Cloración centralizada

El control de las enfermedades infecciosas a través del agua limpia y el saneamiento mejorado es uno de los logros de la salud pública más importantes del siglo XX. El uso de cloro en el tratamiento del agua potable desempeñó un papel importante en la reducción o, incluso, en eliminación virtual de las enfermedades transmitidas por el agua en los países desarrollados, como la fiebre tifoidea, el cólera, la disentería y otras enfermedades gastrointestinales.

La cloración es el método de desinfección más común en las plantas de tratamiento de agua potable, y se puede hacer en cualquier etapa del proceso de tratamiento. Cada punto donde se aplique el cloro controlará algún posible contaminante diferente presente en el agua, ofreciendo así un espectro completo de tratamiento, desde el momento en que el agua ingresa a la instalación de tratamiento hasta que es distribuida al punto de uso final.

El proceso de la cloración centralizado puede efectuarse de dos formas diferentes; una, en la que puede estar integrada dentro de las plantas de tratamiento de agua llamándose desinfección primaria, y otra, que se puede aplicar dentro del sistema de distribución que es una desinfección secundaria. 

El cloro es el reactivo más utilizado en el mundo para tratar el agua potable, debido a sus ventajas de ser un método de purificación de agua económico y eficaz. Si bien es cierto que sirve para mejorar la calidad del agua y matar patógenos, la cloración puede conducir a la formación de subproductos (SPDs) a partir de las reacciones en dicho proceso, que pueden ser tóxicos o causar problemas de sabor y olor en el agua potable, por lo que se debe tener cuidado para evitar la formación de estos compuestos.

Algunos subproductos, como las cloraminas, son beneficiosos para el proceso de desinfección porque poseen propiedades desinfectantes. Sin embargo, existen varios compuestos indeseados que pueden producirse a partir del cloro que reacciona con la materia orgánica natural, como los ácidos húmicos y fúlvicos, que se generan a partir de la descomposición de la materia orgánica. Algunos de ellos son: los trihalometanos (THM), que se consideran cancerígenos, por ejemplo el cloroformo; los acidos haloacéticos (AHA), que comercialmente se usan como herbicida, pero no es carcinógeno para seres humanos; los haloacetonitrilos, que se usaban antes como pesticidas; y, los clorofenoles que causan problemas de sabor y olor en el agua y, además son tóxicos (HEALTH CANADA 2009).

El cloro se puede agregar al agua en diferentes formas, dependiendo de las condiciones de pH requeridas y las opciones de almacenamiento disponibles. Los tres tipos más comunes de cloro utilizados en el tratamiento del agua son: cloro gaseoso, hipoclorito de sodio e hipoclorito de calcio (JACKSON et al. 2001).

Una vez agregado al agua, el cloro mata microorganismos como bacterias, algas y hongos. En primer lugar, mata las células dañando la membrana celular e interrumpiendo tanto su respiración celular como la actividad del ADN; estos dos procesos resultan necesarios para la supervivencia celular (SDWF s.f.). Además de matar microorganismos, el cloro también oxida el hierro, manganeso, compuestos con sabor y con olor, elimina el color en el agua y destruye el sulfuro de hidrógeno.

Según CONAGUA (2007), los criterios que hay que tomar en cuenta para diseñar una unidad de cloración son: la forma del cloro a utilizar; la dosis óptima respecto a la demanda de agua; el consumo diario, el método de desinfección, el equipo y el punto de aplicación; el espacio de la sala de cloración; el método de control; y, los métodos y equipos para afrontar emergencias, junto con el plan de contingencia.

Como se comentó en la introducción, el proceso de cloración se puede hacer con un método primario de desinfección (dentro de la planta de tratamiento) o secundario (dentro del sistema de distribución. Ambos métodos se explican a continuación (SDWF s.f.).

La desinfección primaria es la aplicación de un desinfectante en la planta de tratamiento de agua potable. La cantidad de cloro necesaria y el tiempo necesario para reaccionar y desinfectar se denomina tiempo de contacto (TC) y es producto de la concentración de cloro residual (mg/l) y el tiempo de contacto del desinfectante. Los valores de TC necesarios para lograr la desinfección necesaria dependen del microorganismo específico, el pH y la temperatura. Otros factores de diseño que influyen en la cantidad de cloro requerida son: el diseño de la cámara de contacto, la mezcla y la presencia de luz solar. El método de desinfección primaria se puede aplicar de diferentes modos:

• Precloración: donde el cloro se aplica al agua casi inmediatamente después de que ingrese en la instalación de tratamiento para eliminar algas y otros organismos del agua, de modo que no causen problemas en etapas posteriores del tratamiento. Con la precloración se eliminan los sabores y olores y se controla el crecimiento biológico en todo el sistema de tratamiento de agua, como por ejemplo en los tanques de sedimentación y los medios de filtración. La adición de cloro también oxida todo el hierro, manganeso y/o sulfuro de hidrógeno que estén presentes, de modo que también se pueden eliminar en los pasos de sedimentación y filtración.
• Después de la sedimentación y antes de la filtración: lo que controla el crecimiento biológico, elimina el hierro, el manganeso, el sabor y los olores, controla el crecimiento de algas y elimina el color del agua.
• Como paso final de tratamiento: esta es la posibilidad más comúnmente usada para desinfectar el agua y mantener el cloro residual a través del sistema de distribución. La cloración como paso final es más económica porque se requiere un valor TC más bajo, ya que cuando el agua ha pasado por sedimentación y filtración, muchos de los organismos no deseados se han eliminado, por lo que se requiere menos cloro y un tiempo de contacto más corto para lograr la misma efectividad.

La desinfección secundaria se puede aplicar al agua tratada cuando sale de la planta de tratamiento o en los puntos de recloración a lo largo del sistema de distribución, para introducir y mantener el cloro residual en el sistema de distribución de agua potable y poder reducir el riesgo de recontaminación en caso de una intrusión. En general, el cloro residual proporciona dos beneficios principales; por un lado, limita el crecimiento de la película biológica dentro del sistema de distribución y sus efectos sobre el sabor y olor. Por otro, el descenso súbito en su concentración es un indicador directo de un mal funcionamiento del proceso de tratamiento o de una interrupción en la integridad del sistema de distribución (rotura de tuberías, contaminación, etc.).

La cloración es el proceso desinfectante de agua más utilizado en plantas de tratamiento en todo el mundo, debido a que es barato y efectivo, aunque recientemente está siendo reemplazado cada vez más por la ozonización. Es una de las opciones que pueden ser usadas en los sistemas de abastecimiento comunal por gravedad con tratamiento y en los sistemas de abastecimiento comunal por bombeo con tratamiento. Estos sistemas son idóneos en poblaciones de hasta 2500 habitantes con recursos y capacidades, ya sea con suficiente agua o con escasa disponibilidad de agua. También puede ser aplicado en localidades de casas dispersas donde sea necesario purificar el agua, ya sea porque se sabe que las fuentes de agua subterránea están contaminadas o porque se trata de fuentes de agua superficial, como ríos y riachuelos, lagos, lagunas o embalses. En todo caso, se debe asegurar que los pobladores de las casas dispersas, cuenten con los recursos y las capacidades necesarias para operar el sistema, ya sea si tienen escasa disposición de agua o suficiente agua.

Si hay altas concentraciones de contaminantes en el agua que reaccionan con el cloro (como materia orgánica natural, hierro, manganeso, etc.), debe realizarse un tratamiento adicional antes de la cloración para garantizar la eficacia y reducir el riesgo de formación de los subproductos de desinfección con cloro (SPDs).

Además, la capacidad del cloro para matar muchos tipos de microorganismos que crecen en el agua hace que la cloración también sea adecuada para los siguientes usos: prevenir el crecimiento de algas, hongos y bacterias; controlar el crecimiento de limo (película biológica) en los sistemas de distribución, restaurando y preservando la capacidad de las tuberías; mantener limpio el medio filtrante en la planta de tratamiento; restablecer la capacidad del pozo; desinfectar la red de agua y controlar el sabor y los olores del agua.

En México, por ejemplo, hay casos en los que el ente autorizado (CONAGUA, en este caso), juntamente con algunos operadores de agua, han realizado recorridos por plantas de potabilización de comunidades distantes de Mexicali, Tecate y Ensenada para, por una parte, verificar que se esté realizando de forma correcta el proceso de la cloración y, por otra, hacer campañas informativas sobre el uso adecuado del desinfectante en hogares y entregar pastillas de cloro (EL VIGÍA 2017).

En pequeñas y diluidas cantidades, cuando se maneja siguiendo instrucciones de seguridad personal, el cloro no llega a ser tóxico para el consumo humano; el agua potable generalmente contiene alrededor de 1 mg/l y, además, se ha demostrado que incluso 50 mg/l no tienen ningún impacto en la salud. Sin embargo, a pesar de que algunos subproductos por desinfección (SPD) son carcinogénicos y deben evitarse mediante la eliminación de precursores orgánicos previa a la cloración, su efectividad en matar patógenos supera con creces el riesgo de tales SPDs, es decir, los riesgos para la salud derivados de estos subproductos son extremadamente pequeños en comparación con los riesgos asociados a una desinfección inadecuada.

Si bien la mayoría de los microorganismos se desactivan rápidamente con el cloro (por ejemplo, E. coli), otros son resistentes (por ejemplo, Giardia y Cryptosporidium) y, por lo tanto, no se eliminan cuando se agrega cloro al agua. Si estos patógenos están presentes en grandes concentraciones, se necesita tratamiento adicional, como la a ebullición y la luz ultravioleta.

Según las Guías de la OMS para la calidad del agua potable (3ra edición, vol. 1, 2004) el sistema de desinfección debe garantizar la calidad del agua que se va a consumir, cumpliendo con unos parámetros referenciales establecidos bacteriológico y de cloro (OPS/COSUDE 2007):

La cloración es un método efectivo de purificación de agua, pero la presencia de compuestos inorgánicos (por ejemplo, hierro, manganeso, etc.) o materia orgánica natural puede dar como resultado una disminución de la eficacia en la desactivación de patógenos. Igualmente, este proceso puede ayudar a mejorar el sabor y el olor del agua, pero también puede generar sabores clorados causados por la presencia del propio desinfectante o por la aparición de algunos subproductos de desinfección, formados por la reacción con otros compuestos en el agua. Por ejemplo, la reacción del cloro con ciertos compuestos de nitrógeno (aminoácidos, amonio, úrea), presentes en el agua de la fuente, puede conducir a la formación de compuestos de olor fuerte como aldehídos, nitrilos y algunas cloraminas, que pueden causar tanto sabores como olores clorados, a veces incluso a niveles muy bajos. Los clorofenoles, también se pueden formar en la planta o en el sistema de distribución y pueden crear una sensación de sabor y olores al agua (HEALTH CANADA 2009).

La consecuencia de estos compuestos en el agua potable es la insatisfacción del consumidor, que lo lleva al rechazo de una fuente de agua que es segura para beber y a recurrir a otras o, incluso, a comprar agua embotellada, aumentando el costo en el hogar (WHO 2008). Esto es particularmente un problema cuando no hay otras fuentes de agua potable disponibles. En este sentido, es recomendable mejorar el proceso de desinfección, por lo que para evitar la formación de SPD, se recomienda eliminar los precursores orgánicos del agua (materia orgánica natural + bromuros) u optimizar el sistema de tratamiento para que se agregue cloro después de eliminarlos, así como aplicar otros métodos de purificación de agua, como la desinfección con tubos UV y la solar (SODIS)  o la ebullición para matar los patógenos.

Para garantizar la eficacia y prevenir la recontaminación, debe mantenerse un residuo de cloro en todo el sistema de distribución. El agua que sale de una planta de tratamiento debe analizarse diariamente para determinar el cloro residual, la turbidez, los coliformes totales y E. coli, confirmando la seguridad microbiológica del suministro. En el sistema de distribución, la presencia de residuos de cloro adecuados debe confirmarse al tomar muestras para coliformes totales y E. coli (JACKSON et al. 2001).