Control del cloro en agua turbia de torres de refrigeración con el valorador Hach AT1000 y el analizador CL17

INTRODUCCIÓN

El control microbiológico del agua de las torres de refrigeración suele realizarse añadiendo microbiocidas oxidantes, en especial cloro. La dosificación eficaz de cloro requiere la medida exacta de su valor residual. También debe controlarse el cloro residual durante el vertido para garantizar el cumplimiento de la normativa local. Con una filtración adecuada de las muestras, el analizador de cloro Hach® CL17 puede utilizarse para el control colorimétrico de la mayoría de las matrices en torres de refrigeración. Sin embargo, en el caso de matrices que contengan grandes niveles de color, de sólidos en suspensión totales o de turbidez, es necesario controlar el cloro con una técnica analítica alternativa. El valorador Hach AT1000 (valoración amperométrica) o el analizador CL10sc (amperometría directa) están recomendados para medir el cloro residual en muestras turbias o con color.

ANTECEDENTES

Las torres de refrigeración constituyen un entorno excelente para el crecimiento microbiológico. Si no se controla, esta contaminación biológica impide el funcionamiento correcto de la torre de refrigeración. La aplicación de microbicidas, como el cloro, inhibe el crecimiento microbiológico. El analizador de cloro Hach CL17 permite el control continuo del cloro residual, garantizando que el porcentaje de cloro es suficiente para ofrecer protección antimicrobiana y que se ha eliminado el cloro eficazmente del agua de vertido. El CL17 utiliza el compuesto N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD) para medir el cloro libre y total. Al pH tamponado con los reactivos del CL17, el cloro oxida la DPD para producir un color magenta, Figura 1. La intensidad del color magenta es directamente proporcional a la concentración de cloro de la muestra. El color se mide fotométricamente a 520 nm. Cuando se utiliza en matrices turbias, el filtro habitual del CL17 (malla n.º 40) debe limpiarse periódicamente. También se recomienda utilizar un filtro adicional de muestra en línea siempre que se mantenga un caudal suficiente.

Además de la contaminación microbiológica, el agua de las torres de refrigeración a menudo contiene niveles altos de sólidos en suspensión. Las incrustaciones precipitadas, las sales, los productos resultantes de la corrosión, los macroorganismos y las partículas en el aire pueden acumularse en el agua de refrigeración e incrementar el total de sólidos en suspensión, la turbidez y, posiblemente, el color. Estas condiciones pueden interferir con las mediciones fotométricas. Los sólidos y el color pueden oscurecer, absorber y dispersar el paso de la luz por la célula de medición del fotómetro. El detector puede interpretar esta obstrucción como el analito de interés, en este caso, cloro. Es necesario filtrar las muestras que contienen niveles altos de sólidos en suspensión antes de realizar la medición fotométrica. El filtro con malla de 425 micras instalado en la entrada del CL17 eliminará los sólidos de mayor tamaño y reducirá el efecto de las matrices turbias. Los filtros deben sustituirse o limpiarse con periodicidad para garantizar un caudal adecuado de la muestra al analizador. Las partículas pequeñas no se eliminan con un filtro en línea y pueden afectar en gran medida a la exactitud de la medición fotométrica. El valorador Hach AT1000 no se ve afectado por la turbidez o el color. El cloro se mide por medio de una valoración amperométrica. La valoración amperométrica evita varias de las preocupaciones analíticas asociadas a la amperometría directa continua: el control de pH, el caudal de muestra y la temperatura. Sin embargo, la valoración amperométrica no es una medición continua y debe realizarse por lotes.

El cloro se valora con óxido de fenilarsina (PAO),

Figura 2. Como el cloro oxida la PAO en la muestra, el cambio de corriente resultante se mide hasta que se consume todo el cloro y se alcanza el valor crítico. Los componentes de la matriz como la turbidez y el color no participan en la reacción de redox, por lo que no influyen en la medición del cloro. Si lo utiliza de forma intermitente, purgue siempre los tubos del AT1000 y trate la celda de medición para la demanda de cloro antes del análisis. La función de purga de los tubos se describe en el manual de usuario.

DATOS Y RESULTADOS

Los efectos de la turbidez en los modelos CL17 y AT1000 se analizaron para determinar el mejor plan de control del cloro en matrices turbias de torres de refrigeración. Se introdujo agua desionizada con varias concentraciones de caolinita en un CL17. Se realizaron diez mediciones consecutivas con el CL17 para cada concentración de caolinita. Se tomaron tres muestras manuales por cada concentración de caolinita para la medición con un AT1000 y con un turbidímetro Hach TL23. Todos los datos de turbidez son específicos de la caolinita utilizada en este estudio. Los reactivos del CL17 fueron sustituidos por agua coloreada que produce un resultado visual equivalente a ~0,45 mg/L de Cl2. Se utilizó colorante para que la prueba no se viera influida por la demanda de cloro de la caolinita. De esta forma, los resultados del CL17 reflejan únicamente el efecto de la turbidez. Se añadió cloro libre en la célula de reacción del AT1000 inmediatamente antes del análisis, lo que reduce el potencial de consumo de cloro debido a la demanda de cloro de la caolinita. Se escogió un volumen de cloro libre que coincidiera con la concentración de colorante para poder hacer la comparación. El CL17 se ajusta automáticamente para determinadas cantidades de color o turbidez poniendo a cero la muestra antes de añadir los reactivos de DPD. Estas mediciciones del cero se registran como “recuentos de referencia” y son análogas a la transmitancia de la luz. Cuando la matriz de una muestra no tiene color ni turbidez, los recuentos de referencia son ~14 000. Conforme incrementa la turbidez de la muestra, los recuentos de referencia (la transmitancia) disminuyen. La Figura 3 muestra los recuentos de referencia comparados con el incremento de la turbidez. Los recuentos de referencia disminuyen conforme se incrementa la turbidez hasta que la turbidez alcance ~300 NTU. En este punto, los recuentos de referencia subieron a ~20 000. El CL17 está diseñado para aumentar la intensidad de la lámpara LED a fin de compensar su degradación a lo largo del tiempo en base a la luz transmitida. El aumento en los recuentos de referencia a ~300 NTU indica que el CL17 interpretó la turbidez alta como degradación de la lámpara y, en respuesta, incrementó la intensidad del LED.

En la Figura 4, los datos del colorante en el CL17 se comparan con los datos de cloro del AT1000 cuando se incrementan los niveles de turbidez. Este gráfico arroja varias conclusiones. En primer lugar, los valores del CL17 son estables conforme se incrementa la turbidez hasta ~100 NTU. A partir de este punto, los valores del CL17 se vuelven imprecisos. En segundo lugar, los valores del CL17 aumentan conforme se incrementa la turbidez. Este efecto es menor cuando la turbidez es más reducida (<5 % por encima) y más pronunciado conforme la turbidez alcanza ~15 NTU (~10 % por encima) y extremo para valores superiores a ~100 NTU (>35 % por encima). Por último, los valores de cloro del AT1000 son uniformes independientemente de la turbidez. Hay un ligero descenso conforme se incrementa la turbidez, que se asocia con la demanda de cloro de las altas concentraciones de caolinita.

CONCLUSIONES

Está claro que la medición fotométrica de cloro del CL17 puede verse afectada negativamente por los altos niveles de turbidez. Niveles bajos de turbidez pueden afectar de forma moderada las mediciones del CL17, mientras que niveles de turbidez más altos, que pueden estar presentes en algunas operaciones de las torres de refrigeración, pueden tener un impacto significativo en las mediciones de cloro del CL17. En aquellos casos donde se sabe que hay una gran turbidez, es recomendable medir el cloro con una técnica no fotométrica. La valoración amperométrica de cloro del AT1000 es una técnica apropiada y se recomienda para el control de cloro en estas aplicaciones. Es posible utilizar una combinación de análisis fotométricos y amperométricos cuando el control fotométrico en línea se realiza con el analizador CL17 y las verificaciones periódicas de muestras manuales se realizan con el valorador AT1000. Esta combinación de técnicas permite tanto el control continuo como la verificación de la exactitud.