Cómo realizar una correcta cloración del agua en la industria

En España, el Real Decreto 3/2023 (https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2023-628) establece los criterios técnico-sanitarios que debe respetar el agua de consumo humano. Este decreto se aplica al agua utilizada en la industria alimentaria para la fabricación de alimentos, o que entra en contacto con estos o con materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos. cloración del agua

La desinfección del agua es muy importante en la industria, ya que se utiliza para diversos fines, como la limpieza, la refrigeración, la elaboración de productos, etc. El agua debe estar libre de contaminantes que puedan afectar a la seguridad, la higiene y la calidad de los procesos industriales.

En la actualidad, el método más ampliamente difundido a nivel mundial para la desinfección de agua en la industria es la cloración.

En el Anexo I de dicho Real Decreto se establece que la concentración máxima permitida de cloro libre residual es de 1,0 mg/L. Se recomienda un mínimo de 0,2 mg/L de cloro libre residual en todos los puntos de la red de distribución (incluidos depósitos, cisternas, grifos, etc.).

Caracteristicas del cloro

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.

cloración del agua

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:

Ventajas:

  • 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.

Inconvenientes:

  • 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.

Tratamientos recomendados segun el origen del agua

Agua de red

El caso del agua de red plantea pocas dudas, pues se trata de un agua que ya ha sido tratada por la entidad de gestión correspondiente y, por tanto, en condiciones normales debe llegar desinfectada y sin turbidez (excepto en casos de averías en la red). Bien es cierto que en muchos casos el agua de red llega a las fábricas con un bajo contenido en cloro libre (incluso de 0 ppm en algunas ocasiones), así que en esos casos sería necesario algún sistema para mantener, tal y como recomienda la legislación, un mínimo de 0,2 ppm de cloro libre en todos los puntos de la red de distribución en el interior del establecimiento.

En estos casos aconsejo un sistema sencillo y fácil de mantener: medidor de caudal con emisor de pulsos y dosificación proporcional al caudal: En la tubería de entrada de agua se instala un contador dotado de emisor de pulsos (cada pulso corresponde a una cantidad de litros, según el modelo de emisor), cuya señal llega a una bomba dosificadora que inyectará la cantidad de cloro necesaria para alcanzar la concentración deseada en proporción al caudal de entrada del agua. Periódicamente es necesario ir ajustando la dosificación para asegurarse de tener la concentración correcta de cloro libre en todos los puntos de suministro dentro del establecimiento. Ver Ilustraciones 2 y 3.

cloración del agua

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

cloración del 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.

cloración del agua

Ilustración 4. Panel de medición y dosificación de cloro

ESQUEMAS RECOMENDADOS PARA LA CLORACIÓN DEL AGUA DE RED

1. Sin depósito de acumulación

cloración del agua

2. Con depósito de acumulación sin recirculación

cloración del agua

3. Con depósito de acumulación con recirculación

cloración del agua

Agua de pozo

Es bastante habitual en las fábricas el uso de agua de pozo para limpiezas, baldeos y, en ocasiones, para la producción.

El agua de pozo presenta una serie de inconvenientes:

  • 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.

Es bastante habitual que, para desinfectar dicha agua, se use la dosificación de hipoclorito sódico realizada de manera manual en el depósito de acumulación o bien mediante una bomba dosificadora instalada en la tubería de entrada sin ningún tipo de control. Esto puede llevar a dosificar en exceso o demasiado poco.

Por tanto, para tratar el agua de pozo se aconsejan los siguientes pasos:

  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.

Así, en estos casos se aconseja la eliminación de la turbidez del agua, la filtración con carbón activo en los casos necesarios, la dosificación de cloro proporcional al paso de agua en la entrada al establecimiento y la instalación de un panel de medición en la salida del depósito de acumulación en el caso de que este existiera.

Es importante indicar que, en caso de instalar medidores de cloro, para agua de pozo se desaconseja totalmente el uso de sensores de tipo redox o galvánico por su falta de precisión y su tendencia a descalibrarse, sobre todo ante cambios en el pH. Usar, en su lugar, sensores de tipo amperométrico o potenciostático.

Igualmente, se recomienda hacer periódicamente controles 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.

ESQUEMAS RECOMENDADOS PARA LA CLORACIÓN DEL AGUA DE POZO

1. Sin depósito de acumulación

cloración del agua

2. Con depósito de acumulación sin recirculación

cloración del agua

3. Con depósito de acumulación con recirculación

cloración del agua

Tipos de medidores de cloro libre

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.

cloración del 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.

RESUMEN

Como resumen, estos son los tratamientos recomendados para clorar el agua de red o de pozo:

AGUA DE RED

  1. Sin depósito de acumulación

Agua de red > cloración proporcional al paso de agua > medidor de cloro en continuo (opcional) > agua tratada a fábrica

  • Con depósito de acumulación sin recirculación

Agua de red > cloración proporcional al paso de agua > depósito de acumulación > medidor de cloro en continuo (opcional) > agua tratada a fábrica

  • Con depósito de acumulación con recirculación

Agua de red > depósito de acumulación > panel de medición y dosificación de cloro > agua tratada a fábrica

AGUA DE POZO

  1. Sin depósito de acumulación

Agua de pozo > filtración > filtro de carbón activo (opcional) > cloración proporcional al paso de agua > medidor de cloro en continuo (opcional) > agua tratada a fábrica

  • Con depósito de acumulación sin recirculación

Agua de pozo > filtración > filtro de carbón activo (opcional) > cloración proporcional al paso de agua > depósito de acumulación > medidor de cloro en continuo (opcional) > agua tratada a fábrica

  • Con depósito de acumulación con recirculación

Agua de pozo > filtración > filtro de carbón activo (opcional) > depósito de acumulación > panel de medición y dosificación de cloro > agua tratada a fábrica

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