United States
Environmental Protection
Agency
Office of Water
Washington, D.C.
EPA832-F-99-062
Septiembrede1999
Folleto informativo de tecnologia
de aguas residuales
Desinfeccion con cloro
DESCRIPCION
El impacto de las aguas residuales no tratadas en
las fuentes de agua comunitarias ha puesto de
presente diversas problematicas de salud y
seguridad. Los organismos potencialmente
problematicos en el agua residual domestica
incluyen a las bacterias entericas, los virus y los
quisles de protozoarios. La Tabla 1 resume los
microorganismos mas comunes que se
encuentran en el agua residual domestica y los
tipos de enfermedades humanas asociadas con
los mismos. Como respuesta a estas
preocupaciones, la desinfeccion se ha
convertido en uno de los mecanismos
principales para la desactivacion o destruction
de los organismos patogenos. Para que la
desinfeccion sea efectiva, el agua residual debe
ser tratada adecuadamente.
APLICABILIDAD
El cloro es el desinfectante mas usado para el
tratamiento del agua residual domestica porque
destruye los organismos a ser inactivados
mediante la oxidation 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 solida o liquida. Algunas de las
alternativas de desinfeccion incluyen la
ozonizacion y la desinfeccion con radiacion
ultravioleta (UV). La selection de un
desinfectante adecuado para una instalacion de
tratamiento depende de los siguientes criterios:
• La capacidad de penetrar y destruir los
germenes infecciosos en condiciones
normales de operacion.
• La facilidad y seguridad en el manejo, el
almacenamiento y el transporte.
• La ausencia de residues toxicos y de
compuestos mutagenicos o
carcinogenos.
• Costos razonables de inversion de
capital y de operacion y mantenimiento
(O/M).
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
El cloro es un desinfectante que tiene ciertos
limitantes en terminos de salubridad y
seguridad, pero al mismo tiempo tiene un largo
historial como un desinfectante efectivo. Antes
de decidir si el cloro reune las condiciones para
su uso por parte de una municipalidad es
necesario entender las ventajas y desventajas de
este producto.
Ventajas
• La cloracion es una tecnologia bien
establecida.
• En la actualidad la cloracion es mas
eficiente en terminos de costo que la
radiacion UV o la desinfeccion con
ozono (excepto cuando la descloracion y
el cumplimiento con requisites del
prevention de incendios son requeridos).
• El cloro residual que permanece en el
efluente del agua residual puede
prolongar el efecto de desinfeccion aun
-------
despues del tratamiento inicial, y puede
ser medido para evaluar su efectividad
TABLA 1 AGENTES POTENCIALMENTE
INFECCIOSOS PRESENTES EN AGUAS
RESIDUALES DOMESTICAS NO TRATADAS
El cloro puede eliminar ciertos olores
molestos durante la desinfeccion.
Organismo
Enfermedad Causada
Bacterias
Escherichia coli
Leptospira (spp.)
Salmonella typhi
Salmonella (2,100
serotipos)
Shigella (4 spp.)
Vibrio cholerae
Protozoos
Balantidium coli
Cryptosporidium parvum
Entamoeba histolytica
Giardia lamblia
Helmintos
Ascaris lumbricoides
T. solium
Trichuris trichiura
Virus
Virus entericos (72 tipos,
por ejemplo los virus
echo y coxsackie del
polio)
Hepatitis A
Agente de Norwalk
Rotavirus
Gastroenteritis
Leptospirosis
Fiebre tifoidea
Salmonelosis
Shigelosis
bacilar)
Colera
(disenteria
Balantidiasis
Cryptosporidiasis
Amebiasis (disenteria
amoebica)
Giardiasis
Ascariasis
Teniasis
Tricuriasis
Gastroenteritis,
anomalias del corazon y
meningitis.
Hepatitis de tipo
infeccioso
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Fuente: Tabla adaptada de Crites and Tchobanoglous, 1998 con
permiso de The McGraw-Hill Companies
• La desinfeccion con cloro es confiable y
efectiva para un amplio espectro de
organismos patogenos.
• El cloro es efectivo en la oxidation de
ciertos compuestos organicos e
inorganicos.
• La deration permite un control flexible
de la dosificacion.
Desventajas
• El cloro residual, aun a bajas
concentraciones, es toxico a los
organismos acuaticos y por ello puede
requerirse la descloracion.
• Todas las formas de cloro son muy
corrosivas y toxicas. Como
consecuencia, el almacenamiento, el
transporte y el manejo presentan riesgos
cuya prevention requiere normas mas
exigentes de seguridad industrial.
• El cloro oxida ciertos tipos de materiales
organicos del agua residual generando
compuestos mas peligrosos (tales como
los metanos trihalogenados [MTH]).
• El nivel total de solidos 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 pueden requerirse may ores dosis
para lograr una desinfeccion adecuada.
• Algunas especies parasitas han mostrado
resistencia a dosis bajas de cloro,
incluyendo los oocistos de
Cryptosporidium parvum., los quisles de
Entamoeba histolytica y Giardia
lamblia, y los huevos de gusanos
parasites.
• Se desconocen los efectos a largo plazo
de la descarga de compuestos de la
descloracion al medio ambiente.
CRITERIOS DE DISENO
Cuando el gas de cloro y las sales de hipoclorito
se afiaden al agua, se produce la hidrolisis y la
ionizacion para formar acido hipocloroso
-------
(HOC1) e iones de hipoclorito (OC1), tambien
conocidos como cloro libre disponible. El cloro
libre reacciona rapidamente con el amoniaco en
efluentes no nitrificados para formar
compuestos combinados de cloro,
principalmente monocloramina, la cual es la
forma de cloro que predomina en la practica.
Cloracion
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo del
proceso de cloracion usando cloro en forma
gaseosa y liquida. Para su desempefio optimo,
un sistema de desinfeccion con cloro debe
operar con flujo en piston y ser muy turbulento
para lograr una mezcla inicial en menos de un
segundo. El objetivo de un mezclado apropiado
es el fomentar la desinfeccion al iniciar una
reaction entre el cloro libre en la corriente de
solution de cloro con el nitrogeno amoniacal.
Esto previene que concentraciones elevadas de
cloro persistan y formen otros compuestos
clorinados.
Otro proceso importante que contribuye a una
desinfeccion optima es el contacto. La camara
de contacto debe ser disefiada con vertices
redondeados para prevenir areas sin circulation
y deflectores que minimicen el flujo en corto
circuito. Este disefio proporciona un tiempo de
contacto adecuado entre los microorganismos y
el cloro a una concentration minima durante un
periodo de tiempo especifico.
El grado de desinfeccion requerido de cualquier
sistema de desinfeccion por cloracion puede ser
obtenido mediante la variation de la dosis y el
tiempo de contacto. La dosis de cloro varia con
base en la demanda de cloro, las caracteristicas
del agua residual y los requisites 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 caracteristicas del agua
residual y su impacto en la cloracion. Hay otros
factores que aseguran condiciones optimas de
desinfeccion; estos incluyen la temperatura, la
alcalinidad y el contenido de nitrogeno. Todos
los criterios clave de disefio deben ser evaluados
en estudios piloto del sistema de desinfeccion
con cloro con anterioridad a su aplicacion a
mayor escala.
Descloracion
Luego de la desinfeccion el cloro residual puede
persistir por muchas horas en el efluente. La
mayoria 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 acuaticas, a menos que se
minimizen estos efectos, para lo cual debe
hacerse la descloracion del agua residual.
TABLA 2 CARACTERlSTICAS DEL AGUA
RESIDUAL QUE AFECTAN
LA EFICIENCIA DE LA CLORACION
Caracteristica
del agua
residual
Efecto en la
desinfeccion con cloro
Amoniaco
Demanda
bioquimica de
oxigeno (DBO)
Dureza del agua,
hierro, nitrates
Nitrito
PH
Solidos
suspendidos
totales
Forma cloraminas cuando
se combina con cloro
El grado de interferencia
depende de los grupos
funcionales y la estructura
quimica
De presentarse, sus
efectos son menores
Reduce la efectividad del
cloro y resulta en la
formacion de MTH
Afecta la distribution entre
el acido hipocloroso y los
iones de hipoclorito, y entre
las varias especies
quimicas de cloraminas
Aisla las bacterias que se
encuentran incorporadas y
que representan demanda
de cloro
La descloracion es el proceso de remocion de
los residues libres y combinados de cloro para
reducir la toxicidad residual luego de la
cloracion y antes de su descarga. El dioxido de
sulfuro, el bisulfite de sodio, y el metabisulfito
-------
de sodio son los compuestos comunmente
usados como quimicos de descloracion. El
carbon activado tambien ha sido utilizado. El
total del cloro residual puede ser normalmente
reducido a un nivel no toxico a la vida acuatica.
Los sistemas de cloracion/descloracion son mas
complejos de operar y mantener que los
sistemas de cloracion. La Figura 1 muestra un
diagrama del sistema de cloracion/descloracion
utilizando dioxido de azufre.
-------
Efluente del agua residual
or de caudal
Difusor de cloro
Tanque de contacto del cloro
Difusor de dioxido de
azufre
Senal de control
Gas de cloro
Senal de control
Evaporador
o—
Almacenaje de gas
comprimido de cloro
Gas de dioxido _
de azufre ,~J=vaporador
Efluente desclorado
Efluente desclorado
Almacenaje de dioxido de azufre liquido
(a)
Efluente del agua residual
Medidor de caudal
Unidad de induccion__
y mezcla de cloro
(vease la Fig. 12-42)
Tanque de contacto del cloro
Unidad de induccion
y mezcla de dioxido
de azufre (vease la Fig.
12-42)
Senal de control
Linea al vacio
Gas de cloro
Medidor de cloro residual
Drenaje
Clorador
Linea al vacio
Gas de cloro
Serial de control
Almacenaje de gas
comprimido de cloro
Gas de dioxido de azufre
Linea al vacio
Gas de dioxido de azufre
Sulfonador
Linea al vacio
IEfluente desclorado
Efluente desclorado
Almacenaje de dioxido
de azufre liquido
(b)
FIGURA 1 SISTEMA PARA CLORACION CON GAS DE CLORO Y DESCLORACION CON
DIOXIDO DE AZUFRE USANDO CONTROL EN CIRCUITO POR COMPUESTO: (a) INYECCION DE
CLORO LlQUIDO; (b) INYECCION DE GAS DE CLORO POR INDUCCION
-------
DESEMPENO
Planta de tratamiento de aguas residuales de
Marsh Creek en Geneva, New York
La planta de tratamiento de aguas residuales de
Marsh Creek en Geneva, New York, logro el
cumplimiento con estrictos requisites estatales
para el cloro residual y los coliformes fecales
mediante la adoption de una nueva estrategia de
control de la cloracion. Se desarrollo una
estrategia para hacer el monitoreo de la
demanda cambiante de cloro de la planta y para
suministrar el cloro requerido mediante la
medicion del potencial de oxido-reduccion
REDOX (PR).
Despues de realizar un estudio de tres meses, se
instalo en la planta un sistema de PR para
monitoreo y regulation de la cantidad de cloro
presente en la solution. El sistema de control
hacia mediciones de la demanda de cloro y
regulaba el suministro de cloro necesario para
obtener y mantener los parametros establecidos
para los puntos de PR. El sistema fue calibrado
para mantener un limite de control del cloro
total entre 0.2 y 0.1 mg/L.
Un electrode localizado a unos 300 pies aguas
arriba del punto de inyeccion proporcionaba las
mediciones de PR, las cuales eran convertidas a
una serial electrica de 4 a 20 miliamperios. Con
base en la serial, el sistema de control regulaba
el clorador y hacia coincidir la tasa de
alimentation con la demanda cambiante de
cloro en el sistema. Un segundo electrode era
usado en la descarga de la tuberia de salida para
hacer el monitoreo de la precision del sistema de
control de cloro.
La planta de tratamiento logro de esa manera
cumplir con los limites de coliformes fecales y
mantener en el efluente un residue de cloro de
menos de 0.25 mg/L. Ademas de permitir el
cumplimiento con los limites de descarga, la
planta logro reducir de forma significativa el
costo del consumo de cloro. Durante el periodo
de estudio se calculo que el sistema de control
de PR podria pagarse en aproximadamente 30
meses debido a la reduction del costo del
consumo de cloro.
Planta de aguas residuales del Distrito de
Servicios Municipales de la Bahia Este en
Oakland, California
El East Bay Municipal Utility District en
Oakland, California era propietario y operador
de una planta de aguas residuales con un caudal
de disefio de 310 millones de galones por dia
(mgd) en la cual la cloracion y descloracion eran
componentes requeridos del proceso de
tratamiento. Dado este requisite, el optimizar el
sistema de descloracion era un punto critico
para cumplir con el limite de cero descarga de
cloro residual durante periodos de operacion de
tiempo seco y con lluvias segun lo requerido en
el permiso federal de descarga (National
Pollution Discharge Elimination System).
Un sistema de bisulfite de sodio (SBS) fue
afiadido como respaldo a las operaciones de
descloracion. Este sistema tuvo muy buen
desempefio y permitio que la planta cumpliera
con los requisites del permiso. Este sistema es
similar a una instalacion de dosificacion
quimica compuesta de un sistema de
almacenamiento, una bomba de suministro, un
sistema de medicion, una valvula de control y
un mecanismo de inyeccion.
El sistema SBS se programo para iniciar su
operacion a una concentration calculada de SO2
de 1.5 mg/L. Tambien se programo para iniciar
su operacion cuando el suministro de SO2 era
desconectado en forma automatica por el
sistema de detection de fugas de SO2, o durante
la operacion en periodos de lluvia, cuando la
demanda de SO2 podia exceder la capacidad del
sistema de SO2.
La planta de tratamiento tambien requeria
optimizar la utilization de compuestos quimicos
-------
debido al incremento continue del costo de los
mismos. La dosis original de cloro era de 15
mg/L, de los cuales 5 a 6 mg/L eran consumidos
y 9 a 10 mg/L permanecian como cloro residual.
El residue de cloro pudo entonces ser reducido
gradualmente desde valores de 9 a 10 mg/L
hasta un rango de 3 a 5 mg/L sin que se afectara
el cumplimiento con los requisites del permiso
de descarga. Ademas de una reduction en el uso
de cloro, esto tambien dio como resultado un
menor consumo de SC>2.
Al adoptar una estrategia con un mayor enfoque
en el control de costos mediante la optimization
de procesos, la planta logro reducir el costo de
abastecimiento de substancias quimicas en mas
del 30 por ciento.
OPERACION Y MANTENIMIENTO
Un programa rutinario de operation y
mantenimiento (O/M) debe ser desarrollado y
puesto en marcha para todo si sterna de
desinfeccion con cloro. El programa de O/M
incluye las siguientes actividades:
• Desensamble y limpieza de los diversos
componentes del sistema, tales como los
metros y flotas una vez cada seis meses.
• Remocion de depositos de hierro y
manganeso usando, por ejemplo, acido
muriatico.
• Mantenimiento de las bombas de rebombeo.
• Inspection y limpieza anual de las valvulas
y resortes.
• Cumplimiento con las recomendaciones de
O/M de los fabricantes.
• Evaluation y calibrado de equipos tal como
lo recomienda el fabricante de los equipos.
• Desarrollo de un plan de respuesta a
emergencias para el almacenaje del gas de
cloro.
Cuando se utiliza cloro es muy importante
almacenar en forma segura y apropiada todos
los agentes quimicos de desinfeccion. Para
information adicional referente al uso y
almacenaje de cloro deben consultarse las Hojas
de Seguridad Industrial de Materiales (Material
Safety Data Sheet). El gas de cloro se almacena
normalmente en tanques de acero (cilindros de
150 libras o contenedores de una tonelada) y es
transportado en vagones de ferrocarril o en
carrotanques. La solution de hipoclorito de
sodio debe ser almacenada en tanques de fibra
de vidrio o de acero con recubrimiento de
caucho. El hipoclorito de calcio se envia en
barriles o carrotanques y debe ser almacenado
con mucha precaution.
COSTOS
Los costos de los sistemas de desinfeccion con
cloro dependen del fabricante de los equipos, la
ubicacion y la capacidad de la planta, y las
caracteristicas del agua residual a ser tratada.
Los compuestos de hipoclorito, por ejemplo,
tienden a ser mas costosos que el gas de cloro.
Por otra parte, varias ciudades de gran tamafio
han adoptado el uso de hipoclorito, a pesar de su
mayor costo, para evitar el transporte de cloro a
traves zonas urbanas. Ademas de los costos que
se incurren con la cloracion, algunas
municipalidades tambien deben tener en
consideration el costo de introducir el proceso
de descloracion. El costo total de la cloracion
puede aumentarse de un 30 a un 50 por ciento
con la adicion de la descloracion.
La Tabla 3 resume los resultados de un estudio
realizado en 1995 por la Water Environment
Research Foundation usando efluentes
secundarios de instalaciones de desinfeccion
con caudales promedio de periodos de tiempo
seco de 1, 10 y 100 mgd (2.25, 20 y 175 mgd de
caudal maximo en periodos de lluvia,
respectivamente). Los costos anuales de O/M
para la desinfeccion con cloro incluyen el
consumo de energia electrica, los compuestos
quimicos y materiales de limpieza, la reparation
de equipos miscelaneos y los costos de personal.
-------
Los costos asociados con los requisites del
codigo federal de prevention de incendios
(Uniform Fire Code} puede ser alto para
instalaciones pequefias, pudiendo representar
hasta el 25 por ciento del costo total.
TABLA 3 COSTOS TOTALES ANUALIZADOS DE LA CLORACION Y LA
DESCLORACION
Caudal
PPTS
1
10
100
1
10
100
1
10
100
(mgd)
MPLL
2.25
20
175
2.25
20
175
2.25
20
175
Costos estimados de inversion (dolares)
Dosis de
CI2 (mg/L)
5
5
5
10
10
10
20
20
20
Clora-
cion
410,000
1 ,804,000
10,131,000
441 ,000
2,051,000
10,258,000
445,000
2,113,500
10,273,000
Desclora
-cion
290,000
546,000
1 ,031 ,000
370,000
664,000
1 ,258,000
374,000
913,000
1 ,273,000
CPI*
239,000
546,000
788,000
239,000
264,000
788,000
239,000
264,000
788,000
Total
1,127,000
3,137,000
14,340,000
1 ,260,000
3,575,000
14,765,000
1 ,270,000
3,949,000
14,801,000
Estimado
deO/M
49,3000
158,200
660,000
59,200
226,700
721,800
76,600
379,100
1,311,000
* CPI - Codigo de prevencion de incendios (el costo incluye los requerimientos para cumplir con el Articulo 80 del
Uniform Fire Code de 1991).
PPTS = Promedio de periodos de tiempo seco; MPLL = Maximo de periodos de lluvia.
Fuente: Darby et al, con permiso de la Water Environment Research Foundation, 1995.
-------
REFERENCIAS
1. Crites, R. and G. Tchobanoglous. 1998.
Small and Decentralized Wastewater
Management Systems. The McGraw-Hill
Companies. New York, New York.
2. Darby, J.; M. Heath; J. Jacangelo; F. Loge;
P. Swaim; and G. Tchobanoglous. 1995.
Comparison of UV Irradiation to
Chlorination: Guidance for Achieving
Optimal UV Performance. Water
Environment Research Foundation.
Alexandria, Virginia.
3. Eddington, G. June 1993. "Plant Meets
Stringent Residual Chlorine Limit.". Water
Environment & Technology. P. 11-12.
4. Horenstein, B; T. dean; D. Anderson; and
W. Ellgas. October 3-7, 1993.
"Dechlorination at EBMUD: Innivative and
Efficient and reliable." Proceedings of the
Water Environment Federation Sisty-sixth
Annual Conference and Exposition.
Anaheim, California.
5. Metcalf & Eddy, Inc. 1991. Wastewater
Engineering: Treatment, Disposal, and
Reuse. 3d ed. The McGraw-Hill Companies.
New York, New York.
6. Task Force on Wastewater Disinfection.
1986. Wastewater Disinfection. Manual of
Practice No. FD-10. Water Pollution Control
Federation. Alexandria, Virginia.
7. U.S. Environmental Protection Agency
(EPA). 1986. Design Manual: Municipal
Wastewater Disinfection. EPA Office of
Research and Development. Cincinnati,
Ohio. EPA/625/1-86/021.
INFORMACION 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
La mention de nombres de marca o productos
comerciales no constituye una aprobacion o
recomendacion de uso por parte de la Agencia
de Protection Ambiental de los Estados Unidos
(U.S. EPA).
Para mayor information, contactarse con:
Municipal Technology Branch
U.S. EPA
Mail Code 4204
1200 Pennsylvania Avenue, NW
Washington, D.C. 20460
MTB
------- |