La desinfección del agua potable es un paso fundamental para garantizar la salud pública, eliminando bacterias y microorganismos patógenos. Entre los diversos métodos de desinfección, el cloro y sus compuestos se destacan como el agente químico más eficaz y ampliamente utilizado.
Fundamentos de la Desinfección del Agua
La desinfección del agua se lleva a cabo para eliminar cualquier patógeno que pueda haber sobrevivido a tratamientos previos y para mantener un nivel residual de desinfectante que inactive microorganismos potencialmente dañinos en los sistemas de almacenamiento y distribución. Los patógenos posibles incluyen virus, bacterias (como Salmonela, Cólera, Campylobacter y Shigella) y protozoos (como Giardia lamblia y otros criptosporidios).
El propósito fundamental del tratamiento del agua es proteger al consumidor de impurezas que pueden ser dañinas. Un objetivo secundario es tratar aquellas impurezas que, aunque no directamente perjudiciales, pueden causar problemas como corrosión y decoloración. En 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.
El Cloro como Agente Desinfectante
El cloro es el desinfectante y oxidante más utilizado en el tratamiento del agua potable debido a su gran poder bactericida y remanente, fácil disponibilidad, bajo costo y confiabilidad. Este compuesto químico actúa destruyendo las enzimas fundamentales para la vida de los agentes patógenos. Es un oxidante fuerte que mata rápidamente muchos microorganismos dañinos.
Mecanismo de Acción y Factores de Eficacia
La hipótesis más aceptada sobre cómo los desinfectantes actúan y destruyen los microorganismos se centra en las alteraciones físico-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. Se considera que el ácido hipocloroso (HClO) es más eficaz como desinfectante que el ión hipoclorito (ClO⁻), debido a 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 es el tiempo de contacto con el agua. Su efecto desinfectante aumenta con el tiempo de contacto entre el agua y el cloro. Un tiempo de actuación de unos 30 minutos es común.
Formas de Cloro Utilizadas
La cloración es un proceso químico que consiste en la adición controlada de cloro en diversas formas:
- Cloro gaseoso (Cl₂): Se introduce directamente en el agua en forma de gas. El ácido hipocloroso (HClO) es el agente desinfectante efectivo.
- Hipoclorito de sodio (NaClO): Es una solución líquida o sólida, la forma más común de cloración. Contiene iones de cloro (Cl⁻) e hipoclorito (ClO⁻) que actúan como agentes desinfectantes. Se puede obtener en concentraciones desde 0.5% hasta un 10%.
- Pastillas o tabletas de cloro: Son formas sólidas que se disuelven lentamente, liberando cloro gradualmente. Generalmente están compuestas de hipoclorito de calcio (Ca(ClO)₂) o tricloroisocianurato de sodio (NaCl(C₃N₃O₃)).
- Cloraminas: Se forman al reaccionar el cloro con amoníaco (NH₃) o compuestos de amonio (NH₄⁺) en el agua. Se utilizan como oxidantes con un potencial de oxidación menor que el cloro, pero más persistentes. Existen tres tipos: monocloramina, dicloramina y tricloramina. La monocloramina es la más utilizada en desinfección de agua.
Breakpoint del Cloro y Cloro Residual
El breakpoint del cloro es la dosis mínima de cloro necesaria para eliminar el amoníaco y destruir parcialmente las cloraminas formadas previamente. A partir de este punto, con la formación de cloro libre, se cumplen las garantías de desinfección. Es reconocible por el mal olor que desprenden la mayoría de los compuestos formados.
Durante la cloración, el cloro reacciona con la materia orgánica y el amonio. A medida que se añade más cloro y se alcanza el breakpoint, se convierte el amonio en cloraminas. El cloro que reacciona con elementos en el agua forma "cloro combinado". La parte del cloro añadido que no reacciona se denomina "cloro libre" o "cloro residual", y es la que mantiene la protección microbiológica del agua.
Sistemas de Cloración de Agua
Etapas del Proceso de Cloración a Gran Escala
El proceso de cloración del agua para consumo humano suele dividirse en tres etapas principales:
- Precloración: Se agrega la cantidad de cloro necesaria para superar el breakpoint. Esto asegura que el nivel de cloro residual sea apropiado para una desinfección posterior.
- Desinfección en planta: Se lleva a cabo dentro del depósito de desinfección. En esta fase, se produce la desinfección del agua tratada, y se determina el tiempo de contacto necesario para mantener un nivel residual de cloro, asegurando la ausencia de contaminación microbiológica.
- Postcloración: Una vez que el agua ha salido del tanque anterior, se puede añadir una cantidad adicional de cloro para garantizar niveles adecuados de cloro residual en los puntos de consumo.
Para aumentar el tiempo de contacto se emplean los laberintos de cloración, y es crucial que la mezcla del agua tratada con el reactivo se realice correctamente antes de entrar al depósito o al sistema de abastecimiento. El tiempo de contacto suele oscilar entre 20 y 30 minutos a caudal medio, con una velocidad en el canal o laberinto de 2-4 m/min.
Preparación del Agua para la Cloración
La cloración solo es eficaz en agua clara. Si el agua está turbia o contiene impurezas visibles, la cloración será mucho menos eficaz. La desinfección no actúa bien cuando el agua está turbia o tiene color. Si se observa turbidez, se debe dejar asentar y luego filtrar.
Pretratamientos Indispensables
Existen dos tratamientos preliminares que se recomiendan encarecidamente e incluso se consideran indispensables:
- Filtración: Permite retener el paso de ciertas partículas según el tamaño de los poros del filtro. Un filtro con tamaño de poro de 0.2 micras puede prevenir la mayoría de las formas de bacterias y algunos virus grandes. Si el agua está muy turbia, hay que pasarla por un filtro, usar un floculante o dejarla sedimentar.
- 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, lo que se denomina floculación.
Métodos Prácticos de Cloración para Uso Doméstico o en Emergencias
En situaciones donde el suministro habitual de agua se ve interrumpido, o para desinfección a pequeña escala, se pueden aplicar procedimientos específicos. Las siguientes instrucciones muestran cómo desinfectar agua para eliminar la mayoría de los microorganismos que causan enfermedades.
Preparación Previa del Agua
Si el aspecto del agua es turbio, se debe permitir que se asiente y luego filtrarla haciéndola pasar por un paño limpio, una servilleta de papel o un filtro de café. Nunca agregar cloro al agua cuando esté turbia.
Uso de Hipoclorito de Sodio (Lejía Doméstica)
El hipoclorito de sodio (lejía) es la solución más fácil de dosificar y cómoda de utilizar para desinfección del agua de consumo humano. Solo use productos a base de lejía de cloro sin olor que sean aptos para desinfección e higiene, según se indica en la etiqueta. La etiqueta debería indicar que contiene 6% u 8.25% de hipoclorito de sodio. No use lejía con aroma, para ropa de color ni con limpiadores agregados.
Procedimiento:
- Agregue la cantidad recomendada de lejía líquida según la concentración y el volumen de agua. Como guía, use 8 gotas de lejía de 6% o 6 gotas de lejía de 8.25% por cada galón de agua. Para un agua clara, se añaden de 5 a 10 miligramos de cloro activo por litro.
- Agite bien el recipiente donde se está desinfectando el agua para que se mezcle completamente.
- Deje reposar el agua por 30 minutos, para que el cloro elimine las bacterias presentes.
- El agua debería tener un olor suave a cloro. Si el sabor a cloro es demasiado intenso, vierta el agua de un recipiente limpio a otro y deje reposar durante algunas horas.
Precauciones:
- El cloro líquido solo debe ser manejado por adultos, evitando que esté al alcance de los niños.
- No se recomienda desinfectar el agua para consumo humano con cloro comercial para lavado de ropa, porque contiene compuestos químicos peligrosos para la salud.
Uso de Hipoclorito de Calcio (Cloro Granulado)
El hipoclorito de calcio, en su forma sólida, libera cloro al contacto con el agua. El manejo requiere un mayor contacto humano debido al tipo de empaque, por lo que se necesita un manejo cuidadoso.
Procedimiento:
- Preparar una solución madre: Por seguridad, hágalo en un área ventilada y use protección para los ojos. Agregue una cucharadita colmada (aproximadamente ¼ de onza) de hipoclorito de calcio (HTH) granulado de alta resistencia a dos galones de agua y mezcle hasta que las partículas se hayan disuelto. De esta mezcla se obtendrá una solución de aproximadamente 500 miligramos por litro.
- Espere hasta que el residuo inerte producido se asiente en el fondo del recipiente.
- Vacíe la solución madre al volumen total de agua a desinfectar, cuidando que el residuo permanezca asentado en el fondo y no sea vaciado hacia el agua.
- Agite bien el recipiente para que el cloro se disuelva por completo, siempre y cuando el volumen de agua lo permita.
- Deje reposar el agua por 30 minutos para que el cloro elimine las bacterias presentes.
Ejemplo de Dosificación en Emergencia:
Se quiere desinfectar agua contenida en un barril de 200 Litros usando hipoclorito de calcio (cloro granulado) al 65% para una situación de emergencia (dosificación = 2 mg/L).
- Siempre deberá trabajarse con las dimensionales: Volumen en Litros, Dosis en mg/L y concentración en %.
- El resultado siempre estará expresado en gramos.
Precauciones:
- El hipoclorito de calcio solo debe ser manejado por adultos, debe evitarse dejarlo al alcance de los niños.
- PRECAUCIÓN: El HTH es un oxidante muy potente.
Uso de Yodo de Uso Doméstico (Tintura de Yodo)
Es una alternativa si no se dispone de cloro.
Procedimiento:
- Agregue cinco gotas de tintura de yodo al 2% por cada cuarto de galón o litro de agua que desinfectará.
- Si el agua está turbia o tiene color, agregue 10 gotas de yodo.
Tabletas para Desinfección de Agua
Existen tabletas que contienen cloro, yodo, dióxido de cloro u otros agentes desinfectantes. Se disuelven en el agua y están disponibles en farmacias y tiendas de artículos deportivos. El procedimiento es generalmente el siguiente: se colocan las pastillas en el agua y se las deja reposar 30 minutos con el recipiente cerrado.
Productos de Clarificación y Desinfección Combinada
Existen productos que permiten realizar simultáneamente una decantación por floculación y tratar el agua, como PUR (Purifier of Water) y Watermaker. Permiten potabilizar el agua lodosa, pero suelen ser costosos.
Ejemplo de uso (PUR - Procter & Gamble):
- Se vierte el contenido de una bolsita (4g) en un cubo con 10 litros de agua.
- Se mezcla durante 5 minutos para favorecer la acción de floculación del producto.
- Se deja reposar durante otros 5 minutos. Si el agua no está lo suficientemente clara, se repite esta etapa.
- Después se filtra el contenido con ayuda de un tejido adecuado sin agujeros (preferiblemente algodón).
- Tras 20 minutos de espera, el agua puede beberse.
Ejemplo de uso (Watermaker - pastillas bicapa):
Se comercializa en forma de pastillas bicapa de doble cara que llevan a cabo una doble acción de clarificación y desinfección. Una pastilla permite tratar 200 litros de agua, pero no puede eliminar la materia orgánica a concentraciones muy bajas, como los pesticidas.
Manejo y Almacenamiento del Agua Clorada
Para la recolección del agua deben emplearse recipientes limpios, que no hayan estado en contacto con materiales contaminantes (combustibles, lubricantes, detergentes, etc.).
- Los recipientes deben ser usados exclusivamente para este fin.
- Procurar que los recipientes sean de boca pequeña y con tapa, evitando los de boca ancha.
- Los recipientes deben estar limpios en todo momento.
- El agua deberá desinfectarse SIEMPRE antes de su almacenamiento.
- El almacenamiento debe efectuarse en recipientes limpios, usados exclusivamente para esta actividad y tapados en todo momento.
- Si el recipiente no cuenta con grifo, debe usarse un cucharón limpio para extraer el agua. Este cucharón no debe usarse para otros fines y debe dejarse colgado dentro del recipiente, evitando obstruir la tapa.
- Nunca debe meterse la mano ni otros elementos no limpios dentro del recipiente de almacenamiento.
Alternativas a la Cloración del Agua
Aunque el cloro es el desinfectante más utilizado, existen otras alternativas para lograr la desinfección del agua.
Ozonización
El ozono (O₃) es un poderoso oxidante y un excelente desinfectante. Es una molécula que se genera a través de convertir el oxígeno (O₂) mediante una descarga eléctrica en frío o luz ultravioleta. Es un desinfectante de amplio espectro y muy poderoso, eficaz para inactivar protozoos perjudiciales. Algunas ventajas incluyen la producción de menos subproductos peligrosos en comparación con el cloro, y una mejora en sabor y olor.
Sin embargo, el ozono no deja residuos en el sistema de distribución y se descompone rápidamente en el agua, lo que significa que no ofrece protección remanente. Además, puede reaccionar con iones de bromuro en el agua para producir bromato, que se sospecha puede ser carcinógeno en concentraciones elevadas.
Luz Ultravioleta (UV)
La luz ultravioleta es muy eficaz en la inactivación de quistes en aguas de baja turbidez, dañando el material genético de microorganismos y evitando que se reproduzcan. Su eficacia disminuye a medida que aumenta la turbidez debido al sombreado causado por los sólidos en suspensión.
Dióxido de Cloro
El dióxido de cloro es un desinfectante de acción más rápida que el cloro y se usa en plantas con presencia de sabores clorofenólicos. El inconveniente es que produce clorito y clorato, sustancias que deben controlarse cuidadosamente por su toxicidad.
Monocloramina
La monocloramina es un desinfectante menos potente que el cloro, el ozono o el dióxido de cloro, pero su ventaja es que es más persistente en el agua potable, proporcionando una mayor duración residual que el cloro libre y no forma trihalometanos o ácidos haloacéticos. Se forma añadiendo amoniaco al agua después del cloro, con un ratio óptimo de 5:1 Cl₂:N para evitar la formación de dicloramina y controlar la nitrificación.
Consideraciones Finales
El cloro es un potente agente desinfectante que se utiliza ampliamente en el tratamiento de agua potable. Sin embargo, un inconveniente es que el cloro de cualquier fuente reacciona con compuestos orgánicos naturales en el agua para formar subproductos químicos potencialmente dañinos, como los trihalometanos (THM) y ácidos haloacéticos (HAA), cancerígenos en grandes cantidades.
El cloro puede conferir al agua un sabor ligeramente desagradable. Esto se puede solucionar parcialmente agitando con vigor el agua tratada en una botella para disolver aire y darle un sabor más natural.
Para eliminar los residuos y subproductos del cloro, se requiere usar en el proceso de tratamiento la purificación con carbón activado, que adsorbe una amplia variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos. Después de la filtración, se pueden implementar etapas adicionales como la aplicación de luz ultravioleta (UV) u ozono para garantizar la eliminación de patógenos y subproductos.
El tratamiento es rápido, poco costoso y su puesta en práctica relativamente sencilla. Es importante sensibilizar a la población sobre los problemas de higiene y salud para que comprenda las razones y los métodos de intervención.