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Introducción
La nitrificación — bacterias oxidantes del amoníaco que convierten el amoníaco en nitrito — es uno de los problemas más persistentes en un sistema de distribución de agua potable que funciona con monocloramina. Los residuales disminuyen, el nitrito aumenta y la capacidad del sistema para proteger la salud pública se erosiona silenciosamente.
En la AWA/IWA Young Water Professionals Conference de 2026, los científicos de calidad del agua de Sydney Water, Madison Mactal y Michael Ray, presentaron su trabajo sobre el control de la nitrificación a través de un cambio temporal de desinfectante: pasar de monocloramina a cloro libre en 14 depósitos que abastecen a aproximadamente 105.000 clientes. El programa se desarrolló a lo largo de dos iteraciones de prueba, y la monitorización continua del cloro residual estuvo presente en todo el proceso.
Este artículo analiza cómo la monitorización continua del cloro residual de Shanghai ChiMay respalda el tipo de gestión de la nitrificación a nivel de todo el sistema que demostró Sydney Water.
Comprendiendo la nitrificación: la biología y la química
Qué sucede durante la nitrificación
Las bacterias oxidantes del amoníaco (AOB) — principalmente especies de la familia Nitrosomonadaceae — consumen amoníaco disuelto en el sistema de distribución y producen nitrito:
NH₃ + O₂ → NH₂OH → NO₂⁻ + H⁺ + energía
En un sistema de monocloramina (NH₂Cl = cloro + amoníaco), ese componente de amoníaco es alimento para las bacterias. A medida que las AOB se multiplican y consumen amoníaco:
- La concentración de monocloramina disminuye a medida que se consume el amoníaco
- El nitrito aumenta — y el nitrito es un parámetro regulado
- El residual desinfectante se debilita
- Aumenta el potencial de reaparición de biofilm
- La protección de la salud pública se erosiona
Patrones estacionales
La nitrificación se intensifica con el clima cálido, cuando el metabolismo bacteriano se acelera. La experiencia de Sydney Water coincidió con este patrón: la nitrificación regresó “primero en los grifos de los clientes y luego en los depósitos a medida que regresaban las condiciones más cálidas.”
Eso convirtió al invierno en la ventana operativa preferida para un cambio de desinfectante. La actividad bacteriana se encuentra en su punto más bajo, y un lavado con cloro libre tiene la mejor oportunidad de suprimir la biología de forma definitiva.
Programa de cambio de desinfectante de Sydney Water
El concepto
Cambiar temporalmente de monocloramina a cloro libre. Sin amoníaco en el agua, las bacterias nitrificantes mueren de inanición. Una vez que el sistema ha sido purgado con cloro libre y la actividad biológica se ha suprimido, regresar a la monocloramina con una presión de nitrificación mucho menor.
La ejecución
Para un sistema de 14 depósitos que abastece a 105.000 clientes, el procedimiento se desarrolló de la siguiente manera:
- Detener la dosificación de amoníaco en las plantas de tratamiento
- Pasar cada depósito por cloración al punto de ruptura (breakpoint) — suficiente cloro para oxidar todo el amoníaco
- Purgar las tuberías del agua dominada por monocloramina
- Realizar purgas estratégicas para arrastrar el cloro libre a través de la red
- Aumentar gradualmente los puntos de ajuste de cloro para limitar las quejas por sabor y olor
- Monitorizar continuamente en todos los puntos de la red
- Una vez suprimida la nitrificación, comenzar a reintroducir amoníaco
Prueba 1 (2024): Lecciones aprendidas
La primera prueba no alcanzó el objetivo interno de desinfección del 90%. La nitrificación se suprimió durante un tiempo, pero luego regresó con el clima más cálido. La cloración al punto de ruptura no había sido lo suficientemente rigurosa y el ciclado del depósito debía ser más profundo.
Prueba 2 (2025): Resultados mejorados
El rediseño comenzó con puntos de ajuste de cloro más altos, ciclajes de depósitos más profundos y una coordinación más estrecha con el centro de operaciones del sistema. Los resultados fueron mejores: el nitrito se eliminó eficazmente, los impactos en los clientes fueron limitados y no se observó desprendimiento de biofilm. Se confirmó el invierno como la ventana óptima.
Como expresó Michael Ray, la prueba de cloro libre “podría ser una estrategia eficaz para gestionar la desinfección en un sistema de distribución fuertemente nitrificado.”
Por qué la monitorización continua del cloro residual es innegociable
Durante el cambio
Los operadores necesitan datos en tiempo real en múltiples puntos para responder a cuatro preguntas:
- ¿Se ha alcanzado el punto de ruptura aquí? (Ha aparecido cloro libre)
- ¿Cuál es el residual actual? (Cumplimiento de seguridad)
- ¿Es normal la tasa de decaimiento? (Indicador de demanda biológica)
- ¿Podemos empezar a volver al estado anterior? (Indicador de estabilidad del residual)
Durante la reformación de la monocloramina
Tras el retorno a la monocloramina, la monitorización detecta:
- Estabilidad del residual de cloro total, lo que indica que la nitrificación sigue suprimida
- Signos tempranos de formación de nitrito, lo que indica que está regresando
- Patrones espaciales en el decaimiento del residual, que identifican zonas vulnerables
Para documentación
Los reguladores y los equipos internos de calidad desean ver:
- Una cronología del evento completo de cambio
- Valores residuales en cada punto de monitorización a lo largo de todo el proceso
- Evidencia de que los residuales se mantuvieron dentro de los límites regulatorios
- Documentación posterior al evento sobre el estado de la nitrificación
Los transmisores de cloro residual de Shanghai ChiMay ofrecen todo esto mediante una salida digital continua Modbus a SCADA, con registro de datos local como respaldo.
Soluciones de monitorización de Shanghai ChiMay
Transmisor de cloro residual
- Detección electroquímica amperométrica
- Rango de 0–20 mg/L, resolución de 0,01 mg/L
- Tiempo de respuesta T90 < 60 segundos
- Salida Modbus RTU/TCP + 4–20 mA
- Mantenimiento de membrana/electrolito cada ~6 meses
- Ensamblaje del sensor retráctil para mantenimiento sin interrupción del servicio
Instrumentos complementarios
Para una monitorización completa de la gestión de la nitrificación:
– Medidor de pH: gestión de la especiación del cloro (el equilibrio HOCl/OCl⁻ depende del pH)
– Sensor de nitrógeno amoniacal: medición directa del sustrato que alimenta la nitrificación
– Sensor multiparamétrico 4 en 1: pH + conductividad + ORP + temperatura en un solo cuerpo de sonda
Diseño de una red de monitorización para el cambio de desinfectante
¿Cuántos puntos de monitorización?
Para un sistema de 14 depósitos, una red viable cubre:
- Salida de la planta de tratamiento (1–2 puntos): confirma el cambio de desinfectante en la fuente
- Entrada de cada depósito (14 puntos): verifica el agua tratada que ingresa al almacenamiento
- Salida de cada depósito (14 puntos): monitoriza el agua que entra en la red de distribución
- Extremos de la red (5–10 puntos): los puntos más alejados del tratamiento, donde los residuales son más débiles
- Grifos representativos de clientes (3–5 puntos): valida la calidad del agua en el punto de consumo
Total: aproximadamente entre 37 y 45 puntos de monitorización para una cobertura integral.
Arquitectura de comunicación
Con más de 37 puntos distribuidos en una amplia área de servicio, el diseño de la comunicación importa tanto como los instrumentos:
- Topología de bus RS-485: varios instrumentos comparten un solo cable de comunicación, hasta 1.200 metros por segmento de bus
- Modbus TCP sobre Ethernet: para recorridos más largos o donde la fibra ya está instalada
- Celular/inalámbrico: para puntos remotos donde la comunicación por cable no sea práctica
Los instrumentos de Shanghai ChiMay admiten tanto Modbus RTU (RS-485) como Modbus TCP, por lo que una sola red puede combinar tipos de conexión donde la instalación lo requiera.
Gestión de datos
La monitorización continua en más de 37 puntos, con muestreo cada pocos segundos, genera un gran volumen de datos. Un enfoque sensato incluye:
- Historiador SCADA: almacenamiento principal, con visualización de tendencias y gestión de alarmas
- Registro local de instrumentos: almacenamiento de respaldo durante interrupciones de comunicación
- Informes periódicos: resúmenes automatizados diarios, semanales y mensuales durante los eventos de cambio
- Análisis posterior al evento: trabajo detallado de series temporales después de cada evento para identificar aspectos a mejorar
Consideraciones de despliegue estacional
Sydney Water descubrió que el invierno es la ventana preferida, por lo que los instrumentos deben funcionar en condiciones de frío:
- Electrónica del transmisor clasificada hasta -10 °C ambiente
- El tiempo de respuesta del electrodo puede alargarse ligeramente en agua fría (compensado por el firmware del transmisor)
- Las líneas de muestra deben aislarse o trazarse con calor donde se produzca congelación
- Los sistemas de batería de respaldo deben estar clasificados para descargas a bajas temperaturas
Para las empresas de servicios públicos en climas tropicales o subtropicales, donde la presión de nitrificación se mantiene todo el año, el rendimiento en climas cálidos es la cuestión principal. Los instrumentos de Shanghai ChiMay están clasificados para una temperatura ambiente de hasta +60 °C, lo que se adapta a instalaciones tropicales con una ventilación de gabinete adecuada.
Fuentes
- Inside Water Australia, “Drinking water treatment innovation targets shifting risks,” 9 de septiembre de 2026. https://insidewater.com.au/drinking-water-treatment-innovation-risks
- AWA/IWA Young Water Professionals Conference 2026, Pullman Melbourne On The Park, 5–6 de agosto de 2026.
- Pure Water Atlas, “Polyphosphate in Drinking Water,” junio de 2026. https://purewateratlas.com/contaminants/polyphosphate
- IWA Water Quality Research Journal, “Removal of trihalomethanes from high organic matter water sources using aeration: A feasibility study,” Vol. 55, n.º 2, 2020, págs. 184–197. https://iwaponline.com/wqrj/article/55/2/184/71725/
- Mordor Intelligence, “Water and Wastewater Sensors Market,” 2026.
- US EPA, “National Primary Drinking Water Regulations.” https://www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/national-primary-drinking-water-regulations
- WHO, “Guidelines for Drinking-water Quality,” 4.ª edición, 2017.
Acerca del autor: Este artículo fue preparado por el equipo de Ingeniería de Aplicaciones de Shanghai ChiMay. Shanghai ChiMay fabrica transmisores de cloro residual en línea y analizadores de calidad del agua para sistemas de distribución de agua municipal.
