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Desinfectante Cloraminas

Cloraminas
El uso de cloraminas desde principios del Siglo XX, ha contribuido a la mejora del olor y sabor del agua potable. Además las cloraminas se usaron también para la desinfección.

Cuales son las propiedades de las cloraminas?

Las cloraminas se forman mediante la reacción del cloro (Cl2) y amonio (NH3). Las cloraminas son aminas que contienen al menos un átomo de cloro, directamente unido a átomos de nitrógeno (N). Las cloraminas inorgánicas se forman cuando el cloro disuelto y amonio reaccionan. Durante esta reacción se forman tres tipos diferentes de cloraminas; monocloraminas (NH2Cl), dicloraminas (NHCl2) y trocloramina (NCl3).
Cloraminas inorgánicas, cloro libre y cloraminas orgánicas están relacionadas en cuanto a su composición química y pueden transformarse entre ellas con facilidad. Estos compuestos no se encuentran de manera aislada. Cloraminas inorgánicas no son persistentes, pero son mas persistentes que los compuestos libres de cloro. Investigaciones demuestran que la mitad de la vida de cloraminas inorgánicas puede variar entre uno a 23 días, dependiendo de las circunstancias.

Como se producen las cloraminas?
Las cloraminas son producidas normalmente mediante la adición de amonio al agua que contiene cloro libre (HOCl or OCl, dependiendo del pH). El PH ideal para esta reacción es de 8.4, agua ligeramente alcalina.

Mecanismo de reacción:
NH3 (aq) + HOCI -> NH2Cl + H2O

Cuando se produce la reacción se pueden formar tres tipos de cloraminas inorgánicas diferentes dependiendo del valor del PH. Las tricloraminas se forman normalmente cuando los valores del PH son de 3 o menor. Cuando el valor del PH es de 7 o por encima de este valor, la concentración de dicloraminas es mayor.

La cantidad de cloro y amonio en el agua también influye en la generación de cloraminas. El rango cloro/ amonio ideal es de 6:1. Durante la producción de cloraminas este rango es normalmente entre 3-5.1. Cuando la cantidad de amonio es mayor, se suelen formar mas di y tricloraminas.

Cloraminas orgánicas también pueden tener lugar durante estas reacciones. Las cloraminas orgánicas no se distinguen de otro tipo de cloraminas con métodos Standard normales de análisis.

Figura 1: Valores de pH determinan el tipo de cloramina que se forma

Tabla 1:tipos de cloraminas y sus propiedades

apariencia

Nombre

Peso molecular

PH requerido

Efecto biocida

NH2Cl

monocloraminas

52

> 7

Bueno

NHCl2

dicloraminas

85

4 - 7

tolerable

NCl3

tricloramina

119

1 - 3

medio

RNHCl

Cloraminas orgánicas

varios

Desconocido

Malo

Cuales son las aplicaciones de las cloraminas?
Cloraminas se pueden usar como lejía, desinfectante y oxidante. Los desinfectantes orgánicos liberan cloro, causando una desinfección menor y menos agresiva que con hipoclorito (OCl-). Las cloraminas se pueden usar para mejorar olor y sabor en el agua cuando el cloro se usa como desinfectante. Las cloraminas se pueden usar también como desinfectante del agua potable y aguas residuales y también como método de resistencia contra el biofouling en sistemas de refrigeración.

Desinfección del agua con cloraminas
Cuando las cloraminas se usan como desinfectante, se añade amonio al agua tratada con cloro. Amonio es añadido después del cloro, para que el tiempo de contacto (TC) sea menor que cuando se añade primero.

Las cloraminas son tan efectivas como el cloro en la desactivación de bacterias y otros microorganismos, pero los mecanismos de la reacción son mas lentos. Las cloraminas, como el cloro, son oxidantes. Las cloraminas pueden matar bacterias penetrando el la pared celular y bloqueando el metabolismo. Monocloramina es la mas efectiva para la desinfección porque reacciona directamente con aminoácidos en el DNA bacteriano. Durante desactivación de los microorganismos destruyen la capa que protege los virus. Cuando el PH es 7 o mayor, monocloraminas son las mas abundantes. El PH no interfiere en la efectividad de la cloramina.

El agua potable se desinfecta con cloraminas?

Estados Unidos
Cloraminas son cada vez mas usadas como desinfectante secundario del agua potable en los EE.UU. como alternativa al cloro.

En el año 2002, 20% de las compañías de producción de agua potable en EE.UU. usaban cloraminas. La razón para utilizar cloraminas en lugar de cloro es que no reaccionan tan frecuentemente con materia orgánica.

No se forman trihalometanos (THM) o se forman en muy pequeñas cantidades, ni se forman otros subproductos de la desinfección durante la desinfección con cloraminas. Las cloraminas se mantienen activas dentro de tuberías y posteriormente. Esto es debido a que las cloraminas se rompen al cabo de mucho tiempo. Las cloraminas no causan ni sabor ni olor y son relativamente seguras.

Pueden las cloraminas usarse como desinfectante en torres de refrigeración?
Las cloraminas no deben usarse como desinfectante de las aguas de torres de refrigeración, porque estos compuestos reaccionan muy lentamente con microorganismos patógenos.

Pueden eliminarse las cloraminas del agua?
Las cloraminas se mantienen activas en el agua durante un largo periodo de tiempo. Al igual que otras moléculas, las cloraminas contribuyen a la cantidad total de sólidos disueltos en agua. Como el cloro, las cloraminas son reactivas de manera selectiva y pueden tener efectos dañinos cuando están en el agua un largo periodo de tiempo.

Cuando las cloraminas están presentes, hay generalmente cantidades traza de amonio e hipoclorito también en el agua. Las cloraminas no son apenas iónicas. Como resultado y debido al bajo peso molecular, las cloraminas y principalmente las monocloraminas, son difíciles de eliminar del agua por medio de osmosis inversa o ablandamiento del agua. Tampoco se puede utilizar la destilación y evaporación. Las substancias para la eliminación del cloro no se pueden utilizar en la eliminación de cloraminas. La luz del sol y aireación puede ayudar a la eliminación de cloraminas.

Las cloraminas se pueden eliminar mediante la utilización de filtro con carbón activo granular. Estos filtros permiten la disminución de las cloraminas de 1-2ppm a menos de 0.1ppm. Uno debe asegurarse que el carbón activo entra en contacto con las cloraminas el tiempo necesario.

Un filtro de carbón activo también remueve otros compuestos como el cloro (reducción del cloro), sulfido de hidrogeno, compuestos orgánicos, THM, pesticidas y radon. Cuando estas sustancias están presentes en el agua, esto influye en la capacidad del filtro.

La cantidad de cloraminas presentes en el agua vienen determinada por la medición de cloro total residual. Esto significa medir la "cantidad total de cloro" o la "cantidad de compuestos de cloro".

Ventajas y desventajas en el uso de cloraminas
Pocos subproductos de la desinfección
El uso de cloraminas tiene ciertas ventajas con respecto al uso del cloro, porque produce pocos compuestos orgánicos (trihalometanos; THM) y otros posibles subproductos cancerigenos (Acido acético halogenico; HAA).

Las cloraminas se mantienen activas durante mas tiempo
Las cloraminas permanecen mas tiempo en el agua. Monocloraminas son mas efectivas a valores de PH 7 o mayores.

Los beneficios del agua alcalina (Ph mayor que 7) es que es menos corrosiva que el agua acida. Cuando el valor del PH el cloro presente en el agua se puede encontrar como ión hipoclorito (OCl-). Estos iones tienen una potencial de oxidación mayor que el acido hipocloroso. De cualquier manera, como desinfectante es cien veces menos efectivo que el acido hipocloroso. Cuando los valores de PH son muy altos, su afectividad desaparece.

Las cloraminas aumentan el sabor y olor del agua
Las cloraminas no alteran el Ph del agua. Cloraminas proporcionan un sabor y olor mas agradable que el cloro. De echo las cloraminas son utilizadas a menudo para evitar el olor y sabor del cloro.

Los resultados de la desinfección de las cloraminas puede aumentar mediante el aumento de la temperatura.

Desventajas
Existen cloraminas orgánicas?
Cuando existe gran cantidad de materia orgánica presente en el agua, el nitrógeno orgánico causa la formación de cloraminas orgánicas. Estas no contienen la mismas propiedades de desinfección que las cloraminas inorgánicas. Esta situación ocurre cuando la materia orgánica contenida excede de 3ppm.

Cual es el rango de reacción de las cloraminas?
Una de las desventajas de las cloraminas es que son menos reactivas que el cloro. Parte del desinfectante permanece en el agua, y será consumido por bacterias o descompuesto. Este proceso puede durar semanas. Al contrario que el cloro, las cloraminas no permanecen cuando el agua se mantiene estática por algunos días. Como resultado las cloraminas se deberán eliminar el agua. Las cloraminas pueden eliminarse mediante la utilización de un carbón granular activo o acido acético.

Cual es la efectividad de las cloraminas?
En Massachussets, se llevo a cabo investigaciones relacionadas con las muertes que se produjeron en agua desinfectada con cloraminas o cloro. El estudio concluyo en que el numero de muertes por cáncer de hígado era mas alto cuando se utilizaba cloro. Cuando el agua es tratada con cloraminas hay mayor proporción de muertes por neumonía o resfriados. Esto muestra que las cloraminas son menos efectivas que el cloro en la eliminación de organismos patógeno.

Forman las cloraminas nitratos?
Altos contenidos de amonio sirven de nutrientes para bacterias nitrificantes en el agua, que pueden causar el aumento de los niveles de nitratos en el agua. Nitrato se convierte en nitrito en el estomago. Nitrito reacciona con N-nitrosaminas con proteínas en el pescado.

Estos compuestos pueden ser cancerigenos. Los niños pequeños son mas susceptibles a los nitritos. Los niños menores de 0.5 años no pueden beber agua rica en nitratos, porque los nitritos causan una caída del nivel de oxigeno en la sangre disminuye (síndrome del bebe azul). Las recomendaciones son utilizar agua para niños con niveles de nitrato por debajo de 25 μg/L.

Puede amonio causar corrosión?
Cuando se remueven las cloraminas químicamente, se puede liberar amonio. El efecto toxico de amonio en el pescado se puede prevenir mediante el uso de filtros biológicos, zeolitas naturales y control del PH.
Amonio causa corrosión de plomo y cobre.

Hoy en día la mayoría de las instalaciones de agua están fabricadas a base de plomo y cobre. En Washington DC (EE.UU..), el aumento de las concentraciones de plomo en el agua potable causado por la desinfección de cloraminas causo un episodio de gran importancia en 2003.

En cualquier caso, las compañías de agua no tienen la intención de cambiar al uso del cloro, porque este no permite el cumplimiento de los estándares de los subproductos de la desinfección, que fueron reducidos a 80 μg/L por la EPA. Cloraminas se usan por la disminución en la concentración de los subproductos de la desinfección. La prevención se previene mediante la adición de ortofosfatos.

Cuales son los efectos para la salud de las cloraminas?
El agua desinfectada con cloraminas no son una amenaza para la salud. Se pueden utilizar para beber, baño y lavado y es adecuada para uso domestico diario.

Cuales son los daños que causan en pacientes con diálisis en el riñón, peces y anfibios?
Agua potable que contiene cloraminas o su uso para hervir y baño son seguras, debido a la neutralización de las cloraminas en el metabolismo. De cualquier manera, las personas con un sistema inmuno-defensivo débil, como los niños jóvenes, viejos y personas con SIDA o personas sometidas a tratamientos de quimioterapia, deben de evitar y tomar precauciones en el consumo de agua desinfectada a base de cloraminas.

Los pacientes de diálisis renal y personas que poseen peces, reptiles o anfibios deben ser cuidadosos. Con pacientes de diálisis renal la sangre entra en contacto con agua en una membrana semipermeable. Esto puede causar que las cloraminas entren en contacto directo con los glóbulos sanguíneos. Las cloraminas son contaminantes en la sangre.
Los peces pueden tomar cloramina directamente a la sangre mediante las aletas. Las cloraminas son productos tóxicos para los peces por eso las aguas usadas en los acuarios deben estar libres de cloraminas.

Cual es la legislación de la desinfección por cloraminas?
EU
Las recomendaciones de la UE en el agua potable no contiene estándares para las cloraminas. Cuando se utilizan las cloraminas, se forman subproductos de la desinfección. Algún ejemplo son los halonitrilos tóxicos como el cloruro cianhídrico, halonitrometanos (cloropicrina) y otros compuestos ricos en nitrógeno. Algunos de estos compuestos pueden ser peligrosos para el hombre. Cuando se revise la Directiva Europea del agua potable se añadirán estos compuestos.

EEUU
De acuerdo con la guía americana de la EPA, el agua potable tratada con cloraminas contienen una cantidad máxima de 4 mg/L Cl2. (Regulación nacional primaria de agua potable EPA, 2002)

OMS
La OMS (Organización mundial de la salud) solo establece estándares para monocloramina como desinfectante. Los estándares son 3 mg/L. Para di- y tricloramina no existen estándares, porque la información disponible no es satisfactoria para establecer guías para la salud (OMS, Guías para la calidad del agua potable - 3ra edición. aspectos químicos)

Demandas de descarga
Cuando el agua de enfriamiento se bombea desde un río o un lago, debe descargarse en el mismo cuerpo de agua después de su uso, debe de cumplir ciertas condiciones de descarga. Adicionalmente, la temperatura del agua no debe ser muy alta, porque agua caliente tiene un contenido bajo en oxigeno, que provoca el aumento en la concentración de algas. Esto puede provocar la perdida de biodiversidad y la muerte de los peces.

Mas información sobre la desinfección del agua?:
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