La evaluación y el uso de los productos comerciales derivados del cloro, para la desinfección del agua, empleando tecnologías simples para ser aplicados a comunidades rurales o en situaciones de catástrofe Autoras principales ! Ing. Norma Haydée Avendaño Flores, Ingeniera Química, Maestría en Ingeniería Sanitaria. ! Dra. Alba Estela Tabarini Molina, Química Bióloga, Química Farmacéutica, Maestría y doctorado MPH en ciencias sanitarias de la ingeniería en el campo de la salud pública. Catedrática ERIS 1965 a 1995 impartiendo cursos de química, microbiología y calidad del agua. Dirección 0 calle 15-46 zona 15 Edificio de los colegios profesionales 4to. nivel e-mail: [email protected] INDICE 1. 2. 3. 4. Introducción Objetivos Descripción de los compuestos derivados del cloro Definición, expresión en peso y volumen del cloro activo y requisitos de calidad de los compuestos derivados del cloro. 5. Métodos para la determinación de la concentración de cloro activo en los compuestos derivados del cloro, destinados a emplearse en la desinfección de agua para consumo humano. 6. Métodos simplificados para la desinfección de pequeños volúmenes de agua, con hipoclorito de calcio al 65% de cloro activo. 7. Método simplificado para la desinfección de pequeños volúmenes de agua con soluciones líquidas de hipoclorito de sodio al 10%. 8. Observaciones previas para la desinfección. 9. Definición del término cloro residual libre y el procedimiento para determinar su presencia cualitativa y cuantitativa (en forma aproximada) en comunidades rurales o en situaciones de catástrofe. 10. Conclusiones y recomendaciones. 11. Bibliografía 2 2 3 3 4 6 7 7 7 8 9 1 1. Introducción El presente trabajo tiene como propósito principal la descripción y determinación de la concentración del cloro activo en los compuestos comerciales que se expenden en el mercado centroamericano, para realizar una selección apropiada de hipocloritos de calcio y de sodio y del cloruro de calcio que en sus requerimientos de calidad, deben de hacer mención al porcentaje de cloro activo, expresado en peso o en volumen. Al valorar los porcentajes de cloro activo, de un compuesto para la cloración se tiene una idea del poder de desinfección con que reaccionará con el agua problema, estableciéndose de esta forma un parámetro de confiabilidad, para establecer, si el compuesto comercial, actúa adecuadamente para obtener un cloro residual apropiado y por ende una eliminación satisfactoria de bacterias y virus entéricos que causan las enfermedades diarréicas al consumir agua que no es sanitariamente segura. El empleo de estos compuestos químicos para la desinfección del agua tiene la ventaja de que se puede emplear en tratamientos con tecnologías simples a bajo costo, que implican menos riesgo que si se empleara el cloro gaseoso, cuyo manejo debe de estar encomendado exclusivamente a personas capacitadas para ello y generalmente es empleado en los abastecimientos de grandes ciudades y poblaciones importantes. Para abastecimientos medianos o pequeños se utilizan los hipocloritos, los cuales se fabrican comercialmente con diferentes concentraciones de cloro activo, siendo las más convenientes lo que contienen mayor porcentaje de cloro en peso o en volumen. El empleo de los productos comerciales derivados del cloro se generaliza para desinfectar pequeñas comunidades rurales o en una situación de catástrofe por las ventajas que ofrecen de ser efectivos, económicos y de fácil control. 2. Objetivos 2.1. Proporcionar al profesional o técnico de los programas de la salud pública, que laboran en el campo de agua y el saneamiento, procedimientos tendientes para evaluar los requisitos de calidad exigidos por las normas internacionales para seleccionar los productos derivados del cloro que se compran o se donan y que proceden del mercado local o internacional. 2.2. Todos los productos clorados que se expenden consignan formularios o etiquetas que indican la fórmula química y el porcentaje de cloro activo, lo cual debe de comprobarse para evitar producto clorados mezclados de diferentes fórmulas químicas que no concuerdan con las especificaciones de la casa fabricante o no están vigentes debido a la antigüedad del producto, daño o humedad del empaque. 2.3. Uno de los objetivos de este trabajo es proporcionar un procedimiento que indique que si el producto comercial está en malas condiciones, se altera la exactitud del porcentaje del cloro, lo que indudablemente influye en los cálculos que se efectúan para la obtención de las concentraciones adecuadas de cloro residual, porque a menor cloro activo, menor cloro residual de cloro se obtiene. 2 2.4. El presente trabajo tiene también el propósito de describir una metodología simple para que en pequeñas comunidades rurales los técnicos puedan hacer las soluciones de los derivados del cloro, en un porcentaje exacto de cloro activo, los que se emplean para la desinfección del agua de consumo y así mismo emplear técnicas de campo muy simples que puedan evaluar las concentraciones de cloro residual efectivas para la destrucción de bacterias y virus entéricos, en pequeños volúmenes de agua. 3. Descripción de los compuestos derivados del cloro 3.1. Cloruro de calcio El cloruro de calcio, conocido comercialmente como un polvo blanqueador, denominado “cloruro de calcio”, se presenta como un polvo fino, de color ligeramente amarillento, el cual es higroscópico entre los rangos de 0.61 – 0.85 g/cm3 de densidad y que contiene del 25 al 37 % de cloro activo en peso. Se fabrica por la acción del cloro sobre la cal deshidratada, la fórmula química más conocida es CaO.2CaOCl2.3H2O. 3.2. Hipoclorito de calcio El hipoclorito de calcio, es un polvo granular de color ligeramente amarillento, se expende comercialmente bajo la forma de polvo granular o en tabletas con un contenido de cloro activo de 65% a 70%, cuya densidad oscila entre 0.51 – 0.8 g/cm3. Se fabrica por la adición de cloro a una “lechada de cal”, la que se prepara al mezclar la cal hidratada con agua o simplemente por hidratación de cal viva con agua, su fórmula es [Ca(OCl)2]. 3.3. Hipoclorito de sodio La solución de hipoclorito de sodio se caracteriza por ser un líquido de color amarillo claro que contiene más de 160 g/L de cloro activo, pero que comercialmente se vende al 16%, 10% y 5.5%. Se fabrica por el paso de cloro en una solución de soda cáustica o directamente en soda cáustica o a una mezcla de ceniza de soda y su fórmula es [NaOCL]. 4. Definición, expresión en peso y en volumen del cloro activo y requisitos de calidad de los compuestos derivados del cloro. 4.1. Definición de cloro activo Es el término que se emplea para expresar la fuerza de oxidación del cloro contenido en los compuestos descritos en los numerales anteriores, 3.1, 3.2 y 3.3 4.2. Fórmulas para la expresión para cloro activo 3 4.2.1. Porcentaje en volumen: Gramos de cloro activo por litro 10 4.2.2. Porcentaje de cloro activo por peso: Porcentaje comercial Gravedad específica de la solución 4.2.3. Porcentaje de cloro activo en volumen: Gramos por litro 10 x gravedad específica de la solución 4.3. Requisitos de calidad (contenido de impurezas) Los compuestos derivados del cloro mencionados anteriormente, no deben contener sustancias inorgánicas u orgánicas insolubles que pueden causar daños tóxicos o deletéreos al consumidor, ni causar ninguna dificultad en la operación y mantenimiento normal de los aparatos cloradores o hipocloradores que dispensan estos compuestos para la desinfección del agua destinada al consumo humano. 5. Métodos para determinar la concentración de cloro activo en los compuestos derivados del cloro y destinados a emplearse en la desinfección del agua para consumo humano. 5.1. Determinación de la concentración de cloro activo en los compuestos de cloruro de calcio e hipoclorito de calcio 5.1.1. Materiales 5.1.1.1. Balanza analítica 5.1.1.2. Espátula 5.1.1.3. Mortero de vidrio o porcelana 5.1.1.4. Pizeta o frasco lavador 5.1.1.5. Balón volumétrico de 1000 cm3 (1 L) 5.1.1.6. 5.1.1.7. 5.1.1.8. 5.1.1.9. 5.1.2. Reactivos 5.1.2.1. 5.1.2.2. 5.1.2.3. 5.1.2.4. 5.1.2.5. Pipetas volumétricas de 25 cm3 (mL) Pipetas de Morh de 25 cm3 (mL) Bureta graduada Soporte y pinzas para bureta Cristales de yoduro de potasio, calidad reactivo Solución de tiosulfato de sodio 0.1 N Acido acético glacial Solución indicadora de almidón Agua destilada 5.1.3. Procedimiento: 4 5.1.3.1. Se colocan 5 g de cloruro de calcio o hipoclorito de calcio en un mortero de vidrio o porcelana. 5.1.3.2. Se humedece el polvo con una pequeña cantidad de agua destilada y se mezcla con la mano del mortero. 5.1.3.3. Por medio de una pizeta o frasco lavador se transfiere el material a un balón volumétrico de 1 L y se completa con el agua destilada a la marca 5.1.3.4. Se agita y se mezcla. 5.1.3.5. Se miden 25 cm3 (mL) de la solución en un frasco de erlenmeyer de 250 cm3 (mL) 5.1.3.6. Se agrega 1 g de cristales de yoduro de potasio. 5.1.3.7. Se acidifica con 4 cm3 (mL) de ácido acético glacial. 5.1.3.8. Se titula con la solución de tiosulfato de sodio 0.1 N hasta que el color amarillo desaparezca. 5.1.3.9. Para afinar el “punto de vire”, se agrega 1 cm3 (mL) de la solución de almidón soluble y se continua la titulación hasta que el color azul (azul obscuro) desaparezca completamente. 5.1.4. Cálculos: mL de tiosulfato de sodio x N x 40 x 0.03545 x 100 gramos de muestra = porcentaje de cloro activo en peso Nota: Lo anterior representa que un cm3 (mL) de tiosulfato de sodio x N x 28.37 = porcentaje de cloro activo en peso cuando se analizan 5 g de muestra 5.2. Determinación del cloro activo en los compuestos de hipoclorito de sodio al 5.5% y al 10% (cloro líquido) 5.2.1. Materiales Son los mismos que se mencionan en el numeral 5.1.1, a excepción de la balanza analítica y el mortero. 5.2.2. Reactivos Son los mismos que se mencionan en el numeral 5.1.2 5.2.3. Procedimiento: 5.2.3.1. Se miden con una pipeta volumétrica, aproximadamente 20 cm3 (mL) de la muestra. 5.2.3.2. Se colocan en un balón aforado de 1000 cm3 (1L) hasta completar a la marca con agua destilada. 5.2.3.3. Se miden 25 cm3 (mL) de la solución y se colocan en un frasco de erlenmeyer. 5.2.3.4. Se agrega 1 g de cristales de yoduro de potasio. 5 5.2.3.5. Se agita y se mezcla. 5.2.3.6. Se titula por medio de una bureta graduada con solución de tiosulfato de sodio 0.1 N hasta que el color amarillo desaparezca. 5.2.3.7. Para afinar el “punto de vire”, se agrega 1 cm3 (mL) de la solución de almidón soluble y se continua la titulación hasta que el color azul (azul obscuro) desaparezca completamente. 5.2.4. Cálculos: cm3 (mL) de tiosulfato de sodio x N x 40 x 50 x 0.03545 10 = porcentaje de cloro activo en peso o cm3 (mL) de tiosulfato de sodio x normalidad x 7.092 = porcentaje en volumen 6. Métodos simplificados para la desinfección de pequeños volúmenes de agua con hipocloritos de calcio al 65% de cloro activo. 6.1. Materiales necesarios 6.1.1. Goteros medicinales 6.1.2. Botella de cerveza 6.1.3. Cuchara plástica de café 6.1.4. Cuchara sopera 6.1.5. Cubeta o garrafón de aproximadamente 20 L (5 galones) 6.1.6. Reloj minutero 6.2. Reactivos 6.2.1. Hipoclorito de calcio al 65% o 70% de cloro activo (cloro en polvo) 6.2.2. Solución de hipoclorito de sodio al 5.5% y al 10 % (cloro líquido) 6.3. Procedimiento simplificado para soluciones de hipoclorito de calcio al 65%. 6.3.1. Se saca el polvo del hipoclorito de calcio del envase por medio de una cucharita plástica al ras. 6.3.2. Se vacía su contenido en una botella de cerveza y se llena con agua del grifo hasta el cuello. 6.3.3. Se agita la botella 3 minutos (o se cuenta pausadamente hasta 180) 6.3.4. Con esta solución se llena una cuchara sopera. 6.3.5. Se vacía el contenido de la cuchara sopera en una cubeta o garrafón de 20 litros (aproximadamente 5 galones) 6.3.6. Se llena el recipiente con agua y se deja reposar durante 30 minutos (1/2 hora), se emplea un reloj minutero (o se cuenta hasta 1800 pausadamente) 6 7. Métodos simplificados para la desinfección de pequeños volúmenes de agua con soluciones de hipocloritos de sodio al 10%. 7.1. Materiales necesarios, opcionales en su relación a los volúmenes que se quiere desinfectar. Envases o recipientes que contendrán los volúmenes de agua: 7.1.1. 1 litro o 7.1.2. 1 galón (4 litros) o 7.1.3. 1 cubeta o garrafón (20 litros) o 7.1.4. 1 pila o tanque de 1 m3 (1000 L) o 7.1.5. 1 tonel de aproximadamente 52 galones 7.1.6. 1 frasco gotero o jeringa graduada o probeta volumétrica graduada 7.1.7. 4 tapitas de cerveza 7.1.8. 1 jeringa graduada de 10 cm3 (mL) 7.2. Reactivos Frasco gotero conteniendo solución de hipoclorito de sodio al 10%. 7.3. Procedimiento 7.3.1. Para un litro se coloca 1 gota de la solución. 7.3.2. Para un galón se coloca 4 gotas de solución. 7.3.3. Para recipientes de 20 L se colocan 20 gotas o 1 cm3 de la solución. 7.3.4. Para una pila o tanque (de fabricación casera) se colocan 3 tapitas de cerveza. 7.3.5. Para un tonel se colocan 4 tapitas de cerveza. 8. Observaciones 8.1. El agua a clorar debe ser lo más clara posible, si es turbia se deja reposar durante la noche y se separa el sobrenadante. 8.2. Si aún se observa cierta turbiedad agregar una dosis más de la recomendada. 8.3. Los garrafones comerciales, generalmente tienen 18.9 litros. 9. Definición del término de cloro residual libre y el procedimiento para determinar su presencia cualitativa y aproximadamente cuantitativa en comunidades rurales o en situaciones de catástrofe. 9.1. Definición Es la cantidad de cloro que queda libre después de un período de contacto con el agua. 9.2. Procedimiento para determinar su presencia 9.2.1. Material necesario 9.2.2.1. Taza de porcelana o un pequeño vaso de vidrio. 9.2.2.2. Un pequeño frasco conteniendo cristales de yoduro de potasio 9.2.2.3. Una espátula o el mango de una cucharita de plástico 9.2.2. Reactivos 7 9.2.2.1. 9.2.2.2. 9.2.2.3. 9.2.2.4. Un frasco pequeño conteniendo cristales de yoduro de potasio Un frasco pequeño conteniendo vinagre Un frasco pequeño conteniendo una solución clara de almidón Una tarjeta con círculos coloreados para determinar la concentración. 9.2.3. Procedimiento 9.2.3.1. En una taza de color blanco o en un vaso pequeño de cristal se pone el agua donde se determinará el cloro residual. 9.2.3.2. Se le agregan aproximadamente unos 3 cristales de yoduro de potasio. 9.2.3.3. Se le añaden 5 gotas de solución de almidón. 9.2.3.4. Se observa si aparece un color azul que indica la presencia de cloro residual. 9.2.3.5. Se compara con los círculos azules de la tarjeta, para obtener la concentración aproximada de cloro residual. Observación: La intensidad del color es proporcional al cloro residual presente, entre más intenso es el color existe mayor presencia de cloro. 10. Conclusiones y recomendaciones 10.1. Conclusiones 10.1.1. Con los métodos simplificados que se describen en este trabajo se persigue proporcionar a los profesionales y técnicos que tienen entre sus atribuciones la selección de los productos comerciales, derivados del cloro como son los hipocloritos de calcio y de sodio, así como el cloruro de calcio, tener una serie de procedimientos tendientes a valorar la concentración del cloro activo, que en las etiquetas, que acompañan a estos productos, indican los porcentajes de cloro activo que contienen ya sea en peso o en volumen. 10.1.2. Al determinar en forma simplificada la concentración del cloro activo, se puede deslucidar si el producto a comprar o a donar, llena los requisitos de calidad y si aún no ha disminuido la concentración del cloro activo durante el envío, el almacenaje y la manipulación del producto. 10.1.3. Así como tener la referencia de una concentración de cloro activo, para la preparación de soluciones destinadas o desinfectar el agua para consumo humano y obtener cloro residual, adecuados para la eliminación de bacterias y virus entéricos. 10.2. Recomendaciones 10.2.1. Cuando se compran o se donan productos como el hipoclorito de calcio al 65% o 70% de cloro activo, es conveniente realizar la determinación del cloro activo, en muestras compuestas que provengan de varios lotes de los envases que contienen el producto. 8 10.2.2. 10.2.3. 10.2.4. 10.2.5. Para determinar la concentración del cloro activo en soluciones de hipoclorito de sodio, se recomienda tomar partes alícuotas procedentes de diferentes envases que constituyan un lote de envío, esta recomendación es valedera, cuando se trata de grandes cantidades de soluciones de hipoclorito de sodio ya sea al 5.5%, 10% o 16%. Para la desinfección de agua de procedencia superficial, es necesario obtener de ser posible la turbiedad, puesto que si el agua no es lo suficiente clara consumirá más cloro activo y para obtener un cloro residual adecuado que este dentro de la norma para agua de consumo humano NGO 29001. Las soluciones de hipoclorito de calcio o sodio deben prepararse en recipientes o tanques separados donde se han de diluir, sedimentándolas convenientemente. El líquido claro se vacía en el recipiente o tanque de almacenamiento o al depósito de alimentación del hipoclorador a bajo costo. El sedimento formado se desecha. Las soluciones deben prepararse cuando menos cada 3 o 4 días porque se alteran. Se deben mantener dosis adecuadas de cloro residual entre 0.5 mg/L o 1.0 mg/L. El empleo de cantidades mayores resulta ser antieconómico y puede ser perjudicial. 11. Bibliografía 11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 11.6. 11.7. 11.8. 11.9. 11.10. 11.11. 11.12. American Water Works Association. AWWA B300-80 Standard for hypochlorites. Revision of AWWA B300-75. Centro de Capacitación en Ecología y Salud para el Campesino “El agua fuente de vida” Boletín Pensamiento y Salud No. 21. San Cristóbal las Casas Chiapas, México. Febrero 1989. Chuy Vides, W. O. Evaluación de los hipocloradores en el área rural. USAC. Facultad de Ingeniería. ERIS, 1987. Cortez A., V. Evaluación de la calidad del agua y adaptación de un hipoclorador de bajo costo a un suministro de agua subterránea. USAC. Facultad de Ingeniería ERIS, 1990. Cox, Charles R. Operation and control of water treatment processes. WHO 1964. Folleto Instructivo para técnicos, tratamiento y desinfección del agua a base de cloro. Managua Nicaragua. OPS/OMS. 1999. Guías para la calidad del agua potable. OMS/OPS. Publicación No. 481, Washington, D.C. 1985. Kroeger A., Luna R. Atención primaria de salud, principios y métodos. OMS. Editorial Pax, México 1987. Manual de saneamiento, vivienda, agua y desechos. Dirección de ingeniería sanitaria. Limusa, México, D.F. 1988. Manual de tratamiento de aguas. Departamento de Sanidad del Estado de New York. 1969. Norma COGUANOR NGO 1040, sistema internacional de medidas. Ministerio de Economía de Guatemala. 1992. Norma COGUANOR NGO 29001, agua potable, especificaciones. Ministerio de Economía de Guatemala. 2000. 9 11.13. 11.14. 11.15. 11.16. Salud y Ambiente. Agencia Española de Cooperación Internacional. 1994. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 20th. Editions. APHA, AWWA and WPCF. 1990. Tabarini M. Alba. Calidad del agua y desinfección. Seminario - taller Problema del cólera y la necesidad de un plan de acción en el abastecimiento del agua y saneamiento. OPS/OMS Y Colegio de Ingenieros de Guatemala. 1991. Tabarini M. Alba. Desinfección de agua para consumo humano. Curso corto ERIS – OPS/OMS. 1986. 10