1.4: Cloraminación

Objetivos de aprendizaje

• Describir la cloraminación
• Resumir los usos de la cloraminación
• Explicar la formación de cloraminas

Las cloraminas son desinfectantes que se utilizan para tratar el agua potable y ellos:

• Se forman más comúnmente cuando se agrega amoníaco al cloro para tratar el agua potable
• Proporcionar desinfección más duradera a medida que el agua se mueve a través de las tuberías a los clientes

Las cloraminas han sido utilizadas por los servicios de agua desde la década de 1930. Uno de cada cinco estadounidenses usa agua potable tratada con cloraminas para la desinfección. El agua que contiene cloraminas y cumple con las normas reglamentarias de la EPA es segura de usar para:

• Beber
• Cocinar
• Bañarse
• Otros usos domésticos

Muchos sistemas públicos de agua (PWSs) en Estados Unidos utilizan cloro como desinfectante secundario. Sin embargo, algunos PPS han cambiado su desinfectante secundario a cloraminas para cumplir con los requisitos de subproductos de desinfección.

La cloraminación es el tratamiento del agua potable con un desinfectante de cloramina. Cloro y pequeñas cantidades de amoníaco se agregan al agua uno a la vez. Estos químicos reaccionan para formar cloramina (cloro combinado), que es un desinfectante de larga duración. La desinfección con cloramina se utiliza a veces en grandes sistemas de distribución.

En Estados Unidos, el mantenimiento de un residuo de desinfección que permanece medible en el sistema de distribución de agua es requerido por la EPA.

Las regulaciones de la EPA ofrecen dos opciones para los residuos desinfectantes. Son cloro o cloramina. Muchas de las principales agencias de agua están cambiando a cloramina para cumplir mejor con las regulaciones federales actuales y anticipadas del agua potable y para proteger la salud pública.

La cloramina es tóxica para peces y anfibios. La cloramina, al igual que el cloro, entra en contacto directo con su torrente sanguíneo a través de sus branquias, y debe eliminarse del agua agregada a acuarios y estanques de peces. También se debe retirar del agua antes de su uso en máquinas de diálisis, ya que el agua entra en contacto directo con el torrente sanguíneo de un paciente durante el tratamiento.

La cloramina generalmente se considera un problema en la elaboración de cerveza porque puede reaccionar y cambiar algunos de los sabores naturales de las plantas que componen la cerveza. Puede ralentizar o alterar la actividad de la levadura. Debido a que la cloramina se disipa mucho más lentamente que el cloro del agua, los fabricantes de cerveza prefieren la filtración de carbono para neutralizar las cloraminas en el agua.

Gran parte de la discusión reciente sobre la cloramina se ha centrado en la N-nitrosodimetilamina (NDMA), y es fundamental distinguir entre cloramina y NDMA. El NDMA puede ser un subproducto de la cloraminación o cloración; sin embargo, el agua potable no es una fuente importante de exposición al NDMA. Las mayores fuentes de exposición humana al NDMA son el humo del tabaco, el tabaco de mascar, el tocino y otras carnes curadas, la cerveza, el pescado, el queso, los artículos de tocador, los champús, los limpiadores, el aire interior de los automóviles y los pesticidas domésticos Además, el NDMA se puede formar en el estómago durante la digestión de alimentos o medicamentos que contienen alquilaminas, que son compuestos naturales.

En niveles muy altos, la NDMA puede ocasionar serios problemas de salud humana, como enfermedades hepáticas. Dichos efectos se observan en concentraciones que van de 5 a 50 partes por millón en agua; para comparación, un estudio realizado por el Departamento de Servicios de Salud de California en 1999 y 2000 encontró que el nivel más alto de NDMA en el agua potable que había sido tratada con cloramina fue de 0.00006 partes por millón. En ese estudio, la mayoría de las concentraciones de NDMA fueron mucho más bajas que eso, y muchas muestras de agua en el estudio del Departamento de Servicios de Salud de California no tenían ninguna concentración detectable de NDMA.

Cloraminación

La cloraminación se utiliza como un proceso alternativo de desinfección en lugar del cloro libre. La decisión de un operador de usar cloramina en lugar de cloro depende de varios factores, incluyendo la calidad del agua cruda, la capacidad de la planta de tratamiento para cumplir con diversas regulaciones, prácticas operativas y características del sistema de distribución. Las cloraminas han demostrado ser efectivas para lograr:

• Reducción de la formación de THM y otros DBPs
• Mantener un residuo detectable en todo el sistema de distribución
• Penetrar la biopelícula en la tubería y reducir el potencial de rebrote coliforme
• Matar o inactivar bacterias de recuento de placas heterótrofas
• Matar o inactivar bacterias de recuento de placas heterótrofas
• Reducción de los problemas de sabor y olor

Métodos para producir cloraminas

Se utilizan tres métodos principales para producir cloraminas:

1. Preamoniación seguida de cloración posterior, en este método, se aplica amoníaco en el proceso de la unidad de mezcla rápida y se agrega cloro aguas abajo en la entrada de las cuencas de floculación. Este enfoque suele producir niveles de THM más bajos que el método de postamoniación. La preamoniación se utiliza para formar cloraminas que no producen sabores y olores fenólicos, pero este método puede no ser tan efectivo como la postamoniación para controlar los sabores y olores asociados con diatomeas y bacterias anaerobias en las aguas de origen.
2. La adición simultánea de cloro y amoníaco, en este método, se aplica cloro al afluente de la planta, y al mismo tiempo o inmediatamente después, se introduce amoníaco en el proceso de la unidad de mezcla rápida. La cloraminación concurrente produce los niveles más bajos de THM para los tres métodos.
3. Precloración/postamoniaco-en este método, se aplica cloro a la cabeza de la planta y se mantiene un residuo de cloro libre a lo largo de los procesos de la planta. Se agrega amoníaco en el efluente de la planta para producir cloraminas. Debido al mayor tiempo de contacto con cloro libre, este método de aplicación dará como resultado la formación de más TMS, pero puede ser necesario utilizar este método para cumplir con los requisitos de desinfección de la Regla de Tratamiento de Aguas Superficiales. Una limitación importante del uso de residuos de cloramina es que las cloraminas son menos efectivas como desinfectantes que los residuos de cloro libre. Sin embargo, los residuos de cloramina profundizan en el sistema de distribución y duran más que los residuos de cloro libre.

Figura\(\PageIndex{1}\): Desinfección por cloraminación — La imagen de la EPA es de dominio público

Al medir los residuos combinados de cloro (cloraminas) en campo, analice el cloro total. El cloro total es la concentración total de cloro en el agua, incluyendo el cloro combinado y el cloro libre disponible. No debe estar presente cloro libre en proporciones de cloro a nitrógeno amoniacal de 3:1 a 5:1. Se debe tener cuidado al intentar medir el cloro libre con agua cloraminada porque el cloro residual interferirá con el método DPD de medir el cloro libre.

Figura\(\PageIndex{2}\): Curva de punto de interrupción para cloraminación — Imagen de Aliciacdiehl está licenciada bajo CC BY-SA 3.0

En las plantas donde los THM no son un problema, se agrega cloro suficiente para superar el punto de ruptura al agua cruda. El cloro residual ayuda a la coagulación y el control de algas, reduce los problemas de olor y proporciona suficiente tiempo de contacto con el cloro para matar o inactivar eficazmente los organismos patógenos. Por lo tanto, el agua tratada tendrá un residuo de cloro muy bajo, pero el residual será un desinfectante muy efectivo.

Cuando se agrega cloro al agua que contiene amoníaco, el amoníaco reacciona con ácido hipocloroso para formar monocloramina, dicloramina y tricloramina. La formación de estas cloraminas depende del pH de la solución y de la relación inicial de cloro-amoníaco.

A los niveles de pH que se encuentran habitualmente en las plantas de tratamiento de agua (pH 6.5 a 7.5), la monocloramina y la dicloramina existen juntas. A niveles de pH por debajo de 5.5, solo existe dicloramina. Por debajo de pH 4.0, la tricloramina es el único compuesto que se encuentra. Las formas mono y dicloramina tienen poderes de desinfección definidos y son de interés en la medición de residuos de cloro. La dicloramina tiene un poder desinfectante más efectivo que la monocloramina. Sin embargo, la dicoramina no se recomienda como desinfectante debido a problemas de sabor y olor. El cloro reacciona con compuestos fenólicos y ácido salicílico para formar clorofenol, el cual tiene un intenso olor medicinal. Esta reacción va mucho más lenta en presencia de monocloramina.

Nitrificación

La nitrificación es un proceso microbiano importante y efectivo en la oxidación del amoníaco en ambientes terrestres y acuáticos. Dos grupos de organismos están involucrados en el proceso de nitrificación:

• Bacterias oxidantes de amoníaco, Nitrobacter
• Bacterias oxidantes de nitritos, Nitro

Cuando se produce la nitrificación en el agua potable cloraminada, el proceso puede disminuir la calidad del agua a menos que el proceso de nitrificación llegue a su finalización. La nitrificación incompleta o parcial provoca la producción de nitrito a partir del crecimiento de bacterias Nitrobacter. Este nitrito, a su vez, reduce rápidamente el cloro libre y puede interferir con la medición del cloro libre. El resultado final puede ser una pérdida de cloro y amoníaco totales y un aumento en la concentración de bacterias heterótrofas en placa.

Los factores que influyen en la nitrificación incluyen la temperatura del agua, el tiempo de detención en el reservorio o sistema de distribución, el exceso de amoníaco en el sistema de agua y la concentración de cloramina utilizada. Las condiciones que tienen más probabilidades de llevar a la nitrificación al usar cloraminas son un pH de 7.5 a 8.5, una temperatura del agua de 77 a 86oF, una concentración de amoníaco libre en el agua y un ambiente oscuro. El peligro de permitir que ocurran episodios de nitrificación es que el operador pueda quedar con muy bajo o ningún residuo de cloro total. El cloro residual total es la concentración total de cloro en el agua, incluyendo el cloro combinado y el cloro libre disponible.

La regla de tratamiento de aguas superficiales requiere la desinfección de todos los sistemas de suministro de agua superficial como protección contra la exposición a virus, bacterias y Giardia.

Las regulaciones de agua potable cambian constantemente. La Regla Interina Mejorada de Agua Superficial y la Regla de Desinfectante/Desinfección Subproductos se aprobaron en 1998 y se han desarrollado nuevas modificaciones de estas reglas. El objetivo de estas reglas era aumentar la protección pública de enfermedades causadas por Cryptosporidum, para limitar la cantidad de ciertos subproductos de desinfección potencialmente dañinos que pueden permanecer en el agua potable después del tratamiento.

Preguntas de revisión

1. Describir la cloraminación.
2. Esbozar los usos de la cloraminación.
3. Explicar la formación de cloraminas.

Preguntas de prueba

1. La cloramina es tóxica para peces y anfibios. La cloramina, al igual que el cloro, entra en contacto directo con su torrente sanguíneo a través de sus branquias, y debe eliminarse del agua agregada a acuarios y estanques de peces. También debe ser removido del agua antes de su uso en _____________
   1. Calderas
   2. Operaciones de metalización
   3. Diálisis
   4. Refinación de petróleo
2. La cloramina generalmente se considera un problema en ______ porque puede reaccionar y cambiar algunos de los sabores naturales de las plantas. Puede ralentizar o alterar la actividad de la levadura.
   1. Diálisis
   2. Elaboración de cerveza
   3. Fabricación de papel
   4. Horneado comercial
3. La discusión reciente sobre la cloramina se ha centrado en el subproducto de desinfección _______.
   1. Clorita
   2. THM
   3. Bromado
   4. NDMA
4. Las formas monocloramina y dicloramina de las cloraminas tienen poderes de desinfección definidos y son de interés en la medición de residuos de cloro. ________ tiene un poder desinfectante más efectivo.
   1. Monocloramina
   2. Tricloramina
   3. Dicloramina
   4. N-nitrosodimetilamina
5. _______ Bacterias oxidantes del amoníaco.
   1. Nitrobacter
   2. E. coli
   3. Criptosporidium
   4. Nitrosoma
6. _______ bacterias oxidantes de nitritos.
   1. Nitrobacter
   2. E. coli
   3. Criptosporidium
   4. Nitrosoma
7. Cuando se produce la nitrificación en el agua potable cloraminada, el proceso puede disminuir la calidad del agua a menos que el proceso de nitrificación llegue a su finalización. La nitrificación incompleta o parcial provoca la producción de _____ a partir del crecimiento de la bacteria Nitrobacter. Esto, a su vez, reduce rápidamente el cloro libre y puede interferir con la medición del cloro libre.
   1. Nitrato
   2. Nitrito
   3. Amoníaco
   4. NDMA
8. En niveles muy altos, la NDMA puede ocasionar serios problemas de salud humana, como _______.
   1. Malformación del cerebro
   2. Trastornos gastrointestinales
   3. Enfermedad hepática
   4. Trastornos renales
9. _________ es la concentración total de cloro en el agua, incluyendo el cloro combinado y el cloro libre disponible.
   1. Monocloramina
   2. Cloro residual
   3. Cloración de punto de interrupción
   4. Cloro total