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Comportamiento ambiental de tensioactivos comerciales aniónicos y no iónicos

Authors:
TRABAJO FIN DE MÁSTER
FRANCISCO RÍOS RUIZ
SEPTIEMBRE 2010
MÁSTER UNIVERSITARIO EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE COLOIDES
E INTERFASES
Realizado por:
FRANCISCO RÍOS RUIZ
Dirigido por:
Doctora MERCEDES FERNÁNDEZ SERRANO
Doctora MANUELA LECHUGA VILLENA
del Departamento de Ingeniería Química
Granada, Septiembre 2010
COMPORTAMIENTO AMBIENTAL DE TENSIOACTIVOS COMERCIALES ANIÓNICOS Y NO
IÓNICOS
Memoria que presenta el Ingeniero Químico Francisco Ríos Ruiz como Trabajo Final del Máster
en Ciencia y Tecnología de Coloides e Interfases.
Granada, Septiembre 2010.
Fdo. Francisco Ríos Ruiz
LOS TUTORES DEL TRABAJO
Fdo. Mercedes Fernández Serrano Fdo. Manuela Lechuga Villena
Profesora Titular de Ingeniería Química Profesora Contratada Doctora
TRABAJO FIN DE MÁSTER ÍNDICE
Septiembre 2010
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Índice
RESUMEN --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
I. OBJETIVOS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
II.- INTRODUCCIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------- 11
2.1. TENSIOACTIVOS -------------------------------------------------------------------------------------------- 13
2.2 PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS TENSIOACTIVOS ----------------------------------------- 15
2.3 PRODUCCIÓN Y CONSUMO DE TENSIOACTIVOS ---------------------------------------------------- 20
2.4 IMPLICACIONES AMBIENTALES ------------------------------------------------------------------------- 22
2.4.1 INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------------------- 22
2.4.2 NORMATIVA SOBRE TENSIOACTIVOS Y MEDIO AMBIENTE -------------------------------- 24
2.4.2.1. LEGISLACIÓN EN EL ÁMBITO EUROPEO -------------------------------------------------- 24
2.4.2.2. LEGISLACIÓN EN EL ÁMBITO ESTATAL ---------------------------------------------------- 27
2.4.2.3. LEGISLACIÓN EN EL ÁMBITO DE LA COMUNIDAD AUTÓNOMA ANDALUZA ---- 28
2.4.3 BIODEGRADABILIDAD EN EL MEDIO ACUÁTICO----------------------------------------------- 29
2.4.3.1 EVALUACIÓN DE LA BIODEGRADABILIDAD ----------------------------------------------- 29
2.4.3.1.1. ENSAYOS DE BIODEGRADACIÓN ------------------------------------------------------ 29
2.4.3.1.2. TÉCNICAS ANALÍTICAS PARA EL SEGUIMIENTO DE LA BIODEGRADACIÓN - 36
2.4.3.2 VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA BIODEGRADACIÓN --------------------------------- 39
2.4.3.3 RUTAS DE BIODEGRADACIÓN ---------------------------------------------------------------- 43
2.4.4. TOXICIDAD --------------------------------------------------------------------------------------------- 44
2.4.4.1 INTRODUCCIÓN --------------------------------------------------------------------------------- 44
2.4.4.2 MECANISMOS DE TOXICIDAD EN ORGANISMOS ACUÁTICOS ----------------------- 45
2.4.4.3. RELACIÓN ENTRE ESTRUCTURA Y TOXICIDAD------------------------------------------- 46
III.- MATERIALES Y MÉTODOS ----------------------------------------------------------------------------------- 51
3.1 TENSIOACTIVOS UTILIZADOS ---------------------------------------------------------------------------- 53
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3.2 MÉTODOS DE ENSAYO DE LA BIODEGRADABILIDAD ---------------------------------------------- 56
3.2.1 ENSAYO ESTÁTICO ------------------------------------------------------------------------------------ 56
3.2.1.1. FUNDAMENTO DEL MÉTODO --------------------------------------------------------------- 56
3.2.1.2. ReACTIVOS Y DISOLUCIONES ---------------------------------------------------------------- 57
3.2.1.3. EQUIPOS ------------------------------------------------------------------------------------------ 59
3.2.1.4. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS --------------------------------------------------------- 59
3.2.1.5. PROCEDIMIENTO Y CONDICIONES DE OPERACIÓN ------------------------------------ 60
3.2.1.6. SEGUIMIENTO DE LA BIODEGRADACIÓN------------------------------------------------- 62
3.2.2 ENSAYO POR EL MÉTODO RESPIROMÉTRICO -------------------------------------------------- 62
3.2.2.1. FUNDAMENTO DEL MÉTODO --------------------------------------------------------------- 62
3.2.2.2. REACTIVOS Y DISOLUCIONES ---------------------------------------------------------------- 63
3.2.2.3. EQUIPOS ------------------------------------------------------------------------------------------ 64
3.2.2.4. PROCEDIMIENTO ------------------------------------------------------------------------------- 65
3.2.2.5. TOMA DE DATOS Y EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS--------------------------------- 65
3.3 MÉTODOS DE ANÁLISIS ----------------------------------------------------------------------------------- 67
3.3.1 ANÁLISIS DE TENSIOACTIVOS ---------------------------------------------------------------------- 67
3.3.1.1 MÉTODO SIMPLIFICADO DE ANÁLISIS PARA DETERMINACIÓN DE SUSTANCIAS
ACTIVAS AL AZUL DE METILENO (MBAS)------------------------------------------------------------ 67
3.3.1.2 MÉTODO COLORIMÉTRICO DEL YODO-YODURO ---------------------------------------- 68
3.3.1.3. MÉTODO DEL CARBONO ORGÁNICO TOTAL (TOC) ------------------------------------ 70
3.3.2 RECUENTO DE LA BIOMASA ------------------------------------------------------------------------ 75
3.3.2.1. FUNDAMENTO ---------------------------------------------------------------------------------- 75
3.3.2.2. REACTIVOS Y DISOLUCIONES ---------------------------------------------------------------- 75
3.3.2.3. EQUIPOS ------------------------------------------------------------------------------------------ 76
3.3.2.4. PROCEDIMIENTO ------------------------------------------------------------------------------- 76
3.4. DETERMINACIÓN DE LA TOXICIDAD ------------------------------------------------------------------ 77
3.4.1 ENSAYO TOXICIDAD LUMIStox -------------------------------------------------------------------- 77
3.4.1.1. FUNDAMENTO ---------------------------------------------------------------------------------- 77
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3.4.1.2. REACTIVOS Y DISOLUCIONES ---------------------------------------------------------------- 77
3.4.1.3. EQUIPOS ------------------------------------------------------------------------------------------ 77
3.4.1.4 PROCEDIMIENTO -------------------------------------------------------------------------------- 78
3.4.1.5. EVALUACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------ 79
3.4.1.6. DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE EC ----------------------------------------------- 81
3.4.2 ECOTOXICIDAD DAPHNIA MAGNA --------------------------------------------------------------- 81
3.4.2.1. FUNDAMENTO ---------------------------------------------------------------------------------- 81
3.4.2.2. REACTIVOS Y DISOLUCIONES ---------------------------------------------------------------- 81
3.4.2.3. EQUIPOS ------------------------------------------------------------------------------------------ 82
3.4.2.4. PROCEDIMIENTO ------------------------------------------------------------------------------- 82
3.4.2.5. EVALUACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------ 83
3.4.2.6 DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE IC ------------------------------------------------- 84
3.4.3 ECOTOXICIDAD MICROALGAS --------------------------------------------------------------------- 85
3.4.3.1. FUNDAMENTO ---------------------------------------------------------------------------------- 85
3.4.3.2. REACTIVOS Y DISOLUCIONES ---------------------------------------------------------------- 85
3.4.3.3. EQUIPOS ------------------------------------------------------------------------------------------ 86
3.4.3.4. PROCEDIMIENTO ------------------------------------------------------------------------------- 87
3.4.3.5 EVALUACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------- 89
3.4.3.6. DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE EC ----------------------------------------------- 90
3.5 PROTOCOLO DE LIMPIEZA -------------------------------------------------------------------------------- 91
3.5.1 LIMPIEZA DEL MATERIAL CORRIENTE DE LABORATORIO ----------------------------------- 91
IV.- RESULTADOS EXPERIMENTALES --------------------------------------------------------------------------- 93
4.1 BIODEGRADABILIDAD DE TENSIOACTIVOS ----------------------------------------------------------- 95
4.1.1 BIODEGRADABILIDAD DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS -------------------------- 95
4.1.2 BIODEGRADABILIDAD DE ALQUILPOLIGLUCÓSIDOS (APG) ------------------------------- 100
4.1.3 BIODEGRADABILIDAD DE ALCOHOLES GRASOS ETOXILADOS (AEG) ------------------- 103
4.1.3 BIODEGRADABILIDAD DE ALQUILBENCENO SULFONATO LINEAL (LAS) --------------- 105
4.2 TOXICIDAD DE TENSIOACTIVOS ----------------------------------------------------------------------- 106
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4.2.1 TOXICIDAD DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS -------------------------------------- 106
4.2.2 TOXICIDAD DE MEZCLAS DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS --------------------- 114
4.2.3 TOXICIDAD DE ALQUILPOLIGLUCÓSIDOS ----------------------------------------------------- 118
4.2.4 TOXICIDAD DE ÓXIDOS DE AMINA ------------------------------------------------------------- 122
4.2.5 TOXICIDAD DE ÉSTERES DE GLICERINA POLIETOXILADOS -------------------------------- 125
4.2.6 TOXICIDAD DE ALQUILBENCENO SULFONATO LINEAL (LAS) ----------------------------- 126
V.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS ------------------------------------------------------------------------------ 129
5.1 BIODEGRADABILIDAD DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS ------------------------------ 131
5.1.1 BIODEGRADABILIDAD ÚLTIMA ------------------------------------------------------------------ 132
5.1.2 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DEL PROCESO DE BIODEGRADACIÓN -------------- 136
5.1.3 BIODEGRADACIÓN MEDIANTE EL MÉTODO RESPIROMÉTRICO ------------------------- 140
5.1.4 ESTIMACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE LOS PERFILES DE BIODEGRADACIÓN ------- 142
5.2 BIODEGRADABILIDAD DE ALQUILPOLIGLUCÓSIDOS --------------------------------------------- 145
5.2.1 BIODEGRADACIÓN MEDIANTE EL MÉTODO RESPIROMÉTRICO ------------------------- 146
5.2.2 ESTIMACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE LOS PERFILES DE BIODEGRADACIÓN ------- 150
5.3 BIODEGRADABILIDAD DE ALCOHOLES GRASOS ETOXILADOS --------------------------------- 153
5.3.1 BIODEGRADABILIDAD PRIMARIA --------------------------------------------------------------- 154
5.3.2 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DEL PROCESO DE BIODEGRADACIÓN -------------- 157
5.3.3 CRECIMIENTO DE LA BIOMASA DURANTE EL PROCESO DE BIODEGRADACIÓN ----- 159
5.3.4 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LAS CURVAS DE CRECIMIENTO ----------------- 163
5.4 BIODEGRADABILIDAD DE ALQUILBENCENO SULFONATO LINEAL ---------------------------- 165
5.5 TOXICIDAD DE TENSIOACTIVOS ----------------------------------------------------------------------- 167
5.5.1. DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE IC50, EC20 y EC50 ---------------------------------- 169
5.5.2 TOXICIDAD DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS -------------------------------------- 170
5.5.2.1 TOXICIDAD DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS CON BACTERIAS
LUMINISCENTES ----------------------------------------------------------------------------------------- 171
5.5.2.2 TOXICIDAD DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS CON DAPHNIA MAGNA - 173
5.5.2.3 TOXICIDAD DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS CON MICROALGAS ------- 176
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5.5.3 TOXICIDAD DE MEZCLAS DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS --------------------- 181
5.5.3.1 TOXICIDAD DE MEZCLAS DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS CON
BACTERIAS LUMINISCENTES ------------------------------------------------------------------------- 182
5.5.3.2 TOXICIDAD DE MEZCLAS DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS CON DAPHNIA
MAGNA ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 183
5.5.3.3 TOXICIDAD DE MEZCLAS DE ÁCIDOS ALQUIL ÉTER CARBOXÍLICOS CON
MICROALGAS -------------------------------------------------------------------------------------------- 185
5.5.4 TOXICIDAD DE ALQUILPOLIGLUCÓSIDOS ----------------------------------------------------- 188
5.5.4.1 TOXICIDAD DE ALQUILPOLIGLUCÓSIDOS CON BACTERIAS LUMINISCENTES --- 189
5.5.4.2 TOXICIDAD DE ALQUILPOLIGLUCÓSIDOS CON DAPHNIA MAGNA ---------------- 190
5.5.4.3 TOXICIDAD DE ALQUILPOLIGLUCÓSIDOS CON MICROALGAS ---------------------- 192
5.5.5 TOXICIDAD DE ÓXIDOS DE AMINA ------------------------------------------------------------- 196
5.5.5.1 TOXICIDAD DE ÓXIDOS DE AMINA CON BACTERIAS LUMINISCENTES ----------- 197
5.5.5.2 TOXICIDAD DE ÓXIDOS DE AMINA CON DAPHNIA MAGNA ------------------------ 199
5.5.5.3 TOXICIDAD DE ÓXIDOS DE AMINA CON MICROALGAS ------------------------------ 200
5.5.6 TOXICIDAD DE ÉSTERES DE GLICERINA POLIETOXILADOS -------------------------------- 204
5.5.6.1 TOXICIDAD DE ÉSTERES DE GLICERINA POLIETOXILADOS CON DAPHNIA MAGNA
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 204
5.5.7 TOXICIDAD DE ALQUILBENCENO SULFONATO LINEAL ------------------------------------ 206
5.5.8 RESUMEN DE DATOS DE TOXICIDAD ----------------------------------------------------------- 207
VII.- CONCLUSIONES --------------------------------------------------------------------------------------------- 213
VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS-------------------------------------------------------------------------- 221
ÍNDICE DE TABLAS ------------------------------------------------------------------------------------------------ 232
ÍNDICE DE FIGURAS ---------------------------------------------------------------------------------------------- 238
TRABAJO FIN DE MÁSTER RESUMEN
Septiembre 2010
1
Resumen
El medio acuático está constituido por una amplia diversidad de ecosistemas. Cada uno
de estos sistemas contiene una biota característica representada por miles de especies que
con excesiva frecuencia están expuestas a gran variedad de contaminantes derivados,
generalmente, de la actividad humana. Más allá de los detergentes, cuya aplicación es la más
común, los tensioactivos poseen numerosas aplicaciones dadas sus propiedades
emulsionantes, humectantes, dispersantes, así como de solubilidad y resistencia a la dureza
del agua. Su elevado y creciente consumo ha hecho de estas sustancias uno de los
contaminantes más frecuentes en el medio acuático. Al objeto de evaluar los posibles riesgos
ambientales de estos compuestos para decidir sobre su inclusión o no en las formulaciones de
detergentes, resulta imprescindible el conocimiento de su distribución, comportamiento,
destino y efectos tóxicos en el medio natural.
El presente Trabajo Fin de Máster tiene como objetivo fundamental el estudio de la
biodegradabilidad y ecotoxicidad de diferentes familias de tensioactivos (aniónicos y
noiónicos) en el medio acuático.
En el Capítulo II se lleva a cabo una revisión general de los aspectos fundamentales
tratados en este trabajo. En primer lugar se resumen las características físico-químicas más
importantes de los tensioactivos así como sus principales efectos adversos en el medio
ambiente y la normativa vigente al respecto. Los aspectos más relevantes relacionados con el
estudio de la biodegradabilidad y toxicidad de los tensioactivos en el medio acuático son
también presentados en este capítulo.
El Capítulo III se describen los tipos de tensioactivos estudiados y sus principales
propiedades, así como la metodología utilizada durante el desarrollo del trabajo experimental.
Se han realizado dos tipos de ensayos: ensayos de biodegradación (estático y respirométrico),
y de toxicidad sobre diferentes organismos, bacterias luminiscentes, Daphnia magna y
microalgas Selenastrum capricornutum. Para el seguimiento de la biodegradación y análisis de
tensioactivos se emplearon diferentes métodos: método simplificado de análisis para
determinación de sustancias activas al azul de metileno (MBAS), método colorimétrico del
yodo-yoduro, método del carbono orgánico total (TOC) y recuento de biomasa expresado
como unidades formadoras de colonias.
TRABAJO FIN DE MÁSTER RESUMEN
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Septiembre 2010
En el Capítulo IV se exponen los resultados experimentales obtenidos en los ensayos
de biodegradación y ecotoxicidad de los diferentes tensioactivos estudiados.
En el Capítulo V se realiza el análisis y discusión de los resultados obtenidos para los
tensioactivos no iónicos comerciales: alquilpoliglucósidos (APG), alcoholes grasos etoxilados
(AGE), óxidos de amina, ésteres de glicerina polietoxilados, y tensioactivos aniónicos
comerciales: derivados de ácidos alquil éter carboxílicos, además del tensioactivo aniónico
lineal alquilbenceno sulfonato (LAS), ampliamente utilizado en formulaciones comerciales, con
objeto de comparación.
Este análisis permitirá decidir sobre la inclusión de un determinado tensioactivo en una
formulación específica atendiendo a criterios medioambientales.
Obtenidos los perfiles de biodegradación para los tensioactivos ácidos
alquiletercarboxilicos, alcoholes grasos etoxilados, y LAS, se han definido parámetros
característicos del proceso de biodegradación: tiempo de latencia, biodegradabilidad, tiempo
de vida media, velocidad media de biodegradación y concentración residual de tensioactivo.
Estos parámetros se modifican con la concentración de tensioactivo ensayada, indicando que a
medida que aumenta la concentración de tensioactivo se produce una disminución de la
velocidad del proceso de biodegradación, un aumento del tiempo de vida media, una
disminución de la biodegradabilidad y un aumento de la concentración residual de
tensioactivo.
A partir de las curvas de crecimiento de microorganismos, se han definido y evaluado
parámetros característicos durante el proceso de biodegradación para alcoholes grasos
etoxilados: la velocidad específica de crecimiento (k), el número máximo de unidades
formadoras de colonias (UFC/ml, max) y el rendimiento de producción de biomasa por gramo de
tensioactivo tratado (Yap).
La biodegradación de los derivados de ácidos alquil éter carboxílicos y
alquilpoliglucósidos también ha sido realizada aplicando el método respirométrico evaluando
la DBO. El estudio de los perfiles de biodegradación ha permitido la evaluación de la
biodegradabilidad última de estos tensioactivos determinando el tiempo de latencia, la
velocidad específica de crecimiento (µ) y la mineralización alcanzada.
Con determinación de la velocidad específica de crecimiento obtenida (μ), evaluada
por el método respirométrico se ha determinado que: el tensioactivo AKYPO RLM-100 de
mayor grado de etoxilación puede considerarse como fácilmente biodegradable, el AKYPO
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RLM-25 se considera de biodegradabilidad inherente para concentraciones superiores a 5
mg/L y fácilmente biodegradable a concentraciones inferiores, el tensioactivo AKYPO LF2 se
considera de biodegradabilidad inherente y que los tres alquilpoliglucósidos ensayados
GLUCOPON 215, GLUCOPON 600 y GLUCOPON 650, pueden considerarse de biodegradabilidad
inherente.
A partir de los resultados de toxicidad obtenidos se observa que las microalgas son el
organismo menos sensible a los efectos tóxicos de los tensioactivos con un rango de EC50 entre
7.08 y 1112.93 mg/L, mientras que las bacterias son las más sensibles, EC50 entre 0.354 y
211.05 mg/L. La Daphnia magna presenta una sensibilidad intermedia para la mayoría de los
casos, IC50 entre 3.48 y 383.44 mg/L. También se observa que la toxicidad es función de la
estructura química, los valores de toxicidad son mayores para los tensioactivos de mayor
longitud de cadena carbonada y de menor grado de etoxilación, y que está relacionada con la
concentración micelar crítica, de modo que disminuye al aumentar dicho parámetro.
De los tensioactivos ensayados el más tóxico es el AKYPO RLM-25, y los menos tóxicos
son el AKYPO LF6 y GLUCOPON 215. El resto de tensioactivos presenta toxicidades
intermedias, que dependen del organismo de ensayo utilizado. Para los ácidos
alquiletercarboxilicos el más tóxico es el AKYPO RLM-25, con un valor de IC50 para Daphnia
magna de 3.48 mg/L, para los alquilpoliglucósidos es el GLUCOPON 600, IC50 de 22.42 mg/L,
para los óxidos de amina el OXIDET DM-4, IC50 de 15.46 mg/L, y para los ésteres de glicerina
polietoxilados el LEVENOL C-421, IC50 de 42.77. Para el LAS se obtuvo un valor de IC50 con
Daphnia magna de 10.09 mg/L.
De los resultados obtenidos y análisis realizado se obtienen una serie de conclusiones
generales recogidas en el Capítulo VI.
TRABAJO FIN DE MÁSTER OBJETIVOS
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5
I. Objetivos
TRABAJO FIN DE MÁSTER OBJETIVOS
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Septiembre 2010
TRABAJO FIN DE MÁSTER OBJETIVOS
Septiembre 2010
7
Los agentes químicos más empleados en la industria para la limpieza son
fundamentalmente: ácidos y bases fuertes que originan problemas de corrosión en las
instalaciones y máquinas de lavado siendo altamente irritantes, tensioactivos aniónicos como
alquilbenzensulfonatos, no iónicos como los alquilfenol etoxilados y tensioactivos catiónicos
como los trialquilbenzilamonio halogenados, que son incompatibles con los tensioactivos
aniónicos y llevan cloro en su composición que puede originar problemas de toxicidad y
biodegradabilidad cuando llegan a las aguas residuales etc.
Las formulaciones tensioactivas también contienen secuestrantes como trifosfatos y
nitrilotriacético que originan problemas de eutrofización y secuestran metales pesados que no
son fácilmente eliminados en las estaciones depuradoras de aguas residuales y pueden pasar a
la cadena alimentaria.
La mayoría de estos productos consiguen la limpieza y desinfección o saneamiento de
las instalaciones reduciendo el número total de microorganismos y destruyendo los gérmenes
patógenos pero en algunos casos precisan altas temperaturas y tiempos de contacto elevados.
El efecto de los detergentes industriales utilizados en procesos de lavado sobre las
aguas residuales es lógicamente bastante intenso si se tiene en cuenta la cantidad vertida y la
frecuencia con que se vierte. Las últimas tendencias que van imponiendo las empresas
multinacionales, consisten en la fabricación de detergentes que actúen a pHs neutros, a menor
temperatura, con enzimas, que sean fácilmente biodegradables y de baja toxicidad. Las
ventajas son importantes: tanto para la máquina como los materiales que se lavan que sufren
un menor desgaste, y los problemas de precipitación de cal y magnesio se disminuyen e
incluso se anulan. Además, en esas condiciones, es posible añadir un mayor número de
aditivos que mejoran la detergencia, pudiéndose conseguir fórmulas cada vez más eficaces y
sofisticadas.
Los detergentes son introducidos en las aguas naturales en grandes cantidades, tanto
procedentes de la industria como de las aguas domésticas; y esta contaminación lleva consigo
la formación de espumas que ocasiona, además del impacto estético, una perturbación en el
intercambio de oxígeno entre el agua y la atmósfera, lo que retrasa su biodegradación tanto
natural, como en las estaciones depuradoras de aguas. Además ejercen un papel emulsionante
o solubilizante sobre aceites y grasas y se dificulta también su eliminación.
TRABAJO FIN DE MÁSTER OBJETIVOS
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Septiembre 2010
La Unión Europea concede a los productos detergentes que demuestren cumplir
requisitos de biodegradabilidad, ecotoxicidad, uso ventajoso de envases, sistemas de lavado,
etc., la denominada Etiqueta Ecológica Comunitaria, como distintivo de producto
verdaderamente ecológico (Reglamento CE 1980/2000 de 17 de Julio de 2000, relativo a un
sistema comunitario revisado de concesión de etiqueta ecológica). La tendencia, por tanto, es
utilizar cada vez en mayor medida tensioactivos eficaces pero menos dañinos con el medio
ambiente, ya que constituyen, por volumen, uno de los principales compuestos xenobióticos
presentes en las aguas residuales urbanas. Esto nos lleva a la necesidad de establecer la
ecotoxicidad de estos productos mediante ensayos que permitan evaluar su comportamiento
ambiental, elaborando fichas técnicas de las últimas familias de tensioactivos que han salido al
mercado, para decidir sobre su inclusión o no en las formulaciones de detergentes.
Esta preocupación por la conservación del medio ambiente ha aumentado
considerablemente en los últimos años. Una de las consecuencias más directas consiste en la
implantación de nuevas restricciones para el uso de determinados compuestos así como
reglamentaciones que limiten sus vertidos. La Comisión Europea (2003), basándose en el
Reglamento Nº 1488/94 y las Directivas 93/67/EEC y 98/8/EC, elaboró una guía técnica para la
evaluación de los posibles riesgos generados por la presencia de compuestos químicos en los
diferentes compartimentos ambientales.
La evaluación de riesgo ambiental comprende el estudio del destino final de un
determinado compuesto tras ser vertido al medio así como de los posibles efectos adversos
sobre los organismos pertenecientes a los diferentes compartimentos ambientales receptores.
Al objeto de evaluar el destino final de un determinado compuesto resulta necesario el
conocimiento de los múltiples procesos y transformaciones sicoquímicas y biológicas a los
que se puede ver sometido. La biodegradación constituye uno de los procesos degradativos
más importantes, desempeñando un papel fundamental en la eliminación de compuestos en el
medio receptor. Debido a que se ve influenciada por un gran número de factores ambientales,
el estudio de la biodegradabilidad de un compuesto en un determinado compartimento
ambiental supone una ardua tarea que no es posible abordar en un solo trabajo experimental.
Se requiere el análisis de los resultados de múltiples trabajos realizados bajo diferentes
condiciones que se puedan dar en el medio de estudio.
El estudio de la toxicidad constituye otro de los factores clave en la evaluación del
riesgo ambiental pues nos permite establecer la concentración umbral de un determinado
TRABAJO FIN DE MÁSTER OBJETIVOS
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compuesto por encima de la cual se pueden producir efectos adversos en la biota y, en
consecuencia, garantizar la integridad del ecosistema. A partir de las concentraciones de
efectos calculadas para diferentes organismos (EC50, IC50, etc.) se puede establecer un valor
pronóstico de concentración ambiental que no produciría ningún efecto sobre la comunidad
biológica.
En el presente Trabajo Fin de Máster como objetivo fundamental se pretende analizar
y evaluar la biodegradabilidad y toxicidad de tensioactivos no iónicos comerciales:
alquilpoliglucósidos (APG), alcoholes grasos etoxilados (AGE), óxidos de amina, ésteres de
glicerina polietoxilados y tensioactivos aniónicos comerciales, derivados de ácidos alquil éter
carboxílicos, además del tensioactivo aniónico lineal alquilbenceno sulfonato (LAS),
ampliamente utilizado en formulaciones comerciales, con objeto de comparacióny referencia.
Los objetivos concretos marcados han sido:
§ El estudio de la biodegradabilidad de tensioactivos aplicando los métodos oficiales:
ensayo estático (UNE 55-844-91), y método respirométrico (OECD, 1993).
§ El análisis del crecimiento de microorganismos durante el proceso de biodegradación
determinando las unidades formadoras de colonias en función del tiempo de
biodegradación.
§ El efecto que sobre la biodegradación tiene la modificación de la concentración de
tensioactivo y la influencia de la estructura del tensioactivo ensayado.
§ El estudio de la toxicidad de los distintos tensioactivos conforme a diferentes métodos
de ensayo:
² Norma UNE-EN ISO 11348-2, con el sistema de medición LUMIStox
suministrado por Dr. LANGE basado en la inhibición de la intensidad luminosa
de la bacteria marina de la cepa Vibrio fisheri NRRL-B-11177.
² Norma UNE-EN ISO 6341:1996, basado en el recuento de microcrustáceos
Daphnia magna inmovilizados, tras la exposición durante 24 horas con el
tóxico, mediante el Kit DAPHTOXKIT F ™.
² Norma UNE-EN ISO 28692:1994, basado en la inhibición del crecimiento de
algas de agua dulce, Selenastrum capricornutum, tras la exposición durante 72
horas con el tóxico, mediante el Kit ALGALTOXKIT F ™,
§ Análisis de la influencia de la estructura del tensioactivo sobre la toxicidad.
TRABAJO FIN DE MÁSTER Introducción
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II.- Introducción
TRABAJO FIN DE MÁSTER Introducción
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Septiembre 2010
TRABAJO FIN DE MÁSTER Introducción
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2.1. TENSIOACTIVOS
Los tensioactivos, también conocidos como agentes de superficie, constituyen un
amplio grupo de compuestos químicos con un gran número de aplicaciones debido a sus
propiedades de solubilidad, detergencia, resistencia a la dureza del agua, así como
emulsionantes, dispersantes y humectantes. Estos compuestos, de naturaleza anfifílica,
constan de dos partes estructurales o grupos bien diferenciados, un grupo hidrofílico (Grupo
cabeza) y una cadena hidrocarbonada (Cola hidrofóbica).
Figura II. 1.- Estructura básica de un tensioactivo
La presencia de ambos grupos en su molécula le confieren diversas propiedades tales
como la capacidad para disminuir la tensión superficial del agua, la formación de monocapas
de esparcimiento ó de absorción en la interfase agua/aire, la formación de emulsiones y/ó
microemulsiones, la formación de micelas, etc.
En función del carácter iónico del grupo hidrófilo, los tensioactivos se dividen en cuatro
grandes familias:
§ Tensioactivos aniónicos: poseen grupos funcionales que se ionizan en
disolución acuosa originando iones orgánicos con carga negativa y
responsables de la actividad superficial. Contienen comúnmente grupos
solubles, sulfatos y sulfonatos de sodio. Son los más utilizados en
formulaciones detergentes en polvo para lavado de ropa y en productos
líquidos para uso en lavavajillas.
TRABAJO FIN DE MÁSTER Introducción
14
Septiembre 2010
§ Tensioactivos catiónicos: poseen grupos funcionales que se ionizan en
disolución acuosa originando iones orgánicos con carga positiva y responsables
de la actividad superficial. Son principalmente compuestos cuaternarios de
amonio. Presentan la ventaja de que son compatibles con los tensioactivos no
iónicos y anfotéricos y la desventaja de ser incompatibles con los tensioactivos
aniónicos. Asimismo su capacidad detersiva y su biodegradabilidad es baja y su
coste económico es más elevado que el de los tensioactivos aniónicos y no
iónicos. Se suelen usar como agentes emulsionantes a pH inferiores a 7,
además presentan propiedades suavizantes y desinfectantes.
§ Tensioactivos no iónicos: En disolución acuosa no originan iones. Poseen
grupos funcionales con elevada afinidad por el agua, lo que los hace solubles
en ésta. Algunos son productos de condensación del óxido de etileno con
materiales fenólicos o grasos. Son compatibles con todos los tipos de
tensioactivos. Constituyen un grupo de tensioactivos de amplia y variada
aplicación. En general presentan bajo poder espumante y suelen ser productos
líquidos o pastosos.
§ Tensioactivos anfotéricos: poseen grupos funcionales que pueden ionizarse en
disolución acuosa confiriendo al compuesto el carácter de aniónico o
catiónico, según las condiciones del medio. No se utilizan mucho como
materias primas para detergentes. Algunos proporcionan una excelente
espumación y bajo nivel de irritabilidad cutánea y ocular, por lo que resultan
muy apropiados en las formulaciones de champú. Son compatibles con todos
los tipos de tensioactivos.
En la Tabla II.1 se muestran los principales tipos de tensioactivos utilizados así como
sus acrónimos (Sibila, 2008a).
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Tabla II.1 Principales tipos de tensioactivos utilizados (Sibila, 2008a)
Clase
Nombre Común
Acrónimo
Tensioactivos
aniónicos
Lineal alquilbenceno sulfonatos
LAS
Alcanos sulfonatos secundarios
SAS
Alcoholes éter sulfatos (alquil etoxisulfatos)
AES
Alcoholes sulfatos (alquil sulfatos)
AS
Tensioactivos
No-iónicos
Alquilfenoles etoxilados
APE ó APEO
Nonilfenoles etoxilados
NPE ó NPEO
Octilfenoles etoxilados
OPE ó OPEO
Alcoholes etoxilados
AE ó AEO
Tensioactivos
catiónicos
Sales de amonio cuaternario
QAC
Haluros de alquil trimetil amonio
TMAC
Haluros de alquil dimetil amonio
DMAC
Haluros de alquil bencil dimetil amonio
BDMAC
Haluros de dialquil dimetil amonio
DADMAC
Cloruro de bi(alquil grasa hidrogenada) dimetil amonio
DTDMAC
Cloruro de dietil éster dimetil amonio
DEEDMAC
Desde un punto de vista comercial, los tensioactivos más utilizados han sido los lineal
alquilbenceno sulfonatos (LAS), alquil etoxisulfatos (AES), alquil sulfatos (AS), alquilfenoles
etoxilados (APE), alcoholes etoxilados (AE), y las sales de amonio cuaternario (QAC). Desde un
punto de vista científico, los lineal alquilbenceno sulfonatos (LAS), alquil etoxisulfatos (AES) y
las sales de amonio cuaternario (QAC) constituyen los tensioactivos más estudiados (Ying,
2006).
2.2 PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS TENSIOACTIVOS
Los tensioactivos son compuestos anfifílicos (en su estructura molecular poseen un
grupo afín al disolvente y otro no), pero no todos los compuestos anfifílicos se pueden
considerar tensioactivos, así, el alcohol etílico es un compuesto anfifílico, pero no es un
tensioactivo. Para que un compuesto anfifílico pueda ser considerado tensioactivo es
necesario que posea una longitud de cadena hidrófoba de ocho o más átomos de carbono
(hidrofobicidad mínima) y que presente una polaridad mínima (relación hidrófila/hidrófoba
adecuada) dependiendo de las características del grupo o grupos polares presentes. Por otro
lado estos compuestos anfifílicos deben presentar la posibilidad de formar agregados
micelares para ser considerados compuestos tensioactivos.
Las propiedades fisicoquímicas de las disoluciones de tensioactivos y las propiedades
relacionadas con los fenómenos de asociaciones moleculares se muestran en la Figura II.2
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Figura II. 2.- Propiedades de los tensioactivos
Las propiedades de adsorción en superficies y de asociación moleculares determinan
fenómenos relacionados con la aplicación de los agentes tensioactivos como son:
¬ Formación de espuma: la disminución de la tensión superficial entre un quido y el
aire hace que la superficie del líquido pueda deformarse con extrema facilidad y provocar la
inclusión de multitud de burbujas de aire (Hedreul, 2001).
¬ Formación de emulsiones, microemulsiones y liposomas: cuando dos líquidos
inmiscibles entre sí se encuentran en presencia de tensioactivos, uno de ellos, por efecto de la
disminución drástica de la tensión interfacial, puede dividirse, mediante acción mecánica, en
partículas de pequeño tamaño (del orden de algunas micras). Este sistema de dos fases
dividido en pequeñas gotitas (fase dispersa) inmersas en otra fase (fase continua) se denomina
emulsión. Se reconoce por su aspecto lechoso o de crema. Es termodinámicamente inestable y
con el tiempo termina separándose en sus dos fases originales (proceso de coalescencia).
Cuando la fase dispersa está formada por una fase apolar y la continua es polar se dice que la
emulsión es aceite en agua (O/W), y a la inversa, cuando la fase dispersa son gotitas de agua o
una sustancia polar, se denomina emulsión agua en aceite (W/O).
Si la tensión interfacial es muy baja, pueden conseguirse sistemas dispersos en que el
tamaño de las gotas es inferior a una micra. En este caso, el sistema es estable
termodinámicamente y se denomina microemulsión. Su aspecto es translúcido o totalmente
transparente y de viscosidad normalmente elevada. Las emulsiones y microemulsiones son de
gran aplicación en cosmética, farmacia, tecnología de los alimentos, etc.
Los liposomas son estructuras complejas huecas, similares a una estructura celular,
formadas artificialmente mediante un sistema agua, aceite y tensioactivo (intervienen
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS
Espumación
Formación de espuma
Aumento de la
Humectabilidad
Mojado de un líquido sobre un sólido
o capacidad de penetración en los
poros
Disminución de la
Tensión
Superficial e Interfacial
por adsorción
de la molécula de tensioactivo en la
interfase
ASOCIACIONES MOLECULARES
Solubilización
de componentes
insolubles en agua en el interior de
las micelas
Micelación
Formación de agragados
moleculares cuando se supera la
C.M.C. de tensioactivo
PROPIEDADES DE TENSIOACTIVOS
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sustancias como el colesterol, la fosfatidilcolina y la lecitina). Se caracterizan por poder
transportar en su interior principios activos, y sobre todo por su capacidad de penetrar
intactos a través de membranas biológicas y posteriormente liberar, una vez producida la
penetración, ese principio activo. (Kunieda, 1998; Solans, 2001; Forgiarini, 2002).
¬ Solubilización: si la cantidad de tensioactivo es suficientemente elevada, pueden
llegarse a solubilizar de forma completa sustancias normalmente inmiscibles entre sí. En el
tránsito, pueden darse no sólo disoluciones verdaderas sino que pueden formarse estructuras
complejas tipo coloide o gel. En perfumería, esta propiedad es fundamental para hacer que los
perfumes (aceites) puedan estabilizarse en multitud de productos comerciales que deben estar
perfumados (cosméticos, detergentes, plásticos y otros objetos en general).
¬ Detergencia: los tensioactivos pueden hacer que partículas de suciedad dejen de
adherirse a las superficies que “ensucian”, gracias a la modificación del equilibrio de tensiones
interfaciales del sistema formado por el sustrato, la suciedad y el baño de lavado (donde está
disuelto el tensioactivo). Por esta razón, los tensioactivos son el componente principal de los
detergentes.
¬ Transferencia de oxígeno y otros gases: otro de los efectos más interesantes de los
tensioactivos es la modificación de la transferencia de oxígeno, y cualquier gas en general, a
través de membranas. Dos son los sistemas que hay que destacar como muy importantes: El
primero es el caso de los pulmones, ya que la transferencia de oxígeno sólo es posible por la
presencia de los denominados tensioactivos pulmonares. El otro caso es el de las agallas de los
peces: cuando el medio acuoso en que viven se contamina con ligeras cantidades de
tensioactivos, los peces terminan muriendo. Esta es una de las razones por las que es
imprescindible que los tensioactivos sean suficientemente biodegradables para que no
alcancen los ríos, lagos y mares, (Sandbacka, 2000).
Ciertas propiedades, tales como la tensión superficial, la tensión interfacial, la presión
osmótica, la conductividad equivalente o la detergencia, presentan curvas especiales frente a
la concentración de tensioactivo en disolución.
En todos los casos hay una zona, más o menos estrecha de concentración en que la
curva toma una forma singular (un mínimo, un máximo o un cambio brusco). Esta
concentración se denomina concentración micelar crítica (CMC) y se asocia a la formación de
unas estructuras, normalmente globulares, denominadas micelas.
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En la Figura II.3 se muestra un ejemplo de dichas curvas para el dodecil sulfato de
sodio.
Figura II.3.- Modificación de las propiedades en función de la concentración de tensioactivo.
Las propiedades anteriormente señaladas les confieren a los productos tensioactivos
una gran versatilidad y se utilizan en multitud de aplicaciones: productos farmacéuticos,
formulaciones detergentes, operaciones con metales, flotación, alimentación, etc.
En la Tabla II.2 se muestran los diferentes campos de aplicación en diversas industrias
y los tensioactivos más utilizados en ellas (Ortega, 2009).
Tabla II. 2.- Campos de aplicación de los tensioactivos en la industria (Ortega, 2009)
TIPO DE INDUSTRIA
TENSIOACTIVOS
CAMPOS DE APLICACIÓN
ALIMENTARIA
Acilgliceroles
Esteres de sorbitano
Copolímeros de óxido de etileno-
propileno, Alquilsulfatos, Esteres de
poliglicol
Emulsionantes
Humectantes
Antiespumantes
Limpieza de instalaciones
CURTIDOS
Nonilfenoles polietoxilados
Alcoholes grasos polietoxilados
Monoésteres de ácidos grasos sulfatados
Alquilsulfatos
Alquilnaftalensulfonatos, Lignin-
sulfonatos, Aceites saturados
Humectación/penetración
Desengrase
Curtición
Tintura
Engrase
Pastas de pigmento
PINTURAS, LACAS
Y TINTES
Condensados de naftalensulfonato y
formaldehído
Alquilsulfato, Dialquilsulfosuccinato
sódico, Alcoholes grasos polietoxilados,
Aminas polietoxiladas
Dispersión de pigmentos
Modificadores de fluídez
Emulsionantes de resinas
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TIPO DE INDUSTRIA
TENSIOACTIVOS
CAMPOS DE APLICACIÓN
AGRICULTURA
Alquilbenceno sulfonatos
Nonilfenoles polietoxilados, Esteres
fosfatados, Poliglicoles, Aceites
sulfatados
Emulsificación de plaguicidas y
herbicidas
Humectación y dispersión
Emulsiones oleosas
COSMÉTICA
Esteres de poliglicol
Óxidos de amina
Alcoholes grasos polietoxilados
Alquilpoliéter sulfatos, Alcanolamidas,
Alquilbetainas, Dialquilsulfosuccinatos
Emulsiones de cremas
cosméticas
Champúes, geles
Jabones de tocador
Solubilizantes de perfumes
Emulsionantes para aceites
esenciales
DETERGENTES
Alquilbenceno sulfonatos
Olefin-silfonatos
Parafin-sulfonatos
Sulfatos de alcoholes grasos
polietoxilados
Alquil polieter sulfatos
Oxidos de amina, Alquilfenoles
polietoxilados, Alcanolamidas,
Sulfonatos de ácidos grasos, Sales de
amonio cuaternario
Detergentes en polvo
Detergentes líquidos
Estabilizadores de espuma
Productos limpieza de
superficies duras
Sanitarios
Productos lavavajillas
Limpiadores textiles
PAPELERA
Esteres de poliglicoles
Alcoholes grasos polietoxilados
Polipropilen-glicoles, Aminas
polietoxiladas, Nonilfenoles
polietoxilados
Agentes humectantes de la
pulpa
Eliminación de espuma de la
pulpa
Emulsionantes de ceras
Reutilización del papel
PETRÓLEO Y
DERIVADOS
Alquilpoliéter sulfatos
Lign-sulfonatos
Alcanolamidas
Imidazolinas, Poliglicoles, Ésteres
sulfonados, Alquilbenceno sulfonatos
Solubilizantes del agua e
inhibidores de corrosión
Ruptura de emulsiones
Dispersantes
Recuperación del petróleo
Eliminación de mareas negras
PLÁSTICOS Y
GOMAS
Alquilbenceno sulfonatos
Alcoholes grasos polietoxilados
Alquilsulfatos
Copolímeros óxido de etileno-
propileno
Amidas polietoxiladas,
Dialquilsulfosuccinato sódico, Sales de
amonio cuaternario
Emulsionantes para la
producción de emulsiones de
polímeros
Agentes antielectrostáticos
Modificadores de viscosidad
Controladores del olor
Polimerización en emulsión
TEXTILES
Alquilbenceno sulfonatos
Nonilfenoles polietoxilados
Sales de amonio cuaternario
Aceites naturales polietoxilados,
Alcoholes frasos polietoxilados,
Esteres de poliglicol, Esteres sulfonados,
Sulfonatos de petróleo
Detergentes y auxiliares de
humectación
Agentes antielectrostáticos
Suavizantes y lubricantes
Aceites autoemulsionables
Jabones para limpieza en seco
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La detergencia es (al menos en cuanto a tonelaje) junto a la cosmética, la aplicación
principal de los tensioactivos (Deleu, 2004). La perfumería se relaciona como rama auxiliar de
éstos y en menor proporción, el mercado de los alimentos y el de los fármacos.
Un detergente se define como aquel agente que es capaz de realizar una acción
detersiva, es decir, que es capaz de lavar. Por ejemplo, el agua pura es un detergente, ya que
por sí sola puede lavar, aún sin ser ella misma un tensioactivo. Pero no obstante, los
detergentes comerciales son normalmente mezclas complejas de tensioactivos con otros
aditivos: álcalis, secuestrantes de iones, dispersantes, oxidantes, blanqueantes, colorantes,
perfumes, cargas, etc.
Otra ventaja muy importante que presentan los detergentes, es que al ser productos
de síntesis, pueden ser diseñados estructuralmente para aplicaciones concretas permitiendo
una gran flexibilidad en la fabricación, independientemente del diseño completo de cada
formulación específica.
La Tabla II.3 muestra composiciones orientativas de algunos ejemplos de
formulaciones detergentes.
Tabla II. 3.- Composición de algunos detergentes (Bailón, 2003)
PRODUCTO COMPOSICIÓN
Detergente textil lavadora
Tensioactivos aniónicos (LAS y FAS), jabones, álcalis, secuestrantes,
dispersantes, blanqueantes basados en oxígeno, activadores,
blanqueantes ópticos, enzimas, colorantes, perfume, carga
s
Suavizante textil
Tensioactivos catiónicos, perfume, colorante
Lavavajillas manual
Tensioactivos aniónicos (LAS y LESS), tensioactivos no iónicos
(Dietanolamida de coco), conservante, perfume, colorante
Limpiahogar
Tensioactivos no iónicos, tensioactivos aniónicos, glicoles, secuestrantes,
perfume, colorante
Limpiacristales
Alcoholes, tensioactivos aniónicos, perfume
Lavavajillas de máquina
Tensioactivos no iónicos, álcalis, secuestrantes, dispersantes, oxidantes,
colorantes
2.3 PRODUCCIÓN Y CONSUMO DE TENSIOACTIVOS
La producción mundial de tensioactivos alcanza unos 12.5 millones de toneladas por
año, con un incremento anual estimado de 500.000 toneladas (Edser, 2006).
En Europa se estimó una producción total de tensioactivos de 2.48 millones de
toneladas para el año 2000, de los cuales un 49.6% corresponde a no iónicos, un 40.2% a
tensioactivos aniónicos, un 8.3% a catiónicos y un 1.8 % a la producción de anfóteros
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(Umsicht, 2003). En 2007, la producción supero los 3 millones de toneladas únicamente en
Europa Occidental (CESIO, 2008).
Considerando la producción total de tensioactivos, alrededor del 60% corresponde a
tensioactivos utilizados en detergentes domésticos, mientras que un 30% es empleado en
aplicaciones técnicas e industriales, un 7% en limpieza industrial y 6% en productos de higiene
corporal (Edser, 2006). En la Figura II.4 se representa el consumo total de tensioactivos para el
año 2006 en las principales regiones del mundo.
Figura II.4.- Consumo mundial de tensioactivos durante el año 2006 (Janshekar y col.,2006).
En las Figuras II.5A y II.5B se representan la evolución del consumo de tensioactivos
(excluidos los jabones) en España, durante los años 1996-2006. Existe un claro un aumento del
consumo total de tensioactivos durante los últimos años, pasando de un valor de 240 a 388
millones de kilogramos, lo que supone un aumento total del 61% (INE, 2006). Asimismo, se
observa un consumo fluctuante para los tensioactivos aniónicos, sin apenas incremento en
valores absolutos durante la última década (Fig. II.5B). Para el resto de tensioactivos el
consumo aumenta claramente, siendo más acusado en el caso de los tensioactivos catiónicos,
superando ligeramente el consumo de aniónicos a partir del año 2002 (INE, 2006).
Figura II.5. Evolución del consumo de tensioactivos en España durante los años 1996-2006.
(A) consumo total de tensioactivo, (B) consumo de tensioactivos por tipo (INE, 2006).
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2.4 IMPLICACIONES AMBIENTALES
2.4.1 INTRODUCCIÓN
A pesar del gran número de aplicaciones y de las numerosas ventajas que presentan
los tensioactivos tanto en el ámbito industrial como económico y sanitario, desde un punto de
vista ambiental, éstos son considerados como un importante contaminante del medio
acuático. Una vez utilizados, estos compuestos llegan a las estaciones depuradoras a través de
las aguas residuales urbanas e industriales y en determinados casos son vertidos directamente
a las aguas superficiales. Durante el tratamiento de las aguas residuales, un elevado porcentaje
de estos compuestos es eliminado mediante procesos de biodegradación y adsorción en el
material particulado, mientras que los metabolitos generados son dispersados en los
diferentes compartimentos ambientales (Ying, 2006). En la figura II.6 se observan las posibles
vías de emisión de detergentes al medio ambiente.
Figura II.6.- Vías de emisión de detergentes al medio ambiente
Los principales efectos atribuibles a los tensioactivos como consecuencia de su
presencia en el medio acuático son:
1. Aumento del pH de las aguas residuales a valores superiores a 12.
2. Problemas de eutrofización en cauces receptores debido a los altos niveles de fósforo
procedentes del tripolifosfato, principal secuestrante de las formulaciones
detergentes.
3. La sustitución de los fosfatos por otros secuestrantes como el NTA o el EDTA no evita
el problema de la eutrofización y además existe un problema añadido: los iones
pesados como plomo o mercurio pueden ser solubilizados entrando a formar parte del
ciclo del agua, de forma que al ser ingeridos son tóxicos (llegan a ocasionar problemas
mutagénicos).
-Aguas Superf iciales
-Mar
-Riego ag ricola
PLANTAS DE
TRATAMIENTO
DE AGUAS
RESIDUALES
USOS DOMÉSTICOS
E INDUSTRIALES
-Compos taje
-Incineració n
-Vertedero
-Enmendado de
suel os agricol as
VERTIDO DIRECTO DE
AGUAS RESIDUALES
JABONES Y
DETERGENTES
AGUAS
RESIDUALES
DEPURADAS
LODOS TRATADOS
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4. Puede aumentar la presencia de niveles elevados de cloro y de compuestos
organoclorados de naturaleza muy dudosa; algunos posiblemente de carácter tóxico
y/o carcinógeno.
5. Se requiere una cierta cantidad de oxígeno para degradar a los diferentes compuestos
orgánicos que forman el detergente, lo que podría conducir a unas condiciones
anóxicas peligrosas para las diferentes especies que habitan en el medio.
6. Algunos de los compuestos de la formulación presentan efectos tóxicos, tanto sobre
los microorganismos como sobre los organismos superiores que allí habitan.
7. Efecto sobre la coagulación y sedimentación en plantas de depuración.
8. Contaminación de aguas subterráneas, aunque no es muy frecuente y siempre como
síntoma de otra contaminación más importante.
9. Producción de espuma tanto en los ríos como en las plantas de depuración de aguas
residuales.
Las concentraciones de tensioactivos en aguas superficiales pueden predecirse a partir
de los estudios realizados en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs), según los
datos analíticos obtenidos para las aguas depuradas y teniendo en cuenta un factor de
dilución. Estos valores de concentración predichos serían solo una aproximación, ya que aguas
abajo, los ríos poseen cierta capacidad para seguir degradando o eliminando compuestos
tensioactivos vertidos en él.
En la Tabla II.4 se muestran datos promedio para concentraciones de tensioactivos
aniónicos expresados como MBAS (sustancias activas al azul de metileno) y no iónicos
expresados como BiAS (sustancias activas al yoduro de bismuto), para la entrada y salida de
una EDAR de tipo biológico, así como las concentraciones promedio predecibles en los ríos a
que se vierte el agua depurada, considerando un factor de dilución de 12, en puntos próximos
al de vertido de dichas aguas.
Tabla II. 4.- Concentraciones medias de tensioactivos aniónicos (MBAS) y de tensioactivos no iónicos (BiAS) en
EDARs y en aguas de río
TENSIOACTIVOS
ENTRADA EDAR,
mg/L
SALIDA EDAR,
mg/L RÍO, mg/L
Aniónicos, (MBAS)
4-20
0.08-0.40
0.006-0.032
No iónicos, (BiAS)
2-6
0.10-0.30
0.008-0.025
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Se observa que los valores de concentración para ambos tensioactivos en las aguas
depuradas, son de un orden muy bajo, y por supuesto en los ríos son aún menores, llegando a
ser en algunos casos inferiores al límite de sensibilidad del método analítico correspondiente.
En determinadas aguas superficiales pueden llegar a detectarse concentraciones de
tensioactivos superiores a los indicados en la Tabla II.4 como consecuencia de que el factor de
dilución sea menor que el valor considerado de 12, o bien porque en ciertos tramos del río se
realicen vertidos sin depurar o incontrolados.
Cabe destacar que durante el proceso de canalización de las aguas residuales
domésticas a través de los colectores y en el trayecto hasta la propia entrada de las EDARs,
tiene lugar una importante eliminación de los tensioactivos por efecto de adsorciones en
sólidos en suspensión y en las propias conducciones, e incluso, por procesos de hidrólisis o
degradación.
En general, las concentraciones de detergentes en aguas residuales pueden oscilar
entre 1-20 mg/L, y en aguas superficiales en torno a 0.5 mg/L. El sabor en agua se detecta a
partir de 0.2 mg/L, y la formación de espumas a partir de 0.3 mg/L, concentraciones en agua