El cloro residual es la cantidad de cloro que permanece en el agua después de finalizar la desinfección, una vez que una parte del desinfectante ha reaccionado con microorganismos, materia orgánica y otros compuestos. Su función principal es mantener una protección frente a la contaminación durante el almacenamiento y la distribución del agua.
El cloro residual se divide principalmente en cloro libre residual y cloro combinado residual. El primero conserva capacidad desinfectante, mientras que el segundo se forma cuando el cloro reacciona con amoniaco y materia orgánica, generalmente en forma de cloraminas, y suele tener menor poder desinfectante.
Por qué se utiliza cloro para desinfectar el agua
El cloro es el agente desinfectante más ampliamente utilizado en el agua de abastecimiento. La desinfección del agua es un tema de vital importancia para la salud pública ya que combate la presencia de contaminación bacteriológica.
La contaminación bacteriológica puede estar presente en el agua sin ser detectada por las personas, puesto que puede ser invisible, inodora e insípida y, de ser ingerida, podría provocar enfermedades en la población. La desinfección del agua con diversas formas del cloro es el procedimiento más utilizado para eliminar o inactivar microorganismos patógenos y garantizar que el agua sea segura para el consumo humano.
El cloro se utiliza para la eliminación de la contaminación bacteriológica y actúa destruyendo la materia orgánica por oxidación. Si aseguramos una presencia permanente de cloro libre controlamos de manera indirecta que no haya contaminación bacteriológica en el agua.
Cómo se forma el cloro residual
Cuando se dosifica cloro al agua, ya sea como hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio, cloro gas o cloro generado electrolíticamente, este reacciona inmediatamente con los compuestos presentes en el agua. El cloro que sobrevive estas reacciones es el “cloro residual”, y se divide en tres categorías: cloro residual libre, cloro residual combinado y cloro residual total.
En cada una de las etapas del tratamiento de aguas residuales se van eliminando distintos tipos de contaminantes mediante procesos físicos, químicos y biológicos. Entre los pasos finales se encuentra la cloración, con la que se busca matar o inactivar microorganismos potencialmente patógenos, y ocasionalmente también oxidar algunos compuestos orgánicos aún presentes tras el tratamiento.
En este procedimiento comúnmente se agrega hipoclorito de sodio o de calcio al agua, formándose distintas sustancias. La especie con mayores propiedades desinfectantes es el ácido hipocloroso (HOCl), al que se le llama cloro activo libre. También se forma el ion hipoclorito (OCl-), mucho menos efectivo como desinfectante.
Cloro libre residual
El cloro residual libre es la forma activa y desinfectante del cloro. Comprende principalmente el ácido hipocloroso y el ion hipoclorito, que permanecen en equilibrio en el agua y todavía tienen capacidad para desinfectarla.
Todos los productos clorados utilizados en el tratamiento de desinfección al reaccionar con el agua producen ácido hipocloroso (HClO), que a su vez se disocia a hipoclorito (ClO-) siguiendo un equilibrio muy condicionado por el valor del pH del agua.
La suma de estas 2 formas (HClO + ClO-) constituye lo que se llama el cloro libre residual, que todavía tiene capacidad para desinfectar el agua. Cuando ninguna de las dos especies se ha unido a un contaminante se conocen como cloro libre.
Ácido hipocloroso e ion hipoclorito
El ácido hipocloroso (HClO), más efectivo como desinfectante, predomina en aguas con un pH más bajo, y el ion hipoclorito (OCl^-) predomina en aguas con un pH más alto. Esto significa que, a pH más altos, se puede requerir una mayor concentración de cloro para lograr una desinfección efectiva.
| Especie | Fórmula | Predomina a | Poder desinfectante |
|---|---|---|---|
| Ácido hipocloroso | HOCl | pH menor a 7.5 | Muy alto (100x más que OCl⁻) |
| Ion hipoclorito | OCl⁻ | pH mayor a 7.5 | Bajo |
| Cloro molecular | Cl₂ | pH menor a 2 | No relevante en práctica |
Existe un equilibrio en la formación de ambas especies que depende del pH del agua, por lo que se recomienda que el proceso se lleva a cabo a pH debajo de 8.0. Por ejemplo, en las aguas con un pH alto, la mayor parte del ácido hipocloroso, que es el cloro activo con el mayor poder desinfectante, se convierte en el ión hipoclorito, que es una forma de cloro con muy bajo poder desinfectante.
A pH 7.2, aproximadamente el 65% del cloro libre está como HOCl, la forma más desinfectante. A pH 8.0, solo el 22% está como HOCl. Esta es la razón fundamental por la que el control de pH es inseparable del control de cloro.
Cloro combinado residual
El cloro combinado residual se forma al reaccionar el cloro con el amoniaco y la materia orgánica que contiene el agua durante el tratamiento de desinfección, y generalmente está formado por cloraminas.
Una vez que las especies de cloro se han unido a otras moléculas, se les denomina cloro combinado. El resultado de la combinación del cloro con el amoniaco y la materia orgánica que contiene el agua es el cloro combinado residual, una forma que tiene un poder desinfectante muy bajo y causa irritaciones y malos olores.
| Tipo | Fórmula | Formación | Poder desinfectante |
|---|---|---|---|
| Monocloramina | NH₂Cl | Relación Cl₂:N mayor a 1:1 | 25-100x menor que HOCl |
| Dicloramina | NHCl₂ | Relación Cl₂:N entre 1:1 y 2:1 | Similar a monocloramina |
| Tricloramina o tricloruro de nitrógeno | NCl₃ | Relación Cl₂:N mayor a 2:1 | Volátil, causa olor irritante |
Las monocloraminas, formadas por la reacción entre ácido hipocloroso y amoníaco, tienen un poder desinfectante inferior al hipoclorito, pero son muy estables y pueden desempeñar un papel importante como desinfectante residual contra la regeneración de microorganismos a lo largo del sistema de distribución del agua.
En cambio, otras formas de cloraminas, como las dicloraminas, formadas por la reacción entre ácido hipocloroso y monocloraminas, o las tricloraminas, formadas por la reacción entre ácido hipocloroso y dicloraminas, tienen un poder desinfectante bajo y su presencia en el agua únicamente provoca el empeoramiento de la calidad de la misma, generando irritaciones a los usuarios en los ojos, vías respiratorias, piel, etc.
Las cloraminas son responsables del “olor a cloro” en albercas, especialmente las tricloraminas, de la irritación de ojos y mucosas de los bañistas y de una falsa sensación de seguridad cuando se mide cloro total en lugar de cloro libre.
Cloro residual total
El cloro residual total es simplemente la suma de cloro libre y cloro combinado.
Cloro Total = Cloro Libre + Cloro Combinado
Por lo tanto, el cloro combinado se obtiene mediante la operación: Cloro Combinado = Cloro Total - Cloro Libre.
| Parámetro | Qué representa | Capacidad desinfectante |
|---|---|---|
| Cloro libre residual | Ácido hipocloroso e ion hipoclorito no combinados | Conserva capacidad desinfectante |
| Cloro combinado residual | Cloro unido a amoniaco y materia orgánica | Generalmente baja |
| Cloro residual total | Cloro libre más cloro combinado | No identifica por sí solo cuánto cloro libre permanece |
Confundir las distintas formas de cloro puede llevar a decisiones operativas incorrectas que pongan en riesgo la salud de los usuarios. Medir cloro total no permite saber por sí solo si el agua conserva una concentración suficiente de cloro libre.
Relación entre pH, turbidez y eficacia del cloro
El pH del agua puede influir en la eficacia del cloro como desinfectante. Como hemos visto, el ácido hipocloroso (HClO), más efectivo como desinfectante, predomina en aguas con un pH más bajo, y el ion hipoclorito (OCl^-) predomina en aguas con un pH más alto.
La turbidez del agua y el cloro libre residual están relacionados, en el sentido de que la turbidez puede afectar la eficacia del cloro como desinfectante y, por lo tanto, influir en la calidad del agua de consumo. En aguas con alta turbidez, es posible que se necesite ajustar la dosis de cloro para compensar la interferencia de las partículas y garantizar una desinfección efectiva.
Para garantizar la eficacia de la desinfección, se recomienda que durante 30 minutos se mantengan unos niveles de cloro libre residual de al menos 0,5 mg/L con un pH inferior a 8,0 y como máximo, una turbidez de 1 UNF.
Valores de cloro residual en agua de consumo
El contenido mínimo de cloro lo establece cada Comunidad Autónoma en los desarrollos autonómicos del RD 140/03. En España, el Real Decreto 3/2023 establece límites específicos para los niveles de cloro libre y cloro combinado residual en el agua de consumo.
Estos límites están diseñados para garantizar la desinfección efectiva del agua, a la vez que se previenen problemas de mal sabor, mala olor o irritaciones para los consumidores.
Cloro libre residual según el Real Decreto 3/2023
El RD 3/2023 establece un valor paramétrico de 1,0 mg/L para el cloro libre residual en el agua de consumo, que es de aplicación en red de distribución, cisterna, depósito de distribución o de regulación y grifo.
El valor de no aptitud del agua es de 5,0 mg/L de cloro libre residual. En el RD 3/2023 se recomienda que, de forma general, existan al menos niveles de 0,2 mg/L en todos los puntos de la red de distribución.
| Referencia | Cloro libre residual |
|---|---|
| Valor paramétrico en red, cisterna, depósito o grifo | 1,0 mg/L |
| Valor de no aptitud del agua | 5,0 mg/L |
| Nivel recomendado en todos los puntos de la red | Al menos 0,2 mg/L |
| Nivel recomendado durante 30 minutos | Al menos 0,5 mg/L |
De acuerdo con la OMS, se propone una concentración residual de cloro libre mayor a 0.5 mg/L. El monitoreo regular del nivel residual de cloro es importante para mantener la calidad del agua, buscando evitar tanto la falta como el exceso de cloro, que proporciona propiedades organolépticas desagradables al agua.
El contenido de cloro en el agua de consumo humano se encuentra regulado porque el cloro es inapreciable a la vista en las concentraciones en las que está presente en el agua, aunque sí que aporta cierto olor y sabor al agua.
Valores de referencia en distintas comunidades
| Comunidad | Límite inferior de cloro |
|---|---|
| Comunidad Valenciana | 0,4 mg/l |
| Castilla La Mancha | 0,2 mg/l |
| Baleares | 0,2 mg/l |
| Aragón | 0,2 mg/l |
Cloro combinado residual según el Real Decreto 3/2023
El Real Decreto 3/2023 establece un valor paramétrico de 2,0 mg/L para el cloro combinado residual, que es de aplicación para red de distribución, cisterna, depósito de distribución o de regulación y grifo. El valor de no aptitud del agua es de 3,0 mg/L de cloro combinado residual.
Si por causas diferentes al uso de la cloraminación la presencia de cloro combinado residual a la salida de tratamiento es superior a 1 mg/L, se recomienda que las medidas correctoras sean de rápida aplicación y se realice una revisión de los niveles del cloro libre residual.
En el caso de uso de la cloraminación, si se supera el valor paramétrico de cloro combinado residual en la red de distribución, se recomienda que las medidas correctoras sean de rápida aplicación.
Cloración al punto de quiebre
El breakpoint es el concepto más importante para entender la relación entre cloro dosificado y cloro residual medido. Cuando se dosifica cloro progresivamente a un agua que contiene amoniaco, se suceden cuatro zonas de reacción.
Las cuatro zonas de la curva de breakpoint
- Destrucción de reductores. El cloro reacciona con hierro, manganeso, sulfuro de hidrógeno y otros reductores. No se genera residual.
- Formación de cloraminas. El cloro reacciona con amoniaco formando monocloramina y dicloramina. El cloro combinado, medido como cloro total, aumenta, pero el cloro libre permanece en cero.
- Destrucción de cloraminas. Al seguir dosificando, el cloro comienza a destruir las cloraminas formadas. El cloro total medido disminuye paradójicamente aunque se está agregando más cloro. Esta es la zona más confusa para operadores.
- Cloro libre residual. Una vez destruidas todas las cloraminas, el “breakpoint”, todo el cloro adicional permanece como cloro libre residual. Este es el punto donde se alcanza verdadera desinfección.
El breakpoint se alcanza teóricamente a una relación de 7.6:1 en peso de Cl₂ a N-NH₃. En la práctica, se requiere una relación de 10:1 a 15:1 debido a reacciones secundarias.
| N-amoniacal (mg/L como N) | Cloro para breakpoint (mg/L) | Aplicación |
|---|---|---|
| 0.1 | 1.0 - 1.5 | Agua potable bien tratada |
| 0.5 | 5.0 - 7.5 | Agua con contaminación ligera |
| 1.0 | 10 - 15 | Agua residual tratada |
| 2.0 | 20 - 30 | Supercloración de alberca con cloraminas altas |
Cómo medir el cloro residual
El método DPD, N,N-dietil-p-fenilendiamina, es el método de referencia para medir cloro residual en campo. Se basa en la reacción del cloro con el reactivo DPD, que produce un color rosa-magenta proporcional a la concentración de cloro.
| Reactivo | Qué mide | Color desarrollado |
|---|---|---|
| DPD #1 o DPD Free | Cloro residual libre | Rosa, con intensidad proporcional a la concentración |
| DPD #3 o DPD Total | Cloro residual total | Rosa más intenso, incluye cloro combinado |
Procedimiento básico con DPD
- Enjuagar la celda del comparador con agua de muestra.
- Llenar la celda con agua de muestra hasta la marca.
- Agregar reactivo DPD #1, en tableta o líquido.
- Mezclar suavemente por 20 segundos.
- Leer inmediatamente el color comparando con la escala o usando fotómetro digital.
- Registrar el resultado como “Cloro Libre”.
- Agregar reactivo DPD #3 a la misma muestra.
- Mezclar suavemente por 2 minutos.
- Leer nuevamente y registrar el resultado como “Cloro Total”.
- Calcular Cloro Combinado = Cloro Total - Cloro Libre.
La prueba Wako para Cl activo-DPD mide el cloro residual mediante la reacción con DPD, N,N-dietil-p-fenilendiamina, y sulfato de sodio anhidro en una misma tableta, permitiendo el uso en condiciones más versátiles.
La oxidación del reactivo genera un color rojo o rosa, que permite la cuantificación de cloro libre al comparar el color con la tabla adjunta. Al añadir la tableta de KI y esperar dos minutos más, es también posible cuantificar el cloro total. El cloro unido puede obtenerse por la diferencia de estos dos valores.
La prueba Wako para Cl activo permite la medición de cloro residual activo mediante el uso de ABTS, ácido 2,2'-azinobis(3-etilbenzotazolina-6-sulfonico), como agente colorante. Al reaccionar con una sustancia oxidante, el ABTS se vuelve de incoloro a verde.
La velocidad de reacción para el cloro libre y unido es significativamente distinta, por lo que pueden medirse en el mismo tubo considerando un tiempo de reacción de máximo 10 segundos para el cloro libre y de 5 minutos para el cloro total.
Errores frecuentes durante la medición
| Error | Consecuencia | Cómo evitarlo |
|---|---|---|
| No leer inmediatamente con DPD #1 | Lectura inflada, porque el cloro combinado reacciona lentamente | Leer dentro de 30 segundos |
| Muestra expuesta al sol | El cloro se degrada por UV | Tomar la muestra a la sombra y analizar inmediatamente |
| Kit con reactivos vencidos | Lecturas bajas o nulas | Verificar la fecha de caducidad y almacenar en un lugar fresco y oscuro |
| Usar DPD total en lugar de DPD libre | Mide cloro total, no cloro libre | Usar siempre DPD #1 primero |
| Dedos contaminados tocando la celda | Interferencia en la lectura | Sujetar la celda por la parte superior y no tocar la zona de lectura |
Fenómeno de blanqueo del DPD
Cuando el cloro libre es muy alto, mayor a 10-15 mg/L, el exceso de cloro destruye el color del DPD, resultando en una lectura de cero. El operador puede interpretar esto como “no hay cloro” y agregar más, creando una situación peligrosa.
Si la muestra se vuelve rosa brevemente y luego se decolora, o si la muestra no desarrolla color pero usted sabe que hay cloro en el sistema, dilúyala y vuelva a medir. Si se sospecha una concentración elevada de cloro, se recomienda diluir la muestra 1:10 antes de analizar.
Cloro residual en diferentes aplicaciones
Agua potable
El cloro en la red de agua potable debe mantener un mínimo de 0.2 mg/L en los puntos más lejanos de la red para garantizar protección contra la recontaminación. Como rango operativo recomendado se indica 0.5 - 1.0 mg/L, con medición en los puntos más distales, alejados del punto de cloración.
| Parámetro | Rango NOM-127-SSA1 | Rango operativo recomendado |
|---|---|---|
| Cloro residual libre | 0.2 - 1.5 mg/L | 0.5 - 1.0 mg/L |
Albercas
Los niveles de cloro combinado en el agua de las piscinas son un indicador de la calidad del agua. El cloro combinado tiene un poder desinfectante muy bajo y su presencia en el agua causa irritaciones y malos olores.
| Parámetro | Rango NOM-245-SSA1 | Rango recomendado |
|---|---|---|
| Cloro residual libre en alberca | 1.0 - 3.0 mg/L | 1.5 - 2.5 mg/L |
| Cloro residual libre en jacuzzi o spa | 3.0 - 5.0 mg/L | 3.0 - 5.0 mg/L |
| Cloro combinado máximo | No especificado por NOM | Menos de 0.5 mg/L |
En España, el parámetro “Cloro combinado residual” está regulado mediante el Real Decreto 742/2013, en el que se establece un valor de ≤ 0,6 Cl2 mg/L y se indica que en caso de superar los 3 mg/L deberá cerrarse el vaso hasta normalizar el valor.
Un exceso de cloro combinado puede relacionarse con demasiado amoníaco en el agua, cargas de baño o contaminación de los bañistas demasiado altas, un exceso de cloración o deficiencias en el sistema hidráulico de la piscina.
Torres de enfriamiento
| Parámetro | Rango típico | Observación |
|---|---|---|
| Cloro residual libre como biocida | 0.5 - 1.0 mg/L | Dosificación intermitente, 2-4 horas al día |
| Bromo residual como alternativa | 0.5 - 1.0 mg/L como Br₂ | Preferido cuando hay cobre en el sistema |
Efluentes de plantas de tratamiento
| Parámetro | Rango | Observación |
|---|---|---|
| Cloro residual libre en efluente | 0.5 - 1.5 mg/L | Después de 30 minutos de contacto |
Riesgos de una concentración insuficiente o excesiva
El monitoreo y el control del cloro libre residual y del cloro combinado residual son prácticas esenciales para garantizar la calidad microbiológica del agua potable y cumplir con los estándares de seguridad y calidad del agua establecidos por la normativa.
Una concentración insuficiente puede dejar el agua sin protección frente a una recontaminación posterior, especialmente durante su almacenamiento y distribución. Una concentración excesiva puede proporcionar propiedades organolépticas desagradables al agua, como olor y sabor, además de favorecer irritaciones.
El cloro es inapreciable a la vista en las concentraciones en las que está presente en el agua de consumo humano, sin embargo, sí que aporta cierto olor y sabor al agua. Su presencia por encima o por debajo de los valores establecidos puede afectar a la seguridad del agua, darle mal sabor u olor y provocar irritaciones cutáneas.
Subproductos de la desinfección
Tras varias décadas de uso generalizado de este método de desinfección, se ha observado que se generan algunos subproductos potencialmente carcinogénicos, principalmente cuando el cloro reacciona con materia orgánica presente en el agua formando trihalometanos, ácidos haloacéticos y haloacetonitrilos.
| Subproducto | Abreviatura | Causa | Límite NOM-127 |
|---|---|---|---|
| Trihalometanos | THM | Cloro + materia orgánica | 0.2 mg/L total |
| Ácidos haloacéticos | HAA | Cloro + materia orgánica | No especificado en NOM-127 actual |
Para minimizar la formación de subproductos de la desinfección se recomienda remover la materia orgánica antes de clorar mediante filtración o carbón activado, no sobredosificar cloro, mantener el cloro libre en el rango mínimo efectivo y considerar la preoxidación con ozono o dióxido de cloro.
Por otra parte, existe la preocupación de que las dosis subletales de cloro impacten la expresión genética de las bacterias, así como la composición de los microbiomas presentes en las redes de distribución, eventualmente generando resistencia al mismo.
La relación entre el cloro combinado residual y la formación de nitrosaminas, NDMA CAS: 62-75-9, se basa en el hecho de que las NDMA pueden formarse como un subproducto de la cloraminación. Las nitrosaminas están clasificadas como un probable carcinógeno humano por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC).
Por el momento, la OMS considera que el riesgo por el uso de cloro para la desinfección es muy bajo en contraste con los evidentes beneficios a la salud, por lo que su uso sigue siendo recomendado.
Cloraminación y otras alternativas
La cloraminación es un proceso de desinfección del agua que implica la adición controlada de cloraminas al agua, que son compuestos con una acción desinfectante menor pero más estable que el cloro libre.
La cloraminación es especialmente útil en situaciones donde la formación de subproductos de la cloración es una preocupación o donde se busca una desinfección más persistente a lo largo de grandes sistemas de distribución de agua.
| Desinfectante | Ventajas | Limitaciones | Aplicación principal |
|---|---|---|---|
| Bromo | Eficaz a pH alto, menos irritante | Más costoso, no deja residual duradero | Jacuzzis, torres de enfriamiento |
| Ozono | Potente oxidante, no genera subproductos clorados | No deja residual, requiere equipo costoso | Pretratamiento, complemento al cloro |
| UV | No agrega químicos, eficaz contra Cryptosporidium | No deja residual, requiere cloro como respaldo | Complemento en albercas y agua potable |
| Dióxido de cloro | Eficaz a amplio rango de pH, no forma THM | Generación in situ requerida | Agua potable, control de biofilm |
Aunque estas alternativas tienen ventajas, ninguna reemplaza completamente al cloro en la mayoría de las aplicaciones porque no proveen un residual duradero en la red de distribución. Por ello, se buscan alternativas de bajo costo para el tratamiento de aguas residuales, pero el cloro continúa siendo uno de los desinfectantes más utilizados.
Almacenamiento del hipoclorito de sodio
El hipoclorito de sodio (NaOCl) es la forma más común de cloro usada en la región. Requiere consideraciones especiales porque pierde concentración con el tiempo y su degradación se acelera con la temperatura y la exposición a la luz.
| Factor | Recomendación |
|---|---|
| Concentración de compra | 10-13% solución comercial |
| Degradación | Pierde 1-2% de concentración por mes a temperatura ambiente |
| Temperatura de almacenamiento | Menos de 25°C |
| Luz | Almacenar en recipientes opacos y proteger del sol |
| Vida útil práctica | 30-60 días después de la fabricación |
| Contenedor | HDPE, polietileno de alta densidad, nunca metal |
| Ventilación | El almacén debe estar ventilado por la liberación de cloro gas |
La degradación se duplica cada 10°C de aumento. El almacén debe estar ventilado, ya que puede producirse liberación de cloro gas.
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