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                                                                                           CLORAMINAS

 

-Características y formación

-Evolución de las cloraminas en el tiempo y con el pH

-Poder oxidante y desinfectante de las cloraminas

-Ventajas y desventajas en su empleo

-Información toxicológica

-Conclusión

-Ficha de seguridad del amoníaco

                                                                                                             ________________________________________

Características y formación

Las cloraminas como desinfectante fueron identificadas en las primeras décadas del 1.900 al comprobarse que la desinfección con cloro tenía lugar en dos fases. En la fase inicial, el cloro al oxidar una serie de sustancias presentes en el agua, desaparece rápidamente y en una segunda fase, cuando en el agua hay presente amoníaco, la acción bactericida continua, a pesar de que el cloro libre hubiera desaparecido, debido precisamente a la acción de las cloraminas formadas.

 La combinación del amoníaco con el cloro en el proceso de tratamiento del agua conocida también como cloración con cloro combinado o cloraminación, tiene como primer objetivo aportar un desinfectante residual al agua, más persistente que el cloro libre, a la vez que evita ciertos sabores de algunos compuestos clorados. También puede añadirse a las cloraminas una función importante y es la de no formar, o al menos formar en menor grado, los conocidos subproductos de la desinfección. Al ser más estables que el cloro libre, resultan muy efectivas para controlar el recrecimiento bacteriano en la red y las corrosiones de la misma.

 En Estados Unidos, fueron bastante empleadas hasta 1.940 y a partir de entonces y como consecuencia de la escasez de amoníaco en la Segunda Guerra Mundial, decayó su empleo. En los últimos años, como consecuencia del conocimiento de los problemas que generaban los subproductos de la desinfección, ha vuelto a incrementarse el interés por las cloraminas.

La preocupación en las  ultimas décadas por los subproductos de la cloración, principalmente los trihalometanos y ácidos halohacéticos, en el agua tratada en los sistemas de distribución, ha hecho aumentar el interés por las cloraminas como desinfectante alternativo, al formar menos subproductos de desinfección.

Cuando el agua objeto de la cloración contiene amoníaco u otros compuestos amoniacales, se forman compuestos de adición llamados cloraminas. A continuación vamos a tratar de estos compuestos, ya que en muchos casos se incorpora en la práctica de la desinfección final ,amoníaco, para provocar expresamente la formación de cloraminas.  

Las reacciones de formación de las cloraminas son:

NH3 + ClOH     =   CINH2 + H2O  (monocloramina)

CINH2 + ClOH  =  Cl2NH + H2O  (dicloramina)

            Cl2NH + ClOH  =  Cl3N   + H2O   (tricloramina)  

La formación de una u otra cloramina, así como la velocidad de reacción, se ve regida por el pH del agua, la temperatura y la proporción de cloro y amoníaco.

La distribución de la monocloramina y dicloramina se ajusta a la siguiente ecuación de equilibrio: 

2 CINH2 + H+  =   CI2HN+NH4+  

En el gráfico de la fig. 1 (según Palín) se muestra la relación entre las diferentes especies de cloraminas en función del pH. A pH mayor de 7 y una relación molar de cloro/amoníaco igual a 1 o menor, predominará la formación de monocloramina, su tasa de formación es muy rápida (su rapidez será máxima a pH=8,3). La tasa de formación de la dicloramina es más baja, su máximo se alcanza a pH próximos a 4,5, a pH menor de 4, fundamentalmente, sólo habrá tricloruro de nitrógeno, por tanto, a los pH normales del tratamiento, próximos a 7-8, la principal cloramina que se encuentra presente es la monocloramina, mientras que la dicloramina no representará un porcentaje significativo en el total, a menos que la relación molar cloro/amoníaco sea mayor de 1 y menos aún la tricloramina.


                        Fig.1. Especies de cloraminas  en función del pH.

 

Conocido el caso de la cloración por el punto crítico o breakpoint y trasladando esta técnica al caso hipotético de un agua que sólo contenga amoníaco, todos los compuestos formados en la cloración serán cloraminas.

La presencia de tricloramina comunica al agua un mal sabor y usada para piscinas causa irritaciones en los ojos. Recordando lo que hemos expuesto en la cloración por el punto critico o breakpoint, podemos trasladarlo al caso hipotético de un agua que sólo contenga amoníaco y por tanto todos los compuestos de adición formados en la cloración serán cloraminas.

 Las reacciones de óxido-reducción del amoníaco y el cloro existen en el sentido de oxidación del amoníaco y reducción del cloro, cuando la relación molar de cloro a amoníaco es mayor de 1. Cuando esta relación está en proporción de 2:1, el proceso es prácticamente completo, desapareciendo tanto el amoníaco como el cloro oxidante. Este punto es conocido como punto de inflexión de estas reacciones y se corresponde al punto de breakpoint para la cloración de un agua natural o residual, como ya señalamos.

 

  Fig.-2

 

En la figura 2, se representa la gráfica teórica de estas reacciones y en ella vemos que entre los puntos A y B, la relación molar de cloro a amoníaco es menor de 1 y el cloro que ha reaccionado con el amoníaco pasa a formar casi totalmente monocloramina. Al pasar del punto B, las monocloraminas van pasando a dicloraminas hasta llegar al punto de inflexión, donde las cloraminas habrán sido destruidas (en este punto existirá una pequeña cantidad de cloro residual irreducible, formado por cantidades iguales de mono y dicloraminas con trazas de cloro libre (CIOH), cuando la relación molar cloro/amoníaco es 2 :1. A partir del punto de inflexión, el cloro está en forma de cloro residual libre y la monocloramina ha sido oxidada a nitrógeno gas, según la siguiente reacción: 

2 CINH2 + CIOH    =    N2 + 3 CIH + H2O  

La formación de cloraminas y la evolución del amoniaco, puede observarse claramente en el gráfico de la figura 3, donde partiendo de  una concentración determinada (en el gráfico 0,5 mg./l.), pasa completamente a monocloramina cuando la relación molar cloro/amoniaco es igual a 1 (aproximadamente 4/1 en peso). Si no se ha alcanzado esta relación, existirá amoniaco libre junto al combinado. Las cantidades de uno y otro para una dosis de cloro añadido vienen determinadas por la recta AB.

                                                                                                                    

                                              

                                                                                                Fig. 3

 

 Para la mayoría de las aguas superficiales, la representación gráfica que nos indica la evolución del cloro residual a medida que se va aplicando cloro, es diferente y menos acusada que la antes expuesta para un agua con solo amoníaco. 

En el gráfico de la siguiente figura 4, se representan las zonas de formación de las distintas cloraminas, expresando las concentraciones de cloro residual y cloro añadido en mg. por mg. de amonio.

   

        

 

                                     Fig. 4.- Zonas de formación de las cloraminas                                      

 

La monocloramina anhidra, es un liquido incoloro, soluble en agua, solidifica a –66ºC. Las características de la monocloramina desde el punto de vista del tratamiento del agua, se circunscriben a su solución acuosa. 

Las cloraminas empleadas en la cloraminación de las aguas generalmente se generan in situ. En el mercado existen cloraminas orgánicas preparadas, con un poder desinfectante del orden de la mitad del de la monocloramina y sólo se emplean para desinfección de aguas en situación de urgencia o de catástrofe, es el caso del producto conocido como cloramina B y cloramina T, que son compuestos orgánicos producidos por cloración de bencenosulfamida o para-toluenosulfonamida.                                                                                

                                         

 

         Cloramina B

 En la formación de cloraminas, mediante reacción del cloro y amoníaco, la relación óptima cloro/amoníaco más aceptada para la formación de monocloraminas, es 4/1 en peso, a su vez la monocloramina originará menos problemas de sabores y olores que la di y tricloramina que se formarán a más altas relaciones cloro/amoníaco o más bajos pH.     

La dicloramina a concentraciones del orden de 0,5 mg./l puede ocasionar problemas de sabores y olores. En el caso de la tricloramina, su presencia, aún a concentraciones tan bajas como 0,02 mg./l, comunica un olor irritante y junto con la dicloramina es la responsable del clásico “olor a interior de piscina”, ambas se desprenden del agua a una velocidad superior a la monocloramina, especialmente la tricloramina.

Aunque son pocos los estudios realizados para identificar los productos resultantes de la reacción de las cloraminas con las sustancias orgánicas e inorgánicas del agua, si se sabe que son  menos efectivas como desinfectante que el cloro libre y que los subproductos que se forman lo son en menos concentración.  

La capacidad bactericida de las cloraminas es atribuída al grado de hidrólisis de estas y también a la propia cloramina no hidrolizada. La pequeña constante de hidrólisis de las cloraminas sólo permite la formación de una pequeña cantidad de ácido hipocloroso, pero a medida que éste desaparece, la hidrólisis contínua de la cloramina proporciona más ácido hipocloroso. La hidrólisis viene representada por la reacción:

 ClNH2 + H2O Þ ClOH + NH3

 Se forma igualmente amoníaco, de manera que a medida que la cloramina se va degradando es mayor la concentración de amoníaco libre, que podrá ser utilizado como nutriente por determinadas bacterias y transformado en nitritos. En el hipotético caso de que toda la cloramina, en su hidrólisis, quedara finalmente como amoníaco, podría volver a reclorarse y formarse de nuevo cloraminas.

 Respecto al punto de aplicación del cloro y el amoníaco, suele ser indiferente, en principio sería aconsejable añadir primero el amoníaco cuando hay riesgos de que el cloro forme, con las sustancias orgánicas presentes en el agua, compuestos que comuniquen olores y sabores desagradables. No obstante, y dado que la mayor parte de los sistemas que emplean cloraminas como desinfectante secundario, previamente han empleado cloro para conseguir la oxidación y desinfección en la propia estación de tratamiento, ya es irrelevante el punto de adición del amoníaco respecto al de adición del cloro, el objetivo es conseguir que todo el cloro libre presente pase a cloro combinado al añadir amoníaco, procurando eso sí, una eficaz mezcla y minimizando así posteriormente la formación de subproductos. También habrá que tener presente que si ya en la red, un agua clorada se mezcla con agua cloraminada, la cloramina decrecerá y la monocloramina se transformará en dicloramina y tricloramina o tricloruro de nitrógeno, pudiéndose por tanto llegar a la desaparición total del cloro residual.

El amoniaco empleado en la mayoría de las instalaciones lo es en forma de gas anhidro (para grandes instalaciones) o en forma de solución amoniacal. El amoniaco gas es suministrado a las estaciones de tratamiento de agua en contenedores apropiados licuado bajo presión, siendo necesario el aporte de calor (evaporadores) para la extracción en forma gaseosa de forma similar al caso de la aplicación de cloro, y  empleando  igualmente equipos dosificadores similares. Finalmente el amoniaco gas dosificado por el equipo dosificador pasa a formar parte de una solución amoniacal. Es importante tener en cuenta que si en la preparación de la solución amoniacal se emplea un eyector, es conveniente que el agua que alimenta al eyector haya sido ablandada si la dureza es mayor de 30 mg/l. de CO3Ca, ya que el aumento de pH haría precipitar las distintas sales cálcicas obstruyendo el paso por el eyector y las conducciones, dificultandose la aplicación. En el caso de emplear directamente soluciones amoniacales, los sistemas de dosificación de esta solución acuosa, en general, son similares a los de  otros dosificadores de disoluciones químicas. En el esquema siguiente se muestra la representación de una instalación para preparación y dosificación de cloro y amoniaco, con equipo de ablandamiento.

Presentación de PowerPoint (de esquema de instalación de cloro y amoniaco)

En Estados Unidos, dadas las más restrictivas limitaciones para la formación de subproductos de desinfección, son muchas las instalaciones de tratamiento de agua que están volviendo a la desinfección con cloraminas. La propia USEPA sugiere el empleo de cloraminas para reducir los THMs totales, llegando a medirse reducciones entre el 40% y el 80% (los ácidos haloacéticos no son reducidos tan considerablemente). Ya en 1975 en EEUU se muestrearon 10 abastecimientos que usaban cloraminas y se estudiaron y determinaron las concentraciones de THMS, estas variaron de 1 a 81 mg/l con una media de 19mg/l, mientras que la concentración de las estaciones de tratamiento que usaban cloro libre (al breakpoint) varió entre 1 y 472 mg/l., con una media de 72 mg/l. 

Entre los grandes abastecimientos de Estados Unidos que convirtieron la desinfección secundaria con cloro libre a desinfección con cloraminas, destaca The Metropolitan Water Distric of Southern California que suministra aproximadamente a 15 millones de personas, adoptó la cloraminación en el año 1.985 y cada año y por un período de un mes, suspende la cloraminación y utiliza cloro libre residual (por encima del breakpoint) con objeto de eliminar los posible nitritos, bacterias nitrificantes y recrecimientos biológicos que puedan haber colonizado el sistema de distribución. 

Es en Estados Unidos donde mas extendido está el uso de cloraminas. Abastecimientos importantes como Dallas, Denver, St.Louis, Orleans, Indianapolis, Milwaukee, Miami, Portland, Philadelphia y otros muchos, emplean cloraminas desde hace años. 

En Europa no está muy extendido su empleo, siendo Madrid uno de los principales sistemas de abastecimiento que las utiliza como desinfectante secundario en la red, desde hace más de 30 años. 

 

Evolución de las cloraminas en el tiempo y con el pH

            Se ha indicado anteriormente que la velocidad de formación de la monocloramina es rápida y muy sensible al pH; en la siguiente tabla se muestra para una conversión al 99% de cloro en cloramina, los tiempos de reacción calculados a una temperatura de 25ºC y para una relación cloro /amoníaco 3/1 (White 1992) 

pH

 

Tiempo (sg)

 

2

4

7

8,3

12

 

421

147

0,2

0,07

33,2

 

 La temperatura como en los demás desinfectantes, hace corresponder una mayor eficacia de las cloraminas como desinfectante a mayor temperatura. En conjunto, la eficiencia disminuye al aumentar el pH y bajar la temperatura. En ensayos realizados para inactivación de E. Coli y poliovirus, por Wolfe, Delly y otros, se comprobó una inactivación 60 veces menor a pH 9,5 y temperatura entre 2 y 20 ºC que a pH 7 y temperatura entre 20 y 25 ºC. 

En el gráfico de la figura 5 , queda reflejado, de acuerdo con una serie de ensayos realizados, la mayor duración en cuanto a tiempo de permanencia de cloro residual cuando se forman las cloraminas, que cuando no se emplea amoníaco y por tanto no hay cloro residual combinado, sino cloro libre. 

                                                                                                              

                                                                                             

                                                                                                                                          Fig. 5

                                                             A medida que la cloramina se va degradando, es mayor la concentración de amoníaco libre, que podrá ser transformado en nitritos por la presencia de bacterias nitrificantes (nitrosomonas). En el hipotético caso de que toda la cloramina, en su hidrólisis, quedara finalmente como amoníaco, podría volver a reclorarse y formarse de nuevo cloraminas, pero esta situación prácticamente no se da. A tal efecto exponemos (en la figura 5 ) diversos ensayos que hemos realizado con diferentes aguas tratadas, partiendo de una concentración inicial de cloro combinado (monocloramina) de 1,8 mg./l. y 0,45 mg./l. de amoniaco y midiendo a lo largo del tiempo los contenidos tanto de cloro combinado como de amoniaco total (libre +combinado).

Al cabo de 250 horas, el contenido de cloro combinado (como media de tres ensayos), había decaído hasta quedar en 0,48 mg./l., mientras que el amoniaco total era 0,41mg./l. (es decir prácticamente el inicial). Considerando que aproximadamente los 0,48 mg/l de cloro combinado lo eran con 0,12 mg/l de NH3, el resto de amoníaco, es decir 0,41 - 0,12 = 0,29 mg/l estaría en disposición de volver a formar cloramina. Se añadió entonces 1,20 mg/l de cloro libre (mediante hipoclorito sódico) y al cabo de 30 minutos se determinó el cloro combinado (monocloramina) resultando ser 1,62 mg/l, es decir hemos vuelto a generar monocloramina al añadir el cloro indicado en la relación cloro/amoníaco 4/1, junto a la que aún permanecía (0,48 mg/l); la pequeña cantidad (0,06 mg/l) que en el balance nos falta, sobre los 1,68 mg/l (0,48 + 1,20), puede atribuirse a la destrucción de una mínima cantidad de los 0,48 mg/l de la cloramina residual inicial al incorporar los 1,20 mg/l de cloro libre. Hay que señalar que estos ensayos han sido realizados en laboratorio, donde no existen los posibles efectos de nitrificación que pueden darse en la red.

El tiempo que transcurre en la degradación de la monocloramina es suficientemente largo por lo que puede mantenerse una concentración aceptable en puntos alejados de la red. En el gráfico de la figura anterior se muestran varias curvas donde se refleja la evolución del cloro residual al pasar el tiempo, en un agua tratada con monocloramina (como desinfectante secundario o postdesinfección) a dos temperaturas distintas y en un agua tratada con cloro libre, en ambos casos, a escala de laboratorio, puede observarse la mayor estabilidad dada por la mayor permanencia del cloro residual combinado respecto del cloro libre.

La velocidad de disociación de las cloraminas, esta influenciada también por el pH, así por ejemplo en el rango de pH de 7 a 9, la monocloramina se disocia en mayor grado en amoniaco al pH más bajo y pueden por tanto aparecer fenómenos de nitrificación más fácilmente. En el siguiente gráfico, se muestra esta evolución al someter dos muestras de agua tratada, a la misma temperatura (17 ºC) y distinto pH, tomadas a la salida de una ETAP

 

 

La evolución y disminución del cloro combinado en la red, dentro de un extenso sistema de abastecimiento (9.000 Km de red) desde la salida del agua en la estación de tratamiento hasta los puntos más alejados de ésta, con unos tiempos transcurridos del orden de 72 a 96 horas, e incluso mayores, está en el entorno de un 20% (concentraciones de cloro combinado a la salida de las estaciones de tratamiento entre 1,8 y 2,0 mg/l quedan reducidas a concentraciones del orden de 1,5 mg/l al llegar a los últimos consumidores).

Poder oxidante y desinfectante de las cloraminas

El cloro residual combinado (cloraminas) tiene menor poder oxidante y bactericida que el cloro residual libre (C1OH y C1O-), como queda reflejado en la tabla siguiente, en la que se compara la concentración de cloro residual libre después de un tiempo de contacto de 10 minutos, con la concentración de cloro residual combinado (cloraminas), después de un tiempo de contacto de 60 minutos a diferentes valores de pH, para lograr una efectiva desinfección. 

pH

Cloro resid.

 libre

Cloro resid.

combinado

6

0.2

1.0

7

0.3

1.5

8

0.4

1.8

9

0.8

no se utiliza

 

Aún cuando el poder desinfectante de las cloraminas es menor que el del cloro libre, aproximadamente 25 veces menor que éste a igual tiempo de contacto, pH y temperatura, en cambio son más estables que éste, con lo cual, el cloro residual combinado que se encuentre en un agua formando las cloraminas es más persistente, siendo este el motivo principal por el cual se las utiliza incorporando expresamente amoníaco al agua, sobre todo en conducciones largas y redes de distribución extensas, como fase final del proceso de tratamiento, después de haber estado un cierto tiempo de contacto del agua con cloro libre. También puede indicarse como factor favorable, en el caso de las cloraminas, el hecho de no formar compuestos orgánicos del tipo de los haloformos. 

El poder o eficiencia bactericída de las cloraminas, en relación con los desinfectantes generalmente empleados en el tratamiento del agua, dentro de los limites de pH más frecuentes ( pH = 6 a pH = 9), quedaría reflejado en el siguiente orden :

 Ozono > Dioxido de cloro > Cloro libre > Cloraminas  

Por el contrario en cuanto a estabilidad y persistencia en la red de distribución el orden es distinto, figurando en el primer termino de la relación :

Cloraminas > Dioxido de cloro > Cloro libre > Ozono

En cuanto a las reacciones del cloro con el amoníaco, hemos de añadir a lo expuesto que en el agua pueden encontrarse dos clases de compuestos de nitrógeno: nitrógeno amoniacal y nitrógeno orgánico, siendo más fácil de tratar el agua que sólo contiene el primero, que la que contiene ambos. El nitrógeno amoniacal puede ser eliminado, después de haberse formado las cloraminas, por el cloro libre en pocos minutos, dada la rapidez de la reacción, mientras que la reacción entre el cloro libre y el nitrógeno orgánico puede durar varios días, con lo cual, sí estas reacciones tienen lugar cuando el agua está ya en la red de distribución, podrán desarrollarse determinados sabores y olores a la vez que va disminuyendo el cloro residual. Por otra parte, las aguas con nitrógeno orgánico no presentan claramente el punto de inflexión de la curva estudiada o breakpoint, sino una zona horizontal.

La fuente del nitrógeno orgánico en las aguas son las sustancias proteínicas y la orina, ambas presentes en las aguas domésticas residuales. La orina contiene sustancias que reaccionan con el cloro para formar compuestos clorados estables, que presentan características de dicloramina en algunos de los métodos de análisis.  

 Estos compuestos de nitrógeno orgánico al reaccionar con el cloro dan aminas cloradas, las más simples serian  del tipo de la cloro metilamina o de la dicloro metilamina:

CH3NH2 + CLOH    =   CH3NHCl (clorometilamina) + H2O

CH3NHCl + CLOH  =   CH3NCl2 (diclorometilamina) + H2O

 que no deben confundirse con las cloraminas que venimos comentando en el proceso de desinfección del agua.

Son muchas las investigaciones que han puesto de manifiesto el buen comportamiento de las cloraminas en el control de sabores y olores, control del recrecimiento microbiólógico en la red, mayor estabilidad y mantenimiento de desinfectante residual a lo largo de la red de abastecimniento que el cloro libre y menor cantidad de THMs formados.

Como comprobación práctica de que las cloraminas son menos oxidantes y desinfectantes que el cloro libre y por tanto no muy indicadas para emplearlas como desinfectante primario o principal, basta examinar el cuadro siguiente, donde se muestran los resultados de tratar tres aguas brutas del abastecimiento a Madrid, con diferente oxidabilidad al permanganato.

Se han sometido estas aguas brutas a una cloración única con cloro libre, determinando después, tras 1 hora de contacto, el cloro residual y la oxidabilidad o D.Q.O.  

Esta aguas brutas se someten también a una cloración única, con cloramina, determinandose igualmente, 1 hora después, el cloro residual y la D.Q.O.

 

   

Los resultados reflejados en el cuadro demuestran claramente el escaso consumo de cloramina y la menor reducción en la D.Q.O. cuando se utiliza ésta como desinfectante u oxidante primario o único, aunque hay que indicar que en los dos primeros casos el agua bruta contenía bacterias coliformes y E. Coli y tras ser tratadas, tanto con el cloro libre como con las cloraminas, ambos desinfectantes eliminaron la contaminación bacteriana.

Puede resumirse que las cloraminas sólo deben emplearse como desinfectante secundario y como protección contra recrecimientos microbológicos en la red, especialmente sin no se tiene conseguido un sistema de abastecimiento biológicamente estable, además es más caro conseguir un abastecimiento estable a base de un tratamiento del agua completo y amplio, incluyendo filtros de carbón, junto a una óptima y eficaz gestión de la red, que emplear cloro o cloramina para controlar el recrecimiento en la red. 

Considerando que la Directiva de la U.E. limita el contenido de amoníaco a un máximo de 0,5 mg/l, y admitiendo que el amoníaco que se encuentra combinado para formar las cloraminas y añadido expresamente con este fin, está sometido a esta limitación, el contenido máximo de cloraminas, (monocloramina) para una relación cloro/amoníaco en peso de 4/1, será de 2 mg/l. 

Una vez que el agua ha salido de una planta de tratamiento, con una determinada concentración de cloro libre residual ( circunstancia esta muy extendida en la mayoría de los abastecimientos de agua), este cloro residual tiene la capacidad potencial de seguir formando subproductos, como los trihalometanos, ya que en la propia red y en su biofilm puede encontrarse materia orgánica susceptible de formar estos subproductos. Si el cloro residual que llega a la red, lo es en cambio en forma de cloraminas, la formación de estos trihalometanos se vería minimizada.

Puede ser también ilustrativo, trasladar aqui los resultados de unos ensayos que realizaron en Canada, otro país donde tambien se utilizan cloraminas, comparando la cloración y la cloraminación, concretamente en el área metropolitana de Vancouver (Greater Vancouver Water Distric) que abastece a 1,5 millones de consumidores, fueron realizados ensayos a escala por Douglas G. Neden y otros, para comparar la cloración y la cloraminación en el recrecimiento bacteriano del sistema de abastecimiento, al ser éste uno de los principales problemas que venían observando y que se ponían de manifiesto en los lugares de la red de mayor tiempo de retención y en épocas de mayor temperatura. Se seleccionaron tres áreas o zonas dentro del sistema de abastecimiento: Una de control que no se trata con desinfectante secundario alguno, otra área que recibió cloro libre como desinfectante secundario y una tercera que se trató con cloramina como desinfectante secundario. 

En las tres áreas se analizaron el cloro residual, coliformes, recuento de bacterias heterotróficas en placa y turbidez. 

Tanto el cloro como las cloraminas se mostraron efectivos en la reducción del recrecimiento bacteriano en el sistema de distribución, pero el agua cloraminada tuvo menor recuento en placa, menor olor y sabor, menores positivos para coliformes y un residual más estable. 

Durante dos años, se estuvieron realizando los análisis indicados en esas tres areas. Para el estudio del recrecimiento bacteriano en la red de distribución se instaló en cada área una estación de ensayo con tres conducciones de material diferente: fundición de hierro (usado y limpio), pretensado de hormigón y PVC. Las muestras de agua eran tomadas tres veces a la semana y las muestras del biofilm fueron tomadas en cada estación de observación y de cada uno de los tres tipos de tuberia cada 5 ó 6 semanas. Los resultados pueden resumirse así: 

Area de control 

- Porcentaje de muestras con recuento de bacterias heterótrofas mayor de 500/ml (HPC>500 Ufc/ml): Alto especialmente en los períodos de Abril a Noviembre, donde se sobrepasan el 30%, con puntas del 90%.

- Porcentaje de muestras positivas a coliformes: Alto en los períodos de Junio a Octubre, donde se sobrepasó el 10%. 

Area clorada 

- Porcentaje de muestras con HPC>500 ufc/ml: Más bajo que en el área de control, pero alcanzándose a veces valores mayores del 20%. 

- Porcentaje de muestras positivas a coliformes: Más bajo en general que en el área de control, aunque en algún caso también se tuvieron valores mayores al 10%. 

Area cloraminada 

- Porcentaje de muestras con HPC>500 ufc/ml: Más bajo que en el área clorada, en general fueron menores del 3%. 

- Porcentaje de muestras positivas a coliformes: Muy pocas muestras fueron positivas, sólo en dos meses, Junio y Julio del primer año, alcanzaron el 10%, a continuación se elevó la dosis de cloramina hasta 2,5 mg/l (en los meses de verano) y no volvieron a darse estos porcentajes. 

El promedio de cloro residual en el área de control fué menor de 0,1 mg/l; en el área clorada varió entre 0,2 y 0,5 mg/l y en área cloraminada los valores de cloro residual combinado oscilaron entre 1,0 y 2,5 mg/l. 

Los resultados del análisis (coliformes totales y recuento de bacterias en placa HPC) del biofilm extraído del interior de los diferentes tramos de tuberías quedan resumidos a continuación: 

El número de muestras de biofilm, positivos para coliformes no difiére mucho entre los tres tipos de tuberias, siendo menores para el caso del área cloraminada que para las áreas de control y clorada. 

El recuento de bacterias sobre placa (HPC) son igualmente menores en el agua cloraminada. 

Los niveles de HPC en el biofilm son más bajos en la tubería de PVC y generalmente más altos en la de hierro fundido. 

Se concluyó que la cloramina es más efectiva como desinfectante secundario para controlar el recrecimiento bacteriano en el abastecimiento estudiado de Vancouver, mostrando niveles más bajos de coliformes y recuento de bacterias, produce un cloro residual más estable y un menor sabor y olor, siendo a la vez más barato su implantación y operación que una recloración.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE LAS CLORAMINAS

Entre las ventajas del empleo de las cloraminas como desinfectante secundario pueden destacarse las siguientes:

 - No reaccionan con los compuestos orgánicos como lo hace el cloro libre en la formación de los THMs, pero en cambio no reduce en el mismo grado la formación de ácidos haloacéticos. 

- Son muy  efectivas en el control del biofilm dada su gran  capacidad de penetrar en el  interior de este biofilm.

- Al no reaccionar con los compuestos orgánicos, se pueden disminuir algunos olores y  sabores que el cloro libre  podría  llegar a  potenciar, disminuyendo  las  quejas de los consumidores.

- Son más  estables y de más  duración  como residual que el cloro libre o el dióxido de  cloro, con lo cual proporciona una mejor protección contra el recrecimiento bacteriano  en los  grandes  abastecimientos y  redes con  zonas de  excesivo tiempo de retención, (presenta un buen efecto bacteriostático). 

- Su preparación es fácil.  

 Evita generalmente la instalación de estaciones de recloración, en algunos abastecimientos extensos y en épocas de mayores temperaturas

 

Entre las desventajas deben destacarse las siguientes: 

-         Nitrificación. Es uno de los principales problemas que pueden presentarse al emplear cloraminas, ya que el amoniaco en exceso sobre el requerido para formar la cloramina, a veces generado en la descomposición de esta en puntos muertos de la red o en lugares de excesivo tiempo de retención, actúa como nutriente de las bacterias nitrificantes, que convertirán este amoniaco en nitritos y nitratos con los efectos adversos que éstos pueden ocasionar para la salud y  la consiguiente perdida de cloro.

            Las condiciones más favorables para la nitrificación se darán cuando la relación cloro/amoniaco sea baja (menor de 3), el pH sea bajo (las cloraminas se disocian más fácilmente a pH 7 que a pH 9), exista amoniaco libre, los contenidos de sustancias orgánicas en el agua y los tiempos de retención en la red sean altos, las temperaturas del agua elevadas (mayores de 20 ºC), ausencia de luz y oxigeno, tuberculaciones en las tuberías, biofilm y sedimentos.  En lugares con temperaturas del agua superiores a 15 ºC y el agua contenga cloraminas, es conveniente una monitorización continua del agua, para controlar el posible riesgo de nitrificación. La aparición de nitritos reduce el pH, la alcalinidad, el oxigeno disuelto y la propia concentración de cloramina residual, incrementándose el recrecimiento bacteriano. La perdida de cloramina residual es un indicador de que pueden estar ocurriendo fenómenos de nitrificación en el sistema de abastecimiento. 

-         Menor capacidad de oxidación y desinfección. Tienen menor capacidad de desinfección que el cloro, dióxido de cloro y ozono. No oxidan a ciertas sustancias frecuentes en muchas aguas como son el hierro, manganeso y sulfuros. 

-         Generan algunos otros subproductos, en menores cantidades, aunque concretamente se citan que alguno, como por ejemplo el cloruro de cianógeno, podría formarse en más altas concentraciones. 

-         Hay que prepararlas generalmente en situ.  

-         Finalmente hay que indicar el efecto adverso de las cloraminas si se emplean las aguas que las contienen en tratamientos de diálisis, en enfermos renales (hay que eliminarlas previamente a su entrada a los equipos dializadores, al igual que es necesario hacer con el cloro), y en actividades piscícolas y acuarium. Las cloraminas pueden ser eliminadas filtrando el agua por carbón activo, también son eliminadas mediante la adición de ácido ascórbico. No son eliminadas por procedimientos tales como: hervir el agua, destilarla, osmosis inversa o dejar el agua en reposo uno o dos días. 

En el aspecto positivo hay que señalar que en ensayos realizados por diversos investigadores sobre animales de laboratorio, expuestos a la monocloramina del agua, no se han observado efectos tóxicos aún a altas dosis;  por otra parte, en el ensayo de Ames de mutagenicidad de la Salmonella, el concentrado orgánico del agua potable tratada con monocloramina produjo la mitad de mutagenicidad que la misma agua tratada con cloro.  

Finalmente, antes de finalizar este apartado sobre el empleo de la monocloramina, sería interesante mencionar al menos, algunos de los datos reflejados en un artículo sobre Monocloramina y Legionelosis, publicado recientemente por Jacob L. Kool y otros, que recoge resultados y estudios realizados sobre brotes de legionelosis causados por el agua en Estados Unidos y que fueron previamente publicados en The Lancet (1.999). 

Aunque los efectos de los diferentes métodos de desinfección del agua sobre la presencia de la bacteria Legionella no han sido muy estudiados, los investigadores llevaron a cabo un estudio epidemiológico estadístico tendente a mostrar que la desinfección del agua potable puede ayudar a prevenir la enfermedad causada por la Legionella. Se compararon los métodos de desinfección del agua potable que abastecía a 32 hospitales donde habían ocurrido brotes de Legionelosis entre 1979 y 1997, con los de desinfección del agua que abastecía a 48 hospitales escogidos aleatoriamente y que sirvieron como control. Los hospitales abastecidos con agua tratada con cloro libre como desinfectante residual presentaron 10 veces más riesgo a experimentar brotes de legionelosis que los hospitales que se abastecían con agua tratada con monocloramina. 

Hay que señalar que los autores de este estudio seleccionaron sólo aquellos brotes en los cuales el agua potable estaba implicada directamente en la fuente del brote epidemiológico, excluyendo los casos en los cuales los brotes de Legionelosis estaban asociados con torres de refrigeración, conductos de aire acondicionado u otras instalaciones y equipos que producían aerosoles no ligados directamente con el agua potable. 

En este mismo artículo de J.L. Kool se describe un estudio epidemiológico realizado en 1.999 por el Centers for Disease Control and Preventión (CDC) en colaboración con la Society for Healthcare Epidemiology of America, que confirmó que los episodios de legionelosis ocurren con menor frecuencia en hospitales que se abastecen con agua que contiene monocloramina que en otros hospitales. Igualmente se indica como un hospital en la zona de Washington, D.C. en colaboración con un laboratorio, realizaron un estudio piloto con cloraminas, obteniendo óptimos resultados. La concentración de Legionella decreció más del 99% (2 log) en pocas horas de contacto.

Respecto al estudio estadístico indicado y aunque una relación estadística por sí misma no prueba una relación causa-efecto, ni explica el mecanismo fundamental que subyace, sí se desprende, para los autores, que las conclusiones son biológicamente admisibles y soportadas por evidencias microbiológicas. 

Estos investigadores atribuyen la mayor efectividad de la monocloramina a que penetra más eficientemente en el biofilm, además de ser más estable en las largas conducciones de la red de abastecimiento. 

Este efecto protector de la monocloramina contra la Legionella, puede ser otra razón para considerar y plantearse el empleo de la monocloramina como desinfectante residual.

Respecto a este punto, simplemente recogemos lo publicado, pero lo que si está ampliamente aceptado es que las cloraminas reaccionan poco con la materia orgánica del biofilm y pueden por tanto penetrar mejor en él para llegar a los microorganismos.

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 Water Disinfection Could Cut Legionnaires' Outbreaks

LONDON, ENGLAND -- Jan. 22, 1999 -- Treating drinking water with a long-acting form of chlorine, called monochloramine, could significantly lower the number of outbreaks of the deadly lung infection known as Legionnaires' disease, report United States investigators in this week's issue of The Lancet.
 

Legionnaires' disease was first identified in 1976 after an outbreak of a mysterious pneumonia among people attending a convention of the American Legion, a US veterans' group. Researchers now estimate that legionella species may be the third or fourth most common cause of community-acquired pneumonia. The fatality rate in outbreaks can run as high as 40 percent.
 

The bacteria that cause disease, called Legionella, commonly live in lakes and streams in low numbers, but thrive in the slimy biofilm that forms inside pipes and water tanks. The bacteria spread to people when they inhale droplets of contaminated water from cooling towers, sprays and drinking water.
 

Municipal water systems commonly use free chlorine to disinfect drinking water. Free chlorine kills bacteria quickly, but its effect is fairly short-lived. It often does not retain its bacteria-killing ability all the way to the tap and does not penetrate into the biofilm very well. Some municipalities add the slower-acting monochloramine, which better maintains its disinfecting power as the water travels through the water system and which can penetrate better into the biofilm where legionella and other microbes can hide.
 

Dr. Jacob Kool and colleagues of the US Centers for Disease Control and Prevention compared the disinfection methods used by water systems that supplied 32 hospitals which had documented outbreaks of Legionnaires' disease with those supplying 48 hospitals which had not had outbreaks.
 

"We found that hospitals supplied with water containing only free chlorine were 10.2 times more likely to experience an outbreak associated with drinking water," the investigators write.
 

Assuming that about half of Legionnaires' cases are due to contaminated drinking water, the researchers calculate that routine treatment of municipal water systems with monochloramine could save between 900 and 2,025 lives each year in the U.S. alone.

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Información toxicológica

La información sobre el metabolismo de las cloraminas es muy limitada, son eliminadas en cierta cantidad por la orina. Experimentos realizados a corto plazo, no han mostrado efectos hematológicos adversos en ratas, ratones y monos, sometidos durante 6 semanas a beber agua con 100 mg./l. de monocloramina. En otros experimentos, relatados por la EPA, fueron administrados a ratas y ratones, monocloramina en el agua de bebida, a unas concentraciones de 0,25,50,100,200 y 400 mg./l., durante 91 días, observándose daño en el hígado de las ratas cuando las dosis eran de 200 y 400 mg./l. y en los ratones para las dosis de 100,200 y 400 mg./l.. También se observaron ligeras alteraciones citológicas en el hígado de ratones a los que se administró 200 y 400 mg./l de cloraminas. Observaciones microscópicas en los tejidos de las ratas sometidas a 400 mg./l. de cloramina no revelaron ninguna lesión relacionada. Se sugirió un NOEL ( no-observed-effect level) de 50 mg./l., o bien 8,3 mg/kg/día de monocloramina, basándose en las inflamaciones crónicas del hígado en ratones.

Organismos y guías internacionales sobre calidad del agua potable, no asocian efectos en la salud, ni a corto ni a  largo plazo, con la cloraminas del agua. Hasta la fecha, la Iternational Agency for Research on Cancer (IARC) no ha evaluado formalmente la potencial carcinogenicidad de las cloraminas. 

La concentración máxima en el agua  de 3 mg./l. cloraminas, recomendada por la OMS, se basa en una “ingestión tolerable diaria” (TDI) de monocloramina de 94 mg./Kg. de peso del cuerpo, derivado a su vez de un “no observado nivel de efecto adverso” (NOAEL), de 9,4 mg./Kg.de peso del cuerpo, dividido por un factor de seguridad de 100.

  Conclusión

El empleo de cloraminas, como desinfectante alternativo al cloro, para reducir la formación de subproductos tales como los trihalometanos, a la vez que se aprovecha la mayor estabilidad que la del cloro libre, es una practica de desinfección del agua aplicada en distintos abastecimientos. El empleo de las cloraminas como desinfectante secundario para mantener una concentración estable y constante en toda la red de abastecimiento, evitando las recloraciones y a su vez conseguir un menor incremento y formación de trihalometanos en la red, una vez que el agua ha salido de la planta de tratamiento, es una practica a tener en cuenta. Se puede cumplir así con los requerimientos cada vez más restrictivos de las distintas reglamentaciones.

El empleo de las cloraminas, como desinfectante secundario, implica la aplicación previa del desinfectante primario o inicial que puede ser, generalmente, el propio cloro libre, ozono o dióxido de cloro, ya que como se indica en esta exposición, el menor poder oxidante y bactericida de las cloraminas y las concentraciones y tiempos de contacto que requieren son tales, que las hacen inapropiadas para emplearlas como desinfectante primario o principal.

Dado que el amoniaco es una de las sustancias empleadas en la preparación de cloraminas, se muestra a continuación la Ficha Técnica de Seguridad Química.

ITC MIE APQ-4. Almacenamiento de amoniaco

La normativa sobre almacenamiento de productos químicos ha sido totalmente sustituida por el Real Decreto 379/2001, de 6 de abril por el que se aprueba el Reglamento de almacenamiento de productos químicos y sus instrucciones técnicas complementarias. BOE núm. 112 de 10 de mayo de 2001 .

Modificación de la ITC MIE APQ-4 . Almacenamiento de amoniaco.

Real Decreto 105/2010, de 5 de febrero, por el que se modifican determinados aspectos de la regulación de los almacenamientos de productos químicos y se aprueba la instrucción técnica complementaria MIE APQ-9 "almacenamiento de peróxidos orgánicos".

(Se señala aquí solo el Art. 6)

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ENLACES:

Las cloraminas como alternativa para reducir los subproductos de desinfección : Articulo de Gerald F Connell, en la página de Water Quality and Health)   

The Water Quality and Health Council is an independent,
multidisciplinary group sponsored by the Chlorine Chemistry Council. Its mission is to promote science based practices and policies to enhance water quality and health by advising industry, health professionals, policy makers and the public.

Desinfección con cloraminas. Publicación en ingles de

Recoge referencias sobre cloraminas tales como:

  1. EPA. Information about chloramine in drinking water. 2012
  2. Héry M, Hecht G, Gerber JM, Gendre JC, Hubert G, Rebuffaud J. Exposure to chloramines in the atmosphere of indoor swimming pools. Ann Occup Hyg. 1995;39(4):427-39.
  3. Water Research Foundation. Long-term effects of disinfection changes on water quality.[PDF - 320 pages] 2007.
  4. EPA. Basic information about disinfectants in drinking water: Chloramine, chlorine and chlorine dioxide. 2013.
  5. WHO. Monochloramine in drinking-water background document for development of WHO guidelines for drinking-water quality.[PDF - 21 pages] 2004.
  6. EPA. Alternative disinfectants and oxidants guidance manual.[PDF - 346 pages]. 1999.
  7. EPA. Lead and copper rule. 2012.
  8. EPA. Drinking water contaminants. 2012.
  9. EPA. Understanding the Safe Drinking Water Act.[PDF - 4 pages] 2009.
  10. EPA. Simultaneous compliance guidance manual for the long term 2 and stage 2 DBP rules. 2007.
 

Cambio de cloración a cloraminación :  St Petersburg (B) - Tampa Bay (a) . Tanpa Bay (B) . En varias ciudades de Estados Unidos se esta procediendo al cambio en la desinfección final, que hasta ahora realizaban con cloro, a cloraminas. Algunas de estas ciudades en el Estado de Florida, como St Petersburg, Tampa, Hillsborough y otras, publican en sus páginas web estos cambios para conocimiento de sus consumidores. Estos cambios son motivados fundamentalmente para adaptarse a los nuevos y más restrictivos standares y regulaciones de la EPA y la Safe Drinking Water Act , en cuanto a la formación de subproducto de la desinfección.

En algunos casos estudiaron cinco métodos distintos de desinfección y acordaron el empleo de cloraminas por motivos que exponen en sus páginas.

Eliminación de cloraminas con carbón catalitico : Articulo de Steven D.Spotts publicado en la página de Calgon Carbon Corporation.

Eliminación de cloraminas por carbón activo granular. Articulo de varios autores publicado por la página de Florida water Resources Journal

 Ammonia- and Nitrite-Oxidizing Bacterial Communities in a Pilot-Scale Chloraminated Drinking Water Distribution System. Artículo de   John M. Regan,   Gregory W. Harrington, and   Daniel R. Noguera publicado en

 

Culture-Independent Techniques for Rapid Detection of Bacteria Associated with Loss of Chloramine Residual in a Drinking Water System. Articulo de   Daniel Hoefel,   Paul T. Monis,   Warwick L. Grooby,   Stuart Andrews and    Christopher P. Saint , publicado en


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