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on July 22, 2009

La cloración de agua: factores de desinfección adecuada

El pH es el que tiene mayor influencia sobre la actividad biocida del cloro en la solución

De todas las fases del proceso de tratamiento del agua, la desinfección es la más sencilla y la que presenta resultados más rápidos. El tratamiento completo del agua deberá incluir el proceso de eliminación de los sólidos en suspensión, que causan el color y turbidez del agua, llamados materia orgánica, la filtración, la posible eliminación de metales que interfieren, tales como el hierro y manganeso, y en algunos casos más complejos, la necesidad de eliminación de la dureza, o sea, sales disueltas en el agua. Por eso, la desinfección es fundamental en todo proceso.

En muchos casos, no existe la estructura para desarrollar todas las fases anteriores a la desinfección, sin embargo, aún así es posible adecuar sistemas de desinfección de agua de forma muy sencilla. 

El cloro en una solución acuosa, incluso en cantidades pequeñas, presenta una rápida acción biocida. Aún no se han aclarado del todo los mecanismos, a pesar de que se ha hecho mucha investigación en este tema.

La eficiencia desinfectante del cloro crece con el aumento del pH, aunque también es cierto lo contrario. Paralelamente a eso, la concentración del ácido hipocloroso también aumenta con la elevación del pH. Esto indica que el HOCl tiene una acción biocida mucho más fuerte que el OCl-. El hecho de que el OCl- contenga iones de cloro activo podría considerarse que tiene poder biocida. 

Con un consagrado historial de aplicación, los compuestos clorados acumulan innumerables pruebas de laboratorio y de campo, con el objetivo de evaluar su eficiencia; la mayoría de estas pruebas son relativas al hipoclorito, pero con extensión a todos los compuestos de cloro activo. El poder biocida del cloro depende mucho de su no disociación en solución acuosa que está directamente relacionada al pH. 

Mientras tanto, junto con el pH, hay otros factores diversos, que solos o en combinación, van a determinar la acción biocida del cloro. La plena comprensión de estos factores y su correcta manipulación permitirán la utilización correcta de los compuestos clorados y en consecuencia, la obtención del resultado esperado. 

Efecto del pH

El pH es el que tiene mayor influencia sobre la actividad biocida del cloro en la solución. Un aumento en el pH diminuye sustancialmente la actividad biocida del cloro, y una disminución del pH aumenta esa actividad en la misma proporción. Los trabajos presentados por Rideal et al. (1921) y Johns (1934) mostraron esta dependencia del pH en la formación del ácido hipocloroso y por consiguiente, en la eficacia del cloro. Charlton et al. (1937), con Bacilus metiens e hipoclorito de calcio, mostraron que 100 ppm disponibles de cloro a pH 8.2 presentan el mismo resultado en la eliminación de las esporas que una solución con pH 11.3 y 1000 ppm, lo que así se comprueba la interferencia del efecto del pH. Más tarde, Rudolph et al. (1941) demostraron el efecto del pH en solución de 25 ppm de cloro disponible para reducir 99% de las esporas de B. metiens

Los autores, dados los notorios cambios en el tiempo de acción biocida, concluyeron que la concentración del HOCL está íntimamente relacionada con la velocidad de acción del hipoclorito en solución, en el que el pH es un factor decisivo en el proceso sanitizante. 

A un pH menor de 6.5 la presencia de HClO es del 100% y por lo tanto, es un punto en el cual el sanitizante logra su máxima eficiencia. 

Mercer (1957), con esporas de B. macerans, mostró que una solución de 15 ppm de hipoclorito tendría un efecto del 99% de reducción de los microorganismos en 8.5 minutos a pH 6, y que serían necesarios aproximadamente 42 minutos para el mismo efecto a un pH 8. Tampoco encontró ninguna diferencia significativa en la actividad biocida con cloro gaseoso, hipoclorito de sodio e hipoclorito de calcio. 

Friberg et al. (1956), en su trabajo con bacterias y virus, concluyeron que el efecto virucida del cloro libre disponible se ve afectado por el pH de la misma manera que en la acción biocida. 

Eficiencia de la desinfección con base en la presencia de HClO

pH

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

Eficiencia

100%

100%

100%

99%

97%

95%

92%

85%

18%

6%

Medio

Ácido

Neutro

Alcalino

 

Efecto de la concentración

Sería lógico suponer que un aumento en la concentración de cloro disponible en una solución traería un aumento correspondiente en la actividad biocida. Esta suposición puede ser verdad, mientras que otros factores, tales como el pH, la temperatura y el contenido de materia orgánica se mantengan constantes.

Mallman et al. (1932), en sus experimentos con Staphylococcus aureus, con un pH 9 constante, mostraron que al aumentar el cloro disponible en soluciones de 0.3, 0.6, 1.2 a 2.0 ppm, se redujo el tiempo o aumentó el índice biocida. Con 2 ppm disponibles de cloro, el tiempo de inactivación total fue de 5 minutos, mientras que con 1.2 ppm el tiempo fue de 10 minutos, y con 0.3 incluso en 30 minutos, no hubo inactivación completa.

Rudolph et al. (1941) probaron soluciones de hipoclorito en concentraciones de 25, 100 y 500 ppm de cloro disponible a un pH 10 y a una temperatura de 20°C, mantenidos constantes. Se deseaba encontrar el tiempo necesario para eliminar 99.9% de las esporas de las esporas resistentes de Bacillus metiens.  Fue necesario: 31 min. con 500 ppm, 63.5 min. con 100 ppm, y 121 min. con 25 ppm de cloro libre disponible.

Concluyeron que un aumento cuádruple de la concentración de cloro en solución iba a resultar en una reducción del 50% en el tiempo de acción y en un aumento del 30% de la reducción (véase también Weber et al., 1944).

Efecto del tiempo de contacto

Muchos todavía ignoran la importancia del tiempo de contacto para el efecto biocida del cloro. El cloro no tiene acción instantánea. Es como un antibiótico: necesita tiempo para actuar. Obviamente, el pH, la concentración y la temperatura pueden disminuir el tiempo de contacto. Todavía hoy en día se montan muchos sistemas sin considerar este aspecto. El cloro se adiciona al agua e inmediatamente esta agua se destina al consumo.

En este caso, el usuario puede estar ingiriendo agua con cloro y microorganismos perjudiciales a la salud.

Otros factores  

El efecto de la temperatura fue demostrado por Costigan (1936) sobre Micobacterium tuberculosis, con 50 ppm de cloro disponible en solución de cloro hipoclorito, con un pH de 8.35; la eliminación total de los microorganismos aconteció en 30 segundos, a 60°C, en 60 segundos, a 55°C, y en 2.5 minutos, a 50°C. De acuerdo con la misma prueba y condiciones, 200 ppm disponibles de cloro en soluciones con pH 9 destruyeron al organismo en 60 segundos, a 50°C, y en 30 segundos, a 55° C.

Más tarde, Weber et al. (1944), en otros trabajos relacionados con soluciones de hipoclorito a 25 ppm de cloro disponible y un pH en tres diferentes niveles (10, 7, 5) con variaciones de la temperatura de 10°C, observaron una reducción del 50% al 60% en el tiempo de acción del cloro, aunque la caída de 10°C aumentó el tiempo necesario de exposición en cerca de 2.1 a 2.3 veces. Este trabajo también reveló que el valor del pH sólo tuvo una ligera influencia sobre el efecto de la temperatura.

La materia orgánica en presencia del agua consume el cloro disponible, lo que reduce su capacidad de actividad biocida, y se torna más evidente, especialmente en las soluciones con niveles bajos de cloro. Se informó que el hipoclorito es selectivo en el ataque a diversos tipos de materiales orgánicos. Parece haber una diferencia de opinión entre los diferentes investigadores sobre el asunto.

Si la materia orgánica contiene formas de amonio (NH), el cloro reacciona y forma cloraminas, lo cual mantiene algunas de sus formas biocidas activas, a pesar de que los niveles de cloro disponible se redujeran considerablemente. Esto explica algunos resultados cuestionables en la literatura en cuanto a la desaparición de esporas de ántrax en ausencia de cloro libre disponible (Tilley et al. 1930) o que la solución de hipoclorito a 130 ppm de cloro disponible elimine completamente la Salmonella pullorum en presencia de 5% de materia orgánica en forma de heces de pollo. Se han reportado resultados semejantes con Salmonella typhosa en heces humanas (McCulloch, 1945).

Interferencia de la dureza: Los compuestos que promueven la dureza del agua, tales como iones de Mg++ y Ca++ no presentan ningún efecto sobre la desaceleración de la acción biocida del cloro. Saqui (1948) evaluó una solución de 5 ppm disponibles de cloro y 0 y 400 ppm de dureza a 20°C. Tuvo éxito en los dos niveles de dureza, lo que indica que el aumento de la dureza de 0 y 400 ppm no tiene ninguna acción inhibidora sobre la actividad biocida del cloro.

Microorganismos resistentes al cloro

Varios tipos de bacterias, virus, hongos y algas presentan diferentes niveles de resistencia al cloro bajo diversas condiciones prácticas. Esta resistencia se puede compensar con el aumento de la concentración, a través de una disminución del pH, o por el aumento de la temperatura. Tonney et al. (1928 y 1930), en sus estudios con bacterias en forma vegetativa y esporulada, concluyeron que diversas cepas de cultivos muestran diferentes resistencias al cloro. Observaron que la forma vegetativa de las células es menos resistente al cloro que la forma esporulada, y que 0.15 a 0.25 ppm de cloro libre fue suficiente para destruir a la vegetativa en 30 segundos. Al ver que la E. coli es la bacteria más resistente en la forma vegetativa que los otros microorganismos, se seleccionó ésta como el organismo de prueba para determinar la eficacia de la desinfección con cloro. La forma esporulada de los organismos fue cerca de 10 a 1000 veces más resistentes al cloro que la forma vegetativa.

Heathman et al. (1936) observaron variaciones en la resistencia al cloro de cepas frescas aisladas de Salmonella typhosa y del grupo Coli aeróbica. Kabler et al. (1939) señalaron que las cepas de cultivos frescos y aisladas de S. typhosa son considerablemente más resistentes que aquellas que se cultivaron en medios artificiales por algún tiempo. Phillips (1952) y Odlang (1981) hicieron un estudio comparativo de la resistencia entre las formas esporuladas contra la forma vegetativa bacteriana. Notaron que la resistencia de las esporas se debe al cambio en la configuración molecular de las proteínas protegidas por el grupo sulfhídrico de enzimas esenciales, que en el caso de las formas vegetativas parecieran estar desprotegidas. Clarke et al. (1954, 1959) revelaron que algunos virus, que son más resistentes, necesitarían niveles de cloro considerablemente más elevados para inactivarlos.

Al trabajar con Aspergillus niger y Trichophyton rosaceum, Costigan (1931, 1941) mostró que las concentraciones elevadas de esporas son mucho más resistentes y que eran necesarias 135 a 500 ppm de cloro para inactivar una elevada masa de esporas en varios minutos. Palmer et al. (1955), al evaluar algicidas, constataron que diferentes especies de algas mostraron diferentes niveles de resistencia al Ca(OCL)2.

Consideraciones finales

El cloro ciertamente es el producto sanitizante que reúne las mejores características para aplicarse. Tiene un bajo costo, es mensurable, permanece en el agua como un residuo de seguridad, es activo contra las esporas, virus e incluso protozoarios, está al alcance de todos y su aplicación es sencilla y práctica. Sin embargo, el desconocimiento de las características de aplicación del producto puede inducir a errores y en consecuencia, obtener resultados no esperados con graves pérdidas.

Por lo tanto, la desinfección la deben hacer profesionales conocedores del tema y el hecho de que se adicione un desinfectante al agua nunca exime a los responsables de la supervisión física, química y microbiológica del proceso.

Para el mercado agroindustrial, cuyas aplicaciones requieren practicidad junto con seguridad y un resultado efectivo, la adopción de la desinfección inmediata como primera fase del tratamiento, siempre será  lo más recomendable, para prepararse, de ser necesario, para adecuaciones posteriores. En este caso, lo ideal es el uso de un producto sólido, con alta concentración de cloro y en forma de pastillas para una fácil aplicación.

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Un aumento en el pH del agua diminuye sustancialmente la actividad biocida del cloro. (Foto cortesía de Somai Nordeste, Brasil)
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