Parece ser que el agua es un recurso cada vez más escaso y además más difícil de encontrarla de calidad y potable. La potabilización del agua para convertirla en agua de consumo humano es un proceso que reviste interés para toda persona relacionada con la industria alimentaria y es conveniente tener un conocimiento básico sobre el tema.
El primer tratamiento que se realizo en el agua sucedió en el año 1804 en Escocia, lo realizo PAISLEY y consistió en una simple filtración.
No obstante hay que aclarar que el agua tiene capacidad de autodepurarse en la naturaleza. Pero esta autodepuración no se considera potabilización.
La desinfección del agua es la parte de la depuración más importante y si bien se puede lograr con varios métodos y con diferentes sustancias, en la industria alimentaria el más utilizado es la cloración con HIPOCLORITO.
La cloración produce:
la corrosión de la pared celular de los microorganismos.
cambios en la permeabilidad de la célula.
cambios en el protoplasma celular.
altera la actividad enzimática.
Los desinfectantes no solo reaccionan con los microorganismos, también lo hacen con las impurezas, los metales pesados, partículas, materias orgánicas, etc. Ademas la cloración provoca la oxidación y destrucción de la materia orgánica que son generalmente nutrientes y fuente de alimentación de los microorganismos.
La desinfección del agua con un producto químico, como el cloro se basa en dos factores o variables:
TIEMPO DE CONTACTO (TC).
CONCENTRACIÓN DE DESINFECTANTE (CD).
El TC se utiliza para calcular la cantidad de desinfectante (CD). Y así el TC es igual a la cantidad de desinfectante por el tiempo de contacto (mgr/litro por minutos.). Y por ende el tiempo necesario se reduce al aumentar la concentración de desinfectante.
TC = CD*TIEMPO
El microorganismo más resistente a la cloración es el E. coli y por ello es un INDICADOR DE DESINFECCIÓN. Pero el cloro y otros desinfectantes no son capaces de eliminar otros agentes biológicos como giardias, virus, etc. Así mismo la turbidez disminuye la eficacia de los desinfectantes, por el contrario las altas temperaturas dan una mayor eficacia del desinfectante al actuar la temperatura como catalizador.
El producto más usado en la industria alimentaria como agente desinfectante es el HIPOCLORITO, el cloro es uno de los desinfectantes más utilizados en el mundo para potabilizar el agua debido a su eficacia para eliminar patógenos y su capacidad de dejar un "residuo" protector. El HIPOCLORITO DE SODIO (HS) se obtuvo por primera vez en el año 1785 por Berthollet y se comercializo por la empresa JAVEL como LICOR DE JAVEL para blanquear algodón.
Hoy día se comercializa este HS en soluciones con una concentración del 10 al 15% y un pH de 13.
El funcionamiento del cloro en la desinfección del agua se basa en una oxidación y se divide en dos etapas principales: una química (qué sucede cuando toca el agua) y una biológica (cómo mata a los microbios).
Cuando el cloro entra en contacto con el agua reacciona con ella y se produce una reacción que da lugar a la aparición de ÁCIDO HIPOCLOROSO. Que es en realidad el verdadero desinfectante.
Cl2+H2O→HClO+HCl
Este Ácido Hipocloroso (HClO) es el desinfectante más potente. Al no tener carga eléctrica, puede atravesar fácilmente las paredes celulares de las bacterias.
Luego en ciertas circunstancias el HClO formara ClO− (ion hipoclorito).
El Ion Hipoclorito (ClO−) se forma si el pH del agua a tratar o desinfectar es muy alto. Es mucho menos efectivo como desinfectante (unas 80-100 veces menos que el HC) porque tiene carga negativa y las células de las bacterias también, por lo que se repelen.
Así pues esta reacción depende del pH del medio, es decir del agua a tratar. Un pH superior a 7,5 favorece la formación de Ion Hipoclorito, pero un pH inferior no lo hace y favorece la formación de Ácido Hipocloroso. Por eso es conveniente que el pH del agua sea el adecuado, siendo importante su control. Si el agua es muy alcalina (pH alto), el cloro pierde gran parte de su fuerza por la presencia de Ion Hipoclorito que como se ha dicho tiene 100 veces menos capacidad de desinfección que el Ácido Hipocloroso.
pH |
Presencia de Hipocloroso o Hipoclorito. |
De 6 a 9 |
Ambos coexisten. |
Menor de 6 |
Solo hay Ácido Hipocloroso. |
Mayor de 9 |
Solo hay Ion Hipoclorito. |
Hay un concepto llamado DEMANDA DE CLORO, que consiste en la cantidad de cloro que se consume por reacciones hasta la aparición del CLORO RESIDUAL LIBRE (CRL), que a su vez no es otra cosa que el cloro que queda sin combinar y que garantiza la desinfección de posteriores contaminaciones. Este residual viaja por las tuberías hasta los grifos, protegiendo el agua de cualquier recontaminación que pueda ocurrir en el camino. El CRL comienza a parecer en el agua al alcanzarse el PUNTO DE RUPTURA, que es ese momento en el todo el cloro que se añade se mantiene como CRL. Así que es a partir de ese punto cuando se considera que la DEMANDA DE CLORO coincide con la DOSIS NECESARIA.
Para entender esto hagamos un relato simple, supongamos que tenemos que desinfectar el agua de una piscina y que las bacteria son candados cerrados. Para eliminarlas hay que verter llaves (HC) en la piscina para que se abran los candados y así mueran estas bacterias. Llegara un momento que el número de candados será igual al de llaves, ese es el PUNTO DE RUPTURA. Si seguimos añadiendo llaves estas quedaran allí y en caso de que se produzca una posterior por candados, estas llaves aseguraran la eliminación de esta recontaminación. Los candados sobrantes son el CRL.
Este CRL se puede medir y de hecho se fijan en las normas o legislaciones la cantidad que debe haber en el agua para su uso como agua de consumo en la industria alimentaria. Y se mide con una determinación conocida popularmente como TÉCNICA DEL DPD, nombre que proviene de las primeras letras de: N,N Dietil Parafenileno Diamina. Este test nos da el CRL en partes por millón (ppm).
El CRL también se puede medir por el POTENCIAL DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN (REDOX). Este mide la energía química de oxidación-reducción mediante un electrodo. En la oxidación el agua acidifica el medio al producir iones H+. Mientras que en la reducción el agua se alcaliniza al producir iones OH-. La OMS en 1971 llego a la conclusión de que 650 mv era un valor adecuado para que el potencial REDOX garantizara la potabilidad y calidad del agua. Este valor y las ppm de desinfectante no tienen una relación directa ya que el REDOX mide la actividad de oxidación del agua y no la concentración (ppm) de oxidante.
Como ya hemos visto la desinfección con HIPOCLORITO depende de varias variables: tiempo de contacto, cantidad de desinfectante, pH, edad del microorganismo, temperatura, etc. Así que la velocidad de reacción del cloro con los microorganismos (Ct) depende de muchas cosas.
La Ct (Concentración x Tiempo), donde un Ct más alto indica mayor desinfección, pero los factores antes citados influyen. Por ejemplo el E. coli muere en menos de un minuto bajo condiciones ideales. La Giardia requiere un Ct de 45mg por litro (45 ppm) y un tiempo de contacto de 45 minutos.
Es importante conocer como se realiza el calculo de las partes por millón (ppm) ya que en las normas el valor del CRL viene así indicado, en ppm. Es muy simple, las ppm son igual a la cantidad de miligramos del soluto dividido por los litros del disolvente.
Por ejemplo si necesitamos un agua con cloro suficiente para eliminar una guiardia, deberemos tener 45mg de cloro por litro.
ppm=45mg/1 litro=45 ppm.
Pero esta cloración tiene un precio, llamado SUBPRODUCTOS DE LA CLORACIÓN O DESINFECCIÓN (SPC). En el 1971, T. A. Bellar descubrió que el cloroformo no existía en el agua del rio Ohio, pero que si estaba presente en el agua potable que procedía de ese río. Por lo que pensó que era un subproducto del tratamiento de desinfección. Y así lo publico en 1974 junto a J. J. Lichtemberguer y R. C. Kroner (La presencia de organohaluros en el agua potable clorada).
Y estos subproductos no son buenos para la salud del hombre y por tal motivo se presenta un problema de la cloración. No obstante estos SPC se formaran dependiendo de algunas variables como:
TIPO DE DESINFECTANTE.
DOSIS.
DESINFECCIÓN RESIDUAL.
TIEMPO DE DESINFECCIÓN.
Por ejemplo, cuando el tiempo de desinfección es más corto se forman TRIHALOMETANOS (THM) y ACIDOS ACETICOS HALOGENICOS (HAA).
Por el contrario si el tiempo de reacción es más largo estos THM y HAA se pueden transformar en desinfectantes como el ACIDO ACETICO.
Pero estos SPC se suelen ver favorecidos sobre todo por concentraciones altas de cloro, temperaturas también altas, etc.
Como se ha visto antes si el pH es alto se forman IONES HIPOCLORITO que tienen menor capacidad desinfectante, pero que favorecen la aparición de THM. Mientras que a pH bajos donde predomina el ÁCIDO HIPOCLOROSO el subproducto que más aparece son los HAA.
Hay un SPC que recientemente se esta teniendo muy en cuenta en la industria alimentaria, me refiero a los CLORATOS y PERCLORATOS que trataremos en próximas entradas.