Representa el agua el alimento ms importante para los seres vivos

EIP-2003 Cuarta sesión
Jorge Uzcátegui Nava
Curso 5
Polímeros en el tratamiento de aguas
Dr. Pedro Sasia
Director General Acideka
Bilbao, España
Se incluye la charla
Parámetros físico – químicos en la calidad del agua
que forma parte de dicho curso
Jorge Uzcátegui-Nava
Laboratorio Regional de Servicios Analíticos
Departamento de Química. Facultad de Ciencias.
Universidad de Los Andes.
Mérida – Venezuela.
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Jorge Uzcátegui Nava
Parámetros físico – químicos en la calidad del agua
Jorge Uzcátegui-Nava
Laboratorio Regional de Servicios Analíticos
Departamento de Química. Facultad de Ciencias.
Universidad de Los Andes.
Mérida – Venezuela.
Resumen :
El agua destinada al consumo humano que se produce en las plantas de tratamiento de aguas
instaladas en las grandes centros poblados del país, reciben en una gran proporción, aguas
naturales proveniente de ríos que, por sus condiciones naturales, arrastran una carga orgánica
dependientes de las características propias de cada región. Estas aguas son conducidas hacia
las plantas donde son tratadas química y bacteriológicamente para convertirlas en aguas
potables que reúnan las características deseables dictadas en el artículo 3, del capítulo II,
dedicado a la clasificación de las aguas, enmarcadas en las Normas para la Clasificación y el
Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos. Sin embargo, a
pesar, de que el agua que regularmente llega a nuestros hogares, cumple con los parámetros de
calidad organolépticos de color, sabor y olor, es muy probable que contenga un cierto número
de compuestos contaminantes, incoloros, inodoros y en algunos casos insípidos, producidos
algunos por los métodos de purificación y desinfección que se usan en las plantas, tales como
la coagulación - floculación y la cloración, y, otros que no son retenidos por los métodos de
sedimentación y filtración, tales como plaguicidas y herbicidas. En el proceso de cloración con
cloro gaseoso o con soluciones concentradas de hipoclorito de sodio o calcio, se generan
compuestos químicos tóxicos tales como los trihalometanos, cloraminas y diversos
organoclorados. Por otra parte, el tratamiento con sulfato o con policloruro de aluminio, para
eliminar color y turbidez podría producir la presencia de aluminio residual en concentraciones
tales que podrían atentar la salud de los consumidores.
Introducción
El agua en la vida :
Debido a los múltiples usos que tiene el agua desde el punto de vista doméstico, industrial, agropecuario,
recreación, pesca etc., no es difícil comprender que el agua representa el alimento más importante para los
seres vivos. El agua es imprescindible en la higiene del individuo y su habitat. Conforma
aproximadamente el 60 % en peso del cuerpo humano, encontrándose 1/3 de la misma extracelularmente y
los 2/3 restantes en el interior de la célula como agua libre, agua combinada o agua estructural.
En los seres vivientes, existe una verdadera corriente de agua que pasa a través del cuerpo y constituye el
medio imprescindible para que se puedan realizar reacciones organobiológicas, interviniendo en las
diversas etapas del metabolismo.
En particular, el metabolismo propio del agua como agente físico o físico – químico, está estrechamente
ligado al de las sales minerales, ya que la mineralización del agua de una determinada región, condiciona
la mineralización del organismo y la de los alimentos. El agua en los seres vivos ejerce varias misiones
fundamentales :
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1.
2.
3.
4.
Transporte de sustancias alimenticias a las células
Disolución directa de moléculas solubles en agua.
Disolución mediante disgregación química de macromoléculas (hidrólisis, etc.).
Elaboración, mediante síntesis, de los constituyentes de la materia viviente (formación de glucosa,
síntesis de proteínas).
5. Medio receptor para las reacciones metabólicas que aseguran la destrucción y reconstrucción
permanente de los tejidos de los seres vivos.
6. Regulador térmico.
En los tejidos humanos, el contenido de agua es aproximadamente el siguiente : Esqueleto 22 % ; Tejido
adiposo 30 % ; Hígado 70 % ; Tejido muscular 77 % ; Sangre 78 % ; Pulmones y riñones 80 % ; Tejido
nervioso 84 %.
Es decir el agua es absolutamente vital para la vida humana, en consecuencia, no podemos y no debemos
minimizar su importancia. Por lo tanto, es absolutamente necesario, hacernos la siguiente pregunta.
¿ Tiene el agua que consumimos diariamente, la calidad requerida para que pueda ser considerada apta
para el consumo humano ?. Para contestar esta pregunta debemos recurrir a nuestro percepción sensorial
en primera instancia y seguidamente a un grado de confianza y fe que puede superar nuestras propias
limitaciones de conocimiento.
Se hace imprescindible entonces, establecer criterios de calidad para definir las normas o requisitos que
deben satisfacer los diferentes tipos de agua para que sea apropiada para un uso determinado, por ejemplo,
las aguas destinadas a la recreación, consumo humano y riego deben reunir un conjunto de requisitos
específicos para cada caso particular.
En la práctica, la calidad de las aguas, en nuestro país, se determina en función del uso al que van
destinadas, según estipula el decreto Nº 883 mediante el cual se dictan las Normas para la Clasificación y
el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos, aparecido en la Gaceta
Oficial de la República de Venezuela Nº 5021 del lunes 18 de diciembre de 1995. El decreto en cuestión,
clasifica las aguas en :
Tipo 1
Aguas destinadas al uso doméstico e industrial que necesiten agua potable, siempre que ésta
forme parte de un producto o subproducto destinado al consumo humano o que entre en
contacto con él. Las aguas del Tipo 1 se desagregan en los Subtipos siguientes:
Subtipo 1A
Aguas que desde el punto de vista sanitario pueden ser acondicionadas con la sola
adición de desinfectantes.
Subtipo 1B
Aguas que pueden ser acondicionadas por medio de procesos de tratamientos
convencionales de coagulación, floculación, sedimentación, filtración y cloración.
Subtipo 1C
Aguas que pueden ser acondicionadas por proceso de potabilización no
convencionales.
Tipo 2 Aguas destinadas a usos agropecuarios. Las aguas del Tipo 2 se desagregan en los Subtipos
siguientes:
Subtipo 2A
Subtipo 2B
Aguas para riego de vegetales destinados a ser consumidos en crudo.
Aguas para el riego de cualquier otro tipo de cultivo y para fines pecuarios.
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Tipo 3
Aguas marinas o de medios costeros destinadas a la cría y explotación de moluscos consumidos
en crudo.
Tipo 4
Aguas destinadas a balnearios y deportes acuáticos, pesca deportiva, comercial y de
subsistencia. Las aguas del Tipo 4 se desagregan en los Subtipos siguientes:
Subtipo 4A
Subtipo 4B
Aguas para el contacto humano total.
Aguas para el contacto humano parcial.
Tipo 5
Aguas destinadas para usos industriales que no necesiten agua potable.
Tipo 6
Aguas destinadas a la navegación y a la generación de energía.
Tipo 7
Aguas destinadas al transporte, dispersión y desdoblamiento de poluentes sin que se produzca
interferencia con el medio ambiente adyacente.
Para cada tipo de aguas se establecen parámetros de calidad. Podemos agrupar estos parámetros de
acuerdo con criterios físico – químicos de la siguiente manera :
Parámetros de calidad física u organoléptica: Son cinco características físicas del agua que se deben
determinar : Turbiedad, Color, Sabor, Olor y Temperatura; se llaman físicas porque se pueden detectar
con los sentidos (vista, olfato, etc.), lo cual implica que tienen directa incidencia sobre las condiciones
estéticas.
Parámetros de calidad química: Considerando el agua como Solvente Universal se puede afirmar que
cualquiera de los elementos de la Tabla Periódica podría estar presente en el agua. Es por ello que se
eligen los principales elementos teniendo en cuenta su posible prevalencia en el agua y los efectos que
pueden tener sobre la salud, o el impacto que causan sobre los procesos de tratamiento. Aluminio,
Arsénico, Bario, Boro, Cadmio, Cobre, Cromo, Hierro, Litio, Manganeso, Mercurio, Molibdeno, Níquel,
Plata, Plomo, Selenio, Sodio, Vanadio y Zinc. Además de los metales, en las aguas podemos identificar
otros parámetros químicos como los que se mencionan a continuación : Alcalinidad, Durezas, Sulfatos,
Sulfitos, Sulfuros, Cloruros, Fosfatos, Nitrógeno Amoniacal, Nitratos, Nitritos, Fluoruros, Bromuros,
Detergentes, Grasas y Aceites, Cianuro, pH, Oxígeno Disuelto, DBO, DQO, Plaguicidas Organoclorados,
Organofosforados y Carbamatos, Sustancias Húmicas y Fúlvicas, etc.
Parámetros de calidad bacteriológica: Las características biológicas y microbiológicas de las aguas
están muy relacionadas con la población de microorganismos acuáticos que alberga y que afectan de un
modo muy importante su calidad. Algunos de estos microorganismos pueden dañar la salud humana,
dando lugar a las denominadas enfermedades hídricas, de una incidencia especialmente grave en los
países en vías de desarrollo. Los microorganismos más numerosos que pueden albergar las diferentes
masas de aguas existentes en nuestro planeta son : bacterias, cianofíceas, hongos, algas y virus.
Calidad físico – química del agua natural: El agua dulce natural, no es un medio estable y su
composición varía mucho de un sitio a otro del planeta. Los elementos del suelo que se disuelven en ella a
lo largo de su trayecto y las gotas de agua de lluvia influyen en este cambio. A lo largo de su camino hasta
el mar, el agua puede correr por un río con diferentes calidades de suelo, pero también puede infiltrarse en
el subsuelo -donde se mineraliza con los componentes de éste-, puede quedarse "estancada" en las
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reservas freáticas (subterráneas), correr por ríos subterráneos -donde serán bombeadas en pozos- o salir a
la superficie con fuentes y manantiales naturales. Es decir, el agua natural tiene diferentes calidades según
sea su origen, ya que depende del suelo por donde ha pasado. Por lo tanto, existen aguas de poca
mineralización y otras muy mineralizadas.
El agua pura no se encuentra en forma natural porque está normalmente contaminada por el aire y el
suelo. Las impurezas pueden ser orgánicas y/o inorgánicas ya sea disueltas, o en forma de material
particulado. Estas impurezas pueden provenir de la degradación biológica de sustancias orgánicas que
producen ácidos grasos, carbohidratos, aminoácidos e hidrocarburos; de sustancias inorgánicas como
metales tóxicos, material particulado como arcillas y sedimentos y de microorganismos como bacterias,
virus y protozoos. Los contaminantes químicos corrientes son metales pesados como hierro, manganeso,
plomo, mercurio, arsénico, cobre, cinc, compuestos nitrogenados tales como amoníaco, nitrito y nitrato,
carbonato o bicarbonato de calcio y magnesio, aniones como cloruro, fluoruro, sulfato y silicatos y las
mencionadas, sustancias orgánicas. Aparte de estas sustancias, existen otros contaminantes de carácter
antropogénico tales como plaguicidas, herbicidas, cianuros, fenoles, cromo y detergentes. Los
contaminantes biológicos del agua y sus efectos se dan en la siguiente tabla:
Microorganismo
Nombre
Enfermedad
Bacteria
Salmonella tiphi
tifus
Bacteria
Vibrio cholerae
cólera
Bacteria
Shigellas
disentería
Bacteria
Grupo de salmonella
gastroenteritis
Virus
-
hepatitis
Ameba
Entamoeba hystolica
disentería amébica
Lombriz
Taenia saginata
triquinosis
No es extraño entonces que, las aguas naturales, en las que se encuentran sustancias disueltas y sustancias
suspendidas, presentan una tonalidad variable, que depende de la concentración de esas sustancias.
Algunas veces las aguas poseen colores característicos, según puedan tener en suspensión o disueltas,
sustancias que le comuniquen determinado color. Las causas que pueden influir para comunicarle un
determinado color al agua son variadísimas. Se cree, con respecto a la materia colorante del agua, que es
una mezcla compleja de un cierto número de compuestos orgánicos en forma colidal y que la mayoría de
estos compuestos, tiene carga eléctrica.
El olor que presenta el agua, si alguno, puede ser debido a la presencia de compuestos orgánicos (fenol,
polifenoles, cloro, etc.), materias orgánicas en descomposición o a ciertos organismos. Olores muy
desagradables, pueden ser causados por esencias liberadas en pequeñísimas cantidades por los organismos
vivos (algas, hongos, etc.). Algunos malos olores se desarrollan como consecuencia del tratamiento de
depuración de las aguas (empleo de cloro y sus derivados). La perceptibilidad del olor, varía mucho de
unas sustancias a otras, dependiendo de la naturaleza de éstas y de la persona que lo perciba. La unidad
olfativa es el número de moléculas por cm3, que el olfato humano puede detectar.
Calidad físico – química del agua potable :
El objetivo para obtener un agua limpia y sana, potable, de un agua natural, es remover los sólidos
suspendidos, aglomerar y decantar los coloides y desinfectarla de organismos patógenos El agua para
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beber debe cumplir con una serie de requisitos de calidad física, química y biológica. Desde el punto de
vista físico el agua debe ser traslúcida o transparente a todas las radiaciones del espectro visible, con una
turbiedad y color mínimo, inodora e insípida.
Los requisitos de calidad química implican que el agua potable no debe contener los elementos o
compuestos en concentraciones totales mayores que las indicadas en las legislaciones que impone cada
país en un todo de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Para asegurar la salud de la población, al agua potable se le exige que no contenga microorganismos
patógenos. Es decir, el agua de consumo humano deberá ser salubre y limpia, es decir, no contendrá
ningún tipo de microorganismo, parásito o sustancia, en una cantidad o concentración que pueda suponer
un riesgo para la salud humana.
Como no es práctico examinar todos los microorganismos patógenos, se recurre a examinar bacterias del
grupo coliforme, indicativa de la contaminación de animales y de la bacteria Escherichia coli, indicativa
de contaminación fecal.
Sin embargo, a pesar del tratamiento, generalmente, no se consigue la total eliminación de los
contaminantes, apareciendo entonces diversos problemas como olores, sabores, formación de
subproductos de la desinfección y formación en la red de distribución del biofilm por colonización
bacteriana.
Procesos de purificación de las aguas naturales.
Una parte importante del tratamiento de las aguas, es la eliminación de diferentes sustancias sólidas que se
puede encontrar en ella en suspensión. Estas podrían dar lugar a variados inconvenientes en caso de no ser
correctamente eliminadas del agua, entre ellos a la pérdida de calidad del agua potable o incumplimiento
de normativas de potabilización o depuración. Una forma de abordar el problema, es la de someter al agua
a procesos de coagulación – floculación, habida cuenta de la inercia de muchas partículas en suspensión a
experimentar fenómenos de decantación natural debido a su pequeña masa. Para eliminar al agua
turbiedad y por lo tanto también color, en todas las plantas de tratamiento de agua (potabilizadoras), se
usan sustancias químicas con propiedades coagulantes, que generan asociaciones coliode – coagulante o
flóculos capaces de decantar en un corto tiempo. Entre estas sustancias químicas se encuentra el sulfato
de aluminio.
La adición de sales coagulantes como sulfato de aluminio, sulfato férrico o cloruro férrico, produce
cationes poliméricos tales como [Al13O4(OH)24]7+ y [Fe3(OH)4]5+ cuyas cargas positivas neutralizan las
cargas negativas de los coloides, permitiendo que las partículas se unan formando aglomerados pequeños
denominados flóculos.
Usando sulfato de alúmina como coagulante, podemos expresar la reacción de ionización en el agua así :
+3
2 Al
Al2(SO4)3
+
-2
3SO4
Al reaccionar los iones Al+++ con los iones hidróxilo, consecuencia de la alcalinidad del agua
(bicarbonatos) o por la cal apagada o sosa añadidas si era insuficiente, se formará hidróxido de aluminio:
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Al2(SO4)3
+
3Ca(HCO3)2
2 Al(OH)3
+
3CaSO4
Al2(SO4)3
+
3Ca(OH)2
2 Al(OH)3
+
3CaSO4
Al2(SO4)3
+
3 Na2CO3
+
3 H2O
2 Al(OH)3
+
+
6 CO2
3 Na2SO4
+
3CO2
Para cada tipo de agua hay un pH óptimo de coagulación en el que la precipitación de hidróxido de
aluminio es máxima. Las anteriores reacciones son reversibles, y, por otra parte, si la dosis de álcali
utilizado es insuficiente o excesiva, puede dar lugar a la formación de sales básicas o ácidas de aluminio
(aluminatos) bastante complejas y, además, son solubles, motivo este por el cual el agua filtrada puede
contener indicios de aluminio, mientras que el hidróxido de aluminio formado a un pH determinado no es
soluble, por lo que difícilmente pasará a través del filtro en la fase de filtración, subsiguiente a la
coagulación, floculación y sedimentación. En los últimos años se ha prestado una mayor atención en la
relación teórica entre la exposición del aluminio y la incidencia de la enfermedad de Alzheimer. Las
evidencias corrientes no implican al aluminio como la primera causa de esta enfermedad. Hay sin
embargo, un debate en la comunidad científica sobre si el aluminio participa activamente en la progresión
de la enfermedad. Gran cantidad de estudios epidemiológicos han reportado un incremento incidente de la
enfermedad de Alzheimer en comunidades donde el agua potable es alta en aluminio.
El agua cruda que en un 85% es de origen superficial, se libera de piedras y otros materiales, para luego
pasar a estanques desarenadores. El agua así tratada se conduce a la planta de coagulación y floculación
donde el movimiento lento de ella ayuda a la formación de flóculos. El proceso de coagulaciónfloculación se repite por lo que luego de una segunda decantación , el agua se hace pasar por debajo de
estaques, donde hay capas de arena y carbón. Finalmente se somete a desinfección. El principal
desinfectante que se emplea es el cloro. La disolución de este gas en agua a 25°C y 1 atmósfera de
presión es aproximadamente 7g/L. Cuando el cloro se disuelve en agua, reacciona con ésta para formar
ácido hipocloroso (HOCl):
Cl 2
+
H2 O
HOCl
+
H
+
+
Cl
-
A su vez el ácido hipocloroso se disocia parcialmente :
HO Cl
H
+
+
ClO
-
De todas estas especies que se generan por reacción con agua, sólo el ClO- y HOCl son bactericidas, por
lo que para cualquier tratamiento de desinfección es preciso operar a un pH que permita la máxima
concentración de estas especies. El agua desinfectada se filtra y debe quedar al menos con 0,2 mg/L (ppm)
de cloro residual para prevenirla de contaminación biológica en el camino de la planta al consumidor.
Reacciones del cloro con el agua.
Al agregar el cloro al agua, lo primero que ocurre es una hidrólisis, luego se combina con el amoníaco
presente y con la materia orgánica, así como con ciertas sustancias químicas para producir una gran
diversidad de compuestos, entre los cuales se encuentran algunos que tienen propiedades desinfectantes y
otros son compuestos organoclorados indeseables. Básicamente podemos agrupar estas reacciones en dos
grandes tipos :
1.- Las de hidrólisis, en las que el cloro reacciona con el agua, produciendo ácido hipocloroso(HClO) e
ión hipoclorito (-OCl). A estos compuestos se les llama cloro libre o residual.
2.- Las de oxido – reducción, en las que el cloro se combina :
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a) con el nitrógeno amoniacal para producir cloraminas (monocloroaminas NH2Cl y dicloroamina
NHCl2, a las cuales se les llama cloro combinado utilizable). También se puede producir tricloruro
de nitrógeno NCl3.
b) Con los aminoácidos, materiales proteínicos y orgánicos y sustancias químicas (Fe+2, Mn+2, NO2-,
H2S), con los cuales produce distintos compuestos clorados que forman el cloro combinado no
utilizable o demanda.
Cada uno de los compuestos producidos por las reacciones del cloro con el agua tienen diferentes
propiedades. Algunos son desinfectantes muy activos como el HOCl, otros muy ineficientes como el
NH2Cl y otros carecen de todo poder desinfectante, como son los cloruros inorgánicos producidos por la
demanda.
Reacciones hidrolíticas.
El cloro libre o residual se forma en las etapas de hidrólisis del cloro gaseoso para formar ácido
hipocloroso (HOCl) y en la etapa de disociación de este para formar hipoclorito
(–OCl). La proporción
en que existe uno y otro depende directamente del pH y tiene mucha importancia por cuanto el HOCl es
un bactericida poderoso, mientras que el –OCl es un bactericida muy pobre.
Para lograr la desinfección de las aguas se dosifican niveles conocidos de cloro activo, en cualquiera de
sus diferentes formas, lo cual decrece luego de un período de contacto. Cabe anotarse que para producir el
efecto desinfectante, el cloro dosificado sólo debe ser consumido parcialmente. Es decir, luego del período
de contacto debe mantenerse un nivel adecuado de cloro residual. A esta variación, entre el nivel de cloro
teórico alcanzado luego de la dosificación y el nivel de cloro residual, se le denomina "demanda de cloro",
y se debe a la gran variedad de reacciones entre el cloro activo y los compuestos presentes en el agua y
también en algunas circunstancias a su propia descomposición.
Reacciones de oxidación – reducción.
Siendo el cloro un fuerte oxidante puede reaccionar con muchas de las sustancias orgánicas e inorgánicas
presentes en el agua y en especial con los compuestos nitrogenados. El cloro reacciona con el nitrógeno
amoniacal para formar cloraminas. Las que más frecuentemente aparecen son la monocloramina (NH2Cl)
y la dicloroamina (NHCl2). Ambas tiene un poder bactericida varias veces menor que el del ácido
hipocloroso, pero en cambio son mucho más estables y por consiguiente su efecto dura más tiempo en el
agua. En ciertas condiciones puede aparecer tricloruro de nitrógeno o tricloramina (NCl3). Las cloraminas
son tóxicas para los peces y son perjudiciales para los pacientes de diálisis. Por estas razones, en los En
Estados Unidos de Norte América se ha fijado una concentración máxima de 2,5 mg/L de cloraminas en
aguas potabilizadas. El cloro activo cuando reacciona con el amonio genera eventualmente una variedad
de productos libres de cloro que contienen nitrógeno (Cuadro 1).
CUADRO Nº 1. Otros posibles productos de reacción de amonio con cloro.
NOMBRE
FÓRMULA
Hidracina
N2H4
Hidroxilamina
NH2OH
Nitrógeno
N2
Öxido nitroso
N2O
Öxido nítrico
NO
Nitrito
NO2Tetraóxido de dinitrógeno
N2O4
Nitrato
NO3-
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Los mecanismos de reacción son complejos y los productos varían según las condiciones de pH,
concentración del Cl2, nivel de amonio y tiempo de contacto. Puede resumirse como un proceso por pasos:
NH3 (a c)
NH2 Cl
NHCl2
+
HOCl
NH2 Cl
+
H2 O
+
HOCl
HOCl
NHCl2
NCl3
+
H2 O
H2 O
+
+
la formación de los productos finales de oxidación dados en el cuadro 1 dependen del pH, de la
temperatura y de la relación cantidad de cloro/cantidad de nitrógeno amoniacal presente.
Reacciones del cloro activo con compuestos inorgánicos.
Las reacciones con los compuestos inorgánicos son más simples. Se citan como ejemplos los siguientes.
Con el ácido sulfhídrico es como sigue :
H2 S
4 Cl 2
+
+
4 H2 O
H2 SO4
8 HCl
+
La reacción con el hierro se puede expresar de la siguiente manera :
2 Fe(HCO3 ) 2
+
Cl2
+
Ca(HCO3 ) 2
2 Fe(OH)3
CaCl2
+
6 CO2
+
La reacción con el manganeso es como se describe a continuación :
MnSO4
+
Cl2
+
4 NaOH
MnO2
+
2 NaCl
+
Na2 SO4
+
2 H2 O
Reacciones producidas con compuestos orgánicos.
Son las que se consideran de mayor interés en el proceso de desinfección de aguas. El cloro reacciona con
el nitrógeno orgánico y con ciertas sustancias químicas perdiendo su poder oxidante para producir
cloruros, ácido clorhídrico, óxidos de nitrógeno, cloro – orgánicos y una variedad de compuestos más, aún
no bien identificados, lo que constituye la demanda.
Las aguas superficiales tiene un alto contenido de materia orgánica. Esta tiene una enorme variedad de
estructuras químicas que depende del origen de la misma. Una clase de estos compuestos contienen
nitrógeno orgánico en su estructura formado básicamente por proteínas, peptonas y aminoácidos.
La reacción del cloro con las proteínas es lenta. La reacción con los aminoácidos puede expresarse de la
siguiente manera :
RCH
NH2
+
RCH
HOCl
NHCl
+
H2 O
COOH
COOH
Algunos de los aminoácidos resisten la oxidación por el cloro y quedan como aminoácidos clorados, los
cuales además de tener mal olor se teme que puedan ser tóxicos para los peces y para el ser humano.
Aminoácidos tales como la glicina y la cisteína son atacados por el HOCl, con oxidación del carbono más
que del nitrógeno
Adicionalmente, las aguas naturales contienen proporciones variables de cierto tipo de compuestos
orgánicos. Por ejemplo, se espera encontrar carbohidratos y ácidos grasos, a diferentes niveles de
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biodegradación y otras materias de origen vegetal y animal; aceites y grasas, insecticidas, plaguicidas,
herbicidas, surfactantes y otros residuos sintéticos.
Estos compuestos orgánicos tienen estructuras alifáticas y aromáticas, y contienen oxígeno, y nitrógeno.
En general, la estructura fenólica y los compuestos alifáticos no saturados son bastante comunes. Por
ejemplo, los derivados de la lignina, los ácidos húmicos y fúlvicos, los ácidos grasos no saturados, etc.
Los ácidos húmicos y fúlvicos, que se encuentran en el agua de algunos lugares, son producto de la
degradación de materia vegetal, la cual en la mayoría de los casos, le confiere color al agua.
Con respecto a los clorofenoles, no se conoce si su consumo en el agua de bebida tiene efectos adversos
en la salud humana. Sin embargo, en pruebas de laboratorio con ratas y conejos, se ha concluido que
producen un daño significativo en los riñones y cambios histológicos.
La reacción con los fenoles es la siguiente :
OH
+
HOCl
HO
Cl
Los clorofenoles le imparten un sabor muy desagradable al agua. La cloración puede ser extensiva, es
decir, puede encontrarse la serie de fenoles clorados hasta pentaclorofenol. La actividad de cada anillo
depende del tipo de compuesto de origen, cabe anotar el fuerte olor que presentan estos compuestos. Es
posible que con una cloración intensiva y a concentraciones más elevadas se produzcan compuestos
orgánicos clorados de menor peso molecular.
Efectos tóxicos de los sub - productos de la cloración.
Aparentemente, la existencia de riesgo en el consumo de agua clorada radica en la toxicidad indirecta de
sus subproductos. Durante la cloración, se produce una serie de subproductos debido a la reacción del
cloro con la materia orgánica presente (demanda de cloro). Otros compuestos proceden de la degradación
de material animal. Los compuestos organoclorados son típicamente tóxicos y a menudo cancerígenos
para el ser humano como para otros organismos. El cloro también puede reaccionar con otra serie de
compuestos orgánicos para formar un sinnúmero de subproductos de la cloración (SPC), algunos de los
cuales se han identificado como cancerígenos, mutagénicos, teratógenos o tóxicos. Algunos compuestos
clorados típicos que podrían formarse durante el proceso de cloración de las aguas se detallan a
continuación : Benzaldehido, Benzilcianida, Bromoetano, Bromobutano, Bromocloroacetonitrilo
Bromocloroiodometano, Bromocloropropano, (4 isómeros), Bromopentacloroetano, Bromo propano,
Bromotricloroetileno, Tetracloruro de carbono, Cloral, Clorobutano, Dibromoacetonitrilo, Acido dicloro
acético, Dicloroacetonitrilo, Diclorodibromometano, 1,2 – dicloroetano, Diclorofenol, Dicloropropano,
Hexacloroetano, Hexacloropentadieno, p- hidroxibenzilcianida, Iodoetano, Metil bromo dicloro acetato,
1,1,1 - tricloro acetonitrilo, Tricloro fenol..
De esos productos de la cloración (SPC) deben destacarse los compuestos halogenados o haloformos, que
se producen al reaccionar los halógenos : cloro, bromo y yodo con la molécula de metano (CH4). En la
actualidad los haloformos reciben el nombre de trihalometanos (THMs) y su significación se debe a sus
posibles efectos cancerígenos. La tabla siguiente presenta la fórmula de 10 de dichos compuestos los
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cuales han adquirido gran importancia desde que el químico Rook en 1974 descubrió se presencia en ríos
de Holanda.
Trihalometanos que se pueden formar en la cloración del agua.
TRIHALOMETANO
Cloroformo
Bromodiclorometano
Dibromoclorometano
Tribromometano (Bromoformo)
Dicloroyodometano
Bromocloroyodometano
Clorodiyodometano
Dibromoyodometano
Bromodiyodometano
Triyodometano (Yodoformo)
FÓRMULA
CHCl3
CHBrCl2
CHBr2Cl
CHBr3
CHCl2I
CHClBrI
CHClI2
CHBr2I
CHBrI2
CHI3
Los más comunes en las aguas potables son : cloroformo, bromoformo, brmodiclorometano, y el
dibromoclorometano. En la práctica los THMs se producen por la reacción del cloro con los
siguientes elementos orgánicos :
Plantas : Ácidos fúlvicos y húmicos productores de color, productos de degradación de la
materia orgánica (resorcinol, ácido vanílico, ácido siríngico), pigmentos de
plantas (clorofila, floroacetofenona, etc.)
Algas : Biomasa de algas, aminoácidos y pirimidinas (triptofanos)
Hombre : Desechos industriales (fenoles), plaguicidas.
A los anteriores compuestos se los llaman precursores, de forma que la reacción se establece de la
siguiente manera:
HOCl
+
precursores
THMs
Obsérvese que es el cloro libre el que reacciona con los precursores. De manera que cuando en el agua
existe suficiente amoniaco para reaccionar con el cloro lo que se producen son cloroaminas, la
concentración de THMs generados es muy baja o inexistente.
Por otra parte debe tenerse en cuenta que:
a) La velocidad de la reacción del HClO con los precursores es lenta y por lo general demora varias
horas. De aquí que la concentración de THMs aumenta con el tiempo.
b) El incremento de la temperatura acelera la reacción, y por tanto la producción de THMs.
c) A mayor pH la formación de THMs se hace más rápidamente y es más alta.
d) Entre más grande sea la concentración de ácidos húmicos mayor es la producción de THMs.
Los efectos tóxicos de los trihalometanos (THMs) se manifiestan como depresores del sistema nervioso
central y afectan las funciones del hígado y los riñones. Altos niveles de trihalometanos (THMs) pueden
aumentar riesgos de parto prematuro durante el primer trimestre de embarazo.
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Los THMs mas predominantes son el clorofomo y el bromodicloroetano; con frecuencia también se
encuentran el dibromoclorometano y el bromoformo. La concentración de los THMs depende de la
presencia de los precursores (compuestos activos que pueden reaccionar con el cloro), así como de la
dosis de cloro y el tiempo de contacto, la temperatura del agua y el pH. En estudios efectuados en
animales, se ha descubierto que el cloroformo en altas dosis es cancerígeno y que los otros THMs
(pruebas en bacterias) son mutagénicos. Debido al posible efecto perjudicial que algunos subproductos de
la cloración (en especial los trihalometanos) pueden acarrear a la población, los métodos de aplicación del
cloro se determinan hoy en día, no sólo teniendo en cuenta la mayor efectividad en la destrucción de
organismos patógenos, sino la menor producción de órgano – clorados y trihalometanos potencialmente
peligrosos.
La Agencia para la Protección del Ambiente de los Estados Unidos ha fijado para ellos un límite máximo
permisible de 0.08 mg/l (ppm) para los THMs y 0.06 mg/l (ppm) para los productos organoclorados en el
agua de consumo humano. Esta norma, si bien discutible y discutida, implica tomar una serie de
precauciones durante la cloración.
Los trihalometanos pueden ser clasificados de diferentes maneras así:
•
•
•
THMIs instantáneos que son los que se producen tan pronto como se agrega el cloro al
agua.
THMTs terminales que son los que se determinan en la red de distribución después de un
tiempo t en que se han desarrollado completamente.
PFTHMs o potencial de formación de trihalometanos que es el incremento que sufren los
THMs durante el almacenamiento y se calculan restando de los THMTs los THMIs
instantáneos.
Debido la posible presencia de los contaminantes descritos en el agua destinada la consumo humano, se
hace necesario fijar parámetros y valores máximos tolerables de los mismos, dentro de nuestra legislación
a cumplir en el punto donde se pone el agua de consumo humano a disposición del consumidor. Estos
valores se deben basar principalmente en las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud,
aunque en su mayoría, y por motivos de salud pública, deben ser más estrictos por aplicarse el principio de
precaución. La medición de la Calidad del Agua no basta con el Criterio Bacteriológico, es básico e
indispensable el análisis Físico y Químico que se le realiza a tan prestigiado líquido. Los Parámetros
Fisicoquímicos mediante los cuales se califican la Calidad del Agua deben ser precisos, válidos y
representativos. El riesgo para la Salud, provocado por las Sustancias Químicas que pueden existir en el
agua potable, es distinto al que causan los contaminantes microbiológicos, los problemas relacionados con
los componentes químicos surgen fundamentalmente por la posibilidad de que esas sustancias, después de
períodos prolongados de exposición ocasionan problemas para la salud.
Referencias
1. WHITE, G. Current chlorínatíon and dechlorination practices in the treatment of potable water,
wastewater and cooling water. Water chlorination, environmental impact and health effects. Robert L.
Jolley Ed., Ann Arbor Science Publishers Inc., Am Arbor Mich.Vo1, p. 1-18, 1975.
2. MURRAY, G.E., TOBIN, R.S., JUNKINS, B., y KUSHNER, D.J. Effect of
chlorinatíon on antibiotic resistence profiles of sewagerelated bactería. Applied and
environmental microbiology. p. 21-35, 1984.
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Jorge Uzcátegui Nava
3. GALVÍN, R. Química, Microbiología, Tratamiento y Control Analítico de aguas. Una Introducción al
Tema. Universidad de Córdoba, 1995.
4. VALENCIA, J. Teoría y Práctica de la Purificación del Agua. Tomo 1, Tercera Edición, Mc Graw Hill
– Acodal, 2000.
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