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Sistemas de Cloración Alternativos.

 
   
cloracion  

Históricamente el cloro ha sido el elemento mas usual y economico en la desinfección de aguas ya sean estas potables, negras o industriales. Tanto el gas cloro como el hipoclorito de sodio industrial y el hipoclorito de calcio han sido los químicos mas eficaces para la oxidación de los elementos orgánicos del agua. Su uso generalizado es debido a su fácil consecución bajo costo. La creciente importancia mundial a la protección del medio ambiente ha causado que muchas fábricas de cloro/soda hayan cerrado o limitado su capacidad por contamar masas de agua y atmósfera. En muchos paises no se permite a los camiones tanques circular por el area de ciudades, túneles, ciertos puentes y carreteras. Lo mismo que istalaciones de cloro cerca de colegios, aeropuertos, hospitales son prohibidas. Sin embargo la demanda del cloro cointinua creciendo debido a la mayor contaminación de los depósitos acuiferos demandantes de mayor cntidad de cloro, aumento de población y demanda lel cloro como materia prima para petroquímicos.

La generacion in-situ de hipoclorito de sodio a baja concentración a través de sal y electricidad es una alternativa muy importante para desinfección de aguas tanto en ciudades como en el area rural que a su vez es compatible con el medio ambiente. El gas cloro ha sido históricamente el elemento mas usual y económico usado en la desinfección. Su uso está siendo constantemente atacado por movimientos ambientalistas debido a los altos peligros que conlleva su manejo y aplicación. Muchas fábricas han cerrado operaciónes y otras se han visto imposibilitadas de aumentar su producción para suplir la creciente demanda por este mismo efecto de contaminación existente y potencial. El cloro disponible tambien se obtiene por medio del hipoclorito de sodio. El método mas corriente y económico para manufacturar hipoclorito de sodio de grado industrial es burbujeando gas cloro a través de soluciones de soda cáustica. Se obtienen concentraciones del orden del 14%, este hipoclorito concentrado es también altamente peligroso su manejo y es muy inestable su concentración es en función de temperatura de almacenaje, luz y material del tanque de almacenamiento. Si el cloro es pasado a través de calcio se obtienel hipoclorito de calcio en concentraciónes típicas del 60-65%. A su vez este químico es inestable en función del tiempo, temperatura de almacenaje y luz.. Esta es la forma mas costosa de compuestos de cloro comparado con las otras formas de químicos con cloro disponible para la oxidación.

Así como algunas fabricas han limitado y a veces reducido su producción debido a causas ambientales, la demanda del cloro aumenta desproporcionadamente a la oferta debido al creciente aumento de la población que demanda mayores volúmenes de desinfeccion, contaminación creciente de las aguas y acuiferos usados para obtener aguas potables en ciudades y zonas rurales Y también debido a las muchas fabricas de PVC, vidrio y otras que utilizan y demandan grandes cantidades de cloro como materia prima.

El cloro es uno de los químicos mas necesarios en nuestra sociedad y a la vez uno de los mas peligrosos de manejar, transportar y almacenar. Vemos que muchos países prohíben el paso de los camiones tanques por las ciudades, por algunos túneles y puentes. Las tarifas de transporte marítimo se incrementan día a día por su alto riesgo y su logística de adquisición Causa dolores de cabeza y úlceras a los ingenieros sanitarios responsables de la potabilizacion de las aguas

Generadores de mecla de gases oxidantes (MOGGOD) en cámara separada por membranas

Este sistema se basa en la generación de cloro y otros gases oxidantes en una pila electrolítica de dos cámaras separadas por una membrana selectiva. La cámara anódica se llena con salmuera (sal y agua), y la cámara catódica se llena con una solución de soda caústica. El ánodo, generalmente hecho de titanio es separado del cátodo, que puede ser hecho de titanio, hasteloy-C ó acero inoxidable, por una membrana selectiva especial. Al energizar la celda electrolítica pasando corriente directa (DC) del ánodo al cátodo a través del medio electrolítico (salmuera), los iones de sodio cruzan la membrana que selectivamente atrapa los iones de cloro que quedan en la cámara anódica. Estos iones de cloro vienen a formar los gases oxidantes usados en la desinfección del agua.La dosificación de los gases creados en la cámara anódica es efectuada por medio de extracción del gas por vacío o venturis causada por el flujo de agua proveniente del bombeo o por compresión de los mismos y su liberación en la corriente de agua. La mezcla de gases oxidante es altamente efectiva para eliminar microorganismos en aguas bajo un amplio espectro de ph y temperaturas proporcionando residuales durables. Aparentemente el tiempo de contacto de estos gases oxidantes es menor que el requerido por el gas cloro para obtener la misma desinfección . Los gases generados en la cámara anódica incluyen cloro, peróxido de hidrógeno, ácido hipocloroso, ozono, radicales hidroxilos, oxigeno de muy corta vida etc.Su uso en ciertas areas se dificulta un poco por el estricto requerimiento de sal de muy buena calidad con bajo contenido de carbonatos y fosfatos cálcicos. Sales sucias tienden a tupir la membrana con frecuencia cuya limpieza requiere un tanto de mano de obra especializada. La limpieza de esta membrana será de acuerdo a la calidad de la sal usada. Típicamente cada mes. La membrana tiene que ser cambiada cada año mientras los ánodos, si tienen un revestimiento apropiado y la densidad de corriente a trvés de ellos es la apropiada y no la incrementen para obtener mayores producciones, duran de dos a tres años. La duración de los cátodos depende del material de que estén fabricados. Este sistema que se ofrece en una gama amplia de producciones, genera los gases en el sitio de uso y estos tienen que ser dosificados al momento de generación no pudiendo ser almacenados para utilización posterior. Esta condición puede ser muy relevante en países en que la corriente eléctrica falla con frecuencia ya que mientras no haya corriente elétrica no hay desinfección. Para su operación se tiene que almacenar sal y una cantidad pequeña de soda caústica para añadir en la cámara catódica para el arranque del sistema. Esta operación tiene que ser hecha cada vez que el sistema comience su operación. La dureza depositada en los cátodos se limpia con una solución de acido clorhídrico al 5%. La limpieza de la membran y de los ánodos se hace de manera mecánica con brocha y agua limpia. Es de notar que el sistema genera gases químicos altamente tóxicos y corrosivos con los que hay que tener mucha precaución.

Generadores de Hipoclorito de Sodio In - Situ

La generación del hipoclorito de sodio en el propio sitio de uso no es nada nuevo. Es un proceso simple que hasta en los ultimos 10-15 años con el desarrollo de ánodos especiales de bajo consumo energético han hecho que el proceso sea económico y confiable.

La primera instalación de un generqador de hipoclorito de sodio fue hecha en Brewster, New Yor en el año 1893 y fue conocida como el Proseso WOOL y era usad en el tratamiento de aguas industriales.

En 1930 generadores electrolíticos eran usados en desinv\fección de aguas de albercas por YMCA pero el alto consumo eléctrico de los electrodos hacían que el cloro equivalente generado fuera bastante mas costoso que el cloro gas y consecuentemente fue desechado.
Durante la Primera Guerra Mundial en 1914-1918 una solución obtenida por este método electrolítico era usada como antiséptico en los hospitales para tratar heridas abiertas. Esta solución se llamaba Carrel Dankin Solution. Mas tarde la primera celda electrolítica fue desarrollada por Van Peursem pero el bajo costo del gas cloro impidió el desarrollo y avance de esta tecnología.

Tecnología básica

La tecnología de los generadores de hipoclorito de sodio in-situ es muy sencilla y confiable. Parte del principio de la electrólisis del agua salada o el paso de electricidad entre el ánodo y el cátodo a traés del agua salda el cual hace que el H2O y el CLNA reaccionen y formen el CLONA liberando hidrógeno en su reacción en la parte catódica.

Esta tecnologia Es practicamente la misma para la obtencion del cloro elemental. Usted puede generar Hipoclorito de sodio tan fácilmente como el poner agua salada en una pila e introducir una placa de metal unido al terminal positivo de una batería y al otro extremo de la pila otra placa de metal unida al otro borne de la batería. La electrólisis comienza y la generación del hipoclorito de sodio se observa en la efervescencia del hidrógeno.

Reacciones en la Celda

El cloro se genera en el ánodo mientras el cátodo produce hidrógeno así:

(1) 2 CL- ------------> CL2 + 2 e-
(2) 2 H2O + 2 e- -----------> H2 + 2 OH-

Estando aun en la celda el cloro reacciona inmediatamente y forma ácido hipocloroso de acuerdo a esta reacción:
(3) CL2 + H2O ---------> HOCL + H+ + CL-

Considerando que comenzamos con sal (NACL), todas las reacciones llevan a lo siguiente:

(4) 2 NACL + 3 H2O ----------> 2 NAOH + H + HOCL2 + HCL

En la misma celda, todo el ácido hipocloroso se disocia y forma el Ion hipoclorito el cual se considera como Cloro Libre Disponible o FAC de acuerdo a la siguiente reacción de equilibrio:
(5) HOCL <-------> OCL- + H+

Si las concentraciones De HOCL y OCL- Son las mismas, la reacción total en la celda es como sigue:
(6) 2 NACL + 3 H2O -------> NAOCL + HOCL + NAOH + 2 H2

Es bueno agregar que cuando se utiliza gas cloro elemental para la desinfeccion, de los 2 átomos de la molécula de cloro (CL2) un átomo forma ácido clorhídrico (CLH) que se desperdicia ya que no es reactivo oxidante. Y solo un átomo del cl2 es el que forma el ácido hipocloroso (cloh) el cual es el agente desinfectante. Cuando añaden 100 libras de cl2 solo 50 libras están utilizando, las otras 50 están siendo desperdiciadas. Acidifica el medio, baja el ph lo cual no es deseable a veces requiriendo neutralizacion con soda caustica.

Tecnologia actual.

Ahora bien, cambiemos la pila, las placas metálicas y la batería con elementos similares pero diseñados de tal manera y de forma tal que trabajen confiablemente en ambientes adversos tropicales, eficientemente y en producciones que Sean adecuadas para la realidad practica.

La estructura basica de los ánodos son hechos del metal titanio, que es prácticamente indestructible a la oxidación, y se reviste con óxidos de metales preciosos como iridio, rodio, platino...para que la conductividad eléctrica sea mayor y mas uniforme en toda el aérea de los electrodos. Esto causa una mayor eficiencia de producción y menor consumo eléctrico, que es la materia prima mas costosa. El cátodo puede ser de titanio o de aleaciones tipo hastelloy-c o acero inoxidable de alto grado. Ambas placas Forman el corazón del sistema O la celda electrolitica.

Se utilizan fuentes de poder tipo switching transistorizadas de estado s\lido que vienen protegidas para los ambientes tropicales y para las subidas y bajadas de voltajes. AsR como con timers para determinar el corrector tiempo de electr\lisis.

Esta tecnología abarca tres familias de generadores:

1- semi-automáticos que generan de 1 a 10 libras de cloro equivalente por día.

2- automáticos que generan de 20 a 150 lbs. De cloro equivalente por día

3- automáticos hechos a la medida de la demanda.


1- Modelos semi-automáticos que generan 5, 25, 50 y 100 gramos de cloro equivalente por hora. Se utilizan en zonas rurales, caseríos y poblados Que toman el agua de pozos, ríos o reservorios. Estos generadores trabajan con corriente 110 0 220 voltios, monofasicos y 50 o 60 ciclos. Constan de un tubo de pvc en el que esta una celda electrolitica de forma tubular (ánodo/cátodo) Que se introduce en un tanque de polietileno con salmuera previamente preparada. El panel de controles tiene un timer con que se regula el numero de horas que se quiere operar y automaticamente corta la energia al terminar su ciclo.

La distancia entre el ánodo y el cátodo es tal que el corto circuito entre ellos es improbable si las instrucciones de operación y mantenimiento se siguen bien. Al cabo de las horas establecidas en el timer la salmuera se convierte en una solución de hipoclorito de sodio al +-0.8% (8,000 ppm). Esta solución es muy estable Y no como la del hipo comercial/industrial que tiende a degradarse debido a la concentracion, temperatura y tiempo.

La fuente de poder de este sistema puede ser tanto de corriente alterna 110/220 volts., de un generador Portátil diesel/gasolina/lpg o de un panel solar (solo genera 1 lb. Al día con panel solar) estos sistemas solares están trabajando en el darién, panamá y aquí en el perú.

Para una eficiente operación se utilizan 3 tanques de polietileno conectados entre si con un Manifold y con una válvula de pase entre cada uno. En uno de ellos se introduce la celda en la salmuera previamente preparada y se regula el timer para determinado tiempo. Se prepara salmuera en un segundo tanque. Al día siguiente se utiliza el hipo generado Y se introduce el electrodo en el segundo tanque. Se prepara la salmuera en el tercer tanque para el día siguiente y así sucesivamente. el único mantenimiento es introducir el electrodo en un tubo de pvc con vinagre blanco para disolver las durezas de carbonatos de calcio y magnesio que se depositan en el catodo.

La celda tiene una duración de 4 a 5 años al cabo de los cuales los anodos van perdiendo su recubrimiento y produciendo el hipoclorito a un consumo eléctrico gradualmente mayor. El diseño de estos sistemas es basado en un uso pesado de manejo, en la facilidad de operación y mantenimiento que no necesita de un técnico experimentado Y en la durabilidad de los materiales de fabricación propios para ambientes tropicales adversos.

Sistema AQUACHLOR

Fuente de poder tipo Switching de transistores de estado sólido. Este tipo de fuente de poder mantiene una corriente constante invariable a la que ha sido previamente graduada. Permite que el voltaje varíe libremente para mantener su corriente de salida constante. Es auto ajustable a variaciones de voltajes de las redes y puede conectarse indistintamente en 110 V o 220 V. Tiene un timer electromecánico que se detiene cuando la corriente falla y resume su operación cuando la corriente regresa para el correcto control del tiempo de la electrólisis. Tiene un amperímetro y voltímetro digitales que no se oxidan con los vapores de cloro. Tiene protección interna contra la humedad del trópico y fusible para protección térmica. Pesa aproximadamente 4 libras y es de dimensiones reducidas.

Electrodos. Tipo DSA de titanio sólido tubulares. Desarmables para mantenimiento y reemplazo fácil y económico de los electrodos después de la vida útil. Conectores con la fuente de poder fácilmente obtenibles en tiendas eléctricas locales. Cables de conección con la fuente de poder revestidos en polietileno no rígido y fácilmente maniobrables. Operan tanto con corriente alterna como con paneles solares.

Aunque la tecnología Electrolítica de generar hipoclorito de sodio a través de sal, agua y electricidad es básicamente la misma (Faraday) Los sistemas generadores difieren entre sí tecnológicamente en su construcción y aplicación. Es muy importante analizar las diferencias para obtener aplicaciones óptimas de acuerdo a las áreas de operación y hacer valer la inversión.

Elementos de Diseno.

Las áreas rurales en donde se instalan estas unidades tienen mas o menos estas características comunes por lo que los equipos tienen que cumplir con estas condiciones en su diseno básico:

• Corriente alterna (A/C) municipal ineficiente, inestable o inexistente.
• Corriente inestable sujeta a cambios radicales de voltaje.
• Transporte terrestre dificultoso especialmente en tiempo de lluvias.
• Alta humedad y calor tropical.
• Falta de preparación del personal del campo en manejo de equipos.
• Alto índice de no saber leer ni escribir.
• Tendencia al abuso en la operación de equipos.
• Disponibilidad de repuestos en el país.
• Suceptibilidad al Costo.

 

Jose T. Masis
Pres. Equipment & Systems Engineering, Inc.
Miami, USA

 
 
 
 
 

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