Cloro y cloraminas antes de la ósmosis inversa

Para eliminar cloro y cloraminas antes de ósmosis inversa hay que entender primero por qué la cloramina es un problema distinto del cloro libre. Los dos oxidan la poliamida de las membranas, pero la cloramina es más estable, atraviesa con facilidad un lecho de carbón convencional y produce un daño que no se ve como caída de caudal sino como aumento del paso de sales, cuando ya es tarde. Para el diagnóstico de base conviene repasar turbidez y sólidos en agua de proceso minera.

Este artículo revisa la química de la descloración, los límites reales de las alternativas habituales y el esquema que propone Watch Water®: un carbón activado con recubrimiento catalítico, regenerable en el propio recipiente.

Qué es el cloro y las cloraminas y por qué aparece en pretratamiento de membranas y resinas

Definición y química del problema

El cloro libre existe como ácido hipocloroso (HOCl) e ion hipoclorito (OCl⁻), en proporción dependiente del pH. Cuando hay amonio en el agua, el cloro reacciona con él y forma cloraminas (monocloramina, dicloramina, tricloramina), que constituyen el cloro combinado. Muchos prestadores de agua de red usan cloraminación deliberadamente, porque el residual dura más a lo largo de la red.

Esa misma estabilidad es la que complica el pretratamiento: la cloramina se elimina por reducción catalítica más lentamente que el cloro libre, y un carbón sin actividad catalítica específica se satura antes de lo previsto.

Valores típicos en pretratamiento de membranas y resinas (mg/L)

El análisis útil discrimina cloro libre y cloro total: la diferencia entre ambos es el cloro combinado, es decir, las cloraminas. Un agua con cloro libre bajo y cloro total apreciable está indicando cloraminación, aunque a primera vista parezca de baja carga oxidante. También hay que medir amonio, materia orgánica, pH y temperatura, porque condicionan la cinética.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Aumento progresivo del paso de sales del tren de membranas sin caída proporcional de caudal.
• Cloro total detectable a la salida del filtro de carbón, aunque el cloro libre dé cero.
• Resinas aniónicas que pierden capacidad y liberan color en el ciclo de regeneración.
• Vida de membranas sistemáticamente menor a la esperada por diseño.
• Sulfato creciente en el permeado cuando se descloró con bisulfito.

Causas: de dónde viene el problema

Agua de red con cloro o cloraminas residuales

Es la fuente más frecuente en planta urbana: el prestador mantiene un residual para garantizar la calidad microbiológica hasta el punto de entrega, y ese residual llega a la planta. El valor fluctúa a lo largo del día y según la distancia al punto de dosificación de la red.

Cloración preventiva aguas arriba

Muchas plantas clorán el agua de pozo o la cisterna para controlar el crecimiento biológico en la reserva. Es una práctica correcta, pero implica que el propio establecimiento está generando el oxidante que después tiene que remover antes del tren de membranas.

Formación de cloraminas por amonio presente

Si el agua tiene amonio —habitual en aguas subterráneas de la llanura pampeana y en aguas con influencia de efluentes— el cloro dosificado se convierte en cloramina espontáneamente. La planta creía estar clorando y en realidad está cloraminando.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

El daño oxidativo sobre la poliamida es acumulativo e irreversible: no se recupera con una limpieza química. Se manifiesta como aumento del paso de sales y pérdida de rechazo, y termina en el reemplazo anticipado del elemento. En resinas de intercambio iónico, el oxidante degrada la matriz y acorta su vida útil.

Riesgo normativo y de descarga

En plantas que producen alimentos o bebidas, el agua de proceso debe cumplir los requisitos del artículo 982 del Código Alimentario Argentino; conviene consultar el límite vigente aplicable a subproductos de desinfección. Del lado del efluente, si se desclora con bisulfito se incorpora sulfato a la descarga, que se evalúa contra el límite de vertido de la jurisdicción correspondiente.

Costo total: OPEX, paradas no programadas y reposición de activos

Un tren de membranas dañado por oxidación se reemplaza completo, no se repara. A eso se suma el costo del carbón descartado y repuesto, el de las limpiezas químicas fallidas y el de la producción perdida mientras se cambia el tren.

Soluciones convencionales para eliminar cloro y cloraminas antes de ósmosis inversa y sus límites

Bisulfito de sodio: aporta sulfato y alimenta bacterias

Es la descloración química clásica: rápida, barata y fácil de dosificar. Sus dos problemas son conocidos. Primero, aporta sulfato al agua y al efluente, lo que complica el balance en plantas con límite de vertido ajustado. Segundo, el exceso de bisulfito es nutriente para bacterias sulfato-reductoras y puede disparar biofouling aguas abajo, justamente sobre la membrana que se quería proteger.

Carbón convencional: baja eficiencia sobre cloramina

Un carbón activado granular estándar funciona bien sobre cloro libre por adsorción y reducción, pero su desempeño sobre cloramina es sensiblemente menor. La consecuencia práctica es que el lecho se dimensiona para cloro libre y se agota antes de lo previsto porque en realidad está tratando cloro combinado.

Solo tiempo de contacto: paso residual a membrana

Aumentar el volumen de lecho para ganar tiempo de contacto mejora el resultado, pero llega a un techo: si el medio no tiene actividad catalítica específica, la cinética de la cloramina impone un residual que igual llega a la poliamida.

Solución Watch Water: Catalytic Carbon® y OXYDES®-P

Catalytic Carbon®: mecanismo de acción y qué resuelve

Catalytic Carbon®, el carbón activado de coco con recubrimiento catalítico de oxihidróxido, suma a la adsorción física un mecanismo de remoción catalítica. Su superficie específica es de 2.000 a 2.500 m²/g (BET) y su dureza ball-pan superior al 98%, lo que se traduce en menos generación de finos en el retrolavado.

Sobre el pretratamiento de membranas trabaja en tres frentes: retiene sólidos y turbidez, adsorbe cloraminas, trihalometanos, sustancias húmicas, taninos, ligninas y fenoles, y cataliza la remoción de fluoruros, cianuros y metales pesados. Cuenta con certificación NSF/ANSI 61.

OXYDES®-P: mecanismo de acción y qué resuelve

OXYDES®-P, el oxidante de radicales sulfato para regeneración de medios, es lo que convierte al carbón catalítico en un medio de vida larga en lugar de un consumible. Al disolverse genera radicales sulfato (SO₄•⁻), especies de alto potencial y mayor vida media que el radical hidroxilo, capaces de oxidar y desprender la suciedad acumulada sobre el lecho: contaminantes adsorbidos, bacterias y partículas.

El procedimiento de regeneración documentado tiene cinco pasos: retrolavar la cama de 5 a 15 minutos, aplicar OXYDES®-P, dejar remojar de 30 a 60 minutos, retrolavar 5 minutos y enjuagar. Con esa rutina el fabricante declara una vida útil de 2 a 5 años sin cambiar el medio.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Filtración de sólidos para que el carbón no trabaje como filtro de sedimentos, con Crystolite®, el medio granular de corte submicrónico cuando además hay que bajar el SDI.
2. Columna de Catalytic Carbon® dimensionada por tiempo de contacto sobre cloro total, no sobre cloro libre.
3. Verificación de cloro total a la salida, con muestreo en el punto más desfavorable.
4. Tren de membranas o de resinas, ya protegido.
5. Regeneración periódica del lecho con OXYDES®-P según carga y analítica.

Qué NO hace el producto (límites declarados por el fabricante)

• El carbón catalítico no es un desinfectante: al remover el residual oxidante, el tramo posterior queda sin protección y puede requerir control biológico propio.
• Su eficiencia depende fuertemente del pH según el contaminante: 6,5–6,8 para arsénico, 5,5–6,5 para fluoruros, 7,5–9,5 para boro. Un mismo lecho no optimiza todos a la vez.
• No reduce TDS ni dureza: no reemplaza a la ósmosis inversa ni al tratamiento de incrustaciones.
• La vida útil de 2 a 5 años corresponde a las condiciones de carga y regeneración declaradas por el fabricante; la vida efectiva se estima con ensayo de columna sobre el agua del cliente.
• OXYDES®-P tiene pH de 2,3 a 2,5 en solución al 1% y se descompone por encima de 85 °C: requiere EPP y manejo conforme a su hoja de datos de seguridad.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Cloro libre y cloro total, amonio, materia orgánica (COT o DQO), turbidez, SDI si se dispone, pH, temperatura, dureza, sílice, hierro y caudal de diseño en m³/h. La diferencia entre cloro total y cloro libre es el dato que define el dimensionamiento.

Dimensionamiento: caudal, tiempo de contacto, profundidad de lecho y retrolavado

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

El lecho se retrolava y enjuaga antes de ponerlo en servicio para eliminar finos. El control de rutina es simple: cloro total a la salida en cada turno o con la frecuencia que fije el procedimiento, presión diferencial y registro del caudal real frente al de diseño. Cuando el cloro total empieza a aparecer a la salida, corresponde una regeneración con OXYDES®-P antes de considerar el reemplazo del medio.

Caso de aplicación

Columna de carbón catalítico con regeneración in situ previa a un tren de membranas

Como ejemplo típico, una planta química del cordón industrial de Santa Fe alimentada con agua de red cloraminada venía reemplazando el carbón de su filtro de pretratamiento con una frecuencia creciente y había registrado pérdida de rechazo en el primer paso de su tren de ósmosis. El análisis mostraba cloro libre prácticamente nulo y cloro total apreciable: el lecho estaba dimensionado para el oxidante equivocado.

El esquema correctivo en un caso así consiste en redimensionar la columna por tiempo de contacto sobre cloro total, cargarla con carbón catalítico y establecer una rutina de regeneración in situ con OXYDES®-P en lugar del recambio periódico del medio.

Qué se midió antes y después

Cloro libre y total a la entrada y a la salida de la columna, paso de sales del primer paso del tren, presión diferencial, frecuencia de limpieza química de membranas y consumo anual de medio filtrante.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

El mecanismo catalítico y el procedimiento de regeneración son los mismos en cualquier planta, pero la capacidad efectiva depende del cloro combinado real, de la materia orgánica y del pH. El intervalo entre regeneraciones se determina con analítica propia y no se copia de otra instalación.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

Caudal de diseño en m³/h, cloro libre y cloro total del agua de alimentación, amonio, materia orgánica, pH, temperatura, configuración actual del pretratamiento y tipo y antigüedad de las membranas o resinas a proteger. El panorama completo, con las rutas de tratamiento comparadas, está en filtración de sólidos en agua de proceso minera.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

Con esos datos se dimensiona la columna y se define el intervalo de regeneración. Si el objetivo más amplio es proteger una planta de desmineralización, conviene leer cómo proteger resinas y membranas en agua desmineralizada y el tren de pulido para reúso de agua, además de los artículos existentes sobre cloro en el agua y regeneración de carbón activo.

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