Detergente y Tensioactivos

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    1. INTRODUCCIN

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    1. Introduccin

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    1. INTRODUCCION

    Los jabones y detergentes domsticos constituyen una

    importante fuente de sustancias orgnicas e inorgnicas descargadas almedio ambiente, normalmente a travs de sistemas de evacuacin de aguasresiduales urbanas e industriales, por lo que se produce una ampliadispersin de los mismos en el entorno acutico. La materia activa de losdetergentes est constituida por tensioactivos de origen natural y/o sintticode diferentes tipos. La produccin mundial de tensioactivos es del orden de16 millones de toneladas, de los que el 56% son jabones. El jabn sin ser elmejor tensioactivo, si es el ms econmico de fabricar, por lo que suconsumo y produccin se centra en los pases de bajo PIB.

    El consumo de jabn en el mundo durante 1990 fue de 8,9millones de toneladas, lo que da idea de su amplia utilizacin tanto enformulaciones de tocador como en detergentes domsticos e industrialeslquidos y slidos.

    Despus de miles de aos de amplio consumo, suaceptabilidad medio-ambiental est fuera de toda duda tanto para lasespecies de toda la cadena trfica, microorganisos, algas, peces, etc., comopara el hombre. No se ha reportado casos de toxicidad, bioacumulacin oincluso efectos crnicos que puedan ser achacados a la presencia de jabn en

    el medio ambiente. Ahora bien, dada la alta insolubilidad de las salesclcico-magnsicas de los jabones, cabe esperar que estos se encuentrenasociados a los slidos presentes en las matrices. En este punto si es posiblela acumulacin de estas sustancias en el medio ambiente, al dejar de estar

    biodisponible para los microorganismos.

    Esta importancia en su consumo y produccin no se refleja enla existencia de trabajos que analicen su presencia en distintas matricesambientales. Otros tensioactivos, principalmente el LAS (AlquilbencenoSulfonatos Lineales) han sido estudiados ampliamente, mientras que hay

    pocos estudios que traten de la determinacin del jabn en el medioambiente y de su comportamiento, as como de su biodegradacin.

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    1. Introduccin

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    1.1. DETERGENTES Y TENSIOACTIVOS

    1.1.1. Composicin de los detergentes

    La formulacin qumica de un detergente comprendenumerosos compuestos que pueden clasificarse segn tres categorasesenciales:

    - Tensioactivos- Coadyuvantes o "builders"- Otros: agentes blanqueantes, abrillantadores, etc.

    Tensioactivos

    El t

    rmino surfactante o tensioactivo es una contraccin delt

    rmino "agente de actividad superficial", con el que se designa a aquellassustancias que son capaces de modificar las propiedades fsicas (mec nicas,el

    ctricas, pticas, etc.) de una superficie o de una interfacie, reduciendo latensin superficial.

    Desarrollado en 1950, el t

    rmino surfactante ha sidouniversalmente aceptado para describir sustancias org nicas con ciertascaractersticas en estructura y propiedades. Con mucha frecuencia se ha

    utilizado la palabra detergente en lugar de surfactante. Sin embargo,siguiendo su definicin de sustancia capaz de lavar, el d etergente puedecontener adem s sustancias inorg nicas que favorecen su accin detersiva.

    Coadyuvantes o Builders

    Estos compuestos son sustancias que se incorporan a laformulacin de un detergente para mejorar o proteger la eficacia detersivadel tensioactivo. Entre los m s frecuentes se consideran los polifosfatos,silicatos, carbonatos, citratos, etc.

    El m s utilizado es el tripolifosfato sdico (TPP) cuya frmulaes Na5P3O10y que se emplea tanto en los detergentes en polvo para el lavadode ropas como en los detergentes para lavavajillas autom ticas.

    Las principales funciones que realizan estos compuestos en

    relacin con el lavado son las siguientes:

    a) Ablandar el agua de lavado secuestrando los iones clcicos y

    magnsicos, y en menor grado los iones de hierro y manganeso,

    formando grandes iones solubles en agua. De esta manera los iones

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    1.1. Detergentes y tensioactivos

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    metlicos no pueden interferir con la accin del tensioactivo.

    b) Actuar como emulsionante de la grasa y como dispersante

    de las partculas slidas de la suc iedad, impidiendo suredeposicin.

    c) Debido a que sufren una reaccin de hidrlisis con el aguade lavar permiten el mantenimiento de una alcalinidad idneaen el bao de lavado necesaria para una eliminacin efectivade la suciedad.

    d) Ejercer una accin sin

    rgica con los tensioactivos,mejorando notablemente el efecto del lavado.

    Los coadyuvantes con polifosfatos son motivo de pol

    mica yaque tanto ellos como los productos resultantes de su hidrlisis contienenobviamente fsforo, que se halla imp licado en el proceso de la eutrofizacinde lagos y embalses. A pesar del hecho de que existen muchos conflictosentre las opiniones de los cientficos y de que no hay pruebas de que laeliminacin de los fosfatos de los detergentes ayude al problema de laeutrofizacin, se est n utilizando otros compuestos como sustitutos de losfosfatos como son el carbonato sdico, silicatos, citratos, zeolitas,nitriloacetato sdico, etc.

    No obstante no se conocen los efectos que puede tener a largoplazo la introduccin de grandes cantidades de estas sustancias en el medioambiente, d ndose el caso de que algunos de estos productos han sidoprohibidos en algunos pases. Por otro lado los fosfatos presentan una seriede ventajas como son su seguridad e inocuidad, tanto frente a la pielhumana como frente a las fibras, colorantes y estructura interna de lam uina de lavado, adem s se pueden eliminar satisfactoriamente en lasplantas depuradoras, no interfieren con otros procedimientos de tratamientode residuos, y su estructura qumica y sus reacciones son bien conocidas y

    han sido investigadas y documentadas durante muchos aos.

    Aditivos

    Un aditivo es un componente complementario de un detergente que

    aporta propiedades ajenas a la accin detersiva. Dentro de esta categora se

    encuentran los blanqueantes fluorescentes, que son compuestos orgnicos

    complejos y que tienen la propiedad de absorber radiaciones ultravioletas

    invisibles, parte de cuya energa la emiten luego en forma de radiaciones de color

    azul. De esta forma se incrementa la luz visible reflejada por los tejidos,

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    1.1. Detergentes y tensioactivos

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    aumentando su brillo y su grado de blanco. Tambin se consideran como aditivos:

    los agentes inhibidores de la corrosin, como por ejemplo los silicatos sdicos que

    a baja concentracin, forman una pelcula sobre las superficies metlicas

    protegindolas contra la corrosin; los agentes antirredeposicin, muy importantesen los detergentes para ropa, pues impiden que las suciedades separadas de los

    tejidos durante el lavado vuelvan a depositarse sobre los mismos. El compuesto

    ms usado para este fin es la carboximetilcelulosa. Por ltimo tambin son

    considerados como aditivos los perfumes, colorantes, suavizantes y agentes para

    control de espuma.

    Adem s de los tensioactivos, coadyuvantes y aditivos, losdetergentes suelen llevar tambi

    n en su formulacin auxiliares depresentacin o carga, compuestos minerales u org nicos, que sirven paraproporcionar al producto acabado un determinado aspecto, y conseguir quela concentracin de uso sea la adecu ada. Entre los m s frecuentes, suelenutilizarse el sulfato sdico y el agua.

    1.1.2. Clasificacin y propiedades de los tensioactivos

    Existen cuatro grandes grupos de agentes tensioactivos: aninicos,catinicos, no inicos y anfot

    ricos. En el sigui ente esquema se muestran losdistintos grupos.

    Jabones

    Alquilbenceno sulfonatos linealesParafin sulfonatos

    Alfa Olefin sulfonatos

    Dialquil sulfosuccinatos

    Alquil sulfonatos

    Alquil polieter sulfatos

    Aninicos

    Otros

    Aminas grasa y sales

    Sales de amonio cuaternarias

    Aminas grasas polietoxiladasCatinicos

    Otros

    Alquil fenoles polietoxilados

    Alcoholes grasos polietoxilados

    Acidos grasos polietoxiladosNo inicos

    Alcanolaminas o condensados

    TENSIOACTIVOS

    Anfot

    ricos

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    1. Introduccin

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    Los tensioactivos aninicos comprenden a aquellos que poseenuno o varios grupos funcionales que se ionizan en disolucin acuosa

    originando iones org nicos con carga negativa y responsables de la actividadsuperficial. Son los m s usados en composiciones detergentes en polvo ascomo en productos lquidos para el lavado de ropa.

    Dentro de esta categora se pueden distinguir distintos tiposcuyas caractersticas generales se citan a continuacin.

    1) Sales sdicas de cidos grasos lineales (jabones): Poseen un restohidrfobo alqulico y un grupo polar carboxlico. Son de f cil preparacin

    por neutralizacin de cidos grasos o por saponificacin de acilgliceroles, yposeen excelentes propiedades para su uso como jabones de tocador o comoaditivos en composiciones detergentes. Presentan la gran desventaja de sugran inestabilidad en aguas duras y en disoluciones a pH cido, as como sugran insolubilidad en presencia de electrlitos.

    2) Alquilbenceno Sulfonato Lineales (LAS): Dentro de su grupo despu

    sde los jabones son los m s utilizados, debido a sus excelentes propiedadesdetersivas y su bajo coste. Se obtienen por reaccin del correspondientealquilbeceno son cido sulfrico o trixido de az ufre, para dar el cidosulfnico, el cual es neutralizado dando la sal deseada, normalmente sal desodio.

    3) Parafin sulfonatos:Debido a que las parafinas son relativamente inertesal cido sulfrico han de obtenerse por sulfo-oxidacin cataltica de lasmismas. Son productos impuros con gran cantidad de parafinas nosulfonadas. Son muy solubles en agua y f cilmente biodegradables a bajatemperatura y se utilizan en la industria de curtidos.

    R-CH2-CH2-SO 3

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    4) Alfa-Olefin sulfonatos: Se obtienen por reaccin del trixido de azufrecon alfa-olefinas lineales. Su aplicacin principal radica en detergenteslquidos para lavado a mano de vajillas, formulaciones cosm

    ticas y

    detergentes lquidos para tocador.

    5) Dialquil sulfosuccinatos: Se utilizan como agentes humectantes en laindustria de pinturas, tintes textil y de aplicacin agrcola, presentan la granventaja de que pueden producirse totalmente libres de electrlitos, por loque resultan muy adecuadas para productos que han de ser disueltos enmedios org nicos.

    R-OOC-CH-SO 3|

    R'-OOC-CH2

    6) Alquil sulfatos:Se utilizan por sus excelentes propiedades detergentes abaja temperatura y como retardadores en tinturas, en emulsiones cosm

    ticasy en la industria de la alimentacin. Su gran ventaja radica en su facilidad defabricacin, as como en sus excelentes propiedades espumantes.

    R-CH2-0-SO 3

    7) Alquil politer sulfatos: Son m s solubles que los anteriores y m sresistentes a la accin de electrlitos. Poseen u n poder espumante resistentesal agua dura y a la suciedad tipo prot

    ico; son capaces de dar disolucionesde alta viscosidad, lo que supone una gran ventaja para su aplicacin enformulaciones de champ s.

    R-CH2-0-(CH2-CH2-O)n- SO 3

    Respecto a las propiedades generales de los tensioactivos sonimportantes las siguientes:

    1) Son compuestos anfiflicos: Contienen en su mol

    cula a lavez uno o varios grupos polares y uno o varios grupos no polares,generalmente una cadena hidrocarbonada soluble en disolventesorg nicos y un grupo inico soluble en agua. Debido a esta estructura,cuando se poneen contacto una cantidad muy peque a de tensioactivo conel agua, aparecen dos tendencias opuestas, por una parte el grupo

    hidrfilo del tensioactivo ti ende a situarse en el interior del medio acuoso,

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    1. Introduccin

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    y por otra las mol

    culas de agua tienden a expulsar del medio acuoso lascadenas hidrfobas de las mol

    culas e iones anfiflicos. El estado deequilibrio se alcanza cuando las mol

    culas o iones de tensioactivo se

    distribuyen entre el interior de la disolucin y la interfacie con el aire. Enesta, se adsorber n las mol

    culas o iones de tensioactivo, de forma que losgrupos hidrfilos puedan estar convenientemente hidratados y lascadenas hidrfobas est

    n libr es del contacto del medio acuoso.

    2) Humectabilidad: El mojado constituye un mecanismofundamental que interviene m s o menos en la mayor parte de lasaplicaciones de los agentes tensioactivos. El mejoramiento del poder demojado de un lquido por los agentes tensioactivos es una caracterstica quedepende esencialmente de las propiedades superficiales.

    3) Espumacin: Las espumas se pueden definir como unconjunto de celdas gaseosas, separadas por l minas delgadas de lquido,formado por la superposicin de burbujas originadas por una dispersin deun gas en un lquido.

    La formacin de espuma es igualmente otro de los efectos quedependen de las propiedades superficiales de las disoluciones de los agentestensioactivos, aunque el fenmeno no es simp lemente funcin de la tensinsuperficial. No existe todava una explicacin satisfactoria para exponer

    todos los fenmenos relativos a las espumas, pero se admite generalmenteque el fenmeno se debe a la tendencia que tiene una burbuja de aire,introducida en una disolucin de agente tensioactivo, para rodearseinmediatamente de una capa monomolecular, cuando la burbuja rompe lasuperficie, consigue formar una pelcula superficial monomolecular y de estaforma se encuentra compuesta de una lamina formada por dos capasmonomoleculares de agentes tensioactivos, separadas por una pelcula deagua.

    4) Formacin de miscelas: Cuando un compuesto anfiflico

    est en disolucin acuosa, para evitar el contacto desfavorable entre la partehidrfoba y el disolvente , adem s de adsorberse en la interfacie con el grupohidrfilo localizado en la disolucin y el resto hidrfobo alejado de ella,existe otra alternativa: la de asociarse mol

    culas anfiflicas formandoagregados moleculares, inicos o mixtos, llamados misce las, que se formanpor encima de una cierta concentracin, concentracin crtica miscelar(CMC), que se define como el peque o margen de concentraciones pordebajo del cual virtualmente no existen miscelas y por encima del mismo lasmol

    culas e iones anfiflicos se asocian en forma miscelar.

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    1.1.3. Produccin de tensioactivos

    Con aproximadamente 16 millones de toneladas y un valor

    estimado de 20000 millones de dlares (Richtler y Knaut, 1991), lostensioacivos no representan a primera vista un grupo de productossignificantes en comparacin con las dimensiones de la qumica. Existenpocos productos de la vida cotidiana que no contengan tensioactivos ymuchos procesos t

    cnicos seran inconcebibles sin la utilizacin d

    stos.

    Es digno de atencin, que el tensioactivo m s antiguo delmundo, es decir el jabn, representa todava hoy con 8,9 millones detoneladas a nivel muncial (tabla 1.1), el 56% de la demanda de tensioactivos .

    Tabla 1.1 Produccin mundial de tensioactivos, 1990

    Jabn 8.900.000 t 56%Otros tensioactivos 7.000.000 t 44%Total mundial 15.900.000 t

    De todos los tipos de tensioactivos fabricados en cantidadesindustriales, dominan apenas 6 productos que representan el 60% de lademanda en las regiones de Europa Occidental, Estados Unidos y Japn

    ( reas en las que se centra el 75% de las demandas mundiales).

    En primer lugar se situa el jabn que preferentemente se utilizaen pases con un PIB (Producto Interior Bruto) bajo. Sin embargo en elmundo occidental, y principalmente en Europa, se le dedica de nuevo laatencin al jabn, considerado por los "verdes" como "tensioactivoalternativo". El jabn es, sin duda, un tensioactivo muy til, al fin y al cabo lahumanidad lo utiliza desde hace m s de 2000 a os. El jabn haexperimentado un cierto renacimiento como "builder" de detergenteslquidos, cuando estos se desarrollaron considerablemente en Europa

    Occidental durante los a os 88 y 89. Por el contrario, se utilizan cada vezmenos los jabones de cadena larga como antiespumantes para losdetergentes en polvo.

    Los seis tensioactivos que dominan el consumo en la regin deEuropa Occidental, USA y Japn en orden decreciente son: el jabn, losalquilbenceno sulfonato lineales (LAS), los alcoholes etoxilados (AE), losalquilfenoles etoxilados (APE), los alcoholes sulfatados (AS) y los etoxiladossulfonatados (AES). En la tabla 1.2 se presenta el consumo de estostensioactivos dominantes.

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    Tabla 1.2 Consumo de tensioactivos en Europa Occidental,USA y Japon. 1990.

    Tensioactivo cantidad (t)

    Jabn 1.570.000LAS 1.040.000AE 500.000APE 380.000AS 370.000AES 250.000

    Atendiendo al tipo de tensioactivo, la producin industrial delos cuatro grupos contemplados de acuerdo a los percentajes se indican en latabla 1.3 (Garca, 1986).

    Tabla 1.3 Porcentajes de produccin de tensioactivos

    Tensioactivo %Anionicos 70No inicos 23Catinicos 6Anfot

    ricos 1

    Los tensioactivos se extienden sobre un campo muy amplio deaplicaciones distintos, que se detallan en la tabla 1.4 (Jones y col, 1986,Ullmans, 1987, Richtler y Knaut, 1991). Sin embargo hay dos campos por los

    que la opinin p blica se interesa sobre todo, que ocupan aproximadamenteel 50% de las necesidades: la utilizacin de tensioactivos para detergentes ypara artculos de tocador. En la tabla 1.5 se muestra el uso de tensioactivospor tipos en Europa Occidental, USA y Japn (Richtler y Knaut, 1991).

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    1.1. Detergentes y tensioactivos

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    Tabla 1.4 Usos de los tensioactivos

    Detergentes y productos de limpieza

    Cosm

    ticosTratamiento de metalesAditivos de aceites lubricantesAditivos en gasolinas, gas-oil y otros combustiblesInhibidores de corrosinAgentes de mojado y auxiliares de proceso en industria textilDispersin de colorantesFlotacin de mineralesPl sticos, lacas y pinturasEliminacin de polvo

    ConstruccinIndustria de la pulpa y el papelCurtido de la pielPolimerizacin de l texDispersantes y emulsificadores en agriculturaEmulsificadores de petrleo, ceras y disolventesAgentes espumantesEspuma para extincin de incendiosOperaciones de extraccin de petrleoInhibidores de precipitacin

    Desengrasado de metalesEfectos antiespumantesLavado en secoPlastificacin /fluidizacin de cementosIndustrias de alimentacin

    Tabla 1.5 Aplicacin de tensioactivos (incluido jabn) en EuropaOccidental,USAy Japn . 1990

    Usos %

    Detergentes 31Cosm

    tica 16Pl sticos 5Extraccin de petrle o 5Industria textl/piel 4Industria de alimentacin 3Otros usos en industria qumica 36

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    1.1.4. Detergentes y medio ambiente

    Los principales factores que gobiernan el destino de un compuesto

    qumico y que determinan su concentracin potencial en el medio ambiente son lossiguientes (Garca, 1986):

    - El tonelaje de produccin del compuesto y, particularmente,el volumen vertido.

    - Las vas de distribucin y el vertido en el medio ambiente.- La velocidad de eliminacin del entor no ambiental.- La dispersin y dilucin del compuesto en el medio receptor.

    Por otra parte, existen cuatro factores que inciden decisivamente enla determinacin de la concentracin mnima para provocar efectos adversos, pero

    su importancia relativa podr

    determinarse mediante las caractersticas particularesdel compuesto qumico en cuestin. Dichos factores son los siguientes:

    - Efectos que un compuesto qumico tiene sobre lasoperaciones de los sistemas de tratamiento de aguasresiduales.

    - Toxicidad del compuesto qumico respecto a los organismosexistentes en un medio acu tico.

    - Toxicidad de dichos compuestos frente a organismosterrestres.

    - Efectos especiales promovidos como consecuencia de la

    naturaleza del compuesto qumico.

    Una de las mayores fuentes receptoras y de dispersin decomponentes de los detergentes son las aguas residuales. Las principalescontribuciones de los detergentes a las aguas residuales son los tensioactivos,coadyuvantes y los blanqueantes. Los restantes componentes de los detergentes sonmucho menos significativos en este contexto debido a sus muy bajasconcentraciones, su biodegradabilidad o su aparente o demostrado inocuidad en elmedio ambiente.

    Los distintos intentos realizados para controlar legislativamente la

    aceptabilidad ambiental de los componentes de una formulacin detergente hancontemplado nicamente aspectos individuales. En la actualidad se han dictadopor la Comunidad Europea directrices relacionadas con la biodegradabilidad detensioactivos aninicos y no inicos y, en algunos pases, existen regulacionesque limitan el uso de fosfatos en los detergentes. No obstante no existe hasta elmomento un cuerpo de legislacin competente que exija evidencias concretassobre la seguridad e inocuidad ambiental de los detergentes, a pesar de que anivel nacional se estn revisando distintos aspectos relacionados con la aceptabilidadambiental de los componentes de formulaciones detergentes.

    Dado que es imposible probar la inocuidad absoluta de cualquier

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    1.1 Detergentes y tensioactivos

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    compuesto, existe una dificultad fundamental en limitar el n mero de ensayosrequeridos para establecer una aceptabilidad razonable.

    Es indudable que cualquier estudio exhaustivo realizado sobre losposibles efectos ecolgi cos de una compuesto qumico a escala de laboratorio noexcluye la posibilidad de que se produzcan efectos nocivos causados por el mismocuando se libere en el entorno ambiental. Por ello, cualquier esquema de an lisis yensayo no debe estar orientado a probar la absoluta inocuidad del compuesto, sinoa valorar objetivamente el riesgo ecolgico potencial que entra a. La clave esencialconsiste en disponer de un dictamen efectivo sobre si dicho riesgo es de una cuantamnimamente aceptable.

    La base m s racional para obtener dicho dictamen es conocer elmargen aparente de seguridad existente entre las concentraciones probablemente

    m

    s elevadas del compuesto en el entorno ambiental (concentracionespotencialmente ambientales) y las concentraciones m s bajas a las cuales puedenaparecer probablemente efectos adversos (no observed effects, NOEC). Si lasconcentraciones potencialmente ambientales son m s bajas que NOEC en uno o dosordenes de magnitud o m s se puede considerar que el compuesto es seguroambientalmente. Sin embargo, si la concentracin potencial ambiental es mayor odel mismo orden de magnitud que NOEC entonces el compuesto qumico podrapresentar problemas. La mayora de los tensioactivos usados en los hogares y en laindustria terminan en las aguas residuales. Los tensioactivos tiene un alto valor deconcentracin potencial en las aguas residuales. La concentracin potencialambiental nos proporciona una idea del volumen anual de estos compuestos que

    entran en el medio ambiente, pero no proporciona informacin sobre lo que sucededespu s all. La medida de la biodegradacin proporciona una idea de lapersistencia en el medio.

    Aspectos legislativos

    Una de las visiones m s caractersticas de la contaminacin a partirde los a os 50, era la aparicin de espumas en todos los cursos de los ros. Estasespumas, producidas por el creciente uso de los modernos detergentes "duros" enlos hogares, eran muy difciles de eliminar sin tratamientos qumicos especiales,resistiendo incluso, los tratamientos normales de depuracin. Adem s de su feo

    aspecto, impidan la oxigenacin del agua y la fotosntesis de las plantasacu ticas y dificultaban los tratamientos de depuracin.

    La solucin t cnica a este problema consisti en el desarrollo dedetergentes "suaves" o biodegradables, llamados as por que la cadena qumica desus compuestos se rompe en el agua transcurriendo un cierto tiempo, derivando enmaterias m s inocuas. El propsito de estas directivas era prevenir o impedir laventa de detergentes duros, que hoy ya han sido pr cticamente desplazados de loshogares.

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    La directiva 73/404 (CEE, 1973a) ordena cuatro clases detensioactivos: aninico, catinico, no inico y anfioltico. Prohbe su comercio si elndice medio de biodegradabilidad es menor al 90%. En todo caso, el uso de

    enzimas con ndice medio superior a 90 no debe causar da

    o alguno a la saludhumana o de los animales. La directiva, refiere a otras posteriores directivas - es unadirectiva marco-, para las pruebas y m todos t cnicos de an lisis de detergentes.

    La directiva 73/405 (CEE, 1973b), es la primera que procede de ladirectiva marco anterior. Se refiere a los tensioactivos aninicos -los m s corrientes-estableciendo tres m todos de an lisis (franc s, alem n, OCDE). La

    biodegradabilidad deber ser mayor al 80% (hay una cierta contradiccin con laexigencia, menos estricta de la 73/404, que establecia un ndice medio de

    biodegradabilidad mayor al 90%).

    La 82/242, se refiere a los tensioactivos no inicos, con cuatrom todos de an lisis (los tres anteriores y el m todo ingl s) y con una

    biodegradacin tambi n mayor al 80%.

    La Directiva 86/94, tambi n para los no inicos, a ade a la 73/404 elm todo ingl s y un m todo especial en caso de desacuerdo entre Estados sobre lacomercializacin.

    En el caso de que un Estado, considere que un detergente fabricadoen otro Estado miembro no cumple las condiciones de la directiva, puede prohibirsu comercio y uso, informando al Estado de origen y a la Comisin. En caso de

    desacuerdo entre ambos Estados, La Comisin recabar un dictamen de unlaboratorio autorizado de un pas tercero utilizando los m todos t cnicos dereferencia que se establezcan en subsiguientes directivas.

    Las directivas 82/242 (CEE, 1982a) y 86/94 (CEE, 1986a)establecan excepciones para ciertos tipos de tensioactios y determinados usos -hasta el 31.5.89- y la primera establece tambi n el Comit para la adaptacin alprogreso t cnico de aquella directiva.

    En Espa a uno de los requisitos que han de cumplir actualmente lostensioactivos empleados en formulaciones detergentes, es la de ser biodegradable.

    En este punto la legislacin espa ola reconoce esta caracterstica en una ordenministerial (BOE, 1985). En la misma se especifica que una biodegradacin su fridapor un producto tensioactivo aninico ha de ser de un 80% del porcentaje de

    biodegradacin de un dodecilbenceno sulfonato sdico patrn.

    En varias normas europeas y espa olas el par metro detergentesaparece regulado como un valor medida de calidad de las aguas. En la tabla 1.6 semuestran las concentraciones m ximas admitidas para los detergentes en distintostipos de aguas seg n uso.

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    1.1. Detergentes y tensioactivos

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    Tabla 1.6 Concentraciones mximas de detergentes en distintos tipos deaguas (valores en mg/L de lauril sulfato)

    Tipo de agua Espaa CEE

    Aguas de consumo p blico 0.2 (1) 0.2 (6)Aguas superficiales para

    produccin agua potable 0.2 a 0.5(2) 0.2 (5)Aguas de ba o 0.3 (3)

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    1. Introduccin

    21

    1.1.5. Requerimientos ecolgicos

    Todos los pases industrializados han desarrollado legislaciones

    y guas para el uso y disposicin de los productos qu micos. En Europa la CEha publicado la Directiva 67/548 (CEE, 1967) titulada "Clasificacin,empaquetamiento y etiquetado de sustancias peligrosas" que establececriterios para el empaquetado y etiquetado de productos qumicos que seanconsiderados como peligrosos en base a varios ensayos estandart. Incluyecantidad de otros criterios, como la toxicidad y el da o ambiental. Otrospases, por ejemplo USA, Japn y Suiza, tiene legislaciones similares o guaspara los mismos fines, pero los m

    todos y los estandares difieren de unasregulaciones a otras.

    Biodegradabilidad

    La biodegradacin es un proceso que realizan la bacterias queest n presentes en la naturaleza. Las bacterias son microorganismos quepueden metabolizar un compuesto qumico y convertirlo en un compuestomenos complejo por una serie de reacciones enzim ticas. En presencia deoxgeno los productos finales obtenidos son dixido de carbono, agua yoxidos de otros elementos. As cuando un compuesto qumico org nico sufre

    biodegradacin se tra nsforma en su sustituto inorg nico y sus efectos

    desaparecen del medio ambiente. Si un producto no sufre unabiodegradacin natural entonces permanece estable en el medio ambiente.Los estudios de la biodegradacin de los surfactantes son desde luegoimportantes como medida de su vida en el medio ambiente natural.

    Los surfactantes derivados del petrleo han sidoprobablemente estudiados con m s detalle que otros productos qumicos deorigen natural.

    Los jabones han sido usados durante miles de a os y muchos

    tensioactivos sint

    ticos han sido usados durante los ltimos cien a os, perosolamente durante los ltimos veinticinco a os han aparecido los problemas.As durante los a os 50 el problema de la espuma persistente que pareca enlos ros de Europa y Am

    rica fue solucionado con la sustitucin de los ABSpor los LAS.

    En la biodegradacin debemos diferenciar entrebiodegradacin primaria y biodegradacin ltima. La biodegradacinprimaria es la que ocurre cuando una mol

    cula ha sido alterada por la accin

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    1. Introduccin

    22

    bacteriana, hasta un estado en el que parte de sus propiedades originales handesaparecido o cuando no responde a los m

    todos especficos para detectarel tensioactivo. La biodegradacin ltima, es la que se obtiene cuando los

    compuestos que han perdido sus propiedades siguen biodegradandose hastaagua, dioxido de carbono y metano, productos asociados al metabolismo delas bacterias.

    Mecanismos de biodegradacin

    Los cidos grasos de cadena corta contienen menos de tomos

    de carbono por ejemplo cido frmico, ac

    tico, propinio, n -butlico, n-val

    rico, n-caproico, todos ellos son intermedios de fermentacionesanaerobicas y son completamente biodegradables en todos los ambientes

    anaerobios. (Lema y col, 1988).

    Los cidos grasos de cadena larga (C12- C20), si derivan de lafragmentacin de grasas o de jabones utilizados en el hogar, resultan tambi

    nf cilmente biodegradables en digestores anaerobios, pero con una menorvelocidad de degradacin que los cidos de cadena corta (Novak y Koster,1970). Altas concentraciones de sales disociadas son suaves bactericidas. Porejemplo, concentraciones de 760 mg/L de laurato o 1200 mg/L de oleatoproducen una inhibicin del 50% en la produccin de metano (Koster yCramer, 1987). Esta inhibicin se puede pre venir adicionando suficiente

    cantidad de in calcio para precipitar la concentracin en exceso de losjabones disueltos (Roy y col, 1985).

    Varios autores (Novak y Carlson, 1970; Mahler, 1964; Swisher,1987) coinciden en que la degradacin anaerobia de l os cidos grasos decadena larga sucede por la via de la -oxidacin. De forma general, lareaccin es una oxidacin de dos carbonos de las cadenas de cidos grasos engrupos acetilo, que son usasdos por las c

    lulas para energa o reacciones desintesis. La reaccin es una serie de de reacciones, catalizadasenzim ticamente. Una coenzima, llamada coenzima A (HSCoA) interviene en

    las reacciones. En la figura 1.1 se muestra esquem ticamente este proceso.

    Un mecanismo exacto para la degradacin de los ci dos grasosinsaturados no ha sido establecido; sin embargo, las evidencias indican que lacadena del cido graso es hidrogenada y degradada tambi

    n por elmecanismo de beta-oxidacin (Novak y Carlson, 1970).

    hidrogenacin -oxidacin Acido graso insaturado -------------> Acido Saturado -------------> Acetato

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    1. Introduccin

    23

    Figura 1.1 -oxidacin

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    1.1. Detergentes y tensioactivos

    24

    El metabolismo de la fraccin de acetato producida durante la-oxidacin sucede de la siguiente manera:

    CH3COOH -----> CH4+ CO2

    El metano es tambi

    n producido por reduccin de CO 2 porhidrgeno donde los tomos de hidrgeno son reemplazados por ladeshidrogenacin que ocurre durante la -oxidacin.

    CO2+ 8H -----> CH4+ 2H2O

    La estequiometria de la conversin del cido este rico a gasmetano sucede de la siguiente manera:

    C18H36O2+ 8H2O -------> 9CH3COOH + 32H

    9CH3COOH -------> 9CH4+ 9CO2

    4CO2+ 32H -------> 4CH4+ 8H2O

    C18H3602 -------> 13CH4+ 5CO2

    Toxicidad

    La mayora de los surfactantes comunmente utilizados han sidoampliamente investigados respecto a sus posibles efectos txicos sobre elhombre. Existe considerable informacin sobre los ensayos de tensioa ctivos,y la mayora ha sido publicada. La mayor parte de esta informacin provienede los ensayos con animales en laboratorio, pero hay tambi

    n unaconsiderable cantidad de informacin, no siempre publicada, que ha sidorecogida por las grandes compa as fabricantes de los datos de accidentes deingestin que le suceden al p blico. Sera seguro decir que los tensioactivosactuales han sido usados a gran escala durante a os son casi tan seguroscomo los jabones naturales. Sin embargo, existe varias excepciones a esta

    afirmacin que los usuarios deben concocer, (Porter, 1994) como son:

    1. Los tensioactivos sint

    ticos pueden alterar su composicindebido a que cambie la materia prima o a cambios en el procesode fabricacin.2. Un tensioactivo que slo e ra usado en peque as cantidades,de repente encuentra una nueva aplicacin y puede serproducido y consumido en grandes cantidades.

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    1. Introduccin

    25

    3. La mayor parte de los tensioactivos de uso industrial sesometen a muchos ensayos antes de ser usados por los

    consumidores.

    Para valorar el riesgo que presentan los detergentes y suscomponentes deben ser tenidos en cuenta los siguientes tipos de exposicin:

    1) Contacto con la piel (aguas de lavado, residuos o contactodurante la fabricacin).2) Ingestin (accidenta l y trazas consumidas con el aguapotable).3) Inhalacin (durante su fabricacin o en el uso de detergentes

    en polvo).

    Los estudios toxicolgicos deberan tener en cuenta los efectoslocales (irritacin de la piel, desarrollo de reacciones al

    rgicas a l contacto,penetracin a trav

    s de la piel), los efectos sistem ticos (toxicidad aguda ycrnica) y peligros potenciales de una naturaleza m s sutil(mutagenicidad,embriotoxicidad y carcinogenicidad).

    La mayor parte de las propiedades biolgicas de lossurfactantes pueden ser comprendidas en t

    rminos de interacciones que

    tienen lugar entre las mol

    culas de surfactante y estructuras biolgicasfundamentales tales como membranas, protenas y enzimas. El contacto entreun surfactante y una membranas produce cambios en la permeabilidad de lamembrana y en casos externos puede provocar su solubilizacin. El peligropotencial m s obvio es la interferencia con el transporte de sustancias yfinalmente da os a la c

    lula. Un riesgo adicional es el hecho de que lossurfactantes puedan afectar significativamente a la adsorcin de otrassustancias txicas.

    Las protenas forman complejos de adsorcin tanto con surfactantes

    aninicos como catinicos. De tal formacin resulta la desnaturalizacin de laprotena, lo cual en el caso de una enzima implica una reduccin o incluso la

    perdida total de la actividad cataltica, que puede llevar a un cambio en una funcin

    metablica. Los surfactantes no inicos se caracterizan por su falta de polaridad.

    Por tanto, compuestos de este tipo raramente causarn desnaturalizacin de

    protenas. Podran inducir a la solubilizacin a una cantidad limitada de protenas,

    pero la concentracin requerida para la aparicin de efectos negativos esgeneralmente mayor que para los surfactantes innicos.

    El transporte a travs de la piel es de importante consideracin

    respecto a los ingredientes de los detergentes. Tiende a ser menor para los

    surfactantes aninicos y catinicos. El transporte es mayor para los surfactantes no

    inicos, pero de nuevo la cantidad de sustancias capaz de entrar en un organismo

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    1.1. Detergentes y tensioactivos

    26

    por esta va es tan baja que puede ser descartado como peligro potencial. En

    contraste, tanto los surfactantes no inicos como los aninicos pueden serfcilmente reabsorbidos a travs del tracto gastrointestinal despus de su ingestin,

    mientras que la reabsorcin intestinal de los surfactantes catinicos es baja. Inclusolos surfactantes absorbidos son relativamente inocuos debido a su rpida

    metabolizacin. La eliminacin tiene lugar a travs de la bilis y la orina: una

    acumulacin significativa de surfactantes en el cuerpo no ha sido nunca

    demostrada.

    La capacidad de los agentes tensioactivos para emulsionarlpidos significa que la repetida o prolongada exposicin a soluciones que loscontienen puede causar da os a la fina capa lipdica que cubre la superficiede la piel. En consecuencia, la funcin de barrera de los lpidos se pierde,

    conduciendo a un incremento de la permeabilidad y p

    rdida de humedad.Esto queda evidenciado por sequedad, rugosidad y escamacin de la piel.Exposicin muy prolongada a soluciones concentradas de surfactantes puedecausar serios da os e incluso necrosis. La tolerancia de la piel varaampliamente con el tipo de sustancia, pero puede generalizase diciendo quela tolerancia de los surfactantes tiende a incrementarse en el orden catinico,aninico y no inico.

    En general, todos los surfactantes de importancia son bientolerados en los rangos de concentraciones en que se encuentran en los

    detergentes comerciales. Sin embargo, se han encontrado ciertos casos derelaciones estructura-actividad. Con los tensioactivos no inicos, por ejemplo,la irritacin de la piel disminuye con el incremento en el grado de etoxilacin.Para los tensioactivos aninicos, se ha e ncontrado una relacin entre lalongitud de la cadena alqulica y la irritabilidad de la piel. De este modo, paralas series de homlogos, los compuestos que contienen cadenas alqulicassaturadas de 10 a 12 carbonos muestran los mayores efectos.

    Los ojos son mucho ms sensibles que la piel a los daos

    provocados por pequeas cantidades de tensioactivos. Soluciones conteniendo

    tensioactivos aninicos con una concentracin mayor del 1% pueden producir

    irritacin ocular, aunque esta es generalmente reversible. Daos serios puedenproducirse slo si el ojo entra en contacto directo con una solucin concentrada de

    tensioactivo y si este contacto no es seguido inmediatamente por lavado con agua.

    La toxicidad oral aguda de los tensioactivos es baja; los valores deEC50 normalmente caen en el rango de unos pocos cientos a unos pocos miles de

    miligramos por kilo de peso de cuerpo. Los mayores efectos negativos de lostensioactivos son daar las membranas mucosas del tracto gastrointestinal. Altas

    dosis conducen a vmitos y diarrea. La inhalacin de polvo o aerosol conteniendo

    altas concentraciones de tensioactivos pueden interferir con las funciones

    pulmonares.

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    1. Introduccin

    27

    La posibilidad de toxicidad crnica ha sido objeto de intensa

    investigacin con representantes de todos los tipos de tensioactivos. Test conanimales de laboratorio con exposiciones a tensioactivos de m s de dos a osen dosis de unas 1000 ppm han mostrado sin excepcin una completaseguridad. Tambi

    n se han realizado ensayos con voluntarios humanosadministrando cantidades sustanciales de tensioactivos aninicos y noinicos, y no se han encontrado efectos relevantes.

    La ingestin oral durante largo tiempo o exposicin prolongadade la piel a los tensioactivos no ha sugerido qu

    stos posean actividad

    carcinogen

    tica. Del mismo modo, los tensioactivos no ha demostrado poseercaractersticas mutag

    nicas o teratog

    nicas.

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    1.2. Jabones

    28

    1.2. JABONES

    1.2.1. Desarrollo histrico

    1.2.1.1. Los orgenes del jabn

    El origen del jabn, definido hoy como la sal alcalina de una cido graso, se sit a sin duda mucho antes de la Era Cristina. A la civilizacinSumeria corresponde la Tablilla del a o 3000 antes de la Era Cristiana en quese habla de las propiedades curativas de una "azufre jabonoso". En Tello,Mesopotamia, se ha encontrado una laca de arcilla del a o 2500 antes de J.C.en la que se describe la fabricacin del jabn, utilizando aceite y cantidadprecisa de hierba jabonosa.

    Es de suponer que los egipcios fabricaran jabn, dado losenormes depsit os de sales que se recogan despu

    s de los famosos ciclos deinundaciones del Nilo, y utilizaran el jabn para el lavado del algodn y dellino, seg n se aprecia en grabados de la

    poca.

    En un papiro que data de aproximadamente 1500 a os de J.C. yque constituye todo un tratado m

    dico, se describe que, mezclando aceitesanimales y vegetales con ciertas sales (que deban ser de tipo alcalino), seobtiene un producto de tipo jabonoso utilizado para combatir enfermedades

    de la piel y tambi

    n para el lavado.

    Por esa

    poca, Mois

    s suministr a los israelitas unas leyesdetalladas que gobernaban todo lo referente a la limpieza personal,relacionando estrechamente la limpieza con la salud.

    Algunos pasajes bblicos permiten suponer que los israelitassaban que mezclando cenizas con aceite se produca una especie deungento.

    Parece que los primeros pobladores de Grecia no utilizaron eljabn, sino que aplicaban sobre sus cuerpos arcilla, arena, piedra pmez,cenizas y aceites. Posteriormente eliminaban tanto la suciedad como el aceitepor medio de un rascador met lico.

    Fue durante el Imperio Romano cuando la fabricacin de jabn

    constituy una verdadera artesana. Su uso se orient tanto a la elaboracin de

    ungentos y pomadas como al lavado de textiles y superficies duras.

    Sin embargo, quiz convenga distinguir que cuando nuestros antepasados

    hablaban de tratar animales con extractos de cenizas de ciertas plantas (por su

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    25/66

    1. Introduccin

    29

    ontenido en sodio y potasio), en realidad no estaban produciendo un jabn, a no

    ser que se hubieran hidrolizado los triacilgliceroles.

    Las cenizas lixiviadas de vegetales contienen carbonatosalcalinos que no pueden saponificar grasas neutras, sino a lo sumo producirungentos o pomadas de grasas emulsionadas, que no tiene poder detersivo.

    La casualidad pudo llevar al hombre primitivo a lacaustificacin de las cenizas, estas se obtenan en hornos construidos conpiedra caliza, que bajo la accin del calor produce cal viva. La lixiviacin dela mezcla de cenizas y cal pudo producir una solucin ca stica, la cualconvenientemente decantada, posibilit la formacin de jabn con las grasasanimales.

    El hecho indudable de que en la Antigedad se obtenanjabones, induce a pensar en la posibilidad de tal proceso, siendo uno de losmuchos conocimientos que el hombre ha ido obteniendo trabajosamente, yque por pura rutina ha repetido sin saber su fundamento.

    Fue en el a o 1823, debido a los trabajos de Chevreul cuando sepudo entender el fenmeno en profundidad, por ello, y e n honor a sucar cter creativo intuitivo, se puede seguir considerando a aquellos como losverdaderos inventores del jabn.

    La fabricacin del jabn casi desaparece como artesania (en elmundo mediterr neo) desde la cada del Imperio Romano hasta el siglo X dela Era Cristiana.

    El Jabn en Espaa

    Las jaboneras en la Espa a Musulmana ofrecen un graninter

    s, tanto por su valor de artesania como por ser demostrativas de laposicin de una elevado conocimiento qumico.

    Durante los siglos de convivencia de musulmanes, judos y

    cristianos, adquirieron en Andalucia mucha importancia las almonas o fbricas de

    jabn. Todava se conserva en Sevilla, los restos de las edificaciones de la Almona

    de Triana. En la misma se empleaban como materia primas aceite de oliva y el

    lcali de sosa, obtenido de las cenizas resultantes de la combustin de los almarjos

    que crecan en las marismas del Guadalquivir. Esta ceniza se denomin en un

    principio mazcote y despus barrilla o barrillera, y contiene sales tanto sdicas

    como potsicas aunque con predominio de las primeras. En la elaboracin de dicho

    jabn, se empleaba asimismo cal viva hecha fluida mediante una pequea porcin

    de agua, obtenindose una solucin de sosa o de potasa custicas. Ms tarde, la

    tecnologa de este tipo especial de jabn consista en que, tras la saponificacin del

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    26/66

    1.2. Jabones

    30

    aceite con la ceniza barrillera, se segua un proceso de graneado, consiste en la

    adicin de sal comn. De este modo, tena lugar una eliminacin de agua y un

    desplazamiento de cationes pasando el cloruro potsico a la disolucin y

    obtenindose un jabn sdico duro de excelente calidad.

    El jabn en el resto de Europa

    Marsella, a partir del siglo IX, fue el centro del negocio de lajabonera, hasta el siglo XIV en que pasa Venecia.

    La fabricacin de jabn lleg a ser muy importante en Francia,

    pas que aportun cambio transcendental a la industria del jabn. De Franciaesta industria se traslada Inglaterra en el siglo XVII, siendo regida, como enotros pases, por un sistema de monopolios mediante concesiones reales.

    Al aumentar la demanda de jabn, el suministro de lcali atrav

    s de cenizas de plantas result caro y escaso, hecho que despert laimperiosa necesidad de obtenerlo industrialmente y a partir de un producto

    barato.

    1.2.1.2. Impacto del desarrollo industrial de los jabones en la mejora de lacalidad de vida

    Utilizando el procedimiento Leblanc de fabricacin del carbonato

    sdico, y tras la adicin de cal, los artesanos prepararon el jabn sdico a escala

    industrial a travs de la sosa castica y no partiendo de cenizas como se venia

    haciendo hasta entonces. Al disponerse de jabn a un precio mdico, se extendi a

    todos los pases europeos; el producto se abarat ostensiblemente y su uso se

    generaliz a todas las clases sociales. De este modo, empezaron a desaparecer

    enfermedades de la piel y, sobre todo, su contagio, que constituan verdaderas

    plagas y que, de modo particular, afectaban a la poblacin infantil.

    Al jabn se debe la introduccin, en tre la poblacin humana, deun espont neo cuidado del aseo personal, que despu

    s se convierte en h bitosocial.

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    1. Introduccin

    31

    1.2.2. Descripcin y propiedades

    Se llaman carboxilatos a los surfactantes donde el grupo

    hidroflico (inico) es una grupo car boxlido, COOH. Los jabones son sales demetales alcalinos de cidos carboxlidos, por ejemplo, C17H35COONaes la salsdica del cido este rico y es un jabn.

    Las cidos grasos m s importantes para la formacin dejabones, desde el punto de vista pr ctico son: C12 (dodecil) cido saturado;C14 (mirstico) cido saturado; C18 (este rico) cido saturado; C18 (oleico)

    cido monoinsaturado. No es una coincidencia, que por debajo de C8 losproductos son muy solubles, entre C8 y C18 parcialmente solubles y superiora C20 insolubles en agua. El ptimo de propiedades de actividad superficial

    se obtienen con los productos parcialmente solubles. La mayora de losjabones comerciales, tales como las pastillas de jabn con que nos lavamos lasmanos, son mezclas de cidos grasos obtenidos de sebo, aceite de coco, aceitede palma, etc.

    Los jabones tienen las siguientes caractersticas atractivas:

    1. Son productos producidos a gran escala y usados durantemucho tiempo.2. Son excelentes detergentes.

    3.Las materias primas son independientes del precio ydisponibilidad del petrleo.4. Su biodegradabilidad es muy probable.5. Su toxicidad es bien conocida.

    La gran desventaja de los jabones es su inestabilidad frente a losines met licos, partic ularmente las sales c lcicas y magn

    sicas que seencuentran en las aguas duras, y tambi

    n su inestabilidad junto a los cidos.En ambos casos el resultado final es el mismo; los jabones salen de lassoluciones acuosas debido a la baja solubilidad de las sales c lcicas y

    magn

    sicas o a los cidos grasos libres. Esta desventaja hizo posible eldesarrollo de agentes sint

    ticos con actividad superficial.

    Es bien conocido que la ausencia de estas condiciones en elagua puede dar propiedades excelentes. Tambi

    n, se ha considerado elesfuerzo por usar aditivos (conocidos como agentes dispersantes de la cal delos jabones) para reducir estos efectos adversos. Los jabones tienen unconsiderable inter

    s particularmente en aquellos pases con gran cantidad degrasas y aceites y sin petrleo.

  • 8/12/2019 Detergente y Tensioactivos

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    1.2. Jabones

    32

    1.2.2.1. Nomenclatura

    Gen

    rica:

    JabnSales de cidos carboxlicos

    Ejemplos:Jabn de sebo: sal sdica de una mezcla de cidos carboxlicos de sebo.En la tabla 1.8 se muestra la composicin media de varios aceites y

    grasas (Porter, 1994).

    Tabla 1.8 Composicin media de aceites y grasas (valores en %)

    Aceite C8-10 C12 C14 C16 C18 C18.1 C18.2 C18.3

    coco 15 48 18 8 2 6 2 -maz - - - 12 2 28 57 1oliva(california) - - 8 2 83 6 - -almendra 6 50 18 9 2 13 1 -soja - - 11 3 23 53 8 -sebo (vaca) - - 6 29 19 44 2 -sebo (carnero) - - 5 25 30 36 4 -

    En la tabla 1.9 se muestra la composicin de cidos grasos obtenida

    de varios productos comerciales de barras de jabn (George, 1994).Tabla 1.9

    Composicin de cidos grasos en los jabones de barra

    comerciales (valores en %)

    Productos

    n m. Carbonos 1 2 3 4 5

    C8 1.08 2.32 0.81 1.15 1.99

    C10 1.02 2.09 1.00 1.20 2.07C12 7.80 17.32 14.62 9.85 25.04C14.1 0.48 0.27 0.40 0.51 0.00C14 5.38 8.52 6.92 6.31 10.17C18.3 0.17 0.13 0.12 0.24 ----C16.1 1.14 0.88 0.72 1.58 0.50C15 0.26 0.20 0.18 0.36 0.11C18.2 2.88 2.46 1.55 2.40 0.92C16 29.18 20.74 24.56 23.40 17.77C18.1cis 32.23 27.51 23.66 33.47 18.79C18.1trans 4.43 3.43 12.89 3.74 11.04C18 13.92 14.12 12.52 15.77 11.60

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    1. Introduccin

    33

    Los jabones son producidos a gran escala por un peque on

    ero de fabricantes (Procter and Gamble, Unilever, Henkel y Colgate) por

    la saponificacin de los aceites y grasas naturales. La mayora de los

    carboxilatos producidos son:

    - Jabones de sebo, por ejemplo los producidos de sebo (oleico40-45%, palmtico 24-30%, este rico 15-20%).-Jabones de coco, por ejemplo jabones producidos de aceite decoco (C12 48%, C14 17-20%, C16 8-10%, oleico 5-6%).-Jabones de aceite de tallo, por ejemplo jabones producidos deaceite de tallo (una mezcla de cidos grasos y cidos de resinade madera). El destilado de aceite de tallo usualmente contienede 25- cidos de resina, 70- cidos grasos

    (composicin: saturado 5%; cido oleico 25%; cido linol

    nico yotros insaturados 70%). Los cidos grasos de aceite de tallo son

    cidos de composicin sim ilar pero con contenidos en resina de1-10%.

    1.2.2.2. Propiedades generales

    1.Solubilidad. Los jabones C12 saturados son solubles en agua, los jabones

    C18 se disuelven muy lentamente, y los jabones insaturados C16-C18 son solubles

    en agua. Los jabones de sales potsicas son ms solubles que los sdicos (es locontrario que en los sulfatos, donde las sales potsicas son mas insolubles). Las

    sales de alcalonaminas (monoetilamina MEA, dietilamina DEA y trietanolamina

    TEA) tienen mejor solubilidad. Las sales TEA del cido larico y oleico son massuaves que las sales sdicas, son ms solubles y tienen mejores propiedades

    espumantes. Los cidos grasos del aceite de tallo (por ejemplo los fabricados

    cidos monoinsaturados) son ms solubles en agua y proporcionan menos

    viscosidad a los soluciones que las de sebo. Los jabones son insolubles en

    soluciones acuosas por bajo de pH 7 debido a la formacin de cido graso libre

    insoluble en agua.

    2. pH. Una solucin de sal sdica de cido graso C12 -C18 tiene un pH= 9,5 - 10,3 (en 1% de concentracin).

    3. Compatibilidad con ines acuosos. Todas las sales solubles sonrealmente insolubilizadas por electrlisis, por ejemplo por cloruro sdico. Los

    jabones no se comportan bien en aguas duras (reducen su solubilidad y sucapacidad de formar espuma), a causa de la insolubilidad del calcio y otrassales divalentes y trivalentes. Act an como Builders en conjuncin conaninicos o catinicos.

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    1.2. Jabones

    34

    4. Propiedades de accin superficial . La concentracin crtica demiscelas (CMC) de sales sdicas saturadas C12 (masa molecular 222.3) =2.5x10-2 M (0.57%). CMC de sal sdica saturada de C18 (masa molecular

    306.5) = 1.8x10-3 M (0.055%); CMC sal sdica (oleato, insaturado) (masamolecular 304.4) = 2x10-3M (0.06%).

    5. Propiedades funcionales.

    - Espumacin . La m xima produccin de espuma tiene lugar con losjabones fabricados con cidos grasos C12-C14. El estearato sdicoproporciona abundante espuma cremosa, pero el oleato, lauratos y los

    jabones de tallo proporcionan espuma m s inconsistente; los oleatos danespusa cremosa espesa pero con poca cantidad, as una mezcla de coco y

    oleico dan copiosa espuma con excelente estabilidad (por ejemplo loschampus).

    - Desespumacin . Los jabones C18 desespuman otros surfantantesen presencia de calcio.

    - Propiedades emulsionadoras. Los jabones pueden fabricarse insitu (por ejemplo para usarlos como emulsionadores, por adicinde cido graso a fase oleosa y lcali a la fase acuosa).

    1.2.2.3. Aplicaciones

    1. Aseo personal. La principal aplicacin son las pastillas de jabnpara el lavado; la pastilla de jabn standart tiene 80% sebo de carnero y 20%aceite de nuez (puede ser coco o palma). Los jabones para lavar en agua demar y jabones lquidos est n fabricados con sales de sodio/potasio de cidosgrasos de aceite de coco (C12-C16).

    2. Detergentes para el hogar. Se usan detergentes lquidoscompuestos de sulfonato:jabn:fosfato libre no inico en proporcin 1:1:1, concadenas de C18-C22.

    3. Lavanderias industriales. El jabn es usado en la mayora de laslavandera industriales que tiene ablandadores de agua. Mezclados conalquilbenceno sulfonato lineales (LAS) y no inicos, se usan tambi

    nformulaciones similares a las empleadas en los detergentes para el hogar.

    4. Desinfectantes de aceite de pino.Los jabones de aceite de ricino sehan usado ampliamente, pero su uso ahora ha disminuido; la frmula tpicaes: fenoles clorados, 3-5%; aceite de ricino, 5-10%, alcohol industrial, 10-20%;sal sdica de aceite de ricino, 20 -25%; agua hasta completar el 100%.

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    1. Introduccin

    35

    5. Cosmticos y champus. En aguas blandas, los jabones tienen lasmayora de las propiedades deseables de una champu, pero para obtenersoluciones limpias de jabn el pH debe ser alcalino. La alcalinidad causa

    aspereza en la base del cuero cabelludo, produciendo una apariencia pocobrillante. Estas desventajas pueden solucionarse enjuagando con cido ousando sales de alcalonaminas que son menos alcalinas. Los jabones en aguasduras producen menos brillo por la deposicin jabones c lcic os o magn

    sicosen el pelo. Esto puede ser prevenido por la adicin de dispersantes de la caldel jabn o por agentes secuestrantes de iones calcio o magnesio, por ejemploEDTA o polifosfatos, pero estos agentes no tiene efectos en la alcalinidad del

    jabn .6. Industria textl. El oleato pot sico se usa en forma de espuma gel

    para reblandecer la parte posterior de latex de las alfombras.

    7. Industria de papel.El jabn se usa como agente dispersante en lasmezclas de pintura para papel.

    8. Emulsiones de polimerizacion. El oleato pot sico al 20% se usacomo el principal emulsionador para la migracin en el caucho SBR (styrene

    butadiene rubber).

    9. Qumica de los aceites.El jabn se usa como un emulsionador en

    las taladradoras de lodos.

    10. Abrillantadores.La resistencia al agua de una solucin acuosa deamonio, o sal de amina vol til se usa en abrilantadoras y pulidoras donde laevaporacin de las aminas deja slo el cido libre, que es insoluble en agua, ypreviene la remulsificacin. El mismo pr incipio se aplica en los tejidosresistentes al agua.

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    1.2. Jabones

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    1.2.3. Produccin y consumo de jabones

    En el mundo entero se fabrican aproximadamente 8,9 millones

    de toneladas de jabn al a o. A lo largo de los ltimos a os, la produccin seha mantenido relativamente estable. La tasa de incremento se situaba algopor encima del aumento de poblacin (2,2% crecimiento anual de produccinde jabn contra 1,8% crecimiento anual de la poblacin).

    Esta evolucin oculta tendencias contradictorias. El jab n siguesiendo el producto higi

    nico m s econmico del mundo.

    En los pases con un PIB bajo, el jabn siempre ser el productopreferido, debido a que puede ser fabricado mediante una inversin mnima,

    porque no exige una tecnologa complicada y, en la mayora de los casos, lasmaterias primas se obtienen localmente.

    Se puede utilizar por ejemplo materias primas, como sonmaterias grasas, que ya no son apropiadas para el consumo humano, como elsebo no comestible.

    Para el lavado de ropa y la limpieza, los jabones de barrarepresentan la mayor parte del consumo de jabn. Esta definicin se refiere a

    jabn en el propio sentido de la palabra, sin tomar en consideracin las

    "detergent bars", que se basan en otros tensioactivos distintos del jabn, comopor ejemplo en el alquilbencenosulfonato. Los jabones de barra pueden serf cilmente fabricadas en todo el mundo. En general contienenaproximadamente 63% de cido graso y en zonas de agua blanda aportan

    buenos resultados.

    El incremento en la produccin de jabones de tocador, con susaproximadamente 2,7 millones de toneladas, es menor que el del jabn total,es decir 1%.

    El jabn de tocador como cl sico producto de higiene corporal,

    se presta perfectamente a ser sustituido por otras preparaciones cosm

    ticasde tensioactivos.

    Cuando en los pases con un PIB bajo, aumenta el poderadquisitivo, los champ s o bien otros productos de higiene corporal,muestran su crecimiento.

    Es interesante constatar que el jabn de tocador como productopara la higiene corporal haya mantenido, tambi

    n en pases con ingresos

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    1. Introduccin

    37

    elevados, su buena posicin. Es cierto que en Europa Occidental los geles deba o y de ducha han perjudicado mucho al jabn, mientras que en los pasesdonde tradicionalmente se usa el jabn, co mo en los Estados Unidos y Japn,

    esta evolucin transcure mucho m s lenta.

    Este hecho se debe, a que la sensacin tpica en la piel despu

    sdel lavado con jabn, es percibida como mucho m s agradable encomparacin al uso de geles de ba o y de ducha.

    El jabn es utilizado cada vez m s como co -tensioactivo y"builder" en detergentes lquidos y como emulsionante, en cantidadesconsiderables, para productos sint

    ticos, como por ejemplo la resina SBR.

    En la tabla 1.10 se resumen los principales usos del jabn.

    Tabla 1.10 Usos del jabn, 1990

    Producto cantidad (milones de t)

    Jabn de barra 5.9

    Jabn de tocador 2.7como tensioactivo 0.3

    En las regiones de Europa Occidental, los Estados Unidos yJapn se consumen apr oximadamente 1,6 millones de toneladas de jabn.Esto no representa ni tan siquiera el 18% de la produccin total de jabn en elmundo.

    Esta situacin no cambiar mucho, debido a que las actualescondiciones econmicas en la mayor parte del mundo, no ll evar n a unmejoramiento perceptible de la proporcin de ingresos en las regionespobres. Hay que contar con que en Europa Occidental, los Estados Unidos y

    Japn otros tensioactivos seguiran prevaleciendo sobre el jabn.

    En la tabla 1.11 se muestra el consumo de jabn en las regiones ms

    desarrolladas.

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    1.2. Jabones

    38

    Tabla 1.11 Consumo de jabn por regiones, 1990

    Regin consumo (millones de t)

    Europa Occidental 0.68Estados Unidos 0.70

    Japn 0.19

    El 70% de la produccin mundial de jabn corresponde a diezpases que presentan un PIB relativamente bajo, con excepcin de los Estados

    Unidos, que como muchos pases anglosajones tienen tradicionalmente unconsumo de jabn elevado.

    La posibilidad de conseguir localmente las materias primas,ser siempre significativa para el futuro desarrollo de los pases con un PIB

    bajo y deudas externas considerables.

    Importaciones, por ejemplo de productos derivados delpetrleo, influyen en el balance de importaciones negativametne. Adem s, lafabricacin de otros tensioactivos exige en general inversiones m s elevadasque la fabricacin de jabn.

    En la tabla 1.12 se muestra la distribucin de los diez primerospases productores de jabn.

    Tabla 1.12 Produccin de jabn, diez primeros productor es, 1990

    Pas Produccin (x1000 t)

    India 1190China 900Brasil 820Estados Unidos 570Egipto 330M

    jico 290Paquist n 270Indonesia 220Corea 180

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    1. Introduccin

    39

    1.2.4. Compatibilidad ambiental

    1.2.4.1. Solubilidad en agua

    La solubilidad de los jabones, criterio importante paradeterminar su compatibilidad biolgica, es marcadamente m s baja que la deotros tensioactivos aninicos. La solubilidad disminuye a medida queaumenta la longitud de la cadena del radical hidrfobo. El laurato sdico(C12Na) y el oleato sdico (C18.1Na) se disuelve completamente hasta unorden de magnitud de la concentracin de g/L. El estearato sdico (C18Na) yel behenato sdico (C22Na) forman suspensiones m s o menos turbias, desdeconcentraciones comprendidas entre 50 a 100 mg/L. Las turbiedades de lassoluciones sapnicas se deben probablemente a la formacin de coloides

    micelares.

    1.2.4.2. Degradacin por oxidacin qumica

    Hasta concentraciones del orden de 1000 mg/L, la relacinentre los consumos medios de oxgeno y los valores de la degradacin poroxidacin qumica de los jabones es lineal. En promedio la degradacin poroxidacin qumica encontrado por Mix -Spagl,1990 para los jabonesespecficos estudiados (C12 a C22) fue de 2,22 mg O2/mg jabn. Ladesviacin porcentual de los valores medidos respecto a los valores tericos

    aumenta al aumentar la longitud de la cadena de carbonos y al disminuir lasolubilidad en agua de los jabones.

    Partiendo de un consumo anual de jabn y de la produccinespecfica de aguas residuales, puede estimarse la concentracin de jabn enlas aguas residuales urbanas. En Alemania esta concentracin, referida adatos de 1990 es de 24 mg/L (Mix-Spagl, 1990). Tomando como base losvalores de consumo de oxgeno por oxidacin qumica especficos obtenidos,resultan unos valores de aproximadamente 53 mg/L de O2 para laproporcin que corresponde al jabn en las aguas residuales. Esto significa

    que si las aguas residuales urbanas tienen una demanda qumica de oxgenode 300-400 mg/L, los jabones causan aproximadamente el 15% de lacontaminacin global de las aguas residuales de sustancias qumicamenteoxidables.

    1.2.4.3. Vas de eliminacin de jabones en EDARs

    En las estaciones depuradoras de aguas residuales laeliminacin de los jabones puede realizarse por varios caminos, en losdistintos procesos a que se someten las aguas y los lodos. En presencia de

    calcio y magnesio pueden formarse sales insolubles y precipitar.

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    1.2. Jabones

    40

    Tambi

    n pueden adsorberse en los lodos y slidos en suspensin. Debido asu degradabilidad pueden ser eliminados en los reactores biolgicos aerobiosy tambi

    n en la degradacin anaerobia a la que se suelen someter los lodos.

    Adem s, a determinadas concentraciones pueden inhibir a los organismosque act an en la degradacin.

    Todos estos aspectos han sido muy poco estudiadosanteriormente, aunque se han realizado algunas investigaciones, la mayorasobre patrones puros.

    En este apartado se indican estas vas de eliminacin y seresumen los trabajos realizados.

    Precipitacin

    La precipitacin de los jabones sdicos por el calcio y elmagnesio, probablemente represente una de la vas decisivas de eliminacinde los jabones. Por esta razn reviste especi al importancia determinarcuantitativamente la precipitacin.

    Los ensayos de precipitacin utilizan normalmente sustanciaspatrones, Mix-Spagl utiliz laurato sdico, debido a su buena solubilidad enagua. Para ello se mezcl jabn en concentraciones de 100 a 500 mg/L con

    una solucin de calcio, se decant el jabn precipitado mediante filtros demembrana y se determinindirectamente el jabn disuelto en el producto defiltracin midiendo el carbono org nico disuelto.

    A medida que aumenta la adicin de calcio, primero desciende la

    proporcin de laurato sdico no precipitado, para permanecer despus

    prcticamente constante. Nunca se llega al valor cero de laurato no precipitado.

    Esto implica que se alcanza un equilibrio entre el jabn precipitado y el jabn

    disuelto y que siempre permanece en solucin una pequea parte. Las curvas de

    precipitacin indican que en promedio 1 mg de calcio se combina con 10,2 mg de

    laurato sdico.

    Adsorcin

    Los ensayos de adsorcin pretenden aclarar la cuestin decuanto jabn puede separarse de las aguas residuales por adsorcin en lodosactivados.

    Estos estudios tambi

    n se realizan con laurato sdico. Con el finde eliminar del lodo la mayor cantidad posible de los endurecedores

    existentes y excluir la aparicin de fenmenos de precipitacin. Mix -Spagl

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    1. Introduccin

    41

    realiz estos ensayo lavando previamente el lodo varias veces con clorurosdico. Las soluciones de laurato sdico (de 50 y 100 mg/L) se mezclaron enun agitador con lodo activo durante 24 horas. La determinacin de la

    cantidad de laurato sdico que permaneca en solucin tras la adsorcin, sedetermin por cromatografa de gases despu

    s de una filtracin previa pormembrana. Con un contenido de sustancia seca de 2,3 g/L y unaconcentracin de jabn de 50 mg/L (lo que corresponde a 22 mg de jabn porg de materia seca), al cabo de 1 hora todo el jabn de haba combinado poradsorcin con el lodo activado. Con una concentracin doble (44 mg jabn/gde materia seca), en el mismo perodo se calculun valor del 96%,y al c abode 5 horas se detectla presencia de jabn en la solucin.

    Degradabilidad biolgica

    Respecto a la degradabilidad biolgica de los jabones, Mix -Spagl la calcul midiendo la degradacin por oxidacin biolgica utilizandoun tiempo de incubacin de 5-20 das y una temperatura de 20C. Para unaconcentracin de 10 mg/L, al cabo de 5 das se obtuvo una degradacinrelativa, respecto de la degradacin por oxidacin qumica terica, del 85%para el laurato sdico y el jabn de pepita de palma, y un valor del 75% parael oleato sdico y el jabn sdico de sebo. En ndice de degradacin siguen elestearato sdico (55%) y el behenato sdico (43%). El oleato (no saturado) se

    degrad m s r pidamente que el estearato (saturado), lo que confirmantambi

    n (Loehr, 1984) y (Bruscheweiler, 1988).

    Degradacin anaerobia de jabones de sodio y calcio

    Los jabones precipitan o se adsorben en lodos activados. Por lo

    general, se incorporan al proceso de degradacin anaerobia de lodos. Por tanto, el

    estudio de estos procesos intenta imitar las condiciones anaerobias de lodos

    mediante fermentadores anaerobios. Mix-Spagl, utiliz como sustrato lodo

    primario y residual de la depuradora biolgica de Munich-GroBlappen enfermentadores experimentales de laboratorio, manteniendo cargas discontinuas de

    jabn sdico. La medicin del pH y de los cidos orgnicos indica que los jabones

    sdicos con concentraciones de 200 mg/L (6,15 mg/g de materia seca) no provocan

    inhibicin del proceso de degradacin de los lodos. Midiendo la produccin de gas

    calcul los ndices de degradacin de los distintos jabones. El laurato sdico se

    degrad hasta el 95%; el oleato sdico y el jabn de pepita de palma,

    aproximadamente el 70%, el jabn sdico de sebo, el 60%, el estearato sdico el

    51% y el behenato sdico el 14%. Al igual que en una degradacin aerobia, la

    degradabilidad tambin disminuye en condiciones anaerobias a medida queaumenta la longitud de la cadena de carbonos. En general para los jabones de

    calcio se midieron ndices de degradacin mayor que para los jabones de sodio.

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    1.2. Jabones

    42

    1.2.4.4. Toxicidad acutica

    Para investigar la toxicidad acu tica de los cidos grasos y sus

    sales sdicas se utilizan organismos acu ticos: red killifish ( Oryzias latipes) ygammarus (Hyale plumulosa)(Onitsuka, 1989),Daphnia magna(Lundahl, 1978).

    En general cabe indicar que los compuestos qumicos noreactivos y no ionizados han sido investigados m s extensamente que loscompuestos qumicos ionizados, debido a la relativa simplicidad de sucomportamiento con respecto a sus propiedades qumicas. La complejidadinherente de los compuestos ionizados requiere la consideracin de m spar metros que rigen la toxicidad de dichos compuestos. Por ejemplo, pH delagua tiene un considerable efecto sobre la toxicidad y bioconcentracin de los

    compuestos ionizados por influir en su grado de ionizacin. Las sales sdicasde los cidos grasos son sustancias qumicas con caractersticas de ionizacinen contraste con otras sustancias no reactivas que han sido m s investigadastales como los alcoholes (Bengstoon, 1984)(Veith, 1983).

    La toxicidad de las sales de cidos grasos, en algunos estudioshan sido explicadas usando la concentracin crtica de micela (CMC) en salesde C8-C12 (Onitsuka, 1989). La toxicidad de los cidos grasos y sus salessdicas fueron testadas sobre red killifish en agua dulce. Los valores de EC50y CMC se presentan en la tabla 1.13.

    La toxicidad de las sales de cidos grasos se incrementa con la

    longitud de la cadena carbonada, pero esta relacin existe slo para el caprilato,

    caprato y laurato sdico. A partir de C14 la toxicidad decrece con la longitud de la

    cadena. Las sales de los cidos grasos son menos txicas que sus correspondientes

    cidos grasos. Se presume que la diferencia en la toxicidad es debida a la mayor

    disociacin natural de las sales de cidos grasos frente a los cidos grasos.

    Tabla 1.13 Toxicidad acutica de sales de sodio de cidos grasos en red

    killifish

    Compuesto EC50(mg/L) logCMC

    caprilato sodico 310 2.45caprato sodico 54 1.85laurato sodico 11 1.25miristato sodico 118 0.65palmitato sodico 150 0.05estearato sodico 125 *oleato sodico 217 *

    (*) No hay datos disponibles

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    1. Introduccin

    43

    Otros autores (BHK, 1994) han recopilado los efectosecotoxicolgicos de los jabones sobre los organismos acu ticos en base a lalongitud de la cadena de los jabones y consideran tres grupos:

    1. Jabones con longitud inspecfica de la cadena alqulica.2. Jabones con longitud entre C12-C14 (cadena corta).3. Jabones con longitud entre C16-C18 (cadena larga).

    1. Longitud inespecfica de la cadena

    Los valores de EC50 est n entre el rango de 6,7 a 4233 mg/L

    para varios grupos taxonmicos. Para la especies de peces carassias auatusSchoeberl, 1988, informvalores de 20 a 150 mg/L en agua con una durezade 85-425 mg CaCO3/L. En la tabla 1.14 se muestran los valores de EC 50 enmg/L de varias especies para los jabones de cadena inespecfica.

    Tabla 1.14 Toxicidad de jabones de longitud de cadena inespecfica.

    Organismo EC50 valores en mg/L

    bacteria 134

    alga verde 240alga azul 24crust ceos 10, 42peces 6.7, 20, 423anfibios 423

    2. Cadenas alqulicas de C12 a C14 (cadena corta)

    Los valores de EC50 est n en el rango de 3,3, a 118 mg/L parabacterias, alga verde, crust ceos y peces. El valor m s bajo de EC50 es para el

    cido laurico conDaphnia magna. En la tabla 1.15 se muestran los valores deEC50 en mg/L de varias especies para los jabones de cadena corta.

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    1.2. Jabones

    44

    Tabla 1.15 Toxicidad de jabones con longitud de cadena de C12-C14

    Organismo EC50 valores en mg/L

    bacteria 8.8alga verde 53

    crust ceos 3.3(a), 5.4, 32, 48peces 11, 42, 63, 118

    (a) media geom trica de dos valores de EC50 de Daphinia magna de 2 y 5.4 mg/L determinadopara el cido laurico

    3. Cadenas alqulicas de C16 a C18 (cadena larga)

    Los valores de EC50 est n en el rango de 0,6 a 250 mg/L para

    bacterias, alga verde, crust

    ceos y peces. El valor m

    s bajo de 0,6 mg/L paraOncorhynchus mykisscomo media de cinco ensayos realizados con valores depH entre 6.6 y 7.8, dureza de 9-32 mg CaCO3/L y temperatura de 7-17C. Elcompuesto qumico utilizado fue el cido oleico.

    En la tabla 1.16 se muestran los valores de EC50 en mg/L devarias especies para los jabones de cadena larga.

    Tabla 1.16 Toxicidad de jabones de longitud de cadena de C16-C18

    Organismo EC50 valores en mg/L

    bacteria 250alga verde 58, 140, 190crust ceos 4.2, 25, 40, 88, 160peces 0.6, 12, 12, 67,125,150,205,217

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    1.2. Jabones

    46

    Swisher (1987) hace una extensa recopilacin sobrebiodegradacin de cidos grasos, jabones y otros carboxilatos. En la tabla1.18 se presenta la biodegradacin correspondiente a los jabones. Debido a la

    gran variedad de m

    todos que los autores han venido utilizando paradeterminar la biodegradacin de los compuestos, en la mencionada tabla sepresenta en la primera columna el compuesto estudiado, en la segundacolumna el porcentaje de biodegradacin, en la tercera columna lascondiciones en las que se ensayaba el m

    todo utilizado, en la cuarta columnael tiempo durante el que se ensayo la biodegradacin obtenida, y en la quintacolumna el m

    todo de an lisis utilizado.

    Tabla 1.18 Biodegradacin de jabones

    Compuesto Biodegradacin Mtodo Tiempo Anlisis

    Estearato sdico 17; 53 Wa; DBO 6h; 5d O2Estearato sdico 60 In 8d 14CO2Estearato sdico 102; 62 In 28d O2, CO2Estearato sdico 100 In 1d COleato sdico 23; 64 Wa; DBO 6h; 5d O2Oleato sdico 92 In 9d DQOPalmitato sdico 43; 55 Wa 1; 2d O2Palmitato sdico 84 In 20d O2

    Laurato sdico 58 Wa 5d O2Jabn sdico C8 40-60 Wa ? O2Jabn C16 -C18 56 In 5d CO2Jabn de sepo 75 DBO 15d O2Jabn de sebo 84; 94 In 10; 14d CJabn de sebo 62 In 5d O2Jabn 84; 83 BAS 1d DQO, CJabn 100 RW 20d CJabn 100; 98 In 10, 15d C; O2Jabn 100 RW 8; 20d HP;DQO

    Los m

    todos utilizados a los que se hace referencia en la tabla 1.18 son:

    Wa: respirmetro Warburg; la biodegradacin d ebe serestimada por el an lisis del oxgeno consumido.DBO:procedimiento estandar de DBOIn: medio natural o sint

    tico inoculado con aclimatacin o node microorganismos.BAS: lodo activado en alimentacin semicontinuo o discontinua.RW: agua de ro.

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    1. Introduccin

    47

    Los m

    todos de an lisis utilizados han sido:

    O2: consumo de oxgeno.

    CO2: formacin de dixido de carbonoC: carbono org nico.14C: estudios con radiocarbonos.DQO: demanda qumica de oxgeno.HP: HPLC

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    1.3. Ecosistemas

    48

    1.3. ECOSISTEMAS

    1.3.1. Ecosistemas anaerobios

    La terminologa para presencia o ausencia de oxgeno no estaclara. Aunque los t

    rminos "aerobio" y "anaerobio", significan con o sin aire,que derivan de la palabra griega aer (aire), sera m s preciso referirse almedio ambiente como "oxico" o "anxico", que significa con oxgeno o sinoxgeno, y referirse a los procesos como aerobios o anaerobios. Sin embargoaerobio y anaerobio han sido usados para describir ambos ambientes yprocesos bioqumicos. En concordancia con esta terminologa (Heinze yBritton, 1993) caracterizon dos tipos de ambientes anaerobios: elestrictamente anaerobio y el anxico.

    Las condiciones totalmente anaerobias son aquellas en la que eloxgeno est totalmente excluido. Tales condiciones no son comunes en elmedio ambiente (Birch, 1992). Sin embargo, pueden ser reproducidas sindemasiada dificultad en el laboratorio o en grandes instalaciones, tales comodigestores anaerobios de lodo de plantas de tratamiento de aguas residuales.

    Las zonas anxicas existen areas intermedias producidas pordifusin del oxgeno de capas oxigenadas. Tambi

    n pueden ser producidaspor mezcla o conveccin causada por flujos de agua, inversin t

    rmica en el

    agua, o turbulencia en el sedimento causadas por el hombre o animales.Aunque las zonas anxicas son co

    nmente vistas como micro -aerobias,

    tales zonas se crean cuando el oxgeno molecular tiene acceso, considerandoque su concentracin disminuye. As las zonas anxicas son mucho mascomunes en la naturaleza que las estrictamente anaerobias que aparece por laexclusin fsica de la mol

    cula de oxgeno.

    Los ambientes anaerobios promovidos por el hombre se handesarrollado y contin an en desarrollo como resultado del tratamientoinadecuado de las aguas residuales o para mejorar su tratamiento.

    1.3.1.1. Ecosistemas anaerobios naturales

    El intestino humano y el rumien de los herbvoros

    El intestino bajo de los humanos y otros no rumiantes sonhabitados por una mezcla de flora de bacterias formadoras de cido que sealimentan de partculas de alimento no digeridas en el estmago. Las

    bacterias reductoras de sulfatos est n tambi

    n presentes pero el crecimientode las metanog

    nicas se ve restringido por los muy cortos tiempos de

    transido (menos de 24 horas) en el intestino de no-rumiantes......................

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    1. Intrpduccin

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    Sedimentos de ros y lagos

    Estos varan de totalmente aerobios en su superficie a

    totalmente anaerobios en la parte baja de su espesor total. Algunos autores noindican explcitamente el estado de oxidacin d e la parte estudiada.

    Para los estudios toxicolgicos la parte superior de las capasanxicas, en la transicin entre aerobica y anaerbica, es probablemente lam s importante. En esta zona algunas de las sustancias qumicas que hayanllegado a ella, pueden volver a la cadena alimenticia sirviendo de alimento apeque os animales acu ticos que posteriormente lo ser n de peces y otrosanimales superiores. Para estudios de degradacin la capa totalmenteanaerobia es tambi

    n de vital importancia, en orden a determinar la

    desaparicin final de las sustancias org nicas enlazadas a slidos inertes.Aunque en el caso de sustancias que no sean degradadas en

    estos medios, estas pueden no ser peligrosas para el medioambiente en elcaso de que su fugacidad (reincorporacin a los medios donde si sondegradadas) sea superior a la cantidad que se acumula. La reincorporacin alos medios aerobios son favorecidas por drenaje, tormentas violentas,inundaciones u otras actividades que den lugar a una renovacin de estossedimentos.

    Pantanos y arrozales

    Estos medios son importantes principalmente en zonastropicales subtropicales, donde un medio anaerobio potencialmente activo,con un importante papel metanog

    nico. En el caso de los arrozales se hacemuy importante el estudio de la eliminacin de pesticidas en estos mediosanaerobios.

    Suelos agrcolas

    Aunque son medios normalmente aerobios, ocasionalmente

    son medios anxicos donde la oxidacin microbiana de amonaco a nitratos(nitrificacin) y la reduccin microbiana de nitratos a nitrgeno gas(desnitrificacin) pueden estar teniendo lugar simult neamente dependiendode las pr cticas agrcolas empleadas y de los cambios estacionales en latemperatura y en la saturacin de agua.

    Marismas y sedimentos marinos

    Como en el caso de los sedimentos de las aguas superficiales, elagua sobrenadante y la capa superior de estos suele ser aerobica, pero se

    convierte progresivamente en anaerobica al aumentar la profundidad.

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    1.3. Ecosistemas

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    Las marismas pueden resultar f cilmente enriquecidas conmaterias org nicas procedentes de aguas residuales dom

    sticas, agrcolas oindustriales, promoviendo fermentaciones anaerobias activas en estos

    sedimentos.

    Zonas anxicas en suministros de agua subterr neas

    Los acuferos que contienen materia org nica para favorecer eldesarrollo total de anaerobios est n generalmente demasiado contaminadoscomo para servir de suministro humano.

    Estos medioambientes son de especial atencin de loscientficos en relacin a la capacidad de autopurif icacin de las aguas

    subterr neas por adsorcin y degradacin de las trazas de sustanciasorg nicas por medio de los microorganismos unidos a los estratossubterr neos, que se convierten en la ltima lnea de defensa contra elingreso de estas sustancias en los suministros de agua p blicos.

    1.3.1.2. Ecosistemas anaerobicos producidos por el hombre

    Digestin anaerobia de los lodos de aguas residuales

    Estos sistemas se convierten en versiones ing

    nieriles y

    controladas de los medios anaerobios naturales donde tienen lugarfermentaciones metanog

    nicas. Es ampliamente usado en plantas dedepuracin de aguas residuales para desodorizar, desinfectar y estabilizar loslodos org nicos p tridos aumentando la purificacin de las aguas residuales.

    Las fermentaciones metanog

    nicas tienen lugar en grandestanques agitados, calentados hasta 35 oC habitualmente y que funcionancomo reactores termostatizados de mezcla completa con tiempos de retencingeneralmente en el rango de 15 a 30 das.

    Fermentaciones anaerobicas en vertederos

    El destino de mayor importancia de los lodos producidos enEDAR de la CE es el vertido en vertederos. Es estos lugares los lodoscontin an degrad ndose y en algunos vertederos desarrollan fermentacionesmetanog

    nicas masivas produciendo cantidades comerciales de "gas devertedero" que contiene tpicamente un 55% de metano, 45% de dixido decarbono y cantidades traza de otros gases. Este gas puede ser recogido yutilizado en la generacin de electricidad en plantas generadoras.

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    1. Introduccin

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    1.3.2. Ecosistemas aerobios

    Una gran fraccin de la biodegradacin que ocurre en el medio

    tierra del planeta se lleva a efecto en el suelo. Esta accin es desde luego unaparte esencial del ciclo del carbn, nitrgeno y de otros compuestos. Losorganismos muertos-animales, vegetales, o microorganismos- sonconvertidos en sus elementos constituyentes, haci

    ndolos de esta formaasequibles para ser reutilizados por los organismos vivos. El suelo, con losorganismos asociados, constituye un poderoso agente degradador, si se le dael tiempo suficiente para que el proceso puede realizarse.

    Las condiciones aerobias son esenciales en el sistema suelo para quela biodegradacin se realice satisfactoriamente.

    Varios autores han estudiado la degradacin en el sistema suelo

    utilizando sistemas a escala de laboratorio (Klein, 1964, Maurer, 1965, Rizet,

    1977).

    La biodegradacin de los tensioactivos aninicos en mediosacu ticos y terrestres es llevada a cabo esencialmente por microorganismos.Durante el crecimiento aerbio de las bacterias el compuesto es metabolizadopor diferentes vas, resultando la sntesis de nuevas c

    lulas (asimilacin) y laproduccin de dixido de carbono (mineralizacin), la cual depende de la

    energa necesaria para la sntesis. Parte del hidrgeno del sustrato sedesprende como sulfito y es oxidado a sulfato. El oxgeno del medio puedeser insuficiente para este proceso y ser necesario suministrarlo paracompletar la oxidacin y mineralizacin.

    Sustrato + O2+ Bacterias -----> CO2+ H2O + Nuevas Bacterias

    El carbono org nico se utiliza en parte para la sntesis de

    nuevas c

    lulas y en parte para la produccin de CO 2, por tanto la materiaorg nica debera ser completamente degradada. Sin embargo, se haobservado que la velocidad de la reaccin de oxidacin disminuye conformelo hace la concentracin de sustrato, especialmente a bajas concentraciones,de tal forma que en el perodo de un ensayo de biodegradacin no es posibleeliminar el 100% de la materia org nica. Este hecho queda reflejado en lasnormas para ensayos de biodegradacin de la OCDE, en las que se consideraque una sustancia es f cilmente biodegradable si en un ensayo la mismadesaparece en un 80% o m s. Esta decisin se basa en las inevitablesdiferencias que surgen en el estudio de la degradacin de un compuesto que

    se sabe que es bien degradado, entre un medio natural y un reactor qumico.

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    1.3. Ecosistemas

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    Bacterias capaces de degradar los tensioactivos

    Se han aislado muchas bacterias y algunos hongos capaces de

    degradar tensioactivos aninicos. Tambi

    n se han usado para este fin cultivosde laboratorio. Sin embargo en todos los casos slo se ha obtenido unadegradacin primaria pero no su mineralizacin.

    Swisher, 1987, cit cerca de 90 especies de bacterias y algunoshongos que se reproducan y eran capaces de llevar a cabo al menos unadegradacin primaria de los tensioactivos.

    Entre las especies que m s co

    nmente se encuentran en elmedio ambiente que son capaces de degradar los tensioactivos, est n las

    pseudomonas y las aerobacterias, que fueron aisladas junto con micrococcusy flavobacterias, a adiendo a la lista la moraxella a partir de lodos (Swisher,1987).

    Las bacterias aisladas tienen generalmente menor actividad quelas pelculas biolgicas o lodos activados de los cu ales proceden.

    Yoshimura, 1984, aislbacterias de lodo activos procedentes deros y encontr entre ellas especies como pseudomonas, necromonas ymoraxella, que eran capaces de degradar la cadena alqulica de LAS pero no

    el anillo benc

    nico, mientras otras especies gram negativas no podandegradar el LAS pero si el anillo de los intermedios. Una mezcla binaria deestos dos tipos de organismos sera capaz de degradar el 100% de LAS.

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    1.4. Fermentacin anaerobia de lodos

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    duccin de biogs es proporcional a la velocidad de solubilizacin de materia

    orgnica.

    Figura 1.2 Principales mecanismos de la digestin anaerobia

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    1. Introduccin

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    - Fase cida.

    Las bacterias acidificantes transforman la materia org nica

    disuelta, (aminoacidos, az cares, cidos grasos de cadena larga), en CO2+ H2y cid