculación de agua, el esquema sería:
  • Dosificación proporcional al caudal en la entrada del depósito.
  • Opcional: Medidor de cloro en continuo en la salida del depósito hacia la fábrica.
• Con sistema de recirculación de agua: puede instalarse el sistema propuesto anteriormente, o bien:
  • Panel de medición y cloración (ver ilustración 4): un sensor mide continuamente la concentración de cloro libre en el depósito y activa o detiene la dosificación de hipoclorito en función de la concentración actual y la que se desea alcanzar. Este sistema permite mantener, de manera continua, la concentración deseada de cloro libre en dicho depósito. Es fundamental que el sistema de recirculación esté adecuadamente diseñado para realizar una correcta homogeneización.

En todos los casos, se recomienda hacer periódicamente controles de concentración de cloro libre en los puntos más alejados de la entrada de agua al establecimiento y ajustar, en función del valor obtenido, la dosificación de hipoclorito.

Ilustración 4. Panel de medición y dosificación de cloro

• Puede tener un alto contenido en microorganismos patógenos, así que es imprescindible desinfectarla.
• Puede tener altos niveles de contenido en materia orgánica disuelta o en forma de coloides o materia en suspensión.
• Puede, por tanto, presentar altos niveles de turbidez.
• Puede tener altos niveles de contaminantes como nitratos, sulfatos, etc.

1. Por un lado, es conveniente que el agua de pozo sea filtrada (con filtro de arena o similar) para disminuir, en la medida de lo posible, el contenido en materia orgánica. Los motivos son dos:
   1. Minimizar la cantidad de hipoclorito necesaria para desinfectar el agua.
   1. Minimizar la producción de subproductos indeseables del cloro.

• En los casos de alto contenido en materia orgánica disuelta se aconseja la instalación de un filtro de carbón activo en la salida del filtro.

A continuación, se detallan cuáles son los tipos más habituales de equipos para medir la concentración de cloro libre en agua y se especifica cuáles son las ventajas e inconvenientes de cada uno.

Electrodo de potencial redox

Un electrodo redox es un sensor que mide el potencial de oxidación-reducción (redox) de una solución. El potencial redox es una medida indirecta que permite estimar la concentración de cloro libre en agua.

Inconvenientes:

• Baja precisión en la medida.
• Gran influencia del pH en la medida.

Ventajas:

• Los sensores tienen un bajo precio.

Sensor galvánico

El sensor galvánico es un tipo de sensor amperométrico que consta de dos electrodos: un electrodo de trabajo y un electrodo de referencia. El electrodo de trabajo está recubierto con una capa de metal (cobre o plata en general) que reacciona con el cloro libre presente en la solución para producir una corriente eléctrica. La magnitud de la corriente eléctrica es proporcional a la concentración de cloro libre en la solución.

El electrodo de referencia (recubierto de oro o platino), por otro lado, se utiliza como punto de referencia para medir el potencial eléctrico del electrodo de trabajo. El potencial eléctrico del electrodo de trabajo se mide en relación con el electrodo de referencia, lo que permite medir la concentración de cloro libre en la solución.

Inconvenientes:

• Influencia del pH y temperatura en la medida.
• Desaconsejados en agua de pozo.
• Problemas de medición si la renovación del agua es superior al 20% del total del volumen.

Ventajas:

• Sistema económico.
• Sistema de auto limpieza.
• Puede trabajar a presión hasta 6 bar.

Sensor amperométrico o potenciostático

El gas de cloro libre difunde a través de la membrana del sensor entre el cátodo y la solución de electrolito. En el valor potencial aplicado, se reduce electroquímicamente en el cátodo de oro. Al mismo tiempo, el ánodo de plata se oxida para formar cloruro de plata. La liberación de electrones en el cátodo y el ánodo correspondiente crea un flujo de corriente que es proporcional a la concentración de cloro libre presente en el agua. La salida mA resultante está condicionada a una corriente de 4-20mA de los circuitos electrónicos de a bordo de la sonda. 

La medición de cloro libre es con compensación de temperatura por el sensor interno.

Inconvenientes:

• No es posible trabajar a presión de más de 1 bar (excepto en modelos especiales).
• Debe cambiarse el electrolito cada 6 meses.
• Debe cambiarse la membrana anualmente.

Ventajas:

• Baja influencia en variaciones de caudal y pH.
• Alta precisión en la medida

Fotómetro

El DPD (Dietil-Parafenilen-Diamina) forma una coloración rosa con el cloro disponible casi instantáneamente, de modo que la determinación puede efectuarse por titulación o por vía colorimétrica. Al reaccionar solo y exclusivamente con el cloro presente en el agua, el DPD produce casi instantáneamente una coloración rosa que hace que todos los factores que pueden interferir en la medida (pH, µS, °C, materia orgánica, etc.) no tengan ninguna influencia en la metodología analítica. Esta coloración es leída por el fotómetro a través de una muestra de reactivo (DPD) tomada, estabilizada y dosificada automáticamente

Inconvenientes:

• Consumo de reactivos.
• Trabaja con salida libre de agua (excepto modelos especiales).
• Alto coste del equipo.

Ventajas:

• La mayor precisión en la medida.
• Calibración automática del instrumento al final de cada medida.
• Sin interferencia de otras sustancias químicas.
• Sin influencia de los valores de pH, conductividad o temperatura.

1. Sin depósito de acumulación

• Con depósito de acumulación sin recirculación

• Con depósito de acumulación con recirculación

1. Sin depósito de acumulación

• Con depósito de acumulación sin recirculación

• Con depósito de acumulación con recirculación