DESINFECCIÓ AMB CLOR:

El clor és el desinfectant més universalment utilitzat, ja que, satisfa la majoria de requisits que se li demanen a un desinfectant.

QUÍMICA DEL CLOR

Els compostos de clor més comunment emprats en les plantes de tractament d’aigües residuals són: el clor gas, l’hipoclorit de calci i el diòxid de clor. Encara que les següents explicacions es refereixen només al clor gas, per ser la forma més extensament adoptada.

REACCIONS EN MEDI AQUÓS

Quan s’afegeix clor a l’aigua en forma de clor gas es produeixen dues reaccions:

- la reacció d’hidrólisi:

Cl₂ + H₂O « HOCl + H⁺ + Cl^- K = 4.5 * 10^-4 a 25ºC

Dissolució en aigua de grans quantitats de clor degut a la magnitud de la constant.

- la reacció d’ionització:

HOCl « H⁺ + OCl^- K_i = 2.9 * 10^-8 a 25ºC

La quantitat de HOCl i de OCl^- present en l’aigua és el clor lliure disponible. La distribució relativa d’aquestes dues espècies variarà amb la temperatura:

Temperatura (ºC)	Ki * 10^-8 (mol/l)
0	1.49
5	1.75
10	2.03
15	2.32
20	2.62
25	2.9

Això és important perque la capacitat de destrucció d’organismes del HOCl és superior (40-80 vagades) a la del OCl^-.

També és possible afegir clor lliure a l’aigua mitjançant l’addició de sals d’hipoclorit:

Ca(OCl)₂ + 2H2O ® 2HOCl + Ca(OH)₂

NaOCl + H₂O ® HOCl + NaOH

REACCIONS AMB L’AMONIAC

Les plantes de tractament d’aigües residuals, contenen quantitats significatives de nitrogen, generalment en forma d’amoniac. L’àcid hipoclorós, és un agent oxidant de gran activitat, reaccionarà amb l’amoniac present en l’aigua residual per formar tres tipus de cloramines:

NH₃ + HOCl ® NHCl (monocloramina) + H₂O

NH₂Cl + HOCl ® NHCl₂ (dicloramina) + H₂O

NHCl₂ + HOCl ® NCl₃ (triclorur de nitrógen) + H₂O

Aquestes reaccions depenen: del Ph, de la temperatura, del temps de contacte i de la reacció inicial entre el clor i l’amoniac. El clor presents en aquests compostos és el clor combinat disponible. Les cloramines també serveixen de desinfectants però la seva velocitat de reacció és molt lenta.

REACCIÓ AL BREAK POINT

Com el clor lliure reacciona amb l’amoniac i a més és un agent oxidant fort, complica el manteniment d’una quantitat residual (combinat o lliure) per la desinfecció de les aigües residuals.

En la següent gràfica és representen els fenòmens que resulten d’afegir clor a un aigua residual que contingui amoniac:

Al anar afegint clor, les substàncies que reaccionen amb facilitat, com el Fe²⁺, el Mn²⁺, el H₂S i la matèria orgànica reaccionen amb el clor i el redueixen a ió clorur (punt A), una vegada ha reaccionat amb aquestes substàncies, continuarà reaccionant amb l’amoniac per formar cloramines (tram entre A i B). Entre B i el Break point( punt de ruptura), algunes cloramines es transformaran en triclorur de nitrògen i les restants a òxid de nitrògen i nitrògen, i el clor es reduirà a ió clorur. Les reaccions que poden produir-se són les següents:

NH₂Cl + NHCl₂ + HOCl ® 4HCl

4 NH₂Cl + 3Cl₂ + H₂O ® N₂ + N₂O + 10HCl

2 NH₂Cl + HOCl ® N₂ + H₂O + 3HCl

NH₂Cl + NHCl ® N₂ + 3HCl

L’addició de clor més anllà del Break point, produirà un augment del clor lliure disponible, directament proporcional al clor afegit, d’aquesta forma s’arribarà a la desinfecció. La quantitat de clor que s’ha d’afegir per arribar a un nivell de clor residual determinat rep el nom de demanda de clor.

GENERACIÓ D’ÀCID

En la pràctica, l’àcid clorídric format durant la cloració, reaccionarà amb l’alcalinitat de l’aigua residual, per tant, la caiguda del Ph, en la majoria dels casos serà petita.

AUGMENT DELS SÒLIDS DISSOLTS TOTALS

Els productes químics afegits per assolir la reacció al Break point contribuiran a incrementar la quantitat de sòlids dissolts totals en l’aigua residual, l’increment produit ha de ser comprobat.

FACTORS QUE AFECTE A L’EFICÀCIA DESINFECTANT DEL CLOR

Factors que afecten a l’eficàcia de desinfecció del clor (amb els coneixements, avaluació de l’eficàcia del procès i analisi de resultats actuals):

EFICÀCIA GERMICIDA DEL CLOR

Un dels principals paràmetres mesurables (a més del Ph o la temperatura) són el número d’organismes (el grup dels organismes coliformes es pot determinar pel procediment del número més probables o per recompte de plaques) i el clor residual remanent després d’un període de temps determinat (s’ha de mesurar emprant un mètode amperomètric).

La eficàcia germicida de la desinfecció, mesurada a partir de la supervivència bacteriana, depen principalment: del clor bactericida residual present (R) i del temps de contacte. Augmentant el valor d’una de les varables i disminuint simultàneament el valor de l’altre, es pot obtenir el mateix grau de desinfecció.

Per a un reactor continu amb agitació, s’ha pogut obtenir experimentalment, la següent equació:

N_t/N₀ = (1 + 0.23C_tt)^-3

N_t ® número d’organismes coliformes en t

N₀ ® número d’organismes coliformes en t₀

C_t ® clor residual mesurat amperomètricament en t, (mg/L)

T ® temps de permanència (minuts)

EFICÀCIA GERMICIDA DELS DIVERSOS COMPOSTOS DE CLOR

Per a un temps de contacte donat, o per a una quantitat de clor determinada, l’eficàcia germicida de l’àcid hipoclorós és substancialment superior que la de l’ió hipoclorit o la de la monocloramina. Encara que, si el temps de contacte és l’adequat, la monocloramina pot ser tan efectiva com el clor.

MESCLA INICIAL

L’aplicació de clor en un règim fortament turbulent, condueix a índex de mortaldat superiors que si es fa l’addició de clor directament a un reactor de mescla completa en condicions de funcionament similars.

El nivell de turbulència òptim no és coneix, encara que, es consideren recomanables temps de mescla de l’ordre del segon.

TEMPS DE CONTACTE

El temps de contacte exerceix un important paper en la desinfecció de l’aigua residual.

La relació que millor s’ajusta a les dades obtingudes en la cloració de l’aigua residual és:

N_t/N₀ = -Kt^m

I no altres perque en la majoria del cassos, el clor residual es troba en forma de cloramines.

CARACTERÍSTIQUES DE L’AIGUA RESIDUAL

Encara que dues plantes tinguin dissenys semblants, característiques del DBO, DQO, contingut de nitrògen, etc., molt semblants, l’experiència demostra que el procés de cloració pot variar molt.

Sung ha investigat l’efecte dels compostos presents sobre el procés de cloració, les principals conclucions són les següents:

- en presència de compostos orgànics que presentin interferències en el procés, el clor residual total, no es pot emprar com mesura fiable per a l’avaluació de l’efectivitat bactericida del clor.

- El grau d’interferància dels productes estudiats depenen del seus grups funcionals i de la seva estructura química.

- Els compostos saturats i carbohidrats exerceixen una petita o nul.la demanda de clor i semblen interferir en el procés de cloració.

- Els compostos orgànics amb enllaços no saturats poden exercir una demanda immediata de clor, depenent dels seus grups funcionals. En alguns casos, els compostos resultants poden aparèixer en l’analisi com clor residual, encara que poden posseïr poc o nul potencial de desinfecció.

- Els compostos amb anells policíclics que contenen grups hidroxil i els compostos que contenen grups de sofre reaccionen fàcilment amb el clor per formar compostos amb escàs o nul potencial bactericida, però que aparèixen com clor residual en els resultats dels anàlisis.

- Per aconseguir elevades reduccions del contingut bacterià en presència de compostos orgànics que interfereixen en el procés, seran necessàries dosi addicionals de clor i temps de contacte superiors.

Un altre factor alhora de clorar són els sòlids en suspensió. En presència de sòlids en suspensió el procés de desinfeció està controlat per dos mecanismes diferents.

CARACTERÍSTIQUES DEL MICROORGANISMES

Una variable important en el procés de cloració és l’edat dels microorganismes. Quan el cultiu bacterià és vell, es necessita més dosificació de clor que per a un jove degut a la resistència oferida per l’envolcall del polisacàrid que desenvolupa el microorganisme conforme es va envellint. Per tant, serà important en el procés de llots actius el temps mig de retenció cel.lular, perque afectarà al procés de cloració.

Per a una efectivitat en la destrucció de virus en el procés de cloració, sembla necessari clorar més enllà del Break point per obtenir clor lliure.

Tornar a la plana principal