Guía para la instalación de sistemas de desinfección

OPS-COSUDE/02-07
GUÍA PARA LA INSTALACION DE
SISTEMAS DE DESINFECCIÓN
Lima, 2007
Guía para la instalación de sistemas de desinfección
Contenido
Página
Introducción..................................................................................................................3
1
Objeto
.................................................................................................................4
2
Definiciones............................................................................................................4
3
Aplicación...............................................................................................................4
4
Determinación del cloro a dosificar en la red......................................................... 4
5
Preparación de las soluciones de los productos no gaseosos ................................. 4
5.1 Por Disolución .........................................................................................4
5.2 Por Electrolisis.........................................................................................5
6
Consideraciones para la instalación de dosificadores.............................................6
6.1
Bajo presión atmosférica ................................................................6
6.1.1
Tanque con válvula flotador y tubo con orificio en flotador.......... 6
6.1.2
Sistema vaso/botella ....................................................................... 8
6.2
Bajo presión positiva o negativa.....................................................9
6.2.1
Bomba diafragma (positiva) .......................................................... 9
6.2.2
Dosificador por succión (negativa) ............................................. 10
6.3
Dosificador de carga constante o por goteo ................................12
6.4
Erosión..........................................................................................14
6.4.1
Dosificadores de tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio ......14
6.5
Difusión (Flujo difusión) ..............................................................16
7
Bibliografía
......................................................................................................17
2
Introducción
La desinfección es importante, pero es crítica en las comunidades pequeñas y zonas
rurales, donde puede ser la única forma de tratamiento asequible. Actualmente, el
objetivo de la desinfección del agua es asegurar que el consumidor reciba agua
esencialmente saludable mediante la destrucción de los agentes patógenos y que
mantenga una barrera protectora contra los gérmenes dañinos a la salud humana que se
podrían introducir en el sistema de abastecimiento, suprimiendo de esta manera la
posterior contaminación microbiológica del agua.
El objetivo de esta guía es proporcionar información y conceptos actualizados, y las
herramientas necesarias para la instalación del sistema de desinfección del agua en
sistemas rurales de abastecimiento de agua.
3
Guía para la instalación de sistemas de desinfección
1
Objeto
Proporcionar la información necesaria para la instalación y requerimientos de sistemas
de desinfección del agua, para sistemas de abastecimiento en el medio rural.
2
o
o
3
Definiciones
Instalación.- Conjunto de acciones que se efectúan para implementar las partes
del sistema de desinfección y funcionen según las especificaciones de diseño.
Técnico.- Persona calificada y responsable de la instalación del sistema de
desinfección.
Aplicación
La aplicación de la guía será en sistemas rurales y pequeñas localidades.
4
Determinación del Cloro a dosificar en la red
La cantidad de cloro a dosificar debe ser equivalente a la demanda total de cloro (la cual
está estrechamente ligada a la calidad química y microbiológica del agua) a la que debe
adicionarse la cantidad de cloro residual esperada al extremo de la red. Es conveniente antes
de proceder a llevar a cabo el proceso de desinfección, realizar ensayos de consumo
instantáneo de cloro. Este ensayo se denomina “Ensayo de demanda de cloro”.Ver figura. 1
Dosis
Demanda de cloro
Cloro residual
Fig. 1. Demanda del cloro
Si no se lleva a cabo la prueba de demanda y cuando la desinfección no reviste un
carácter de urgencia (cloración preventiva), la cantidad de compuesto de cloro a
introducir se puede regular a través de la aplicación directa de cantidades crecientes de
cloro en la red, hasta obtener la concentración residual requerida al extremo de la
misma. Puede ser necesario varios días hasta que se ajuste la dosis al valor ideal. Para
este efecto, entre dosis sucesivas, debe transcurrir un cierto intervalo de tiempo, en
atención al tiempo que transcurre durante el trayecto del agua desde el punto de
aplicación del cloro y el extremo más alejado de la red.
5
Preparación de la soluciones de los productos no gaseosos
5.1. Por disolución
o
Debe buscarse que la capacidad de los tanques de disolución (2 como mínimo)
corresponda a un periodo de 24 horas de manera que facilite su operación.
4
o
o
o
Se debe asegurar la completa disolución del producto en el agua; el empleo de un
agitador eléctrico puede facilitar tal tarea.
Es común encontrar partículas o impurezas por lo cual el equipo dosificador
deberá contar con un filtro que las retenga para evitar su obstrucción.
Debido a que la alcalinidad del hipoclorito de sodio concentrado precipita la
dureza del agua de dilución, lo cual también puede producir incrustaciones en los
dosificadores y tuberías; se recomienda preparar la solución con 24 horas de
anticipación, de tal manera que los precipitados tengan tiempo de sedimentar.
5.2. Por Electrolisis
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Cuando se emplea hipoclorito de sodio producido in situ, la solución es
producida a partir de la Electrolisis de la sal con equipos accionados por energía
eléctrica o solar:
El equipo debe incluir tanques de almacenamiento de la solución producida in
situ.
Es necesario almacenar una reserva de sal, lo que requiere espacio adicional.
Aunque los dispositivos para la producción de NaOCl son fáciles de instalar, es
preciso tomar precauciones para separarlos de los componentes susceptibles a la
corrosión como los controles eléctricos, motores, bombas, reguladores y otros
equipos hechos de materiales metálicos, ya que el ambiente inmediato a las
unidades de producción suele ser muy corrosivo.
Las instalaciones deben estar diseñadas de modo que se facilite el manejo de la
sal y la transferencia de la solución de hipoclorito de un tanque a otros y al sitio
de aplicación. Los locales en todo caso deben estar bien ventilados.
La eficiencia de los diferentes tipos de equipo para producir hipoclorito de sodio
varía un poco.
La experiencia indica que se requieren de 6 a 10 kilovatios/hora de energía
eléctrica para producir 1 kilogramo de cloro disponible. Esta pequeña cantidad
de energía se puede obtener de varias fuentes, como células solares, generadores
de energía eléctrica por molino de viento o por energía hidráulica, y otras.
En todos los casos la fuente de energía tiene que ser confiable.
Una ventaja del sistema para la producción de hipoclorito de sodio in situ es que
se lo puede operar en las horas que hay electricidad, y almacenar el hipoclorito
preparado para usarlo también en las horas en que falta la energía eléctrica.
Estos dispositivos son muy seguros porque producen soluciones de hipoclorito
de sodio de concentración baja y en cantidades relativamente pequeñas, que en
su mayor parte se utiliza sino de inmediato, al corto plazo.
A pesar del bajo riesgo, es preciso tomar precauciones, en especial cuando se
abre la celda electrolítica, ya que puede acumularse una cantidad de cloro
gaseoso en ella.
Los componentes para la instalación con energía eléctrica son: la fuente de
poder, celda electrolítica y recipiente para realizar la electrolisis.
Los componentes para la instalación con energía solar son: las celdas
fotovoltaicas, batería, controlador integral, celda electrolítica y recipiente para
realizar la producción del hipoclorito de sodio.
5
Celda electrolítica
Fuente de Poder
Recipiente de
producción
Fig. 2. Sistema de producción de hipoclorito de sodio con energía eléctrica
Fig. 3. Sistema de producción de hipoclorito de sodio con energía solar
6
6.1
Instalación de dosificadores
Bajo presión atmosférica
6.1.1 Tanque con válvula flotador y tubo con orificio en flotador`
a. Descripción
Es un dosificador que funciona por gravedad, bajo un principio de la caga hidráulica
constante. Hipoclorador sencillo hecho localmente de materiales fácilmente obtenibles.
La dosificación se puede regular de acuerdo a la profundidad de inmersión y/o número
de orificios sumergidos.
6
Los componentes son:
o
Recipiente con la solución de cloro a aplicar, con flotador
o
Tubo de abasto de pequeño diámetro con flotador
o
Manguera flexible.
Fig. 4. Sistema de tanque con válvula flotador
Fig. 5. Sistema de tubo con orificio en flotador
b. Requisitos
o
o
o
o
Los sistemas deben construirse con materiales resistentes a la corrosión de una
solución fuerte de hipoclorito.
El tanque de solución debe construirse de polietileno de alta densidad (PEHD),
fibra de vidrio o asbesto-cemento.
El flotador puede hacerse con PVC o madera.
No debe usarse materiales como aluminio, acero, cobre o aún acero inoxidable
porque se destruyen rápidamente.
c. Rango de aplicación
o
o
Pequeñas comunidades y hasta algunas intermedias
Su aplicación está limitada a aquellos casos en que la solución de hipoclorito
puede fluir por gravedad hacia el sitio de mezcla, ya sea un canal, una cámara de
contacto de cloro o directamente hacia un tanque de almacenamiento.
d. Montaje e instalación
o
o
La instalación es sencilla, como todos los equipos de carga constante.
Debe incorporar un intervalo de aire en la tubería de descarga para evitar la
posibilidad de sifonaje.
7
o
o
La instalación debe excluir la posibilidad de que el contenido del tanque de
solución se descargue accidentalmente en el canal de mezcla o la cámara de
contacto, si se rompe un accesorio o tubería o si ocurre otro tipo de derrame.
La instalación debe facilitar el manejo de los compuestos de cloro, la mezcla de
soluciones y el ajuste de la dosificación. Se debe colocar un grifo de agua en un
lugar conveniente para preparar las soluciones madre y para limpieza general.
6.1.2 Sistema vaso/botella
a. Descripción
El elemento de dosificación es un sistema sencillo
compuesto de un envase con un dispositivo flotante y se
construye con una botella cilíndrica de vidrio o plástico
con paredes lisas y con un volumen entre 1.0 y 1.5 litros.
El dispositivo es alimentado con la solución desde un
tanque.
b. Requisitos
El tanque alimentador debe ser instalado 1 m (o más) por
encima del nivel donde se coloca el elemento de
dosificación.
c. Rango de aplicación
El rango de dosificación puede tomarse desde 2 a 10
lt/hr, lo que lo hace aplicable para pequeñas localidades
de hasta 20,000 habitantes. La colocación de dos o más
dosificadores en paralelo permite dosificaciones mayores
Fig. 6. Elemento de dosificación
del sistema vaso/botella
d. Montaje e instalación
La botella sin base debe colocarse invertida (el cuello mirando hacia abajo). Sobre la
parte superior se pega una tapa pequeña con masilla epóxica; Esta tapa tiene dos
orificios; uno central, donde se coloca un tubo plástico de ¼” que sobresale
aproximadamente 1 cm, este tubo debe pegarse firmemente a la tapa y sus bordes
nivelados; el segundo orificio permite que el aire fluya libremente. La tapa puede
hacerse de madera o de plástico.
El dispositivo flotante es un vaso de plástico o un frasco plástico con o sin tapa,
colocado invertido (con la boca hacia abajo) dentro de la botella; sobre la parte externa
de la base, se pega un pedazo de goma blanda. Con el aire mantenido al interior, tanto el
frasco como el vaso plástico funcionarán como un dispositivo flotante. El flujo se regula
con una válvula sencilla de fabricación local.
8
Fig. 7. Sistema de dosificación
vaso/botella
6.2
Bajo presión positiva o negativa
6.2.1 Bomba diafragma (positiva)
a. Descripción
Estas bombas están equipadas con una cámara
que tiene dos válvulas unidireccionales, una a
la entrada y otra a la salida.
El diafragma flexible, está hecho de un
material resistente a los efectos corrosivos de
las soluciones de hipoclorito. La tarea de la
bomba es elevar la solución por medio de una
serie de golpes. El punto de aplicación puede
ser un canal o un reservorio (presión
atmosférica), o una tubería con agua bajo
presión positiva.
Fig. 8. Cabezal con su
diafragma
Bomba de diafragma
Válvula
anti-sifón
Tubería
Fig. 9. Dosificador con bomba
de diafragma en tubería bajo
presión positiva
Tanques de solución
9
b. Requisitos
o
La energía requerida para operar el hipoclorador mecánico es relativamente
pequeña, generalmente de ¼ a ¾ HP, al escoger este tipo de clorador es
importante considerar la fiabilidad y calidad de la fuente de energía.
c. Rango de aplicación
o
o
La capacidad de esta clase de hipoclorador es amplia, suministrando el más
pequeño cerca de 1 lt/h de hipoclorito, lo que lo hace aplicable para pequeñas
localidades de hasta 20,000 habitantes, y los más grandes cerca de 200 lt/h.
Dependiendo de la concentración de la solución y dosificación de cloro deseada,
puede desinfectarse flujos de agua de muy variado caudal.
d. Montaje e instalación
o
o
o
o
El método más común de accionar las bombas de diafragma es usando un motor
eléctrico.
Una instalación bien diseñada debe proteger los productos químicos contra la luz
solar así como proporcionar condiciones para manejar y mezclar fácilmente las
soluciones químicas.
También debe estar bien ventilada y evitar temperaturas y humedad muy altas.
La instalación se debe diseñar de manera que se facilite la operación y el
mantenimiento y se reduzca al mínimo los riesgos potenciales del cloro. Se
recomienda tener un cuarto separado para almacenar el hipoclorito debido a su
naturaleza corrosiva y reactiva. En la figura se muestra el diagrama de una
instalación típica de cloración con hipoclorito de calcio.
Fig. 10. Instalación típica de
hipoclorito de calcio
6.2.2 Dosificador por succión (negativa)
a. Descripción
El equipo dosificador por succión, utiliza un dispositivo Venturi, el cual permite
dosificar soluciones cloradas en tuberías presurizadas. Este tipo de clorador se basa en
el mismo principio que el de eyector empleado en los cloradores a gas. El vacío creado
por el flujo del agua a través de un tubo Venturi succiona la solución de hipoclorito y la
descarga directamente en la corriente de agua principal o en una corriente de derivación.
10
b. Requisitos
El dispositivo Venturi no requiere de una fuente de
energía separada, si existe presión suficiente en el sistema
de abastecimiento de agua en el punto de aplicación de la
solución de cloro para producir un flujo adecuado de agua
por el Venturi. En otros casos, se necesitaría una fuente
de energía eléctrica fiable para bombear una cantidad
pequeña de agua a través del Venturi.
c. Rango de aplicación
La capacidad de dosificación varia entre 1 a 25 lt/h.
d. Montaje e instalación
o
o
o
o
Un Venturi tiene un régimen de flujo relativamente
estrecho dentro del cual funciona eficientemente. Por
este motivo, la selección del mismo debe considerar
que los requisitos hidráulicos del dispositivo
Fig. 11. Ventura y rotametro
concuerden con las características del sistema de
abastecimiento de agua (caudal máximo y mínimo).
Los dispositivos Venturi no se deben emplear para fluctuaciones amplias de caudal
y de presión que excedan su rango de operación.
Los dispositivos Venturi deberán ser de material resistente a soluciones fuertes de
hipoclorito, ya que su potencial oxidante puede atacar el dispositivo y deteriorarlo
rápidamente.
Los dispositivos Venturi se pueden instalar en una pared o directamente sobre las
tuberías, dependiendo del diseño. La instalación es suficientemente sencilla como
para no requerir un especialista. Todas las tuberías y tubos de plástico flexible deben
instalarse adecuadamente para facilitar su operación y mantenimiento.
Debe instalarse un filtro previamente al dispositivo y tener en cuenta la remoción
fácil del Venturi para limpiar los precipitados u otros depósitos que puedan
obstruirlo. Al igual que con todos lo hipocloradores, es preciso tomar precauciones
especiales al diseñar las instalaciones de cloración y almacenamiento debido a la
naturaleza reactiva de las soluciones de cloro.
Fig. 12. Instalación de sistema
venturi.
11
6.3
Dosificador de flujo constante (por goteo)
a. Descripción
El dosificador aplicado está compuesto de tres partes: la válvula de control, el
dosificador de salida y la cámara de carga constante (ver figura 1).
o
Válvula de cierre, Conformado por un dispositivo de plástico, similar al empleado
en el control del nivel de agua en los inodoros, modificado y adecuado a la cámara
de carga constante. Este dispositivo consta de tres partes: a) válvula de cierre con
asiento de neopreno de alta duración, b) palanca de unión entre la válvula y el
flotador, y c) flotador. La válvula va montada en la parte superior de la pared lateral
de la cámara de carga constante y se conecta al tanque que contiene la solución de
hipoclorito de sodio.
o
Dispositivo de control. Compuesto por dos partes: a) el orificio de salida y b) el
dispositivo regulador de caudal. El orificio es de forma triangular, hecho en la parte
lateral de una pieza plástica (niple), roscado internamente y fijada a la pared de la
cámara de carga constante. El regulador de caudal es una pieza tubular plástica con
rosca exterior, que se desplaza por el interior de la pieza plástica que contiene el
orificio triangular, lo que permite regular finamente la abertura, obteniéndose un
caudal uniforme de salida de la solución desinfectante por largos períodos de
tiempo.
o
Cámara de carga constante. Compuesto por un balde plástico de dos litros de
capacidad. La válvula de cierre está ubicada en la pared lateral del recipiente y la
salida se encuentra a 90 grados respecto a la válvula de cierre. De esta manera, la
válvula de cierre permite que el nivel de agua se mantenga constante dentro del
recipiente plástico, independientemente de la presión que proporcione el tanque de
alimentación o de la descarga que proporcione el dispositivo de control. El
dispositivo de control al disponer de una carga constante, permite también dosificar
un caudal constante y uniforme. En la figura 1 se muestra los detalles del
dosificador.
Fig. 13. Dosificador de flujo constante
b. Requisitos
Es necesario previo a la instalación adecuar una caseta segura para el equipo productor
del hipoclorito de sodio, los recipientes para la preparación y almacenamiento del
hipoclorito de sodio producido y el dosificador de carga constante. La misma que
deberá estar ubicado en la parte superior del reservorio o depósito de agua.
12
c. Rango de aplicación
Este dosificador por goteo permite dosificar hasta un caudal de 125 ml/s para una
concentración de cloro de 0,5% (5,000 mg/l) Este dispositivo tiene una capacidad de
tratar caudales hasta de 8 L/s.
d. Montaje e instalación
El dosificador se instala directamente en la línea de salida de los tanques que contienen
la solución (se puede optimizar su uso instalando directamente a los tanques de
producción de hipoclorito de sodio como se muestra en la figura adjunta), de modo que
el flujo de solución descargue directamente, a través del dosificador, al tanque de agua
que se va a desinfectar.
Fig. 14. Esquema de instalación de dosificador de flujo constante
Fig. 15. Detalles de la instalación del dosificador de flujo constante
13
6.4
Erosión
6.4.1 Dosificadores de tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio
a. Descripción
Normalmente tabletas de hipoclorito de calcio de alto contenido de cloro (65 % a 70%),
se pueden obtener en diferentes marcas; sin embargo, debe tenerse cuidado en que no
contengan cianuratos (sustancias nocivas para el ser humano). Las tabletas pueden
también ser fabricadas localmente, comprimiendo polvo de hipoclorito de calcio,
siempre que la compactación de las mismas no sea inferior a 1000 Kg/cm2, para que no
ablanden fácilmente.
Se ha diseñado un dispositivo similar al clorador de tabletas, el dosificador de píldoras,
que puede suministrar hipoclorito de calcio directamente en pozos profundos o tanques
a una velocidad constante que puede regularse. Las píldoras al sumergirse se disuelven
lentamente proporcionando un cloro residual razonablemente constante. Estos
dosificadores son sumamente útiles para pozos y tanques contaminados con
microorganismos patógenos. Requiere agua con turbiedad debajo de 5 UNT. No es apto
para suministros intermitentes.
Fig. 16. Dosificadores por erosión de
tabletas.
14
b. Requisitos
o
Estos dispositivos no requieren energía, son sencillos de operar y facilita la
dosificación porque las tabletas tienen una concentración constante de cloro.
c. Rango de aplicación
o
o
o
o
Para caudales entre 0.1 a 20 lt/s
Turbiedad < 5 UNT
No deberá haber interrupciones prolongadas en el suministro de agua.
Acceso a las tabletas de calcio.
d. Montaje e instalación
o
o
o
o
La instalación de esta clase de dispositivos de dosificación requiere un
adiestramiento especializado mínimo.
En la mayoría de los casos se puede adiestrar a un operador con conocimientos
básicos de plomería y tuberías.
Aunque los dispositivos de dosificación están hechos de materiales no corrosivos
y no tienen partes móviles, es preciso prestar atención a las instrucciones del
fabricante para asegurar la durabilidad y una operación adecuada de acuerdo con
las especificaciones.
También se debe prestar atención a la temperatura de trabajo, ya que la
solubilidad de las tabletas depende en general de la temperatura del agua.
Fig. 17. Aplicación de los dosificadores
15
Fuera de la energía hidráulica necesaria para que corra el agua a través del dosificador por
erosión de tabletas, no se requiere de energía adicional. Este tipo de dosificador de cloro
ofrece mucha flexibilidad, tanto en cuanto a la cantidad de cloro como a la ubicación de los
puntos de aplicación. Para abastecimientos más grandes pueden usarse varios dosificadores.
Instalaciones típicas
Fig. 18. Instalación del dosificador de tabletas
6.5
Difusión(Flujo difusión)
a. Descripción
Dispositivo construido con material d PVC
b. Requisitos
o
Estos dispositivos no requieren energía, son
sencillos de operar y mantener
c. Rango de aplicación
o
Para caudales comprendidos entre 0,2 a 0,35 lt/s.
d. Montaje e instalación
o
El hipoclorador de flujo difusión se instala en el
interior del reservorio cerca del tubo de entrada y
salida a 30 cm. de distancia y a un nivel adecuado
del nivel de piso para que el hipoclorador este
Fig. 19. Hipoclorador
siempre por debajo del nivel de agua, con la
finalidad de que el dispositivo este en constante movimiento y deje salir el cloro
en proporción adecuada. Ver esquema de instalación
o
Durante el proceso de instalación es necesario tomar muestras de agua, con un
comparador de cloro y utilizar pastillas de DPD-1, a fin de comprobar la cantidad
de cloro residual que existe en el reservorio y en las conexiones domiciliarias de
la red de distribución
16
Fig. 20. Esquema de instalación del Hipoclorador por difusión
7
Bibliografía
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Reiff, F.; Disinfection practices in developing areas; trabajo presentado en el Curso
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