Tesis De Detergentes 3k6v5a

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Escuela de Ingeniería Textil

EVALUACIÓN DE LA INCIDENCIA EN EL MEDIO AMBIENTE ENTRE UN DETERGENTE LÍQUIDO BIODEGRADABLE Y VARIOS DETERGENTES CONVENCIONALES EN MÁQUINAS DE LAVADO INDUSTRIAL

Por: ROBERTO RODRIGO MONTENEGRO LÓPEZ

TESIS DE GRADO PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO TEXTIL

Quito, Octubre del 2005

i

DEL CONTENIDO DE LA PRESENTE TESIS SE RESPONSABILIZA EL AUTOR.

_______________________________ ROBERTO MONTENEGRO LÓPEZ

i

CERTIFICO QUE LA PRESENTE TESIS SE REALIZÓ BAJO MI SUPERVISIÓN

____________________ Ing. Julio Cesar Quijije. DIRECTOR DE TESIS

ii

AGRADECIMIENTO

Doy gracias a todos mis amigos y compañeros, que me han apoyado durante mi estancia en la universidad.

A la Universidad Tecnológica Equinoccial por permitirme formarme profesionalmente.

A la empresa Ladifquim, en especial al gerente general Willington Montenegro, por su valioso aporte para esta tesis.

De manera especial a mi mejor e inseparable amiga Diana Vásconez.

A mi director de tesis Ing. Julio César Quijije Delgado por sus sabios consejos

Al personal de la facultad de ciencias químicas de la Universidad Central del Ecuador por colaborarme con las pruebas de esta tesis.

iii

DEDICATORIA

A mi padre Rodrigo a quien considero el mejor ejemplo para mi vida, por luchar cada momento contra la adversidad, para que yo me desenvuelva con total normalidad en la sociedad.

A mi madre Alicia por su incondicional amor de madre, y por su lucha para que a pesar de mis problemas de audición, salga adelante.

A mi hermana y mejor amiga Gaby, por sus consejos y apoyo incondicional durante toda mi vida para que yo llegue lo más lejos posible.

iv

v

ÍNDICE DE CONTENIDO

AGRADECIMIENTO .....................................................................................................iii DEDICATORIA ..............................................................................................................iv ÍNDICE DE CONTENIDO .............................................................................................vi ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................xiii ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................................xv ÍNDICE DE ANEXOS...................................................................................................xvi RESUMEN

............................................................................................................xvii

SUMMARY

...........................................................................................................xviii

ABREVIATURAS.......................................................................................................xviii CAPÍTULO I

................................................................................................................1

1.1

INTRODUCCIÓN.....................................................................................2

1.2

OBJETIVO GENERAL ............................................................................2

1.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................3

1.4

IDEA A DEFENDER................................................................................3

1.5

JUSTIFICACIÓN......................................................................................3

1.6

METODOLOGÍA......................................................................................4

1.7

TÉCNICAS................................................................................................4

CAPÍTULO II ................................................................................................................5 2.1

Tensoactivos ..............................................................................................6

2.1.1

Propiedades de los tensoactivos ................................................................7

2.1.1.1

Humectación .............................................................................................7

2.1.1.2

Emulsificación ..........................................................................................8

2.1.1.3

Suspensión ................................................................................................8

2.1.1.4

Dispersión .................................................................................................8

vi

2.1.1.5

Espumaciones............................................................................................8

2.1.1.6

Detergencia ...............................................................................................9

2.1.2

Eficiencia de un tensoactivo (teoría micelar)............................................9

2.1.3

Clasificación de los tensoactivos ............................................................14

2.1.3.1

Los tensoactivos aniónicos......................................................................16

2.1.3.2

Los tensoactivos catiónicos.....................................................................17

2.1.3.3

Los tensoactivos anfotéricos ...................................................................18

2.1.3.4

Los tensoactivos no iónicos ....................................................................19

2.1.3.5

Otros surfactantes....................................................................................21

2.1.4

Usos de los tensoactivos .........................................................................29

2.1.5

Detergentes..............................................................................................30

2.1.6

Tipos de detergentes................................................................................32

2.1.6.1

Clasificación química de los detergentes ................................................32

2.1.6.1.1

Detergentes alcalinos. .............................................................................32

2.1.6.1.2

Detergentes ácidos ..................................................................................33

2.1.6.1.3

Detergentes a base de polifosfatos. .........................................................34

2.1.6.2

Clasificación ecológica de los detergentes..............................................34

2.1.6.2.1

Detergentes blandos ................................................................................34

2.1.6.2.2

Detergentes duros....................................................................................34

2.1.7

Composición de un detergente ................................................................35

2.1.7.1

Agentes tensoactivos o surfactante .........................................................35

2.1.7.2

Agentes coadyuvantes.............................................................................35

2.1.7.3

Agentes auxiliares ...................................................................................36

2.2

Contaminación del agua ..........................................................................37

2.2.1

Contaminación del agua por detergentes ................................................37

2.2.2

Causas de contaminación del agua por parte de los detergentes.............39

vii

2.2.2.1

Formación de espumas............................................................................39

2.2.2.2

Inhibición de la oxidación.......................................................................39

2.2.2.3

Alteración de la transferencia y la disolución del oxígeno .....................40

2.2.2.4

Interferencia de la sedimentación primaria .............................................40

2.2.2.5

Disminución del rendimiento de los procesos de tratamiento biológico:40

2.2.2.6

Acción sobre la flora nitrificante.............................................................40

2.2.2.7

Alteración de la permeabilidad de los suelos..........................................40

2.2.2.8

Alteración del olor y el sabor de las aguas de consumo público ............41

2.2.2.9

Posibilidad de ejercer efectos tóxicos .....................................................41

2.2.2.10

Eutroficación ...........................................................................................41

2.2.2.11

Efectos de enzimas activas......................................................................41

2.2.2.12

Otros efectos ...........................................................................................42

2.2.3

Tipos de contaminantes del agua por parte de los detergentes ...............42

2.2.3.1

Fósforo total ............................................................................................42

2.2.3.2

Tensoactivos............................................................................................42

2.2.3.3

Compuestos orgánicos ............................................................................42

2.2.3.4

Colorantes ...............................................................................................43

2.2.3.5

Enzimas ...................................................................................................43

2.2.3.6

Antiespumantes .......................................................................................43

2.2.3.7

Quelantes.................................................................................................43

2.2.4

Incidencia ambiental de los detergentes sobre el medio acuático...........43

2.2.5

Eutroficación ...........................................................................................46

2.2.5.1

Agua eutrófica y oligotrófica ..................................................................46

2.2.5.2

Cambios que ocurren con la eutroficación..............................................47

2.2.5.2.1

Cambios biológicos.................................................................................47

2.2.5.2.2

Cambios físicos .......................................................................................47

viii

2.2.5.2.3

Cambios químicos...................................................................................48

2.2.5.3

Medidas para evitar la eutroficación por parte de los detergentes ..........48

2.3

Biodegradabilidad....................................................................................49

2.3.1

Acción bacteriana sobre los tensoactivos................................................50

2.3.1.1

Betaoxidación..........................................................................................51

2.3.1.2

Oxidación metílica. El grupo ..................................................................52

2.3.1.3

Oxidación de anillos aromáticos .............................................................52

2.3.2

Detergentes biodegradables ....................................................................53

2.3.3

Clasificación de los tensoactivos de acuerdo a su biodegradabilidad.....54

2.3.3.1

Alquil aril sulfonatos...............................................................................54

2.3.3.2

Nonil fenoles oxietilenados.....................................................................55

2.3.3.3

Alcoholes grasos sulfatados ....................................................................55

2.3.3.4

Éteres de alcoholes grasos condensados con óxido de etileno................55

2.3.3.5

Tensoactivos a base de óxidos de propileno/etileno ...............................56

2.3.3.6

Tensoactivos no-iónicos a base de alcoholes sintéticos (proceso oxo)...56

2.3.3.7

Tensoactivos catiónicos ..........................................................................57

2.3.4

Tablas de biodegradabilidad de los tensoactivos ....................................57

2.3.5

Factores que influyen sobre la biodegradabilidad...................................61

2.3.6

Detergentes ecológicos............................................................................62

2.4

Principales parámetros para determinar la contaminación del agua a causa de los detergentes...........................................................................62

2.4.1

Oxígeno disuelto, OD .............................................................................63

2.4.1.1

Método Winkler o yodométrico ..............................................................65

2.4.1.2

La modificación azida del método Winkler ............................................67

2.4.1.3

Modificacion de Rideal – Stewart al método de Winkler .......................69

2.4.1.4

Toma y preservación de las muestras......................................................69

ix

2.4.1.5

Interferencias...........................................................................................70

2.4.2

Demanda química de oxígeno, DQO ......................................................71

2.4.2.1

Tipos de métodos de análisis ..................................................................73

2.4.2.1.1

Método de reflujo cerrado (titulométrico)...............................................73

2.4.2.2

Muestreo y almacenamiento ...................................................................74

2.4.2.3

Interferencias...........................................................................................74

2.4.3

Demanda bioquímica de oxígeno, DBO .................................................75

2.4.3.1

OD. Método yodométrico modificación azida.......................................78

2.4.3.2

Limitaciones............................................................................................78

2.4.3.3

Muestreo..................................................................................................80

2.4.4

Determinación de fosfatos en el agua .....................................................81

2.4.4.1.

Método colorimétrico..............................................................................83

2.4.4.2

Método del ácido vanadamolibdofosfórico.............................................84

2.4.4.2.1

Principio ..................................................................................................84

2.4.4.2.2

Interferencias...........................................................................................84

2.4.4.3

Muestro y preservación...........................................................................85

2.4.4.4

Preparación de la muestra .......................................................................85

2.5

Métodos de determinación de biodegradabilidad de un detergente ........85

2.5.1

Oxígeno disuelto .....................................................................................86

2.5.1.1

Principio ..................................................................................................86

2.5.2

Los aniónicos SAM (sustancias activas al azul de metileno) .................86

2.5.3

Los no – iónicos SABi (sustancias activas al bismuto)...........................86

2.5.4

Los catiónicos SAD (sustancias activas a la disulfina)...........................87

CAPÍTULO III 88 3.1

Observación de la efectividad de los detergentes comerciales y un detergente biodegradable en una máquina de lavado industrial ..............89

x

3.1.1

Proceso de lavado de prendas para todos los detergentes .......................89

3.1.2

Proceso de control de calidad de lavado de prendas ...............................90

3.2

Determinación del oxígeno disuelto en el agua de enjuague ..................94

3.2.1

Materiales utilizados ...............................................................................94

3.2.2

Reactivos .................................................................................................94

3.2.3

Procedimiento .........................................................................................94

3.2.4

Datos experimentales ..............................................................................95

3.2.5

Cálculos...................................................................................................96

3.3

Determinación de la demanda química de oxígeno en el agua de enjuague...................................................................................................97

3.3.1


3.3.2

Equipo .....................................................................................................97

3.3.3

Reactivos .................................................................................................97

3.3.4

Procedimiento .........................................................................................98

3.3.4

Cálculos...................................................................................................98

3.4

Determinación de la demanda bioquímica de oxígeno en el agua de enjuague...................................................................................................98

3.4.1


3.4.2

Equipo .....................................................................................................99

3.4.3

Reactivos .................................................................................................99

3.4.4

Procedimiento .........................................................................................99

3.4.6

Cálculos.................................................................................................101

3.5

Determinación del contenido de fosfatos en el agua de enjuague.........103

3.5.1

Materiales utilizados .............................................................................103

3.5.2

Reactivos ...............................................................................................103

3.5.3

Procedimiento .......................................................................................103

xi

3.5.4

Datos experimentales ............................................................................104

3.5.5

Cálculos.................................................................................................104

3.6

Determinación de la biodegradabilidad del detergente .........................105

3.6.1

Materiales..............................................................................................105

3.6.2

Reactivos ...............................................................................................105

3.6.3

Procedimiento .......................................................................................105

3.6.4


3.6.5

Cálculos.................................................................................................107

3.6.5.1

Cálculos de Biodegradabilidad .............................................................109

3.7

Espuma producida por los detergentes ..................................................110

3.7.1

Materiales..............................................................................................110

3.7.2

Procedimiento .......................................................................................110

3.7.3


3.8

Solubilidad de los detergentes ...............................................................111

3.8.1

Materiales..............................................................................................111

3.8.2

Procedimiento .......................................................................................111

3.8.3


3.9

Tabla de resultados ................................................................................113

3.10

Análisis comparativo de resultados.......................................................113

3.1.3

Análisis físico químico del agua de descarga y detergentes ................124

CAPÍTULO IV 130 4.1

CONCLUSIONES.................................................................................131

4.2

RECOMENDACIONES .......................................................................133

BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................................................134 ANEXOS

............................................................................................................137

xii

ÍNDICE DE TABLAS Tabla N ° 1 : Comportamiento de un tensoactivo según el HBL..................................12 Tabla N ° 2 : Área de aplicación según el HBL ............................................................14 Tabla N ° 3 : Clasificación de los tensoactivos según los grupos hidrofílicos ............15 Tabla N ° 5 : 57Biodegradabilidad de tensoactivos aniónicos y catiónicos .................57 Tabla N ° 6 : Biodegradabilidad de tensoactivos no iónicos ........................................58 Tabla N ° 7 : Codificación de muestras ........................................................................90 Tabla N ° 8 : Control de calidad de lavado muestra 1 ..................................................91 Tabla N ° 9 : Control de calidad de lavado muestra 2 ..................................................92 Tabla N ° 10 : Control de calidad de lavado muestra 3 ..................................................93 Tabla N ° 11 : Datos experimentales del oxígeno disuelto .............................................95 Tabla N ° 12 : Datos experimentales de la DBO5 del agua de descarga.......................100 Tabla N ° 13 : Datos experimentales de la determinación de fosfatos del agua de descarga .................................................................................................104 Tabla N ° 14 : Datos experimentales de la determinación de biodegradabilidad de los detergentes.............................................................................................106 Tabla N ° 15 : Datos experimentales de la cantidad de espuma formada por los detergentes.............................................................................................111 Tabla N ° 16 : Datos experimentales de la solubilidad de los detergentes ...................112 Tabla N ° 17 : Análisis físico químico ..........................................................................113 Tabla N ° 18 : Análisis estadístico de la efectividad en la intensidad de

manchas

muestra 1 ...............................................................................................114 Tabla N ° 19 : Análisis estadístico de la efectividad en la intensidad de

manchas

muestra 2 ...............................................................................................115 Tabla N ° 20 : Análisis estadístico de la efectividad en la intensidad de

manchas

muestra 3 ...............................................................................................116

xiii

Tabla N ° 21 : Análisis estadístico de la efectividad en la intensidad de manchas de las muestras.................................................................................................117 Tabla N ° 22 : Análisis estadístico de la efectividad en la blancura muestra 1.............118 Tabla N ° 23 : Análisis estadístico de la efectividad en la blancura muestra 2.............119 Tabla N ° 24 : Análisis estadístico de la efectividad en la blancura muestra 3.............120 Tabla N ° 25 : Análisis estadístico de la efectividad en el suavizado muestra 1 ..........121 Tabla N ° 26 : Análisis estadístico de la efectividad en el suavizado muestra 2 ..........122 Tabla N ° 27 : Análisis estadístico de la efectividad en el suavizado muestra 3 ..........123 Tabla N ° 28 : Análisis del pH del agua de descarga de los detergentes ......................124 Tabla N ° 29 : Análisis del OD del agua de descarga de los detergentes .....................125 Tabla N ° 30 : Análisis de la DQO del agua de descarga de los detergentes................126 Tabla N ° 31 : Análisis de la DBO5 del agua de descarga de los detergentes...............127 Tabla N ° 32 :

Análisis de los fosfatos del agua de descarga de los detergentes.......128

Tabla N ° 33 : Análisis de la biodegradabilidad de los detergentes..............................129

xiv

ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico N ° 1 : Micela...................................................................................................10 Gráfico N ° 2 : Alquil Bencén Sulfonato de sodio........................................................16 Gráfico N ° 3 : Sal de amonio cuartenario....................................................................18 Gráfico N ° 4 : Alquil dimetil betaína...........................................................................19 Gráfico N ° 5 : Laurato de sorbitán...............................................................................19 Gráfico N ° 6 : Alquil Fenol Etoxilado.........................................................................20 Gráfico N ° 7 : Formación de una estructura siliconada...............................................22 Gráfico N ° 8 : Surfactante perflourado........................................................................23 Gráfico N ° 9 : Diferencia estructural entre un polímero de bloque y uno tipo............24 Gráfico N ° 10 : Copolímero de óxido de etileno y óxido de propileno.........................24 Gráfico N ° 11 : Carboximetil celulosa ..........................................................................25 Gráfico N ° 12 : Copolímero de ácido maléico-estireno.................................................25 Gráfico N ° 13 : Policarboxilato .....................................................................................26 Gráfico N ° 14 : Polímero butadieno-estireno ................................................................26 Gráfico N ° 15 : Oxietilenación de una resina tipo fenol - formol .................................27 Gráfico N ° 16 : Polivinil piridina / Polivinilpirrolidona................................................27 Gráfico N ° 17 : Lauril-esteraril a-lecitina......................................................................28 Gráfico N ° 18 : Bicapa lipídica......................................................................................28 Gráfico N ° 19 : Análisis estadístico de reducción de intensidad de manchas .............117 Gráfico N ° 20 : Análisis del pH del agua de descarga de los detergentes ...................124 Gráfico N ° 21 : Análisis del OD del agua de descarga de los detergentes ..................125 Gráfico N ° 22 : Análisis de la DQO del agua de descarga de los detergentes.............126 Gráfico N ° 23 : Análisis de la DBO5 del agua de descarga de los detergentes ...........127 Gráfico N ° 24 : Análisis de los fosfatos del agua de descarga de los detergentes.......128 Gráfico N ° 25 : Análisis de la biodegradabilidad de los detergentes...........................129

xv

ÍNDICE DE ANEXOS Anexo 1

Costos de los detergentes.......................................................................138

Anexo 2

Informe de resultados de laboratorio de muestra 1 ...............................140

Anexo 3


Anexo 4


Anexo 5

Valores máximos permisibles de los indicadores de contaminación ....149

xvi

RESUMEN

El presente trabajo de investigación fue concebido para analizar el impacto ambiental de un detergente considerado ecológicamente blando frente a otros del mercado.

Se probó la eficiencia de los mismos en una máquina de lavado industrial del Hotel Quito tomando en cuenta: la remoción de manchas, reducción de la intensidad de las mismas, poder de blanqueamiento, suavidad de las prendas.

Así mismo se hizo un análisis fisicoquímico del agua de descarga y se determinaron parámetros como el pH, oxígeno disuelto, demanda química de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno DBO5, contenido de fosfatos.

También se realizó la determinación de la biodegradabilidad de los detergentes mediante el método de la disminución de la concentración del oxígeno disuelto así como la solubilidad de cada detergente en el agua y el poder espumígeno de los mismos.

Se tabularon todos los parámetros anteriormente expuestos para poder hacer una comparación frente a las normas del Municipio del Distrito Metropolitano de Quito y determinar cuál es el detergente que más se ajusta a la normativa actual.

xvii

SUMMARY

This investigation was done in order to demonstrate the environmental impact of a detergent considered ecologically soft in front of others in the market.

The efficiency of the detergents was proved in a laundry machine in the Quito Hotel through the stain remotion, reduction of the intensity of them, whitening power, clothes softness.

A physic-chemical analyse of the water discharge was done and other parameters like pH, dissolved oxygen, chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand BOD, contents of phosphate were done too.

Beside, determination of the biodegradability of the detergents was done through the dissolved oxygen concentration reduce method, furthermore the solubility of each detergent and foaming power were done.

All these parameters were tabulated in order to make a comparison with the standard of the Municipio del Distrito Metropolitano de Quito in order to determinate which detergent is the one that most adaptable with this standard.

xviii

ABREVIATURAS

CMC¨

Concentración micelar crítica

HBL

Balance hidrofílico lipofílico

VGH

Valor de los grupos hidrófilos

VGL

Valor de los grupos lipófilos

Emulsificantes O/W

Aceite en agua

Emulsificantes W/O

Agua en aceite

LAS

Aquilbencensulfonato de cadena lineal

ABS

Aquilbencensulfonato

EDTA

Ácido etilendiaminitetraacético

EDAR

Estaciones depuradoras de aguas residuales

RFA

Red de formación ambiental

OD

Oxígeno disuelto

DQO

Demanda química de oxígeno

DBO

Demanda bioquímica de oxígeno

DBO5

Demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días

UCE

Universidad Central del Ecuador

xix

CAPÍTULO I

1

CAPÍTULO I

1.1

INTRODUCCIÓN

En nuestro país está generalizada la utilización de detergentes que contienen substancias poco biodegradables o cuyos residuos de degradación son productos tóxicos, lo cual provoca un grave daño ambiental.

Muchas de las materias primas utilizadas en la elaboración de detergentes comunes al ser liberadas al medio ambiente pueden permanecer por mucho tiempo, provocando de esta manera un aumento considerable tanto de la demanda química de oxígeno y de la demanda bioquímica de oxígeno, parámetros que dan un indicio del grado de contaminación que estas substancias provocan en el medio ambiente.

El siguiente estudio tiene por objeto demostrar que el uso de detergentes no biodegradables eleva los niveles de contaminación en las aguas residuales, lo cual se vería reflejado en el incremento de los niveles de DQO Y DBO.

1.2

OBJETIVO GENERAL

Analizar la biodegradabilidad entre un detergente líquido ecológico respecto a los detergentes comunes en el lavado de prendas en máquinas lavadoras industriales

2

1.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

-

Estudiar el comportamiento de la limpieza de las prendas al ser lavadas con un detergente común y con un detergente biodegradable.

-

Analizar las ventajas y desventajas del uso de un detergente común y un detergente líquido biodegradable.

-

Realizar un estudio de biodegradabilidad basado en la degradación bacteriana de los detergentes en estudio.

-

Determinar y cuantificar la presencia de fosfatos en los detergentes a investigar así como la demanda química y bioquímica de oxígeno.

1.4

IDEA A DEFENDER

El uso de detergentes biodegradables y la correcta aplicación de los mismos contra los detergentes convencionales permitirá disminuir la incidencia en el impacto ambiental.

1.5

JUSTIFICACIÓN

Dada la nueva tendencia mundial del uso de detergentes biodegradables y el poco conocimiento que existe en nuestro país acerca del uso de los mismos, existe la imperiosa necesidad de realizar investigaciones que promuevan su utilización, lo cual conllevaría a un uso racional de los detergentes en el Ecuador disminuyendo de esta manera los riesgos que implica la utilización de los detergentes no biodegradables.

3

1.6

METODOLOGÍA

Se Usa el método empírico,

experimental, ya que se desea demostrar mediante

experimentos, sobre la incidencia ambiental de los detergentes en las aguas. El método deductivo, para analizar los parámetros que causan la contaminación del ambiente partiendo de lo general a lo particular, y así poder determinar las causas de contaminación de los detergentes poco biodegradables.

El método estadístico se usa para justificar la investigación sobre la diferencia entre el uso de detergente líquido biodegradable y varios detergentes convencionales y su incidencia en el impacto ambiental.

1.7

TÉCNICAS

Observación.- Es un procedimiento del conocimiento empírico, en donde se conocerán los parámetros que causan la contaminación del ambiente por parte de los detergentes.

Investigación.- Con ello se puede conocer la velocidad de biodegradación de un detergente y evaluar su incidencia ambiental.

4

CAPÍTULO II

5

CAPÍTULO II

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1

Tensoactivos

Los tensoactivos, llamados también surfactantes, son especies químicas con una naturaleza o estructura polar - no polar, que forman una interfase formando una capa monomolecular.

Los tensoactivos son moléculas que disminuyen la tensión superficial de los líquidos en los cuales se disuelven y como consecuencia varían la tensión interfacial entre el disolvente del tensoactivo y las materias insolubles en él.

La modificación de la tensión superficial del agua y la tensión interfacial, ocurre con frecuencia entre el agua y las grasas, ceras, partículas sólidas suspendidas, superficie sólidas, etc.

Los productos tensoactivos sirven para humectar, dispersar, emulsionar, mantener en suspensión, lavar. Se utilizan en mayor cantidad en los procesos de preparación para eliminar todas las impurezas naturales o agregadas. También se usan en los procesos de tintura y acabado.

La composición química de los tensoactivos está formada por una cadena hidrófoba unida a un grupo hidrófilo, y por lo tanto pueden ser de carácter aniónico, catiónico, no iónico o anfótero.

6

Los tensoactivos, en solución diluida se comportan como electrolitos normales, pero a una concentración bien alta, ocurren cambios fisicoquímicos como son: cambio de la tensión superficial, presión osmótica, etc.

“McBain explicó este comportamiento anormal a la formación de agregados moleculares de tensoactivos llamados (micelas), las cuales se juntan de tal forma que en solución acuosa, la parte hidrocarbonada de las moléculas se encuentra hacia adentro en el centro de la micela y los grupos hidrofílicos hacia afuera en o con el medio acuoso. La concentración a la cual se forman las micelas se le llama concentración micelar crítica y es la concentración a la cual, ocurren los cambios fisicoquímicos.”1

2.1.1

Propiedades de los tensoactivos

Los estados físicos de la materia son: sólido, líquido y gaseoso, la combinación entre ellos pueden dar un sinnúmero de productos, como son: polvos, lodos, nube, espumas, suspensiones, emulsiones, dispersiones, etc.

Estas combinaciones (polifaciales, multinterfaciales), es en donde podemos ver mejor, las propiedades de los tensoactivos como son:

2.1.1.1

Humectación. “Es el esparcimiento del agua sobre una superficie sólida.

Para una buena humectación se combinan la disminución de la tensión superficial y la viscosidad del sistema.

1

http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/gralitensoactivos.html 7

2.1.1.2

Emulsificación. Es la penetración de un líquido oleoso o insoluble en el

agua, dando como resultado una mezcla estable de dos o más líquidos insolubles. Esta penetración hace al líquido en forma de finas gotas (1 o 20 micras: 200.000 Å) protegidas por una capa de moléculas tensoactivas de propiedades emulsionantes. Las emulsiones pueden ser aceite en agua, o agua en aceite.

Las emulsiones generalmente oscilan entre 30% y 70% de fase dispersa siendo estables la de baja concentración o inestables con tendencia a inversión de fase las de alta concentración.

2.1.1.3

Suspensión. Es el englobamiento de partículas sólidas por una capa de

moléculas tensoactivas orientadas uniformemente distribuidas en el medio

2.1.1.4

Dispersión. Proceso por el cual se reduce las fuerzas de cohesión entre

partículas para hacer posible la separación de agregados de partículas, la dispersión de sólidos en líquidos generalmente se hace con equipos mecánicos y/o con ayuda de agentes dispersantes que son tensoactivos usados para separar y conservar separados agregaciones de partículas. Con la ayuda de los agentes dispersantes se obtiene un mejor poder tintóreo, menos decantación y floculaciones mas lentas.

2.1.1.5

Espumaciones. El agua pura no forma espuma estable cuando es

sometida a agitación, el aire que se introduce en ella escapa rápidamente, sin embargo, si alguna contiene ciertos tensoactivos disueltos o dispersos, el aire introducido en ella no saldrá tan fácilmente y da lugar a la formación de espuma, que esta definida como un

8

sistema heterogéneo formado por un gas disperso en el líquido, sistema termodinámicamente inestable.

Normalmente en las espumas estables se forma una triple capa de pared de la espuma formada de la siguiente manera: moléculas tensoactivas orientadas en la pared interna de la burbuja y en el medio una capa de líquido aproximadamente de 1 milimicra de espesor.

Existen agentes que promueven la formación de espuma pero también otros que la controlan o inhiben totalmente. Los que controlan o inhiben la espuma pueden ser solubles o insolubles en el líquido del sistema. Sus principales características son baja volatilidad, alto punto de ebullición, poder de difusión, facilidad de dispersión y atracción superficial.

2.1.1.6

Detergencia. Es la capacidad de ciertos tensoactivos o mezcla de

tensoactivos de eliminar la mugre de una superficie sólida. Para alcanzar este efecto la preparación tensoactiva debe combinar: humectación, dispersión, suspensión, solubilización y emulsificación. La espuma controlada actúa como lubricante y facilita la aplicación de solución limpiadora.”2

2.1.2

Eficiencia de un tensoactivo (teoría micelar)

Cuando adicionamos una pequeña cantidad de producto tensoactivo a un sistema binario, unas moléculas tensoactivas migran a la interfase formando una película

2

MORALES, Nelson, “Guía del textil en el acabado II”, 2da edición, Gráficas – Planeta, 1998, págs. 22, 23. 9

orientada, otras formaran agregados moleculares llamados micelas, y una cantidad pequeña se solubilizará en el agua y se dispersará, y si continuamos adicionando más tensoactivo, llegará a un equilibrio entre las micelas y el tensoactivo solubilizado. Este equilibrio prevalece hasta que el sistema es saturado con la adicción de más tensoactivo y en este punto la formación de micelas prevalece. Si se adiciona más tensoactivo solo darán lugar a la formación de más micelas, en este caso no ocurre más solubilización del tensoactivo en el agua y hay mayor cantidad de micelas, momento en el cual toma el nombre de CMC¨ (CONCENTRACIÓN MICELAR CRÍTICA). Gráfico N ° 1 : Micela

Molécula de Tensoactivo MISCELA Suciedad

Fuente: Empresa Ladifquim Elaborado por: Roberto Montenegro

Para comprobar la eficiencia de un tensoactivo como humectante, emulsionante, detergente o espumación y demás propiedades empieza solamente en la CMC¨. Por lo que para evaluar esta eficiencia del tensoactivo para una función específica radica en el comportamiento de los grupos su la molécula. El balance del tamaño y fuerza de los grupos hidrofílicos y lipofílicos se conoce como sistema HBL (balance hidrofílico Lipofílico)

El HBL es una representación cuantitativa de la tendencia hidrofílica o lipofílica del compuesto con tensoactivos así: humectante, emulsionante, dispersante, detergencia, 10

antiespumante, etc., requiere un valor HBL determinado y únicamente los tensoactivos o los preparados que posee este valor pueden ser empleados.

“En 1949 Griffin propuso una escala de medidas de la fuerza relativa de la parte hidrófila y lipófila llamada (balance hidrófilo-lipófilo). Este nombre empírico puede ser ligado a la naturaleza química del emulsificante dándole un valor a los grupos funcionales de los tensoactivos. Números de 0 a 20 han sido atribuidos a una serie de tensoactivos.

La relación propuesta es: HBL = VGH - VGL + 7 Fuente: http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Humectacion.html Elaborado por: Roberto Montenegro

VGH: valor de los grupos hidrófilos (suma de los valores) VGL: valor de los grupos lipófilos (suma de los valores) Un valor pequeño de HBL (3-6) dará una emulsión agua en aceite. Un valor elevado de HBL (8-18) dará una emulsión aceite en agua.”3

Muchas propiedades pueden ser correlacionadas con el HBL. Sin embargo esta escala no se aplica más que a los tensoactivos no-iónicos y constituyen una herramienta práctica aunque empírica para la selección de un tensoactivo o preparado tensoactivo.

3

http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Humectacion.html 11

Tabla N ° 1 : Comportamiento de un tensoactivo según el HBL

Comportamiento de un tensoactivo al ser adicionado al agua

HBL

No se dispersa

1-4

Dispersión pobre

3-6

Dispersión lechosa (después de agitación)

6-8

Dispersión lechosa (parte de la suspensión casi translúcida)

8 – 10

Dispersión azulosa casi clara

10 – 13

Solución clara

mayor de 13

Fuente: MORALES, Nelson, “Guía del textil en el acabado II”, 2da edición, Gráficas – Planeta, 1998, pág. 25 Elaborado por: Roberto Montenegro

Para Determinar el HBL requerido se aplica la siguiente ecuación. HBL = 20 (1 - S / A) =

──►

Para éteres de ácidos grasos


Donde: A = número de ácido del ácido graso: o sea es la cantidad de base (KOH) necesaria para neutralizar 1 gramo del ácido S = índice o numero de Saponificación (la cantidad de potasa para neutralizar un ester : ester = ácido + alcohol)

12

HBL = 20 ( 1 - S / A ) HBL = 20 ( 1 - PM(A) / PM (S) ) HBL = 20 (PM (S) - PM (A) / PM (S) )

Ejemplo 1: Para el ácido esteárico (PM = 284) + etanol (PM =46)............................. éster (PM =312) + H2O HBL = 20 (312- 284) / 312 = 1.8

Ejemplo 2: Para el Monoestereato de glicérido ──►

S = 161, A =198

HBL = 20 (1 – 161/198) = 3,74

Cuando conocemos el HBL, de un tensoactivo o preparado tensoactivo, por el método posible, permite tener una idea clara de su solubilidad y su área de aplicación.

“Muchas de las propiedades pueden ser correlacionadas con el HBL: el calor de hidratación, la micelización, la constante dieléctrica, el coeficiente de esparcimiento. Se sabe también que la longitud de la cadena afecta la concentración micelar crítica (CMC¨). Esto puede ser debido a que la energía libre de transferencia del hidrocarburo, hacia el medio acuoso resulta ser una función lineal de la longitud de la cadena. Una ecuación ha sido propuesta relacionando HBL con CMC¨. log CMC¨ = a + b log HBL Fuente: http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Humectacion.html Elaborado por: Roberto Montenegro

donde a y b son características de la serie dada”4.

4

http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Emulsificantes.html 13

Tabla N ° 2 : Área de aplicación según el HBL Coeficiente HBL

Propiedades del agente

1.5 – 5.0

Agentes Antiespumantes

7.0 – 9.0

Agentes Humectantes

8.0 – 18

Emulsificantes O/W (tipo aceite en agua)

4.0 – 8.0

Emulsificantes W/O (tipo agua en aceite)

13 – 15

Detergentes

15 – 18

Solubilizantes

4–8

Cremas y lociones W/O o O/W

9 – 16

Aceites y perfumes O/W

Fuente: MORALES, Nelson, “Guía del textil en el acabado II”, 2da edición, Gráficas – Planeta, 1998. http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Emulsificantes.html Elaborado por: Roberto Montenegro

2.1.3

Clasificación de los tensoactivos

Se clasifica a los tensoactivos según el poder de disociación del mismo, en presencia de un electrolito y de su propiedades fisicoquímicas pueden ser: iónicos o no iónicos; y dentro de los iónicos según la carga que posea la parte que presenta la actividad de superficie serán: aniónicos, catiónicos y anfóteros.

Los iónicos tienen fuerte afinidad por el agua, motivada por su atracción electrostática hacia los dipolos del agua, por lo que la carga molecular es negativa, en los catiónicos, la carga molecular es positiva; en los no iónicos, no hay cargas y en los anfóteros existen cargas tanto positivas como negativas en la molécula.

14

Tabla N ° 3 : Clasificación de los tensoactivos según los grupos hidrofílicos

Sales de ácidos carboxilicos Ésteres sulfúricos I. IONICOS

ANIONICOS

Alcano sulfonados Aril alquil sulfonatos Grupos mixtos hidrofílicos Sales de amina

CATIÓNICOS

Otras bases nitrogenadas Bases no nitrogenadas Grupo amino y carboxi Grupo amino y éster sulfónico

ANFOTÉRICOS

Grupo amino y ácido alcanosulfónico Amino y ácido sulfónico Varias combinaciones (h + oh –)

Enlaces de éter ──►Grupos solubilizantes Enlaces de éster II. NO IÓNICOS

Enlaces de amida Enlaces varios Enlaces múltiples Siliconados Fosforados

III. OTROS

Altamente halogenados Sulfóxidos Poliméricos


15

En el grupo de los que ionizan en agua se encuentran:

2.1.3.1

Los tensoactivos aniónicos. En solución se ionizan, en iones cargados

negativamente. Gráfico N ° 2 : Alquil Bencén Sulfonato de sodio

Fuente: http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Clasificatensoa.html Elaborado por: Roberto Montenegro

Constituidos por una cadena alquílica lineal o ramificada que va de 10 a 14 átomos de carbono, y en su extremo polar de la molécula se encuentra un anión. Entre los representantes de este grupo podemos encontrar: derivados del ión sulfato o de sulfonatos como es el dodecil sulfato de sodio o dodecil bencén sulfonato de sodio.

“Los surfactantes aniónicos contienen generalmente uno de los siguientes cuatro grupos polares solubles (carboxilato, sulfonato, sulfato o fosfato) combinado con una cadena hidrocarbonada hidrófoba. Si esa cadena es corta son muy hidrosolubles, y en caso contrario tendrán baja hidrosolubilidad y actuarán en sistemas no acuosos como aceites lubricantes.”5

Los agentes tensoactivos aniónicos se caracterizan por la existencia en su molécula de cationes orgánicos e inorgánicos como: (Na+, K+, Ca++, Ba++, Mg++, NH4+) y una parte

5

http://www.monografias.com/trabajos14/tensoactivos/tensoactivos.shtml 16

hidrofílica soluble en agua que contiene los grupos aniónicos (-COO- , -SO3- , -O-, PO32-, etc.) unido a la fracción orgánica.

Dentro de esta clasificación, a excepción de los jabones, los alquil aril sulfatos y alcoholes sulfatados son los más importantes, por su empleo en la formulación de detergentes para uso doméstico e industrial

Aparte de los productos anteriores, podemos citar otros agentes de superficie activa aniónica como:

• Tipo sulfonato - SO3 (-): alquil bencensulfonato de sodio, alquil sulfonato de sodio, alfa olefín sulfonato de sodio • Tipo sulfato - O - SO

3

(-)

: alquil sulfato de sodio, alquil étersulfato de sodio,

monoglicérido sulfato de sodio, nonilfeniléter sulfato de sodio. • Tipo fosfato - O - P O3(2 -): alquil fosfato de sodio, ácido oleiléter fosfórico, alquil éter fosfato de sodio. • Tipo sulfosuccinatos - C O - CH2 - CH -SO3 (-) - CO3 (-): alquiléter sulfosuccinato de sodio, alquilmonoetanolamidasulfosuccinato disódico, dialquilsulfosuccinato de sodio. • Tipo sulfoacetato: lauril sulfoacetato de sodio CH3 - (CH2)n - CH2 - O - CO -CH2 SO3(-) Na(+) • Tipo

derivados

de

aminoácidos:

n-

lauril

sarcocinato

de

sodio,

alquilamidopolipeptidato de sodio

2.1.3.2

Los tensoactivos catiónicos. Son compuestos que contienen por lo

menos una cadena de 8 a 25 átomos de carbono, derivada de un ácido graso o de un 17

derivado petroquímico y un nitrógeno cargado positivamente, el anión suele ser un Cl (-), Br(-), OH (-), SO4 (2-).

Estos tensoactivos son utilizados casi exclusivamente en el acabado textil como suavizantes y aditivos en formulaciones de apresto. También tienen gran aplicación en colorantes básicos por su efecto retardante. Gráfico N ° 3 : Sal de amonio cuartenario


La mayoría de los agentes catiónicos están constituidos por una cadena larga de sales de amonio cuaternarios o sales de alquilaminas. La cadena larga constituye el grupo hidrofóbico, en tanto que el hidrofílico pequeño y altamente ionizado, lo constituye el nitrógeno tetravalente en forma de sales de amonio cuaternario.

En el catión, el radical R, representa la cadena larga (grupos alquílicos o arílicos); los otros radicales pueden estar reemplazados por átomos de hidrógeno u otros radicales alquílicos. Como ejemplos podemos citar: Cloruro de alquil dimetilbencilamonio, cloruro de cetil trietil amonio.

2.1.3.3

Los tensoactivos anfotéricos. Actúan dependiendo del medio en que se

encuentren, en medio básico son aniónicos y en medio ácido son catiónicos.

18

Gráfico N ° 4 : Alquil dimetil betaína


Presentan en su molécula tanto grupos aniónicos como catiónicos. Están constituidos por una cadena grasa y un nitrógeno cuaternario conteniendo un radical aniónico.

Ejemplo de ellos son las betaínas y derivados de imidazolinas: alquil dimetil betaína, alquil amida propil dimetil betaína.

2.1.3.4

Los tensoactivos no iónicos. Son aquellos que no se ionizan, se

solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de grupos solubilizantes débiles (hidrófilos) tales como enlace tipo éter ó grupos hidroxilos en su molécula. Como representantes están los alcoholes grasos, alquil fenoles a los que se les agregan una o varias moléculas de óxido de etileno; ejemplo de ellos el nonil fenol etoxilado o el nonanol etoxilado. Gráfico N ° 5 : Laurato de sorbitán


19

El término surfactante no-iónico, se refiere principalmente a los derivados polioxietilenados y polioxipropilenados, también se incluyen en esta categoría los derivados de anhídridos del sorbitán alcanolamidas grasas etc.

Los surfactantes no-iónicos tienen la ventaja de que son estables con la mayoría de los productos químicos en las concentraciones usuales de empleo. Al no ionizarse en agua, no forman sales con los iones metálicos y son igualmente efectivos en aguas blandas y duras. Son compatibles con otros tensoactivos aniónicos, catiónicos y coloides cargados positiva y negativamente. Son especialmente útiles en procesos de:

Curtido: desengrase, teñido, engrasado. Textiles: mercerizado, blanqueado, teñido, descrude. Gráfico N ° 6 : Alquil Fenol Etoxilado


(n) puede ser de 1.5 a 30 o más. Esto hace posible una variedad de productos de diferentes propiedades y aplicaciones como humectante, detergente, emulsionante, dispersante, etc. Prácticamente, cualquier compuesto hidrofóbico que contenga un su estructura grupos hidrofílicos, hidroxilos, aminas, o aminos con un hidrógeno lábil puede reaccionar con óxido de etileno para formar tensoactivos no-iónicos.

20

Como ejemplo de ellos pueden ser:

Alcoholes grasos polioxietilenados : alcohol laúrico etoxilado, alcohol oleílico. Alquil fenol polioxietilenados: nonilfenol etoxilado. Ácidos grasos polioxietilenados : ácido oleico etoxilado. Derivados de óxidos de etileno y propileno : alcohol graso etoxilado ó propoxilado Amidas de ácidos grasos polioxietilenados : lauril dietanolamida polioxietilenada. Aminas grasas polioxietilenadas : laurilamina polioxietilenada. Ésteres de ácidos grasos: monoestearato de etilenglicol. Alcanolamidas: lauril monoetanolamida. Derivados de azúcar: monolaurato de sacarosa. Ésteres de ácidos grasos derivados del sorbitol: laurato de sorbitán

2.1.3.5

Otros surfactantes

“Surfactantes siliconados. El carácter hidrófobo de las polisiliconas es bien conocido. Si se introducen grupos de organosiliconados en una molécula de surfactante, se aumenta el carácter hidrófobo de éste. Como consecuencia se puede fabricar una cola lipofílica siliconada más corta que su equivalente hidrocarbonado.

Se consiguen prácticamente todos los equivalentes siliconados reemplazando varios átomos de carbono por uno de silicio:

21

Gráfico N ° 7 : Formación de una estructura siliconada

Fuente: http://www.firp.ula.ve/cuadernos/S300A.pdf Elaborado por: Roberto Montenegro

Muchos de estos surfactantes pueden cristalizarse en acetona y por tanto obtenerse en forma muy pura.

Surfactantes fluorados. La sustitución de átomos de hidrógeno en la cadena hidrocarbonada por átomos de flúor produce compuestos que se llaman fluorocarburos.

Se conocen las propiedades extraordinarias de los fluorocarburos como el politetra fluoroetileno, más conocido como TEFLON: muy alta pasividad química, mecánica y térmica, muy baja energía por tanto muy fuerte hidrofobicidad. La introducción de hidrocarburos perfluorados en las partes lipofílicas de los surfactantes aumenta el carácter hidrófobo y disminuye la reactividad química.

El método más utilizado para preparar estos surfactantes perfluorados consiste en polimerizar el tetrafluoroetileno en presencia de metanol, para de obtener un alcohol.

22

Gráfico N ° 8 : Surfactante perflourado


Se oxida enseguida el alcohol para obtener un ácido carboxílico, o bien otros grupos hidrofílicos como sulfatos, aminas o fosfatos.

El ácido perfluorado en C5 (n = 2) forma una sal de sodio que posee buenas propiedades surfactantes. Esto no debe sorprender, si se observa que la presencia de 8 átomos de fluor resulta en un peso molecular vecino al del palmitato de sodio. Las sales de ácidos carboxílicos perfluorados son surfactantes cuando ellos poseen entre 5 y 8 átomos de carbono. Estas sales se encuentran más disociadas que sus equivalentes hidrocarbonados y soportan mucho mejor altas salinidades y los electrólitos divalentes. Ellos son sin embargo mucho más caros y su utilización se justifica solamente en casos particulares.

Los carboxilatos y los sulfonatos perfluorados forman monocapas con menos interacciones laterales que sus equivalentes hidrocarbonados.

Ellos son capaces de volver las superficies no mojables a la vez al agua y a los solventes orgánicos. Ellos producen tensiones superficiales del orden de 15-20 dinas/cm, más bajas que las producidas por los jabones.

Surfactantes poliméricos o polímeros surfactantes. Es evidente que se puede imaginar que una macromolécula posee una estructura anfifílica. Los asfaltenos 23

contenidos en el petróleo poseen tanto grupos polares como grupos apolares. Sin embargo la posición de las diferentes partes no está tan bien definida como dentro de las moléculas pequeñas.

Hay dos tipos de configuración de base: el tipo bloque y el tipo injerto. En el esquema que sigue se designa por H y L los agrupamientos o eslabones hidrofílicos y lipofílicos.

Gráfico N ° 9 : Diferencia estructural entre un polímero de bloque y uno tipo


En el primer caso los eslabones hidrofílicos se acoplan entre ellos para formar un grupo hidrofílico, y los eslabones lipofílicos hacen lo mismo. Se tiene por tanto un surfactante macromolecular pero con zonas bien definidas.

El polímero bloque más conocido es el copolímero óxido de etileno - óxido de propileno. Sin embargo no se puede decir que estos grupos están completamente separados ya que existe un solo grupo metileno de diferencia entre ellos aunque uno sea hidrofílico mientras el otro sea lipofílico. Gráfico N ° 10 : Copolímero de óxido de etileno y óxido de propileno


24

Estos surfactantes se venden como agentes humectantes y detergentes y como aditivos de deshidratación de petróleo.

La mayoría de los polímeros surfactantes naturales son del segundo tipo, al igual que muchos de los productos de síntesis. Muchas moléculas de polielectrólitos poseen la estructura injerto, aunque ellos no son estrictamente surfactantes o no son utilizados como tales. De todas maneras se observa que estos polielectrolitos hidrosolubles o hidrodispersables se utilizan a menudo como aditivos por sus propiedades coloidales como agentes anti-redeposición o agentes viscosantes (carboximetil celulosa, ácido poliacrílico y sus derivados). Gráfico N ° 11 : Carboximetil celulosa


Existe una gran variedad de polímeros surfactantes del tipo injerto. Para fabricarlos es suficiente producir un polímetro con eslabones lipofílicos susceptibles de aceptar un grupo hidrofílico. Gráfico N ° 12 : Copolímero ácido maléico-estireno

Fuente: http://www.firp.ula.ve/cuadernos/S300A.pdf Elaborado por: Roberto Montenegro 25

El grupo anhídrido puede reaccionar con el agua, un alcohol, una amina, un ácido, etc., de manera de producir un grupo hidrofílico.

Se puede también formar policarboxilatos por policondensación de un alquil fenol y del ácido salicílico con el formol. Gráfico N ° 13 : Policarboxilato


Se puede también sulfatar polímeros que contienen anillos aromáticos o grupos alcoholfenol. En el caso del caucho BSR (butadieno-estireno) el grado de sulfonación permite ajustar la hidrofilicidad. Gráfico N ° 14 : Polímero butadieno-estireno


Se puede también adicionar grupos polióxido de etileno sulfato o éter sulfato a resinas de condensación (alquil) fenol-formol. Estos productos se utilizan como agentes de ruptura de emulsiones de petróleo.

26

Gráfico N ° 15 : Oxietilenación de una resina tipo fenol-formol


Se puede también fabricar polímeros de carácter catiónico, por ejemplo los polivinil piridinas o pirrolidonas.

Gráfico N ° 16 : Polivinil piridina / Polivinilpirrolidona


Polímeros de asociación. Se conoce que los surfacatantes se asocian en solución formando micelas, y en ciertas condiciones cristales líquidos y microemulsiones.

27

Los fosfolípidos son moléculas anfifílicas que poseen una fuerte tendencia a la asociación bidimensional bajo forma de una doble capa. Estas dobles capas forman la parte estructural de las membranas celulares vegetales y animales.

Uno de los fosfolípidos más conocidos es la lecitina. Gráfico N ° 17 : Lauril-esteraril a-lecitina


La lecitina y demás fosfolípidos son los elementos estructurales de las membranas celulares de plantas y animales. Las membranas son bi-capas de fosfolípidos asociados por la parte lipofílica.”6 Gráfico N ° 18 : Bicapa lipídica


6

http://www.firp.ula.ve/cuadernos/S300A.pdf 28

2.1.4

Usos de los tensoactivos

Desde hace 10 años el mercado se reparte de la siguiente manera:

“33% Jabones, carboxilatos, lignosulfonatos, donde: • 50% jabones de uso doméstico • 35% otros ácidos de uso industrial. 22% Detergentes sintéticos del tipo sulfonato o sulfato, donde: • 50% uso doméstico (polvos, líquidos) • 17% industria petrolera • 7% aditivos de cementos • 4% agro-alimentos • 3% cosméticos, productos farmacéuticos 40% No iónicos etoxilados o etoxisulfatos, donde: • 40% alcoholes etoxilados • 20% alquil fenol etoxilados • 15% éteres de ácidos grasos • 10% derivados de aminas o de amidas 4% Catiónicos, sobre todo amonios cuaternario 1% Anfóteros, sobre todo betaínas y derivados de aminoácidos.”7

“Los surfactantes poliméricos no se reportan en general como surfactantes y por lo tanto no entran dentro de las estadísticas correspondientes. Se puede estimar que representan un 2% del total, limitándose a las resinas sulfonadas o etoxiladas y a los copolímeros bloque de óxido de etileno o de óxido de propileno. Si se toman en cuenta los polímeros

7


hidrofílicos de tipo carboximetilcelulosa y otros polisacáridos, se obtendría una cifra más elevada, pero estos últimos, en general, no se utilizan por sus propiedades surfactantes, sino como aditivos en formulaciones diferentes.”8

2.1.5

Detergentes

Los detergentes son mezcla de sustancias que permiten modificar la tensión superficial del agua para poder eliminar la suciedad de las superficies, así como mantener los residuos en suspensión. Así mismo, deben tener buenas propiedades de enjuague, de tal manera que se eliminen fácilmente del equipo los residuos de suciedad y detergente.

El objeto por la cual aplicamos la solución detergente es el de desprender la capa de suciedad y mantenerlos en suspensión. Y el objeto del enjuague es el de eliminar la suciedad desprendida y los residuos de detergentes.

El componente activo de un detergente es similar al de un jabón, su molécula tiene también una larga cadena hidrófoba y una polar hidrófila. Normalmente es un producto sintético derivado del petróleo. Una de las razonas por las que los detergentes han desplazado a los jabones es que se comportan mejor que estos en aguas duras. En 1907 una compañía alemana fabricó el primer detergente al añadirle al jabón tradicional perborato sódico, silicato sódico y carbonato sódico. El nombre elegido fue: PERSIL (PERborato + SILicato).

8


Las propiedades generales de un detergente o agente limpiador son:

• Buena solubilidad. • Propiedad de ablandamiento del agua. • Acción humectante. • Acción emulsionante de la grasa. • Acción solvente de los sólidos que se desean limpiar. • Excelente dispersión o suspensión. • Excelentes propiedades de enjuague.

Los detergentes tienen la ventaja, sobre los jabones, de formar sales de calcio y de magnesio solubles en agua, por lo que no forman coágulos al usarlos con aguas duras. Además como el ácido correspondiente de los sulfatos ácidos de alquilo es fuerte, sus sales (detergentes) son neutras en agua.

Los detergentes sintéticos contienen sustancias surfactantes que ayudan en la penetración, remojo, emulsificación, dispersión, solubilización y formación de espuma. Todo esto ocurre en las interfases sólido-líquido y líquido-líquido.

“La mayoría de los detergentes sintéticos son contaminantes persistentes debido a que no son descompuestos fácilmente por la acción bacteriana. A los detergentes que no son biodegradables se les llama detergentes duros y a los degradables, detergentes blandos.”9

9

http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/20agua.html 31

2.1.6

Tipos de detergentes

2.1.6.1

Clasificación química de los detergentes

2.1.6.1.1

Detergentes alcalinos.

La alta alcalinidad de estos detergentes ayuda a abrir la fibra, permitiendo una mejor humectación de la misma, además saponifica las grasas y las hace fácilmente solubles en el medio acuoso, permitiendo de esta manera la remoción de manchas difíciles.

“Existen en el mercado varios compuestos alcalinos de los cuales se mencionan algunos ejemplos:

Sosa cáustica. Se usa para remover la suciedad y saponificar la grasa, también se usa como germicida en el lavado mecánico de botellas. No se recomienda en el lavado de equipo y utensilios por su intensa acción corrosiva. Se considera peligroso para el personal de limpieza.

Sesquisilicato de sodio. Se usa cuando hay que remover gran cantidad de materia saponificada. Es muy efectivo cuando el agua tiene alto contenido de bicarbonato.

Fosfato trisódico. No debe usarse en solución muy caliente cuando haya que limpiar el aluminio o el estaño, ya que puede dañarlos. A su uso debe seguir un enjuague minucioso con agua.

32

Carbonato de sodio. No es un buen agente limpiador cuando se usa solo, su actividad germicida es muy limitada, forma escamas en las aguas duras.

Bicarbonato de sodio. Se usa conjuntamente con los limpiadores fuertes por su actividad neutralizante o ajustadora de acidez.

Sesquicarbonato de sodio. Tiene excelente propiedad ablandadora del agua. No es muy irritante a la piel.

Tetraborato sódico (Bórax). Su uso se limita al lavado de las manos.

2.1.6.1.2

Detergentes ácidos.

Se considera una excelente práctica sanitaria en la limpieza de tanques de almacenamiento, clarificadores, tanques de pesaje y otros equipos y utensilios. El uso de limpiadores ácidos, alternados con soluciones alcalinas logra la eliminación de olores indeseables y disminución de la cuenta microbiana.

Los ácidos que se usan con más frecuencia como limpiadores generales son:

Ácido glucónico. Corroe el estaño y el hierro menos que el ácido cítrico, tartárico y fosfórico.

Ácido sulfónico. Actúa en la remoción de escamas en los tanques de almacenamiento, evaporadores, precalentadores pasteurizadores y equipo similar.

33

2.1.6.1.3

Detergentes a base de polifosfatos.

Pirofosfato tetrasódico. Tiene la ventaja de ser más eficaz en condiciones de alta temperatura y alcalinidad, su disolución es lenta en agua fría.

Tripolifosfato y tetrafosfato de sodio. Muy soluble en agua caliente, muy efectivos en uso general.

Hexametafosfato de sodio. Es muy caro, disminuye su efecto en presencia de agua dura por lo que su uso es limitado.”10

2.1.6.2

Clasificación ecológica de los detergentes

2.1.6.2.1

Detergentes blandos. Llamados detergentes biodegradables ya

que se degradan mucho más rápidamente, eso quiere decir que son biológicamente suaves. Esos detergentes fueron introducidos en reemplazo a los detergentes duros, ya que tienen menor incidencia ambiental sobre las aguas, lo componen los aquilbencenos de cadena lineal o recta; los materiales duros basados en el propileno tetrámero han sido ya reemplazados por los aquilbencenosulfonatos suaves en la mayoría de los mercados mundiales.

2.1.6.2.2

Detergentes duros. Llamados detergentes no biodegradables ya

que no son descompuestos fácilmente por la acción bacteriana, lo que quiere decir que tienen una lenta degradación biológica, debido al grupo alquilo

10

http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/documentos/capitulo8.html 34

altamente ramificado, basado en el propileno tetrámero. Esto quiere decir que una significativa proporción de ABS sódico que va a los desagües domésticos sobrevive al tratamiento de aguas residuales y en los ríos, un ejemplo de esos detergentes son los aquilbencenosulfonatos de cadena ramificada.

2.1.7

Composición de un detergente

Entre los componentes de un detergente podemos encontrar:

2.1.7.1

Agentes tensoactivos o surfactante

Aniónicos Catiónicos No-Iónicos Anfotéricos

2.1.7.2

Agentes coadyuvantes. Ayudan al agente tensoactivo en su labor

Polifosfatos: Actúan como ablandadores y antirredepositantes lo que permite lavar en aguas duras.

Silicatos solubles: ablandan el agua, y actúan como antioxidantes.

Carbonatos: ablandan el agua y basifican el medio.

Perboratos: Libera oxígeno que actúa como blanqueador.

35

2.1.7.3

Agentes auxiliares

Sulfato de sodio: evita que el polvo se apelmace facilitando su manejo y además se lo usa como producto de relleno.

Blanqueadores ópticos: absorben luz ultravioleta y emiten luz visible azul. Contrarresta la tendencia natural de la ropa a ponerse amarilla.

Enzimas: Son proteínas bacterianas que rompen moléculas de polímeros hasta oligómeros o monómeros, entre estas tenemos: proteasas (degradan las proteínas), amilasas (degradan los carbohidratos) y las lipasas (degradan las grasas).

Carboximetilcelulosa: Actúa como antirredepositante.

Estabilizadores de espuma. Son sustancias químicas que se agregan al detergente para producir un efecto estabilizador de espuma.

Conservantes: aditivos usados para mantener la estabilidad del producto y evitar su contaminación bacteriana (detergentes líquidos).

Espesantes: sustancias que aumentan la viscosidad, es decir, la resistencia del producto a fluir libremente. El cloruro de sodio (la sal común) es uno de los espesantes empleados en la fabricación de detergentes (detergentes líquidos).

36

Colorantes. Son moléculas que contienen grupos químicos cromóforos, es decir grupos portadores de color. Estas substancias se utilizan para dar coloraciones a ciertos detergentes, para mejorar su apariencia.

Perfumes. Son compuestos naturales o sintéticos que se agregan a los detergentes para darle un olor agradable.

Tabla N ° 4 : Composición aproximada de un detergente en polvo

Tensoactivo Polifosfato + silicato Perborato sódico Fluorescente Sulfato sódico Enzimas Agua

(~15%) (~30%) (~20%) (~0,1%) (~20%) (~0,5%) (~15%)

Fuente: http://ciencianet.com/detergente.html Elaborado por: Roberto Montenegro

2.2

Contaminación del agua

2.2.1

Contaminación del agua por detergentes

El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino más bien nociva.

37

La incorporación al agua de materias extrañas, como microorganismos, productos químicos, residuos industriales, detergentes no biodegradables deteriora la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos.

Anteriormente el lavado doméstico se realizaba principalmente a base de jabón, no causaba una contaminación sensible en las aguas. El exceso de jabón se precipitaba en forma de sales cálcicas de los ácidos grasos arrastrando consigo la parte de la suciedad no soluble y formando emulsiones. Posteriormente han cambiado en forma radical las características exigidas a los detergentes domésticos, esto se debe a que las fibras sintéticas deben ser lavadas en condiciones totalmente distintas y, especialmente al cambio casi total del lavado a mano a las lavadoras de tambor debido a su comodidad, y que requieren nuevas funciones y efectos en los detergentes.

Con la introducción de los detergentes sintéticos se produjo una situación gravemente amenazadora, las sustancias activas utilizadas no se degradaban biológicamente con suficiente rapidez. y se acumulaban en los ríos y producían en muchos lugares capas de espuma de varios metros de altura, que no solo afectaban la navegación, sino que afectaban grandemente a los procesos de autolimpieza de las aguas.

El origen de la espuma se debía a que el porcentaje de degradación de los surfactantes de los detergentes no cumplía con las normas exigidas por la RFA, por lo que la industria de los detergentes hubo que pasarse rápidamente a los detergentes biológicamente inocuos, sin que ello incidiera en el efecto limpiador ni en los precios.

38

Se alteró la estructura química de los surfactantes, haciéndolos más vulnerables a las bacterias. La alteración fue la sustitución de las cadenas ramificadas por cadenas lineales.

Sin embargo, desde otras perspectivas han resultado efectos perjudiciales en las aguas, especialmente en los lagos, por lo que el empleo masivo de detergentes en múltiples actividades humanas genera un particular tipo de contaminación motivo de innumerables perjuicios a la calidad de las aguas y al funcionamiento de las estaciones de tratamiento, tanto de aguas blancas como de aguas residuales.

2.2.2

Causas de contaminación del agua por parte de los detergentes

Las fuentes de la contaminación del agua a causa de los detergentes están clasificadas y pueden ser puntuales (descargas industriales) y no puntuales (descargas domésticas), a continuación se detallan las causas de contaminación por parte de los detergentes:

2.2.2.1

Formación de espumas: La formación de espumas se debe a la

presencia de residuos de tensoactivos, lo cual es más abundante en presencia de sales de calcio y aun mayor cuando existen proteínas en el medio. Ello provoca problemas de operación en las plantas de tratamiento de agua, afecta la sedimentación primaria ya que engloba partículas haciendo que la sedimentación sea más lenta, dificulta la dilución de oxígeno atmosférico en agua y recubre las superficies de trabajo con sedimentos que contienen altas concentraciones de surfactantes, grasas, proteínas y lodos.

2.2.2.2

Inhibición de la oxidación: Un contenido de 30 mg/L de detergentes

inhibe totalmente la actividad de bacterias celulolíticas.

39

2.2.2.3

Alteración de la transferencia y la disolución del oxígeno: Forman una

capa superficial protectora que dificulta la renovación del oxígeno disuelto en la interfase aire-agua y, en consecuencia, limitan la autodepuración de las corrientes de agua.

2.2.2.4

Interferencia de la sedimentación primaria: Los detergentes actúan de

distinta manera según el grosor de las partículas en suspensión. La presencia de agentes tensoactivos aumenta la velocidad de caída de las partículas superiores a 25 micras. También es preciso señalar que ciertas sales minerales que forman parte de los detergentes pueden ejercer una posible acción sobre la sedimentación.

2.2.2.5

Disminución del rendimiento de los procesos de tratamiento

biológico: Este fenómeno es más evidente en lodos activados que en biofiltros, lo cual se debe a interferencia en procesos de oxidación, sedimentación etc.

2.2.2.6

Acción sobre la flora nitrificante: Los detergentes aniónicos del tipo

aquilbencensulfonatos y alquilarilfulfonatos a la dosis de 6-12 mg/L tienen una acción marcada sobre la flora nitrificante. Dosis de 50-60 mg/L causan una inhibición total de estos fermentos. Dosis de 120 mg/L imposibilitan el desarrollo de algas.

2.2.2.7

Alteración de la permeabilidad de los suelos: La penetración de

microorganismos en las aguas subterráneas se da con mayor facilidad: Los detergentes facilitan el desplazamiento de bacilocoliformes.

40

2.2.2.8

Alteración del olor y el sabor de las aguas de consumo público: Se

necesitan detergentes en grandes cantidades para comunicar olor desagradable al agua (olor a pescado), del orden de 50 mg/L. El umbral del sabor es frecuente situarlo en 40 mg/L.

2.2.2.9

Posibilidad de ejercer efectos tóxicos: El Aquilbencensulfonato puede

ser consumido en concentraciones mucho más altas que las presentes en las aguas de bebida sin producir a largo plazo efectos fisiológicos. Ratas mantenidas durante dos años con 2000, 1000 y 200 ppm en la dieta no han presentado alteraciones en el crecimiento, cuadro hemático, peso, examen microscópico, tejidos, etc.

2.2.2.10

Eutroficación: Es un excesivo crecimiento de las plantas acuáticas

debido a un exceso de nutrientes tales como fosfatos, éstas tienden a cubrir la superficie del cuerpo de agua, impidiendo el libre intercambio de oxígeno y bióxido de carbono; al morir estas plantas, se descomponen en el lago consumiendo el oxígeno presente. Al cabo de un tiempo ya no hay oxígeno disponible y la descomposición tiene que hacerse de forma anaerobia, esto es, en ausencia de oxígeno, dando por consecuencia productos secundarios como metano, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y otros compuestos que le confieren al cuerpo de agua un olor desagradable.

2.2.2.11

Efectos de enzimas activas: algunos detergentes contienen enzimas, las

cuales atacan sustratos orgánicos específicos, el problema se presenta al usar un exceso de estos detergentes, con lo cual se desechan enzimas activas al drenaje, las cuales al llegar a los cuerpos de agua pueden provocar daños en los seres vivos presentes en éstos, por acción directa sobre ellos o sobre los nutrientes que componen su dieta alimenticia.

41

2.2.2.12

Otros efectos: entre otros efectos secundarios producidos por los

detergentes es que afectan procesos de tratamiento de las aguas residuales, por ejemplo: cambios en la demanda bioquímica de oxígeno y en los sólidos suspendidos, efectos corrosivos en algunas partes mecánicas de las plantas de tratamiento, interferencias en el proceso de cloración y en la determinación de oxígeno disuelto.

2.2.3

Tipos de contaminantes del agua por parte de los detergentes

2.2.3.1

Fósforo total. Es un nutriente esencial para la vida. Su exceso en el agua

provoca eutroficación.

“El fósforo total incluye distintos compuestos como diversos ortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico. La determinación se hace convirtiendo todos ellos en ortofosfatos que son los que se determinan por análisis químico.”11

2.2.3.2

Tensoactivos. Especialmente los llamados biológicamente duros

permanecen en el ambiente por mucho tiempo, lo cual provoca graves consecuencias ecológicas ya sea en forma directa o indirecta.

2.2.3.3

Compuestos orgánicos. Los fenoles pueden estar en el agua como

subproductos de degradación de ciertos tensoactivos y cuando reaccionan con el cloro que se añade como desinfectante forman clorofenoles que son un serio problema porque dan al agua muy mal olor y sabor.

11

http://www1.ceit.es/Asignaturas/Ecologia/Hipertexto/11CAgu/100CoAcu.htm 42

2.2.3.4

Colorantes. Hay ciertos colorantes que son de difícil degradación, o

cuya molécula interfiere con la actividad bacteriana.

2.2.3.5

Enzimas. Ciertos tipos de enzimas pueden ser nocivas para las bacterias

biodegradadotas, como las lipasas que pueden llegar a atacar a los lípidos bacterianos.

2.2.3.6

Antiespumantes. Existe cierto tipo de antiespumantes especialmente los

siliconados que son de difícil degradación y que pueden llegar a formar películas aceitosas sobre el agua, con lo cual impiden la aireación del agua.

2.2.3.7

Quelantes. Se los utiliza para eliminar la dureza del agua. Se denomina

agua dura a aquella que contiene cantidades apreciables de compuestos de calcio y/o magnesio,

en

disolución.

Algunos

quelantes

como

el

EDTA

(ácido

etilendiaminitetraacético) puede producir hemólisis en los peces, provocándole asfixia y hasta la muerte.

2.2.4

Incidencia ambiental de los detergentes sobre el medio acuático

El uso indiscriminado de los detergentes no biodegradables ha provocado serios problemas sobre el medio ambiente alterando el delicado equilibrio de los diversos ecosistemas integrado por organismos productores, consumidores y desintegradores que interactúan con componentes sin vida originando un intercambio cíclico de materiales.

El problema sobre el medio acuático se origina cuando el hombre empieza a verter sus desechos en ríos y lagos, entre ellos están los detergentes sintéticos, que fueron introducidos a partir de la segunda guerra mundial, en reemplazo a los jabones, ya que los detergentes tiene un mejor comportamiento en aguas duras.

43

Las fuentes de contaminación a causa de los detergentes pueden ser: de aguas residuales urbanas que se originan en el lavado de ropa o doméstico o aguas residuales industriales que originan en los procesos de producción en el que requieren detergente entre ellos esta la industria textil, etc.

Uno de los principales problemas que causa el uso de detergentes, es que los de tipo comercial deben contener ciertos aditivos que se pueden convertir en graves contaminantes del agua. Entre los principales aditivos están pequeñas cantidades de perfumes, blanqueadores, abrillantadores ópticos, y los agentes espumantes; es importante recalcar que la producción de espuma de un detergente está determinada por el tipo de tensoactivo que éste contenga, así de este modo, los tensoactivos aniónicos son los que producen más cantidad de espuma, luego los tensoactivos catiónicos y por último los tensoactivos no iónicos que producen en general menor cantidad de espuma, además de que la formación de espuma es ayudada por ciertos aditivos espumantes que se agregan a la fórmula, ya que la gente tiende a relacionar la capacidad limpiadora con la cantidad de espuma, aunque la producción de espuma no tiene nada que ver con la eficacia del detergente.

Los tensoactivos al ser arrojados a los lagos y ríos provocan la disminución de la solubilidad del oxígeno disuelto en el agua con lo cual se dificulta la vida acuática. Además, en la aves quitan la grasa de las plumas provocando que se escape el aire aislante de entre las plumas y que se mojen, lo cual puede ocasionarles la muerte por frío o porque se ahogan, de manera semejante como les ocurre con los derrames de petróleo en el mar.

44

Además de los antes mencionados, el principal aditivo de los detergentes especialmente en polvo es un compuesto llamado tripolifosfato de sodio, al que se le denomina en forma genérica como fosfato.

“Actualmente se encuentran en el mercado los llamados detergentes antibacteriales, los cuales contienen agentes bactericidas, esto en parte es bueno pero si se usa este detergente en exceso, entonces el agente bactericida llega a los cuerpos de agua y mata una buena proporción de los microorganismos presentes en éste, disminuyendo la capacidad de los microorganismos para degradar al detergente.”12

Hasta 1970 un detergente típico de lavandería de gran potencia contenía 50% de tripolifosfato de sodio (fosfato) y sólo un 18% de LAS (Dickson, 1980), desde entonces algunos fabricantes han reducido el porcentaje de fosfatos. El aditivo de fosfato (tripolifosfato de sodio) se le conoce como formador.

El inconveniente empieza cuando ya se ha desechado el detergente fosfatado, los fosfatos son arrastrados por el drenaje y la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas negras no están diseñadas para eliminar fosfatos y por lo tanto, éstos pasan al medio ambiente acuático a través del efluente de las agua negras. Se calcula que alrededor del 50% de los fosfatos de las aguas negras provienen de los detergentes, el porcentaje restante se deriva de compuestos fosforosos de desechos humanos y animales y fertilizantes de fosfato.

Los fosfatos son elementos nutritivos para algas y plantas acuáticas, el problema es cuando hay exceso de nutrientes lo que provoca la eutroficación. A los peces les

12

http://www.monografias.com/trabajos5/contvalen/contvalen.shtml 45

produce lesiones en las branquias, dificultándoles la respiración y provocando la muerte.

2.2.5

Eutroficación

“La palabra eutroficación se deriva del griego euthophos = bien alimentado.”13

“Un río, un lago o un embalse sufren eutroficación cuando sus aguas se enriquecen en nutrientes. Podría parecer a primera vista que es bueno que las aguas estén bien repletas de nutrientes, porque así podrían vivir más fácilmente los seres vivos. Pero la situación no es tan sencilla. El problema está en que si hay exceso de nutrientes crecen en abundancia las plantas y otros organismos. Más tarde, cuando mueren, se pudren y llenan el agua de malos olores y le dan un aspecto nauseabundo, disminuyendo drásticamente su calidad.

El proceso de putrefacción consume una gran cantidad del oxígeno disuelto y las aguas dejan de ser aptas para la mayor parte de los seres vivos. El resultado final es un ecosistema destruido.

2.2.5.1

Agua eutrófica y oligotrófica

Cuando un lago embalse es pobre en nutrientes (oligotrófico) tiene las aguas claras, la luz penetra bien, el crecimiento de las algas es pequeño y mantiene a pocos animales. Las plantas y animales que se encuentran son los característicos de aguas bien oxigenadas como las truchas. 13

SEOANEZ, Mariano, “Ingeniería del medio ambiente”, Ed. Mundi – Prensa, Coedición, Madrid España, 1996, pág. 379. 46

Al ir cargándose de nutrientes el lago se convierte en eutrófico. Crecen las algas en gran cantidad con lo que el agua se enturbia. Las algas y otros organismos, cuando mueren, son descompuestos por la actividad de las bacterias con lo que se gasta el oxígeno. No pueden vivir peces que necesitan aguas ricas en oxígeno, por eso en un lago de estas características encontraremos barbos, percas y otros organismos de aguas poco ventiladas. En algunos casos se producirán putrefacciones anaeróbicas acompañadas de malos olores Las aguas son turbias y de poca calidad desde el punto de vista del consumo humano o de su uso para actividades deportivas. El fondo del lago se va rellenando de sedimentos y su profundidad va disminuyendo.”14

2.2.5.2

Cambios que ocurren con la eutroficación15

2.2.5.2.1

Cambios biológicos

•

Aumenta considerablemente el fitoplancton. Las algas verde-azules se desarrollan espectacularmente mientras que las de otros tipos desaparecen.

•

Aumenta la actividad bacteriana.

•

Los animales acuáticos enferman y mueren.

2.2.5.2.2

•

Cambios físicos

Los restos de plantas y animales muertos se acumulan en los fondos, frenando la circulación del agua.

14

15

http://www.estrulan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=918 http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/20agua.html 47

•

El agua se torna parda y maloliente. Cambia de color: rojo, verde, amarillo o pardo.

2.2.5.2.3

•

Cambios químicos

El oxígeno disuelto baja de alrededor de 9 mg/L a 4 mg/L lo cual afecta negativamente y de inmediato a los organismos. Cuando el nivel baja a 2 mg/L todos los animales han muerto. Hay una significativa elevación de la DBO.

•

La concentración de compuestos nitrogenados, fosfatados se incrementa, así como la de otros elementos químicos.

2.2.5.3

Medidas para evitar la eutroficación por parte de los detergentes

Lo más eficaz para luchar contra este tipo de contaminación es disminuir la cantidad de fosfatos los vertidos, usando detergentes con baja proporción de fosfatos.

“Usar un tratamiento avanzado de los desechos para remover los fosfatos provenientes de las plantas industriales y de tratamiento antes de que lleguen a un lago.”16

Tratar las aguas residuales en estaciones depuradoras de aguas residuales que incluyan tratamientos biológicos y químicos que eliminan el fósforo.

Plantar árboles entre sus campos y aguas superficiales.

16

http://www.monografias.com/trabajos5/contvalen/contvalen.shtml 48

2.3

Biodegradabilidad

“El término biodegradable y no biodegradable se establece por la propiedad de rapidez de la degradación, es decir, no hay sustancias orgánicas no biodegradables en forma absoluta, lo que existe son sustancias de rápida biodegradabilidad y de lenta biodegradabilidad.”17

“La biodegradación es la ruptura molecular de un sustrato orgánico, resultante de la acción enzimática de microorganismos vivos que usan este sustrato como alimento.

La biodegradación primaria implica un grado de biodegradación del sustrato suficiente como para que desaparezcan las propiedades características de la molécula intacta. En el caso de tensoactivos, esto ha sido medido como pérdida de su capacidad como agente espumígeno o como reductor de la tensión superficial.

La biodegradabilidad avanzada se alcanza cuando la molécula del sustrato se divide en segmentos más pequeños.

La biodegradación final o última es la que se produce a través de una secuencia de ataques enzimáticos para reducir el sustrato a la estructura más simple posible. En los sistemas aeróbicos, se generan CO2, H2O y sales minerales de otros elementos presentes. En los sistemas anaeróbicos, en los que el ataque microbiano ocurre en ausencia de oxígeno disuelto, se genera también metano junto a los productos antes mencionados.”18

17 18

MORALES, Nelson, “Guía del textil en el acabado II”, 2da edición, Gráficas – Planeta, 1998, pág. 52. http://www.cepis.ops-oms.org/eswww/repamar/gtzproye/impacto/anexo4.html 49

“El problema industrial de la biodegradación tiene una gran importancia, ya que los detergentes, jabones y en general cualquier producto residual arrojado a los ríos por las fábricas que utilizan productos químicos, contaminan las aguas y pueden llegar a destruir su fauna y flora; si el producto es biodegradable en las aguas del río por las bacterias existentes en el mismo, no ocasiona ningún efecto perjudicial.”19

Existen tensoactivos que a pesar de tener una alta biodegradabilidad primaria, producen metabolitos tóxicos que siguen afectando al medio ambiente, característica que hay que tener en cuenta antes que calificar un tensoactivo como ecológicamente seguro.

2.3.1

Acción bacteriana sobre los tensoactivos

Hay tres procedimientos de acción de las bacterias sobre los productos aquil bencénicos que son:

19

ƒ

Betaoxidación

ƒ

Oxidación metílica

ƒ

Oxidación de anillos aromáticos

http://www.infojardin.net/glosario/basal/biodegradable.htm 50

2.3.1.1

Betaoxidación

“La cadena de un ácido graso es oxidada, convirtiendo 2 carbones a la vez, en radicales acetílicos que son usados por la célula como fuente de energía.

R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CO.OH + HSCoA

======►

======►

R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CO.SCoA + H2O

======►

======►

R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CO.SCoA + 2H + H2O ===► O ‫׀׀‬

======►

R – CH2 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CO.SCoA

======►

R – CH2 – CH2 – CH2 – C – CH2 – CO.SCoA + 2H

======►

‫׀׀‬ O + HSCoA ======► R – CH2 – CH2 – CH2 – CO.SCoA + CH3 – CO.SCoA

1

2 (Dos Carbones)

¨ACIDO ACETICO ACTIVADO¨ HSCoA: COENZIMA A.

51

2.3.1.2

Oxidación metílica. El grupo metílico (CH3) terminal de la sección

lipofílica es oxidado bioquímicamente a un grupo carboxílico, que posteriormente es degradado por oxidación en la forma antes mencionada.

R – CH2 – CH2 – CH3 + O3

R – CH2 – CH2 – CH2 + OOH

R – CH2 – CH2 – CO.H

R – CH2 – CH2 – CO.OH

β OXIDACIÓN

2.3.1.3

Oxidación de anillos aromáticos C2H

COOH

OH OH

CH2 COOH

COOH

COOH

CO

O=C

COOH

H2C

COOH C2H

52

El ácido benzoico pasa por oxidación a ORTO DIHIDRO BENCENO y rompe el anillo formado por dos anillos carboxílicos que posteriormente se degradan por oxidación.”20

2.3.2

Detergentes biodegradables

Los detergentes biodegradables son los que se descomponen o desintegran a productos inocuos más o menos rápidamente por la acción de los microorganismos, generalmente aerobios y anaerobios. Esos detergentes fueron introducidos en reemplazo a los detergentes no biodegradables, ya que presentan la garantía de menos contaminación sobre el medio ambiente.

Los detergentes luego de degradarse vuelven a su ciclo natural. La biodegradabilidad es la rapidez o velocidad de degradación con las que las bacterias descomponen a los detergentes.

La biodegradabilidad de los detergentes depende de su estructura química, que generalmente lo compone el tensoactivo. Los detergentes que usan tensoactivos de cadena ramificada, como los aquilbencensulfonatos de cadena ramificada (ABS) que son biológicamente duros, fueron los primeros en introducirse al mercado en reemplazo a los jabones tienen muy baja biodegradabilidad ya que se degradaban con bastante lentitud y causaban efectos negativos sobre el medio ambiente, ellos fueron posteriormente reemplazados por detergentes que usaban tensoactivos de cadena lineal como los aquilbecensulfonatos de cadena lineal (LAS) que son biológicamente suaves, ya que tenían mayor rapidez para biodegradarse por lo que su efecto sobre el medio ambiente era menor. 20

MORALES, Nelson, “Guía del textil en el acabado II”, 2da edición, Gráficas – Planeta, 1998, págs. 52, 53, 54. 53

La biodegradabilidad de los tensoactivos la efectúan los microorganismos presentes en las aguas naturales por:

Oxidación bioquímica. Hidrólisis.

En la actualidad organismos ambientales, mediante legislaciones, obligan a las empresas a producir detergentes con parámetros de biodegradabilidad de un 80% en un plazo inferior a los 19 días, todo depende de la legislación de cada país, por lo que las empresas se encuentran obligadas a realizar producciones de detergentes que sean biodegradables.

2.3.3

Clasificación de los tensoactivos de acuerdo a su biodegradabilidad

2.3.3.1

Alquil aril sulfonatos

“Estos tensoactivos no cumplen con el porcentaje de degradación descriptos por algunas normas europeas para los detergentes de uso doméstico e industrial. Aunque la degradación biológica primaria alcanza un 90%, desde el punto de vista ecológico son contaminantes. Si bien el radical sulfónico por acción bacteriana se mineraliza, la parte orgánica, especialmente el núcleo arilo, es fuertemente resistente a la degradación biológica.

54

2.3.3.2

Nonil fenoles oxietilenados

Esta familia de tensoactivos es biológicamente degradada en la cadena hidrofílica (etoxilada), mientras que la cadena cíclica-parafínica (hidrófoba) es extraordinariamente resistente a la biodegradabilidad, especialmente el núcleo cíclico de estructura fenólica. La degradación biológica total del noníl fenol con 8-9 MOE es del orden del 40 al 50 % siendo considerado ecológicamente agente contaminante, razón por la cual las naciones desarrolladas están tomando serias medidas respecto a su empleo.

2.3.3.3

Alcoholes grasos sulfatados

Estos tensoactivos son ésteres mixtos y son susceptibles de transformarse por acción bacteriana en productos simples que vuelven al ciclo natural, por tanto presentan características de buena biodegradabilidad.

2.3.3.4

Éteres de alcoholes grasos condensados con óxido de etileno

Son tensoactivos de fórmula general: R-(O-CH2-CH2-)n -OH y de carácter no-iónico, que se caracterizan por la elevada estabilidad del enlace éter frente a los ácidos, álcalis y agentes químicos. La biodegradabilidad de esta familia de tensoactivos es de una proporción superior el 85% y por consiguiente satisfacen las exigencias de diferentes normas internacionales.

55

2.3.3.5

Tensoactivos a base de óxidos de propileno/etileno

Son agentes tensoactivos no-iónicos obtenidos por copolimerización de óxido de propileno y óxido de etileno. Su estructura molecular es la siguiente: (HO-CH2-CH2-O)nx-(CH2-CH2-CH2-O)ny- (CH2-CH2)nz-OH

Estos compuestos no cumplen con las disposiciones reglamentarias de las normas alemanas de fines del año 89 que sostienen el requisito de biodegradabilidad del 90%.

2.3.3.6

Tensoactivos no-iónicos a base de alcoholes sintéticos (proceso oxo)

Estos compuestos son el producto de reacción entre alcoholes de cadena C10 - C15 obtenidos por el proceso petroquímico de oxidación de hidrocarburos ( proceso OXO) y del óxido de etileno de elevado grado de pureza, que garantiza su aplicación técnica con elevada eficacia en múltiples procesos industriales.

Su fórmula general es: RO(CH2CH2O)xH ; R=i-C13H27 y x=3,5,7,8,12

Generalmente, se emplean compuestos de cadena parafínica lineal, excluyéndose los ramificados que dificultan los procesos de biodegradación. Según la cantidad de moles de OE que contiene la molécula es posible lograr productos líquidos, cremosos y ceras, siendo todos incoloros o blancos.

Son degradables en una proporción del 85% cumpliendo con las exigencias de las normas del estado alemán sobre su empleo en tensoactivos domésticos e industriales.

56

2.3.3.7

Tensoactivos catiónicos

Son biodegradables pero, en algunos casos, inhiben el poder degradante de las bacterias, debido a su poder bactericida.”21

2.3.4

Tablas de biodegradabilidad de los tensoactivos

Tabla N ° 5 : Biodegradabilidad de tensoactivos aniónicos y catiónicos

PRIMARIA

BIODEGRADABILIDAD TENSOACTIVO

TIPO

(%)

SCREENING CONFIRMATORIO TEST TEST

LAS ( ABS lineal )

Aniónico

95

90-95

TPS ( ABS ramificado )

Aniónico

8-25

36

OLEFINAS SULFONADAS

Aniónico

99

98

Aniónico

99

99

Catiónico

-

98

Catiónico

-

96

C14-C16 ALCOHOL GRASO SULFATADO C16-C18 BROMURO DE CETlL TRIMETIL AMONIO CLORURO DE DODECIL

21

http://www.cepis.ops-oms.org/eswww/repamar/gtzproye/impacto/anexo4.html 57

BENCIL DIMETIL AMONIO CLORURO DE DIESTEARIL Catiónico

-

94

DIMETIL AMONIO Fuente: http://www.cepis.ops-oms.org/eswww/repamar/gtzproye/impacto/anexo4.html Elaborado por: Roberto Montenegro

BIODEGRADABILIDAD TENSIOACTIVO

(*1)

FINAL SCREENING TEST

CLOSSED BOTTLE (*3) % TROD

(*2)

(%) COUPLED UNIT TEST (*4)

% REMOC.

C ó DQO 73 (C) 41 (DQO) -

LAS (ABS lineal ) 65 TPS ( ABS ramificado ) 0-8 C14-C16X - OLEFINAS 85 SULFONADAS C16-C18 ALCOHOL 91 98 (C) GRASO SULFATADO (*1) Fundamentado en los métodos de determinación de DBO. (*2) Fundamentado en las técnicas de barros activados. (*3) % de remoción total de demanda de oxígeno. (*4) % de remoción de Carbono o de Demanda Química de Oxígeno”1. Fuente: http://www.cepis.ops-oms.org/eswww/repamar/gtzproye/impacto/anexo4.html Elaborado por: Roberto Montenegro

Tabla N ° 6 : Biodegradabilidad de tensoactivos no iónicos

BIODEGRADABILIDAD

PRIMARIA

(%)

TENSIOACTIVOS

SCREENING

CONFIRMATORIO

NO IONICOS

TEST

TEST NONIL FENOL 9 OE

97

58

ALCOHOL GRASO

99

98

99

98

93

95

AMINA C12-18 12 OE

88

-

POLÍMERO DE BLOQUE

32

7

35

-

4

-

>90

-

C12-14 3 OE ALCOHOL GRASO C16-18 14 OE OXO ALCOHOL C13-13 7 OE

OE OP NONIL FENOL 65% OE LINEAL DECIL FENOL 66% OE LINEAL LAURATO DE PEG 400

Fuente: http://www.cepis.ops-oms.org/eswww/repamar/gtzproye/impacto/anexo4.html Elaborado por: Roberto Montenegro

BIODEGRADABILIDAD

FINAL

(%)

TENSIOACTIVOS

SCREENING TEST

COUPLE UNIT

NO IONICOS

BOTELLA

TEST CERRADA NONIL FENOL 9 OE

5-10

48 (C)

ALCOHOL GRASO

27

50 (C) 59

C12-14 3 OE ALCOHOL GRASO

86

>90 % (DQO)

62

58 (C)

33

-

0-10

2 (C)

90

-

50

-

90

-

30

-

C16-18 14 OE OXO ALCOHOL C13-13 7 OE AMINA C12-18 12 OE POLÍMERO DE BLOQUE OE/OP ALCOHOL GRASO C12-18 3OE ALCOHOL GRASO C12-18 +3OE+3OP ALCOHOL GRASO C12 3OE ( lineal ) ALCOHOL GRASO C12 3OE ( ramificado ) Fuente: http://www.cepis.ops-oms.org/eswww/repamar/gtzproye/impacto/anexo4.html Elaborado por: Roberto Montenegro

60

2.3.5

Factores que influyen sobre la biodegradabilidad

Los Factores que influyen en la biodegradabilidad a causa de los detergentes son:

Composición química del detergente. Depende de la composición de todos los componentes que constituyen el detergente.

El tipo de tensoactivo presente. Que puede ser un tensoactivo biológicamente duro de lenta biodegradación, o tensoactivo biológicamente suave de rápida biodegradación.

El pH del agua. Las bacterias que degradan los detergentes, pueden aumentar o disminuir su actividad degradadora dependiendo del pH en el que se encuentre.

La temperatura, todo depende del tipo de bacterias que actúen en la descomposición del tensoactivo, debido a que estas pueden aumentar o disminuir su actividad enzimática, dependiendo de la temperatura del medio.

La concentración. Cuanto mayor sea la cantidad descargada de detergente, mayor será el tiempo que tome en degradarse, con lo cual incrementa el tiempo de o de los componentes del detergente con los organismos acuáticos, incrementándose así su potencial efecto tóxico.

La concentración de oxígeno disuelto en el agua. Es fundamental que el oxígeno disuelto no sea totalmente consumido por las substancias orgánicas descargadas a un río, ya que casi los organismos vida acuáticos requieren oxígeno para sobrevivir,

61

2.3.6

Detergentes ecológicos

Dado el grave problema de contaminación que los detergentes han producido en los últimos años, los países especialmente los industrializados se han visto en la necesidad de sacar nuevas legislaciones que obliguen a las empresas a sacar detergentes ecológicamente seguros, eso ha promulgado nuevas investigaciones que conlleven a encontrar substancias más seguras y menos contaminantes con igual o superior eficiencia que los usados anteriormente en la formulación de detergentes.

Un detergente ecológicamente suave debería cumplir los siguientes requisitos:

-

Ausencia o contenido reducido de fosfatos

-

Tensoactivos con alta biodegradabilidad y con metabolitos inocuos para el medio ambiente.

-

Agentes quelantes seguros como el citrato de sodio, el cual es un substituto del EDTA, (sal sódica del ácido etilendiaminotetracético) el cual puede producir hemólisis en algunas especies acuáticas.

-

2.4

Contenido moderado de enzimas que no interfieran con su biodegradabilidad.

Principales parámetros para determinar la contaminación del agua a

causa de los detergentes

•

Oxígeno disuelto

•

Demanda química de oxígeno

•

Demanda bioquímica de oxígeno

•

Determinación de fosfatos en el agua 62

2.4.1

Oxígeno disuelto, OD

“El oxígeno disuelto proviene de la mezcla del agua con el aire ocasionada por el viento y, en la mayoría de los casos, principalmente del oxígeno que liberan las plantas acuáticas en sus procesos de fotosíntesis.”22

El oxígeno disuelto (OD), es importante para la respiración de los microorganismos aerobios así como para otras formas de vida aerobia.

El oxígeno es ligeramente soluble en el agua; por lo que la cantidad real de oxígeno, que puede estar presente en la solución: está determinada por a) la solubilidad de oxígeno en el agua, b) la presión parcial del gas en la atmósfera, c) la temperatura media del cuerpo de agua, y d) la pureza del agua (salinidad, sólidos suspendidos).

“La solubilidad del O2 es directamente proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura y a la salinidad del agua.”23

La concentración mínima de oxígeno para sostener la vida de los peces en las aguas superficiales, es de 5 mg/L, ya que una concentración menor de 3 mg/L puede causar efectos nocivos sobre la fauna piscícola en un lago o reservorio.

“Las concentraciones de OD en aguas naturales dependen de las características fisicoquímicas y la actividad bioquímica de los organismos en los cuerpos de agua. El

22

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/nuevaconfiguracion/calaguas/Capitulo16 .htm 23 http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/nuevaconfiguracion/calaguas/Capitulo16 .htm 63

análisis del OD es clave en el control de la contaminación en las aguas naturales y en los procesos de tratamiento de las aguas residuales industriales o domésticas.”24

Este tipo de biodegradación en el agua, se lleva a cabo por parte de las bacterias para obtener energía mediante reacciones bioquímicas y fisicoquímicas, que requieren oxígeno.

A continuación detallaremos la secuencia de reacciones bioquímicas que pueden ocurrir en cuerpo de aguas con alto contenido de materia orgánica.

CH2O + O2

→

H2O + CO2

(1)

5 CH2O + 4 NO3-

→

2 N2 + 5 HCO3- + H+ + 2 H2O

(2)

CH2O + 2 MnO2 + 3H+

→

2Mn2 + HCO3- + 2H2O

(3)

CH2O + 4Fe(OH)3 + 7H+

→

4Fe2 +HCO3- + 10H2O

(4)

2 CH2O + SO4=

→

HS- + 2 HCO3- + H+

(5)

2 CH2O + H2O

→

CH4 + HCO3- + H+

(6)

Los principales métodos de determinación del oxígeno disuelto son:

Método Winkler o yodométrico Método electrométrico que utiliza electrodos de membrana

24

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/calidadweb/cal19.htm 64

2.4.1.1

Método Winkler o yodométrico

El método yodométrico o Winkler es el proceso titulométrico más exacto y fiable para medir el OD, este método se basa en que el oxígeno oxida al Mn2+ a un estado de oxidación más alto en condiciones alcalinas, y que el manganeso en estados más altos puede oxidar el I1- a I2 en condiciones ácidas.

La cantidad de yodo liberado es equivalente al contenido original de oxígeno disuelto, El yodo se mide con una solución patrón de tiosulfato de sodio y se traduce en términos de oxígeno disuelto

La reacciones de este proceso Winkler ocurren de la siguiente forma.

Mn2+ + 2OH- ───► Mn(OH)2

(7)

Cuando no hay oxígeno presente en la muestra, se forma un precipitado de color blanco de Mn(OH)2 al añadir Sulfato manganoso (MnSO4), hidróxido de potasio (KOH) y yoduro de potasio (KI), estos dos últimos reactivos combinados en una solución única. Si hay oxígeno en la muestra una parte de Mn(II) es oxidado a Mn(IV), que se precipita como un óxido hidratado de color marrón la reacción usualmente ocurre de la siguiente forma.

Mn2+ + 2OH- + ½ O2 ───► MnO2 + H2O

(6)

Mn(OH)2 + ½ O2 ───► MnO2 + H2O

(8)

65

“La oxidación de Mn(II) a MnO2, llamada algunas veces fijación del oxígeno, ocurre lentamente, en especial a bajas temperaturas. Además, es necesario mover el material floculado por toda la solución para hacer que todo el oxígeno reaccione. Se necesita agitar vigorosamente las muestras al menos por menos 20 segundos. En el caso de las aguas salinas o aguas del mar, se requiere un tiempo de o mucho mas largo.”25

Luego de haber agitado las muestras durante el tiempo necesario para permitir que todo el oxígeno reaccione, se deja al flóculo sedimentarse hasta que queden al menos 5 cm de líquido claro por debajo del tapón, se acidifica con ácido sulfúrico (H2SO4), En condiciones de pH bajo obtenidas. El oxígeno disuelto oxida rápidamente una cantidad equivalente de precipitado disperso de hidróxido manganoso Mn(OH)2 a hidróxidos con mayor estado de valencia. En presencia de iones I-, en solución ácida, el Mn oxidado revierte al estado divalente, con liberación de I2, equivalente al contenido original de oxígeno disuelto, como se explica en la siguiente forma.

MnO2 + 2I- + 4H+ ───► Mn2+ + I2 + H2O

(9)

“El I2 es bastante insoluble en agua, pero forma un complejo metálico con el exceso de yoduro presente para formar triyodato, que es más soluble, mediante una reacción reversible, evitando de este modo que el I2 escape de la solución.”26.

I2 + I- ───► I3-

(10)

25

SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 564. 26 SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 564 66

La muestra debe ser tapada con un tapón de vidrio y agitada durante 10 segundos, para permitir que la reacción finalice y para que el yodo se distribuya en forma uniforme por toda la muestra

El yodo libre es el equivalente estequiométrico del oxígeno disuelto en la muestra y se valora con una solución patrón de tiosulfato.

El punto final de la titulación se puede detectar visualmente con un indicador de almidón, o electrométricamente, con técnicas potenciométricas o de punto muerto.

Hay numerosas interferencias en las pruebas de oxígeno disuelto, estas incluyen los agentes oxidantes y reductores, los iones nitrato, ferroso y la materia orgánica. Para minimizar el efecto de los materiales, hay varias modificaciones al método original de Winkler para la determinación analítica del oxígeno disuelto, todas ellas desarrolladas para compensar o eliminar las interferencias. Los procedimientos que son usados mayormente para eliminar las interferencias son: la modificación de la azida para los nitritos; la modificación del permanganato para el hierro ferroso (llamada también modificación de Rideal – Stewart), la modificación de la floculación con alumbre para los sólidos suspendidos, y la modificación de la floculación con sulfato de cobre-ácido sulfámico aplicada para muestras de lodos activados.

2.4.1.2

La modificación azida del método Winkler

La modificación de la azida elimina la interferencia causada por los nitritos (esta es la más común en efluentes tratados biológicamente y en muestras incubadas para la prueba de la DBO); no oxida el Mn2+ pero oxida el I- a I2 en condiciones ácidas. Es

67

particularmente problemático porque su forma reducida de N2O2, es oxidada por el oxígeno que entra a la muestra durante el proceso de titulación y es convertido nuevamente en NO2- estableciendo una rotación cíclica que puede llevar a resultados erróneos, las reacciones que ocurren se pueden representar de la siguiente forma.

y

2NO2- + 2I- + 4H+ ───► I2 + N2O2 + 2H2O

(11)

N2O2 + ½O2 + H2O ───► 2NO2- + 2H+

(12)

“Cuando hay interferencia por nitritos, es imposible obtener un punto final permanente. Tan pronto como el color azul del indicador de almidón desaparece, los nitritos formados por la reacción de la ecuación (11) reaccionan con más I- para producir I2 y el color azul del indicador de almidón aparece de nuevo.”27

La interferencia por nitrito se puede prevenir mediante el uso de azida de (NaN3). Es muy conveniente incorporar la azida al reactivo KI alcalino. Cuando se agrega el ácido sulfúrico, se destruye el NO2- y este procedimiento ocurre de la siguiente forma:

NaN3 + H+ ───► HN3 + Na+ HN3 + NO2 + H+ ───► N2 + N2O + H2O

(13) (14)

La modificación azida “se emplea en el análisis del OD en la mayoría de aguas residuales, efluentes y aguas superficiales, especialmente si las muestras tienen concentraciones mayores de 50 µ g NO2–N/L y no más de 1 mg de hierro ferroso/L. Los compuestos oxidantes y reductores interfieren en la determinación.”28

27

SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 565 28 http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/calidadweb/cal19.htm 68

2.4.1.3

Modificacion de Rideal – Stewart al método de Winkler

“La modificación de Rideal – Stewart o del permanganato se diseño para prevenir los efectos de muchas interferencias causadas por sustancias reductoras, como los nitritos. Incluye el pretratamiento de la muestra con permanganato de potasio, en condiciones ácidas. Se agrega un exceso de permanganato para oxidar los agentes reductores presentes. El exceso se destruye agregando un agente reductor, el oxalato de potasio; si el excedente es poco, no reaccionara con el yodo. Algunas de las reacciones que tienen lugar son las siguientes.”29

2.4.1.4

5NO2- + 2MnO4- + 6H+ ───► 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O

(15)

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ ───► 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

(16)

Aldehídos + MnO4- + H+ ───►Ácidos + Mn2+ + H2O

(17)

Toma y preservación de las muestras

Se debe tomar la muestra cuidadosamente, evitando al máximo la agitación, y tampoco dejar que la muestra permanezca en o con el aire, para que no varíe su contenido gaseoso. El muestreo depende de las características de la muestra y su procedencia, y del método de análisis.

29

SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 565 69

Cuando las muestras son tomadas a cierta profundidad en corrientes, lagos o pantanos y las de calderas, se debe tener mucha precaución para eliminar los cambios en las condiciones de presión y temperatura.

Se recoge las muestras de aguas superficiales en frascos de boca estrecha y con tapón de vidrio, o botellas para la DBO de 300 mL de capacidad, con tapones de vidrio sinterizado, de forma apuntada y boca con reborde. Para evitar la entrada o disolución de oxígeno atmosférico, al tomar muestras de una línea bajo presión, sujétese al grifo un tubo de goma o vidrio que llega al fondo del frasco. Deje rebosar el frasco dos o tres veces su volumen y póngase la tapa de forma que no quede burbujas de aire.

2.4.1.5

Interferencias

Materiales oxidantes o reductores que pueden hallarse presente en la muestra interfieren. Algunos agentes oxidantes liberan yodo a partir de los yoduros (interferencia positiva) y algunos reductores reducen el yodo en yoduro (interferencia negativa). La mayoría de la materia orgánica se oxida parcialmente cuando se acidifica el precipitado de manganeso oxidado, lo cual causa errores negativos.

Reacciones

Mn2+ + 2OH-

Mn(OH)2

Mn(OH)2 + ½O2

MnO2 + H2O

70

2.4.2

Mn4+ + 2I-

I2 + Mn2+

I2 + 2S2O32-

2I- + S4O62-

Demanda química de oxígeno, DQO

“Es la demanda de oxígeno debido a la presencia de sustancias químicas reductoras al margen de todo proceso biológico.”30

La demanda química de oxígeno (DQO) permite medir en un residuo o agua residual, la cantidad que se requiere para oxidar la materia orgánica a dióxido de carbono y agua, bajo las condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo.

Por lo que el DQO es expresada, como el oxígeno equivalente al contenido de materia orgánica en mg/L.

“Durante la determinación de la DQO, la materia orgánica es convertida a dióxido de carbono y agua independientemente de la capacidad biológica de las sustancias para ser asimiladas.”31

“Unas de las principales limitaciones de la prueba de DQO, es la imposibilidad para diferenciar entre materia biológicamente oxidable y materia orgánica biológicamente

30

SEOANEZ, Mariano, “Ingeniería del medio ambiente”, Coedición, Ed. Mundi – Prensa, Madrid España, pág. 329 31 SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 589. 71

inerte. Además no proporciona ningún dato de la velocidad a la que el material biológicamente activo se estabiliza en las condiciones existentes de la naturaleza.”32

Con frecuencia los datos de la DQO se pueden interpretar en términos de valores de DBO, después de que se tenga suficiente experiencia para establecer

factores de

correlación confiables.

Durante muchos años el permanganato de potasio (KMnO4), fue usado como agente oxidante, pero la oxidación producida por el permanganato era altamente variable en los diferentes tipos de compuestos, y el grado de oxidación cambiaba de manera considerable con la concentración del reactivo usado. Por lo que los valores de consumo de oxígeno eran relativamente menores que el DBO en cinco días. Este hecho demostraba la incapacidad de permanganato para llevar a cabo la oxidación.

En la mayoría de muestras la oxidación de los compuestos orgánicos es del 95 al 100 por 100 del valor total o teóricamente esperado.

El dicromato de potasio es el más práctico de todos debido a que es capaz de oxidar casi completamente una gran variedad de sustancias orgánicas hasta dióxido de carbono y agua. Debido a que todos los agentes oxidantes son usados en exceso, es necesario calcular el exceso que queda al final del periodo de la reacción con el fin de medir la cantidad realmente utilizada para la oxidación de materia orgánica. Una importante ventaja de dicromato de potasio es que el exceso se puede medir con relativa facilidad.

32

SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 589. 72

“Para que el dicromato de potasio oxide completamente la materia orgánica, la solución debe ser fuertemente ácida y estar a temperatura elevada.”33

Ciertos compuestos orgánicos, especialmente los ácidos grasos de bajo peso molecular, no son oxidados por el dicromato, a menos que haya un catalizador, como en el caso de ión plata o sulfato de plata que es uno de los más efectivos. Los hidrocarburos y la piridina no se oxidan bajo ninguna circunstancia.

2.4.2.1

Tipos de métodos de análisis

Método de reflujo abierto Métodos de reflujo cerrado (titulométrico).

2.4.2.1.1

Método de reflujo cerrado (titulométrico)

Gran parte de la materia orgánica resulta oxidada por una mezcla a ebullición de los ácidos crómico y sulfúrico. Se somete a reflujo una muestra en una solución ácida con un exceso de dicromato de potasio. Después de la digestión, el dicromato de potasio (K2Cr2O7) no reducido se determina con sulfato de amonio ferroso para determinar la cantidad de dicromato de potasio consumido y calcular la materia orgánica en términos del equivalente de oxígeno.

Manténgase constante las proporciones de los pesos reactivos, de volúmenes y de concentraciones cuando se utilicen volúmenes de muestras distintos de 50 mL, el

33

SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 590. 73

tiempo estándar de reflujo de dos horas puede ser reducido si se ha demostrado que un periodo más corto produce los mismos resultados.

2.4.2.2

Muestreo y almacenamiento

Recójanse las muestras en frascos de cristal o en envases plásticos (deben estar ausentes de contaminantes orgánicos).Ensáyense las muestras inestables sin demora. Si es inevitable el retraso antes del análisis conserve la muestra por acidificación con un pH ≤ 2, utilizando H2SO4 concentrado. Mezcle las muestras que contengan sólidos precipitables con un homogenizador para permitir una toma de muestras representativa. Háganse diluciones preliminares de los residuos que posean un RQO (requerimiento de oxígeno disuelto) alto para reducir el error inherente a la determinación de volúmenes pequeños de la muestra.

Reacciones

Mat. Orgánica + Cr2O72- + H+ ───► CO2 + 2Cr3+ + H2O Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ ───► 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

2.4.2.3

Interferencias

Los compuestos alifáticos de cadena lineal volátiles no se oxidan apreciablemente, en parte debido a que están presentes en la fase de vapor y no entran en o con el agente oxidante; pero tales compuestos se oxidan más fácilmente cuando se agrega un catalizador de Ag2SO4. Aunque este puede reaccionar con los iones cloruro, bromuro y yoduro y producir precipitados parcialmente oxidados.

74

Estos haluros forman complejos con el HgSO4 antes de reflujo y por eso se evita su interferencia. El NO2- ejerce una DQO de 1,1 mg O2/mg de NO2- N; esta interferencia no es significativa y se elimina añadiendo 10 mg de ácido sulfámico por cada mg NO2N de muestra, también hay que añadir las misma cantidad de este ácido al vaso del reflujo con el blanco.

Las especies inorgánicas como: hierro ferroso, el sulfuro, el manganeso manganoso, etc., se oxidan cuantitativamente y estequiométricamente a partir de la concentración inicial conocida de las especies que interfieren, luego se hacen las correcciones para el valor de DQO obtenido.

2.4.3

Demanda bioquímica de oxígeno, DBO

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO), se expresa como la cantidad de oxígeno necesaria que requieren las bacterias para la descomposición de la materia orgánica, en condiciones aerobias. La medición de la cantidad de oxígeno requerida para biodegradar las materias orgánicas se expresa en mg/L.

La aplicación de las pruebas de la DBO, son utilizadas en la determinación del poder contaminante de los residuos domésticos e industriales, en términos de la cantidad de oxígeno que requieren si son descargados a las corrientes naturales de agua en condiciones aeróbicas. Estas pruebas constituyen como uno de los más importantes, en la operación de control de la contaminación de las corrientes. También es importante para establecer los criterios de regulación, y para realizar estudios que evalúan la capacidad de purificación de las aguas receptores. 75

La prueba de DQO es esencialmente un procedimiento de bioensayo, que comprende la medida del oxígeno consumido por los organismos vivos (especialmente bacterias) para utilizar como alimento la materia orgánica de un residuo, en condiciones muy similares a las naturales. Para hacer que la prueba sea cuantitativa, las muestras de oxígeno se deben proteger del aire evitando la reaireación a medida que va disminuyendo el nivel oxígeno disuelto.

“Además, debido a la limitada solubilidad del oxígeno en agua (aproximadamente 9 mg/L a 20° C), los residuos concentrados se deben diluir a niveles de demanda que mantenga este valor para asegurar que el oxígeno disuelto estará presente durante la realización de la prueba. Puesto que este es un procedimiento bioensayo, es de suma importancia que las condiciones ambientales sean apropiadas para que la actividad de los organismos vivos permanezca sin obstáculos. Esto significa que no debe haber sustancias tóxicas, y que debe haber disponibilidad de los nutrientes rios necesarios para el crecimiento bacteriano, como nitrógeno y fósforo y algunos oligoelementos.

La degradación biológica de la materia orgánica en condiciones naturales es producida por un grupo de diversos organismos que llevan la oxidación hasta el final, o sea casi completamente hasta CO2 y agua. Por lo tanto es importante que en la prueba haya un grupo variado de organismos, comúnmente llamados semillas.

Las reacciones oxidativas que tienen lugar en la prueba de la DQO se derivan de la actividad biológica y la velocidad de estas reacciones está dada, en gran medida por las cifras de la población de microorganismos y por temperatura. Los efectos de la

76

temperatura se mantienen constantes realizando la prueba a 20° C que es, más o menos, el valor medio de la temperatura de las aguas naturales. Los organismos predominantes, responsables de la estabilización de la materia orgánica en las aguas naturales, son formas nativas del suelo. La velocidad de los procesos metabólicos a 20 ° C y en las condiciones de la prueba es tal, que el tiempo se debe calcular en días.

La reacción se considera completa en 20 días; sin embargo, en la mayoría de los casos este período es demasiado largo para esperar los resultados. Se ha encontrado por experiencia, que un porcentaje razonablemente grande del total de la DBO se obtiene en cinco días, por tanto, la prueba se ha establecido para un período de incubación de cinco días; en consecuencia, se debe recordar que el resultado de la prueba realizada en este tiempo, representa sólo una parte de la DBO total. La cantidad exacta depende del carácter de la semilla y de la naturaleza de la materia orgánica, y solo se puede determinar experimentalmente. En caso de las aguas residuales domésticas y muchas de las industriales, se ha visto que el valor del DBO en este tiempo es cercano al 70 u 80% de la DBO total. Este es un porcentaje lo suficientemente grande del total, que los valores en cinco días se usan para muchos casos. El periodo de incubación de cinco días también fue seleccionado para medir la interferencia por la oxidación del amoniaco.”34

La demanda de oxígeno de las aguas residuales y efluentes de plantas de tratamiento de aguas negras, aguas contaminadas y desechos industriales, se debe a 3 clases de materiales.

a) Materiales orgánicos carbonosos (hidratos de c-proteínas) que son aprovechadas como fuentes de nutrientes por los organizamos aeróbicos. 34

SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001, pág. 569 - 571. 77

b) Materiales nitrogenados oxidables que se derivan, de los nitritos, amoniaco y nitrógeno orgánico, que sirve de alimento a bacterias específicas como nitrosomonas nitrobácter.

c) Ciertos compuestos químicos reductores (hierro ferroso, sulfito y sulfuro), que reaccionan con el oxígeno molecularmente disuelto. En las aguas negras, domésticas, crudas y sedimentadas, la mayor parte de la demanda de oxígeno se debe a la primera clase de materiales y se determina por la estabilización de DBO. Los métodos de análisis para el cálculo de la demanda bioquímica de oxígeno son: OD. Método yodométrico modificación azida Método manométrico de Warburg

2.4.3.1

OD. Método yodométrico modificación azida

El método de incubación consiste en encontrar la diferencia entre el oxígeno disuelto inicial presente en una muestra de agua y oxígeno disuelto residual en la misma muestra, después de la incubación a 20° C durante 5 días. Esta diferencia u oxígeno consumido es lo que se denomina DBO en cinco días; o DBO5.

2.4.3.2

Limitaciones

Existen numerosos factores que afectan la prueba de DBO, debido al medio que se lleva al cabo la reacción.

78

1. El tiempo: Cuanto mayor es el tiempo, de actividad biológica, la reacción estará más cerca de su punto final.

2. El pH: para que una oxidación eficaz sea asegurada. El pH debe estar entre 6,5 y 8,3. Si se sale de estos rangos de pH, la velocidad de reacción disminuye considerablemente, por lo tanto es necesario al realizar la incubación, las muestra tengan un pH aproximadamente de 7,2.

3. Nutrientes minerales: El sustrato debe contener nitrógeno y fósforo, de tal manera, que si encontramos ausencia o baja concentración, nos ocasionará valores reducidos de la DBO. Por ello el agua de dilución es importante ya que evita el agotamiento de oxígeno a los 5 días y además suministra nutrientes minerales en concentraciones equivalentes a las encontradas en agua naturales.

4. Microorganismos suficientes: La mayoría de estas reacciones de oxidación bioquímica, se lleva a cabo a través de una compleja actividad en el que hay gran variedad de microorganismos.

5. Presencia de algas: Cuando se incuba a la luz, encontramos valores bajos de DBO, en cambio si incubamos a la oscuridad las algas mueren, aumenta la materia orgánica y aumenta la DBO.

6. Temperatura y nitrificación.

79

2.4.3.3

Muestreo

Antes de realizar el muestreo se debe tomar en cuenta que las muestras cumplan con las siguientes condiciones:

La acidez y la alcalinidad deben neutralizarse a un pH aproximadamente de 7, si las muestras contienen cloro residual, es a veces suficiente con dejarlas en reposo durante una a dos horas antes de que se realice el análisis; dado el caso que no desaparezca totalmente el cloro, se debe someter a tratamiento con la cantidad adecuada de Na2SO3.

Las muestras que provienen de los desechos industriales con alto contenido de metales pesados o sustancias tóxicas, requiere con frecuencia de tratamientos especiales con el objeto de fijarles el método mas indicado antes de proceder a la demanda de oxígeno. Muestras saturadas de OD: Las muestras contienen más de 9,17 mg/L de OD a 20° C.

Para prevenir la pérdida de oxígeno durante el período de incubación, se reduce el OD hasta saturación, llevando la muestra a una temperatura de 20° C, en un frasco especial lleno y haciéndole pasar una corriente de aire.

Reacciones

5 CxHyO7

O2

CO2 + H2O

5CO2 + NH3 + 2H2O 2NH3 + 3O2 2NO2 + O2

C5H7NO2 + 10 O

Nitrosomonas Nitrobacterias

2NO2- + 2H+ + 2H2O 2NO3-

80

2.4.4

Determinación de fosfatos en el agua

En las aguas naturales y residuales casi siempre puede encontrar fosfatos (H3PO4, ortofosfórico, HPO3, metafosfórico y H4P2O7, pirofosfórico), siendo el de mayor importancia el ortofosfato. Todas las otras formas de fosfato se convierten a ortofosfato por calentamiento.

El principal estructurador que se emplea a los detergentes es el Na5P3O10. El ión P3O10 sufre hidrólisis en el ambiente hasta convertirse en ortofosfato, los cuales carecen de toda toxicidad. Los estructuradotes a base de polifosfatos son motivos de preocupación, ya que tanto ellos como los productos resultantes de su hidrólisis contienen fósforo, que se halla implicado en el proceso de eutroficación.

“Las características y funciones de los polifosfatos en el proceso de lavado son los siguientes:

•

El efecto de formación de complejos sobre los elementos creadores de dureza, por el cual se evita el depósito de cal sobre las partes metálicas de la máquina de lavar así como sobre la ropa lavada.

•

La formación de compuestos análogos con los restos de hierro y cobre de la lejía de lavado, con lo cual se evitan reacciones de descomposición, con el perborato utilizado como blanqueador que podrían dañar las fibras de la ropa.

81

•

El tripolifosfato no sólo ejerce una acción detergente, sino que también aumenta la acción detergente de los tensoactivos.

•

Por su capacidad de fijar la suciedad, que aumenta con la presencia de la carboximetilcelulosa, se evita que la suciedad arrancada de los lugares más sucios se reparta luego equitativamente otra vez en la ropa dándole a ésta un color gris.

•

No son tóxicos para la vida acuática ni son nocivos para la salud de las personas.

•

Se descomponen satisfactoriamente mediante hidrólisis en las plantas depuradoras y en las aguas superficiales. Después de degradarse ya no se comportan como agentes secuestrantes.

•

No interfieren con otros procedimientos de tratamientos de residuos

•

Pueden eliminarse con efectividad de las aguas residuales en las centrales depuradoras.

•

Su estructura química y sus reacciones ya se conocen muy bien, y han sido investigadas y documentadas durante muchos años.

•

35

Precio relativamente bajo.”35

http://pdf.rincondelvago.com/detergentes-y-jabones-en-el-medio-ambiente.html 82

Los polifosfatos tienen una desventaja, por su inconveniente actuación eutrófica sobre las aguas en la que se desembocan los desagües, especialmente las de los lagos

Los fosfatos ejercen la función, sobre la fauna acuática de abonado, favoreciendo por tanto grandemente la proliferación y desarrollos de algas y cianobacterias.

Ya que los polifosfatos se pueden convertir en ortofosfatos, solo se detallará el método para determinar ortofosfatos.

El fósforo en forma de ortofosfato (H3PO4, H2PO4-, HPO42-, PO43-) se puede medir cuantitativamente por métodos gravimétricos, volumétricos o colorimétricos.

El método aplicado en esta investigación es el colorimétrico.

2.4.4.1.

Método colorimétrico

Hay tres métodos colorímetros para la determinación del ortofosfato, que se basan esencialmente en el mismo principio pero se diferencian en la naturaleza del agente añadido para la obtención de color final.

El método de análisis de ácido vanadomolibdofosfórico se basa en que, las soluciones diluidas de ortofosfato reaccionan con el molibdato de amonio (NH4)6MoO24●4H2O, bajo condiciones ácidas, para formar ácido molibdofosfórico. Este ácido en presencia de vanadio, forma el ácido Vanadomolibdofosfórico, un compuesto cuya intensidad de coloración amarilla es proporcional a la concentración de fosfato y puede ser puede ser medida en un espectrofotómetro a una longitud de onda de 470 ηm.

83

Este método puede ser aplicado a concentraciones de fosfatos tan bajas como 4 mg/L, dependiendo de la longitud de onda utilizada.

2.4.4.2

Método del ácido vanadamolibdofosfórico.

2.4.4.2.1

Principio

Las soluciones diluidas de ortofosfato reaccionan con el molibdato de amonio, bajo condiciones ácidas, para formar un heteropoliácido, ácido molibdofosfórico. Este ácido en presencia de vanadio, se forma ácido vanadomolibdofosfórico amarillo, la intensidad del color amarillo es proporcional a la concentración del fosfato, la concentración de este compuesto puede ser medida en un espectrofotómetro a una longitud de onda de 470 ηm.

2.4.4.2.2

Interferencias

Interfieren positivamente en la medida, el sílice y el arsenato solo cuando se calienta la muestra. Arseniato, fluoruro, torio, bismuto, sulfuro, tiosulfato, tiocianato o exceso de molibdato causan interferencias negativas.

El método responde linealmente a concentraciones de fósforo en el rango de 1 a 20 mg/L, como P, cuando se utilizan celdas de 1 cm de espesor, bien entre 10 y 100 mg/L, con celdas de 2,0 centímetros de ancho.

84

2.4.4.3

Muestro y preservación

“Las muestras para análisis de fósforo se deben tomar en recipientes de vidrio de aproximadamente 200 mL de capacidad, previamente lavados con HCl 0,1 N y posteriormente con agua destilada hasta fin de acidez. No se deben usar detergentes para el lavado de los frascos de muestreo y en general, para el de ningún material que vaya a usarse en el proceso de muestreo o análisis del fósforo, debido a que la mayoría de ellos, contienen fosfatos en su composición.”36

2.4.4.4

Preparación de la muestra

Debido a que el fósforo esta presente en muchos de los productos de uso común en el laboratorio y al bajo rango de concentración de las medidas, es aconsejable disponer de un conjunto de material de vidrio, para uso exclusivo de las mediciones de fósforo.

Las muestras se deben preservar por acidificación con H2SO4 hasta pH < 2 y posterior refrigeración a 4 ˚C. No se deben utilizar materiales plásticos en ninguna parte del proceso, debido a que el fósforo tiende a adherirse a las paredes de estos recipientes, ocasionando errores negativos en las mediciones.

2.5

Métodos de determinación de biodegradabilidad de un detergente

Hay cuatro métodos de determinación y esas pueden ser:

36

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/calidadweb/cal19.htm 85

2.5.1

Oxígeno disuelto. Este método consiste en la determinación de la

reducción del oxígeno disuelto en un periodo de 21 días, con ello logramos determinar la biodegradabilidad de todo el detergente, que va a depender de todos los componentes que este contenga.

2.5.1.1

Principio

Se basa en la estimación de la reducción del oxígeno presente en una solución de concentración conocida de detergente, el mismo que se consume al oxidar la materia orgánica de una muestra de agua por medio de una población microbiana. Se inicia realizando la determinación del oxígeno disuelto en la solución de detergente y luego evaluando el oxígeno consumido en un período de 21 días por medio de la acción bacteriana sobre el sustrato (en este caso todos los componentes biodegradables del detergente).

2.5.2

Los aniónicos SAM (sustancias activas al azul de metileno). Este

método se basa en la propiedad del azul de metileno, colorante catiónico, de formar con los tensioactivos aniónicos sales azules SAM que pueden extraerse con cloroformo. A fin de evitar las interferencias, la extracción se efectúa, a partir de una solución alcalina procediéndose a continuación a agitar el extracto con una solución ácida de azul de metileno. La absorbencia de la fase orgánica separada se medirá por fotometría a la longitud de onda de absorción máxima de 650 ηm.

2.5.3

Los no – iónicos SABi (sustancias activas al bismuto). Los

tensoactivos no iónicos son concentrados y aislados mediante el paso de una corriente de gas. Durante el tensoactivo se disuelven en acetato de etilo. Después de separar las

86

de fases de evaporación de disolvente, el tensoactivo no iónico se precipitará en solución acuosa con el reactivo de Dragendorff modificado (KBiI4 + BaCl2 + ácido acético glacial).

Luego se procede a filtrar el precipitado, lavarlo con ácido acético glacial y disolverlo en una solución de tartrato de amonio. El bismuto presente en la solución se valorará potenciométricamente con una solución de pirrolidinaditiocarbamato a un pH 4-5, utilizando un electrodo indicador de platino pulimentado y un electrodo de referencia de calomelanos o de plata/cloruro de plata.

2.5.4

Los catiónicos SAD (sustancias activas a la disulfina). Con este método podemos determinar o cuantificar la cantidad de tensoactivo catiónico.

87

CAPÍTULO III

88

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

3.1

Observación de la efectividad de los detergentes comerciales y un

detergente biodegradable en una máquina de lavado industrial

Las pruebas de lavado con los detergentes, se hicieron en el área de lavado de prendas del Hotel Quito.

3.1.1

Proceso de lavado de prendas para todos los detergentes

1. Empieza el proceso con el enjuague, con 3 oz de detergente durante 5 minutos y luego se descargó el agua de enjuague. 2. Lavado, con 5 oz. de detergente durante 10 minutos. 3. Desagüe del agua de lavado, se recogió la muestra en un frasco de vidrio perfectamente limpio y desinfectado. El envase se llenó con la muestra de agua hasta el tope, para evitar la pérdida del oxígeno disuelto.. 4. Se codificó la muestra y se envió inmediatamente al laboratorio para su análisis. 5. Se continúo con un enjuague durante 5 minutos bajando la temperatura paulatinamente y luego se descargó el agua de lavado. 6. Se procedió al suavizado con 4 oz de suavizante durante 4 minutos y luego se eliminó el agua restante. 7. Centrifugado durante 10 minutos 8. Secado durante 15 minutos. El control de las prendas al realizarse el lavado con cada uno de los detergentes, se lo realizó de la siguiente manera.

89

3.1.2

Proceso de control de calidad de lavado de prendas

1. Se procede a tomar cinco muestras de tela, que contengan manchas más visibles y comunes, entre la ropa blanca de cocina que va a ser lavada. 2. En cada muestra de tela seleccionamos tres manchas más visibles e intensas y luego procedemos a marcar cada una de ellas. 3. Anotar la intensidad de cada una de las manchas de las muestras de tela antes de ser lavadas así como el grado de blancura y suavizado de cada una de las muestras de tela antes de ser lavadas. 4. Agregar las muestras de tela seleccionadas con la otra ropa de cocina que va a ser lavada, en la máquina lavadora industrial. 5. Luego del proceso de lavado se observó como quedó la intensidad de las manchas de cada una de las muestras así como el grado de blancura y suavizado de las muestras de tela, después de ser lavadas.

Tabla N ° 7 : Codificación de muestras Muestra número 1

Detergente líquido Biodegradables ¨Ladif Wash Liquid¨

Muestra número 2

Detergente en polvo ¨Veydet 301 A¨

Muestra número 3

Detergente líquido ¨Cierto¨

Fuente: Muestras seleccionadas para pruebas de lavado de la presente tesis. Elaborado por: Roberto Montenegro

Los datos obtenidos en las pruebas de control de calidad de lavado se anotaron en los siguientes cuadros.

90

Tabla N ° 8 : CONTROL DE CALIDAD DE LAVADO Muestra número: 1 Temperatura: 74°C Fecha de ensayo: 25/08/05 Tiempo: 1h 05min Máquina: Tambor giratorio horizontal (American Cascade) Hora inicio: 8:00 am Volumen de agua de la máquina: 75,7 litros Hora finalización: 9:05 am Cantidad de ropa: 40 lbs Tipo de ropa: Blanco

Manchas importantes № de Prenda

1

2

3

4

5

Tipo de Prenda

Tipo de mancha

Grasa amarilla Delantal Hollín (negro) blanco Achiote Mandil Mancha negra blanco de Mancha café cocina Grasa amarilla Mancha de tinta azul Limpión Mancha de grasa amarilla blanco Hollín (negro) Mancha de comida amarilla Delantal Hollín (negro) blanco Mancha café verdoso Hollín (negro) Limpión Achiote blanco Grasa amarilla

Codificación INTENSIDAD DE MANCHAS 1 Intenso 2 Leve 3 Moderado 4 Bajo

APARIENCIA VISUAL Intensidad de manchas Intensidad de mancha antes

Intensidad de mancha despúes

1 1 2 2 1 3 1 3 1 1 2 1 1 1 1

3 1 3 2 4 4 2 3 1 4 2 4 1 1 4

Codificación SUAVIDAD Y BLANCURA 4 Excelente 3 Bueno 2 Regular 1 Malo

APARIENCIA AL TACTO Suavizado

Blancura Antes de Despúes de lavado lavado

Antes de lavado

Despúes de lavado

2

2

2

2

2

3

3

3

3

3

3

3

3

3

2

3

2

2

2

2

Observaciones de lavado……….…………………………………………………………………………………………………………………………….………. ………..……….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………

Fuente: Área de lavado de ropa del Hotel Quito Elaborado por: Roberto Montenegro 91



1

2

3

4

5

Tipo de Prenda

Tipo de mancha

Mancha de grasa amarilla Delantal Mancha morada blanco Mancha café Hollín (negro) Limpión Mancha de grasa amarilla blanco Achiote Hollín (negro) Limpión Mancha de grasa amarilla blanco Mancha café Mandil Mancha negra blanco Mancha café de cocina Mancha de grasa amarilla Hollín (negro) Delantal Mancha café blanco Achiote




1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1

4 4 3 1 2 4 1 4 3 2 4 3 1 4 3




Antes de lavado

Despúes de lavado

2

2

3

3

2

3

2

2

2

3

2

2

3

3

3

3

2

2

2

2


Fuente: Área de lavado de ropa del Hotel Quito. Elaborado por: Roberto Montenegro 92



1

2

3

4

5

Tipo de Prenda

Tipo de mancha

Achiote Limpión Mancha de comida amaril blanco Hollín (negro) Mancha verde Limpión Mancha anaranjada blanco Mancha café Mancha negra Limpión Mancha verdosa blanco Achiote Hollín (negro) Delantal Mancha café blanco Mancha morada Mancha café oscuro Delantal Mancha morada blanco Mancha comida amarilla




2 1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 3 1 1 1

2 3 1 2 1 2 1 1 4 1 2 4 3 4 4




Antes de lavado

Despúes de lavado

2

3

2

2

3

3

3

3

2

2

2

2

2

2

2

3

2

2

2

3


Fuente: Área de lavado de ropa del Hotel Quito. Elaborado por: Roberto Montenegro 93

3.2

Determinación del oxígeno disuelto en el agua de enjuague

3.2.1

Materiales utilizados

Frasco de Winkler con tapón de vidrio Bureta Pinza de bureta Soporte Pipeta

3.2.2

Reactivos

Solución de MnSO4. Reactivo de álcali – yoduro – azida Ácido sulfúrico (δ = 1,84 g/mL 96 % p/p) Solución de almidón Titulante de Na2S2O3 patrón (0,0224 N)

3.2.3

Procedimiento

Colocar la muestra en un frasco de 300 mL, añadir 1 mL de solución de MnSO4, y después 1 mL de reactivo álcali- yoduro- azida, manteniendo la punta de la pipeta justo por encima de la superficie del líquido, al añadir los reactivos. Tapar con cuidado para excluir las burbujas de aire, y mezclar invirtiendo varias veces. Cuando el precipitado se

94

ha depositado suficientemente (hasta la mitad del volumen del frasco), añadir 1,0 mL de H2SO4 concentrado, para dejar un sobrenadante claro por encima del hidróxido de manganeso floculado. Volver a tapar y mezclar invirtiendo varias veces hasta la disolución completa. Titular un volumen correspondiente a 100 mL de muestra original tras corregir la pérdida de muestra por desplazamiento con los reactivos.

Volver a agitar el flóculo luego de que ya se ha sedimentado hasta la mitad. Titular con solución de 0,0224 N de Na2S2O3 hasta color paja pálido. Añadir unas gotas de solución de almidón y continuar valorando hasta la primera desaparición del color azul.

3.2.4

Datos experimentales

Tabla N ° 11 : Datos experimentales del oxígeno disuelto OD

mL muestra problema Muestra

V (mL) Na2S2O3

N Na2S2O3

(volumen corregido)

mgO2/L

1

99,333

3,293

0,0224

5,94

2

99,333

1,996

0,0224

3,6

3

99,333

2,361

0,0224

4,26

Fuente: Laboratorio de química ambiental (universidad central del Ecuador) Elaborado por: Roberto Montenegro

95

3.2.5

Cálculos

Muestra número 1

OD =

mL Na 2 S 2 O3 × Ν Na 2 S 2 O3 × 8 × 1000 = mgO 2 / L mL muestra (volumen corregido)

OD =

3,293 × 0,0224 × 8 × 1000 = 5,94 mgO 2 / L 99,333

Muestra número 2

OD =

mL Na 2 S 2 O 3 × Ν Na 2 S 2 O 3 × 8 × 1000 = mgO 2 / L mL muestra (volumen corregido )

OD =

1,996 × 0,0224 × 8 × 1000 = 3,6 mgO 2 / L 99,333

Muestra número 3

OD =

mL Na 2 S 2 O3 × Ν Na 2 S 2 O3 × 8 × 1000 = mgO 2 / L mL muestra (volumen corregido )

OD =

2,361 × 0,0224 × 8 × 1000 = 4,26 mgO2 / L 99,333

96

3.3

Determinación de la demanda química de oxígeno en el agua de

enjuague

3.3.1


Vasos de digestión. Tubos de cultivo de borosilicato 16 x 100 mm con tapones de rosca TFE. Horno o calentador de bloque. Funcionamiento a más o menos 150°C. Sellador de la ampolla. Pipeta

3.3.2

Equipo

Espectofotómetro

3.3.3

Reactivos

Reactivo A H2SO4. Reactivo B Complejo ETA-Cu2*

97

3.3.4

Procedimiento

- Pipetar 3 mL de muestra en un tubo de digestión - Agregar 0,3 mL del reactivo A y 2,3 mL de reactivo B - Colocar en una estufa a temperatura de 160 C, durante un tiempo de 120 minutos. - Dejar enfriar el tubo digestor y medir en el espectofotómetro. - Anotar los valores obtenidos.

3.3.4

Cálculos

Lectura directa del espectofotómetro (mg/L)

3.4

Determinación de la demanda bioquímica de oxígeno en el agua de

enjuague

3.4.1


Frascos de Winkler. Frascos de polietileno. Pipeta volumétrica de 100 mL. Microbureta con llave de Teflón. Vaso para precipitados. Pinza para bureta. Soporte. Manguera. Pipetas graduadas. 98

3.4.2

Equipo

Estufa

3.4.3

Reactivos

Agua destilada. Agua de dilución. Solución de MnSO4. Reactivo de álcali – yoduro – azida. Ácido sulfúrico (d= 1,84 g/mL; 96% p/p) Solución de almidón. Solución patrón de Na2S2O3 (0,0224 N)

3.4.4

Procedimiento

Medir en cada uno de los frascos de 300 mL las cantidades de muestras requeridas según los cálculos de porcentajes de dilución escogidas..

Completar todos los frascos con el agua de dilución y proceder a taparlos cuidadosamente, no arrastrar oxígeno o dejar burbujas aprisionadas dentro de ellos. Para evitar el o prolongado del agua de dilución con el oxígeno del aire se deben llenar los frascos con tubos especiales que lleguen hasta el fondo y por los cuales fluya el agua de dilución lentamente.

99

Determinar los contenidos de OD en la muestra, en el agua de dilución y en cada una de las diluciones efectuadas según modificaciones de Winkler. Si el desecho constituye el 1 % o menos, el volumen total, o si el oxígeno disuelto es o los cálculos se deben hacer en base al agua de dilución.

Incubar cada uno de los duplicados de los frascos empleados en el paso anterior a una temperatura de 20 °C. Después de 5 días de incubación se determina el OD de cada una de las diluciones, como en el método directo.

3.4.5


Tabla N ° 12 : Datos experimentales de la DBO5 del agua de descarga V (mL) Na2S2O3

OD (mgO2/L)

Muestra V inicial

V final

OD inicial

OD final

1

3,29

1,24

5,935

2,237

2

3,98

2,15

7,18

3,88

3

8,33

6,26

15,027

11,293


100

3.4.6

Cálculos

Cálculo del oxígeno disuelto

Muestra número 1 OD inicial OD =

mL Na 2 S 2 O3 × Ν Na 2 S 2 O3 × 8 ×1000 = mgO2 / L mL muestra (volumen corregido)

OD =

3,29 × 0,0224 × 8 × 1000 = 5,935 mgO 2 / L 99,333

OD final

OD =

mL Na 2 S 2 O3 × Ν Na 2 S 2 O3 × 8 × 1000 = mgO2 / L mL muestra (volumen corregido)

OD =

1,24 × 0,0224 × 8 × 1000 = 2,237 99,333

mgO 2 / L

Muestra número 2 OD inicial

OD =


OD =

3,98 × 0,0224 × 8 × 1000 = 7,18 mgO2 / L 99,333

OD final

OD =

mL Na 2 S 2 O3 × Ν Na 2 S 2 O3 × 8 × 1000 = mgO2 / L mL muestra (volumen corregido)

OD =

2,15 × 0,0224 × 8 × 1000 = 3,88 mgO2 / L 99,333

101

Muestra número 3 OD inicial

OD =


OD =

8,33 × 0,0224 × 8 × 1000 = 15,03 mgO 2 / L 99,333

OD final

OD =


OD =

6,26 × 0,0224 × 8 × 1000 = 11,29 mgO2 / L 99,333

Cálculos de la demanda bioquímica de oxígeno

Muestra 1

DBO5 = (ODinicial

− ODfinal ) × FD

DBO5 = (5,935 − 2,237) ×

300 = 111 mgO 2 / L 3

Muestra 2

DBO5 = (ODinicial

− ODfinal ) × FD

DBO5 = (7,18 − 3,88) ×

300 = 99 mgO 2 / L 3

Muestra 3

DBO5 = (ODinicial DBO 5 = (15,027

− ODfinal ) × FD

− 11,293 ) × 40 = 149

mgO 2 / L

102

3.5

Determinación del contenido de fosfatos en el agua de enjuague

3.5.1


Equipo colorimétrico. (Espectrofotómetro) Material de vidrio Goteros Matraz aforado de 50 mL Pipeta graduada de 10 mL

3.5.2

Reactivos

Solución acuosa de indicador de fenolftaleína Ácido clorhídrico 1:1 Reactivo vanadato – molibdato Solución patrón de fosfato

3.5.3

Procedimiento

Ajustamos el pH de la muestra hasta 10.

Desarrollo del color de la muestra. Se colocaron 35 mL de muestra o menos, conteniendo de 0,05 a 1,0 mL Se añadieron 10 mL de reactivo vanadato – molibdato y dilúyase hasta la señal con agua destilada. Preparó un blanco con 35 mL de agua destilada en lugar de la muestra.

Al cabo de 10 minutos o más, se mide la

concentración de fósforo en la muestra frente a un blanco a una longitud de onda de 400

103

a 490 ηm en función de la sensibilidad deseada. El color es estable durantes días y su intensidad no es afectada por las variaciones de la temperatura ambiente.

3.5.4


Tabla N ° 13 : Datos experimentales de la determinación de fosfatos del agua de descarga P - PO4 (mg/L) Muestra 1

0,862

Muestra 2

7,26

Muestra 3

1,87


3.5.5

Cálculos

Muestra 1 →

31mg P 0,082 mg / L

95 mg

→ α=

P

PO 4

3−

2,64 mg / L

PO 4

3−

Muestra 2 31mg P 7 , 26 mg / L

P

→

95 mg

→ α=

PO 4

3−

22 , 2 mg / L

PO 4

3−

Muestra 3 31mg P 1,87 mg / L

P

→

95 mg

→ α=

PO 4

3−

4, 26 mg / L

PO 4

3−

104

3.6

Determinación de la biodegradabilidad del detergente

3.6.1

Materiales

Frasco de Winkler con tapón de vidrio Bureta Pinza de bureta Soporte Pipeta

3.6.2

Reactivos

Solución de MnSO4. Reactivo de álcali – yoduro – azida Ácido sulfúrico (δ = 1,84 g/mL 96 % p/p) Solución de almidón Titulante de Na2S2O3 patrón (0,0224 N)

3.6.3

Procedimiento

A la muestra o sea al detergente, le inoculamos con bacterias, que son tomadas del agua. Desde primer día empezamos a calcular el oxígeno disuelto, para lo cual colocamos la muestra en un frasco de 300 mL, añadir 1 mL de solución de MnSO4, y después 1 mL de reactivo álcali- yoduro- azida, manteniendo la punta de la pipeta justo por encima de la superficie del líquido, al añadir los reactivos. Tapamos con cuidado para excluir las burbujas de aire, y mezclar invirtiendo varias veces. Cuando el precipitado se ha depositado suficientemente (hasta la mitad del volumen del frasco), añadimos 1,0 mL 105

de H2SO4 concentrado, para dejar un sobrenadante claro por encima del hidróxido de manganeso floculado.

Volvemos a tapar y mezclamos invirtiendo varias veces hasta la disolución completa. Titulamos un volumen correspondiente a 100 mL de muestra original tras corregir la pérdida de muestra por desplazamiento con los reactivos.

Volvemos a agitar el flóculo luego de que ya se ha sedimentado hasta la mitad. Titulamos con solución de 0,0224 N de Na2S2O3 hasta color paja pálido. Añadimos unas gotas de solución de almidón y continuar valorando hasta la primera desaparición del color azul.

A los 5 días se repitió el procedimiento de cálculo del oxígeno disuelto y así sucesivamente a los 13 y 21 días. Anotamos los valores obtenidos.

3.6.4


Tabla N ° 14 : Datos experimentales de la determinación de biodegradabilidad de los detergentes V (mL)

V (mL)

V (mL)

V (mL)

Na2S2O3

Na2S2O3

Na2S2O3

Na2S2O3

(inicial)

(5 días)

(13 días)

(21 días)

1

3,67

2,82

1,96

1,78

2

3,28

2,35

1,99

1,82

3

6,67

6,18

5,75

4,79

Muestra

Fuente: Laboratorio de química ambiental (universidad central del Ecuador) Elaborado por: Roberto Montenegro 106

3.6.5

Cálculos

Muestra número 1

OD (inicial)

OD =


OD =

3,67 × 0,0224 × 8 × 1000 = 6,62 mgO 2 / L 99,333

OD (5 días)

OD =


OD =

2,82 × 0,0224 × 8 × 1000 = 5,09 mgO 2 / L 99,333

OD (13 días)

OD =


OD =

1,96 × 0,0224 × 8 × 1000 = 3,54 mgO 2 / L 99,333

OD (21 días)

OD =


OD =

1,78 × 0,0224 × 8 × 1000 = 3,37 mgO 2 / L 99,333

Muestra número 2

OD (inicial)

OD =


OD =

3,28 × 0,0224 × 8 × 1000 = 5,92 mgO 2 / L 99,333 107

OD (5 días)

OD =


OD =

2,35 × 0,0224 × 8 × 1000 = 4,24 mgO 2 / L 99,333

OD (13 días)

OD =


OD =

1,99 × 0,0224 × 8 × 1000 = 3,59 mgO 2 / L 99,333

OD (21 días)

OD =


OD =

1,82 × 0,0224 × 8 × 1000 = 3,44 mgO 2 / L 99,333

Muestra número 3

OD (inicial)

OD =


OD =

6,67 × 0,0224 × 8 × 1000 = 12,0 mgO 2 / L 99,333

OD (5 días)

OD =


OD =

6,18 × 0,0224 × 8 × 1000 = 11,15 mgO 2 / L 99,333

108

OD (13 días)

OD =


OD =

5,75 × 0,0224 × 8 × 1000 = 10,88 mgO 2 / L 99,333

OD (21 días)

OD =


OD =

4,79 × 0,0224 × 8 × 1000 = 9,07 mgO 2 / L 99,333

3.6.5.1

Cálculos de Biodegradabilidad

Muestra 1

6,62 mgO2 / L → 100 % 3,37 mgO2 / L → α = 50,9% % de Biodegradabilidad = 100 % - α % de Biodegradabilidad = 100 % - 50,9% % de Biodegradabilidad = 49,1 %

Muestra 2


109

Muestra 3


3.7

Espuma producida por los detergentes

Se procedió a analizar la formación de espuma que producen cada uno de los detergentes.

3.7.1

Materiales

Probeta de 1000 mL Balanza Gotero

3.7.2

Procedimiento

En una probeta de 1000 mL, preparamos una solución al 0,2 % de detergente. Luego procedemos a invertir 50 veces la solución, para lograr la formación de espuma. Medimos la cantidad de espuma formada. Anotamos los valores.

110

3.7.3


Tabla N ° 15 : Datos experimentales de la cantidad de espuma formada por los detergentes

Cantidad de espuma generada por Número una solución de detergente al 0,2%

Muestra

1

500 mL

Muestra

2

120 mL

Muestra

3

220 mL

Fuente: Laboratorio de química (universidad tecnológica equinoccial) Elaborado por: Roberto Montenegro

3.8

Solubilidad de los detergentes

3.8.1

Materiales

Matraz aforado de 100 mL Balanza

3.8.2

Procedimiento

Preparar una solución de detergente de la muestra 2 con agua, a diferentes porcentajes hasta encontrar el límite de solubilidad. Anotar el valor obtenido.

111

3.8.3


Tabla N ° 16 : Datos experimentales de la solubilidad de los detergentes

Número

Solubilidad del detergente

Muestra

1

Miscible en agua

Muestra

2

3,5 %

Muestra

3

miscible en agua

Fuente: Laboratorio de Ladifquim Elaborado por: Roberto Montenegro

112

3.9

Tabla de resultados

Tabla N ° 17 : Análisis físico químico

Porcentaje de Solubilidad Biodegradabilidad del detergente del detergente a los 21 días

Número

pH

Cantidad de espuma generada por una solución al 0.2 % de detergente

Muestra

1

8

500 mL

miscible en el agua

Muestra

2

10

120 mL

Muestra

3

8

220 mL

OD (mg/L)

DQO (mgO2/L)

DBO5 (mgO2/L)

Fosfatos (mg/L)

49,10%

5,94

258

111

2,64

3.5 %

41,90%

3,6

268

99

22,2

miscible en el agua

24,40%

4,26

463

149

5,73

Fuente: Datos obtenidos de las pruebas de la presente tesis Elaborado por: Roberto Montenegro

3.10

Análisis comparativo de resultados

De acuerdo con los resultados obtenidos se hizo un análisis de diferencias.

113

Tabla N ° 18 : Análisis estadístico de la efectividad en la intensidad de manchas muestra 1

CODIFICACION INTENSIDAD DE MANCHAS 1 Intenso 2 Leve 3 Moderado 4 Bajo

APARIENCIA VISUAL Intensidad de manchas Manchas importantes № de Prenda

1

2

3

4

5

Tipo de Prenda

Tipo de mancha

Intensidad de mancha antes

Grasa amarilla Delantal Hollín (negro) blanco Achiote Mandil Mancha negra blanco de Mancha café cocina Grasa amarilla Mancha de tinta azul Limpión Mancha de grasa amarilla blanco Hollín (negro) Mancha de comida amarilla Delantal Hollín (negro) blanco Mancha café verdoso Hollín (negro) Limpión Achiote blanco Grasa amarilla SUMATORIA DE DIFERENCIAS

1 1 2 2 1 3 1 3 1 1 2 1 1 1 1


Análisis de diferencias

3 1 3 2 4 4 2 3 1 4 2 4 1 1 4

2 0 1 0 3 1 1 0 0 3 0 3 0 0 3 17

Fuente: Datos obtenidos de las pruebas de la presente tesis Ing. Raúl Barragán (Docente Facultad Ciencias Químicas Universidad Central del Ecuador) Elaborado por: Roberto Montenegro 114



№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Delantal blanco

2

Limpión blanco

3

Limpión blanco

4

Mandil blanco de cocina

5

Delantal blanco

APARIENCIA VISUAL Intensidad de manchas Manchas importantes Intensidad de Intensidad de Tipo de mancha mancha antes mancha despúes Mancha de grasa amarilla 1 4 Mancha morada 1 4 Mancha café 1 3 Hollín (negro) 1 1 Mancha de grasa amarilla 2 2 Achiote 1 4 Hollín (negro) 1 1 Mancha de grasa amarilla 1 4 Mancha café 1 3 Mancha negra 2 2 Mancha café 1 4 Mancha de grasa amarilla 1 3 Hollín (negro) 1 1 Mancha café 2 4 Achiote 1 3 SUMATORIA DE DIFERENCIAS

Análisis de diferencias 3 3 2 0 0 3 0 3 2 0 3 2 0 2 2 25




№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Limpión blanco

2

Limpión blanco

3

Limpión blanco

4

Delantal blanco

5

Delantal blanco

APARIENCIA VISUAL Intensidad de manchas Manchas importantes Intensidad de Intensidad de Tipo de mancha mancha antes mancha despúes Achiote 2 2 Mancha de comida amaril 1 3 Hollín (negro) 1 1 Mancha verde 1 2 Mancha anaranjada 1 1 Mancha café 2 2 Mancha negra 1 1 Mancha verdosa 1 1 Achiote 2 4 Hollín (negro) 1 1 Mancha café 1 2 Mancha morada 3 4 Mancha café oscuro 1 3 Mancha morada 1 4 Mancha comida amarilla 1 4 SUMATORIA DE DIFERENCIAS

Análisis de diferencias 0 2 0 1 0 0 0 0 2 0 1 1 2 3 3 15


Tabla N ° 21 : Análisis estadístico de la efectividad en la intensidad de manchas de las muestras

Muestra 1 2 3

Código de color Amarillo Azul Verde

Sumatoria de diferencias 17 25 15


Gráfico N ° 19 :

30

25

25 20

17

15

5

Verde

10

Azul

15 Amarillo

Sumatoria de diferencias

Análisis estadístico de reducción de intensidad de manchas

0 1

2

3

Muestra Fuente: Datos obtenidos de las pruebas de la presente tesis Elaborado por: Roberto Montenegro

117

Tabla N ° 22 : Análisis estadístico de la efectividad en la blancura muestra 1

CODIFICACION BLANCURA 4 Excelente 3 Bueno 2 Regular 1 Malo APARIENCIA VISUAL Blancura Análisis de Antes de Despúes de diferencias lavado lavado

№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Delantal blanco

2

2

0

2


2

3

1

3

Limpión blanco

3

3

0

4

Delantal blanco

3

3

0

5

Limpión blanco

2

2

0

SUMATORIA DE DIFERENCIAS

1

Fuente: Datos obtenidos de las pruebas de la presente tesis. Ing. Raúl Barragán (Docente Facultad Ciencias Cuímicas UCE) Elaborado por: Roberto Montenegro

118


CODIFICACION BLANCURA 4 Excelente 3 Bueno 2 Regular 1 Malo APARIENCIA VISUAL Blancura Antes de Despúes de Análisis de lavado lavado diferencias

№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Delantal blanco

2

2

0

2


2

3

1

3

Limpión blanco

2

3

1

4

Delantal blanco

3

3

0

5

Limpión blanco

2

2

0


2


119


CODIFICACION BLANCURA 4 Excelente 3 Bueno 2 Regular 1 Malo APARIENCIA VISUAL Blancura Antes de Despúes de Análisis de lavado lavado diferencias

№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Delantal blanco

2

3

1

2


3

3

0

3

Limpión blanco

2

2

0

4

Delantal blanco

2

2

0

5

Limpión blanco

2

2

0


1


120

Tabla N ° 25 : Análisis estadístico de la efectividad en el suavizado muestra 1

CODIFICACION SUAVIZADO 4 Excelente 3 Bueno 2 Regular 1 Malo APARIENCIA AL TACTO Suavizado Antes de Despúes de Análisis de lavado lavado diferencias

№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Delantal blanco

2

2

0

2


3

3

0

3

Limpión blanco

3

3

0

4

Delantal blanco

2

3

1

5

Limpión blanco

2

2

0


1


121



№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Delantal blanco

3

3

0

2


2

2

0

3

Limpión blanco

2

2

0

4

Delantal blanco

3

3

0

5

Limpión blanco

2

2

0


0


122



№ de Prenda

Tipo de Prenda

1

Delantal blanco

2

2

0

2


3

3

0

3

Limpión blanco

2

2

0

4

Delantal blanco

2

3

1

5

Limpión blanco

2

3

1


2


123

Análisis físico químico del agua de descarga y detergentes

Tabla N ° 28 : Análisis del pH del agua de descarga de los detergentes

Número 1 2 3

Muestra Muestra Muestra

Codigo de color Amarillo Azul Verde

pH 8 10 8


Gráfico N ° 20 : Análisis del pH del agua de descarga de los detergentes

12 10 10 8

8

4

Verde

6

Azul

8 Amarrllo

pH del agua de descarga

3.1.3

2 0 1

2

3

Muestra


124

Tabla N ° 29 : Análisis del OD del agua de descarga de los detergentes

Número Muestra Muestra Muestra

1 2 3


OD (mg/L) 5,94 3,6 4,26


Gráfico N ° 21 : Análisis del OD del agua de descarga de los detergentes

7

5,94

5

2

Verde

3

4,26 3,6

Azul

4

Amarrllo

OD (mg/L)

6

2

3

1 0 1

Muestra


125

Tabla N ° 30 : Análisis de la DQO del agua de descarga de los detergentes


Número

Codigo de color

1 2 3

Amarillo Azul Verde

DQO (mgO2/L) 258 268 463


Gráfico N ° 22 :

463

1

268 Verde

258

Azul

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

Amarrllo

DQO (mgO2 /L)

Análisis de la DQO del agua de descarga de los detergentes

2

3

muestra


126

Tabla N ° 31 : Análisis de la DBO5 del agua de descarga de los detergentes

Número 1 2 3



DBO5 (mgO2/L) 111 99 149


Gráfico N ° 23 :

149

1

99 Verde

111

Azul

160 140 120 100 80 60 40 20 0

Amarrllo

DBO5 (mgO2/L)

Análisis de la DBO5 del agua de descarga de los detergentes

2

3

muestra Fuente: Datos obtenidos de las pruebas de la presente tesis Elaborado por: Roberto Montenegro

127

Tabla N ° 32 : Análisis de los fosfatos del agua de descarga de los detergentes

Número 1 2 3



Fosfatos (mg/L) 2,64 22,2 5,73


Gráfico N ° 24 : Análisis de los fosfatos del agua de descarga de los detergentes

22,2

20 15 Azul

10

5,73 5 0

2,64

Verde

Fosfatos (mg/L)

25

Amarrllo

1

2

3

muestra


128

Tabla N ° 33 : Análisis de la biodegradabilidad de los detergentes

Número

Codigo de color

Porcentaje de Biodegradabilidad a los 21 días

1 2 3

Amarillo

49,10% 41,90% 24,40%


Azul Verde


Gráfico N ° 25 :

60,00% 50,00%

49,10% 41,90%

40,00%

Verde

20,00%

24,40% Azul

30,00%

Amarrllo

Porcentaje de biodegradabilidad a los 21 días

Análisis de la biodegradabilidad de los detergentes

10,00% 0,00% 1

2

3

muestra


129

CAPÍTULO IV

130

CAPÍTULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1

•

CONCLUSIONES

Según los análisis de pH del agua de descarga, la muestra 2 que corresponde al detergente en polvo no cumple con la norma dada por el Municipio Metropolitano de Quito por no estar en el rango de 5 a 9, mientras que la muestras 1 y 3 si cumplen con esta normativa. Este resultado es lógico debido a que el detergente en polvo contiene gran cantidad de carbonato de sodio.

•

El detergente en polvo que es el más alcalino de las muestras presentó una mejor efectividad en cuanto a la remoción de manchas. Sin embargo este comportamiento alcalino resulta perjudicial a la larga para las fibras textiles.

•

El ensayo de espumogenicidad realizado en los detergentes pone de manifiesto que no existe una relación directa entre poder espumante con efectividad del detergente.

•

El ensayo de biodegradabilidad mediante el método del oxígeno disuelto permite hacer una valoración de la biodegradabilidad total de todos los componentes del detergente. Según este ensayo, se observa que el detergente más biodegradable de todos los analizados corresponde a la muestra uno.

•

En la prueba del oxígeno disuelto se puede observar que existe menor concentración de oxígeno en el agua de descarga del detergente en polvo, mientras que los 131

detergentes líquidos permiten una mayor solubilidad del oxígeno. El OD da una perspectiva de la cantidad de solutos presentes en el agua de la muestra.

•

Del análisis del DQO en las aguas de descarga se puede concluir que la muestra 1 es la que menor cantidad de substancias oxidables presenta, mientras que la muestra 3 es la que presenta la mayor cantidad de substancias oxidables dentro de su formulación.

•

La determinación del DBO5 demuestra que la muestra 3 es la que requiere una mayor cantidad de oxígeno para depurarse por acción bacteriana, por lo tanto es más contaminante. Entre las muestras 1 y 2 no existe una diferencia significativa.

•

Dentro del período 3 de la norma dada por el Municipio de Quito, las 3 muestras cumplen con los parámetros de DBO5 y DQO, sin embargo, para el período 4 (año 2008) la muestra 3 ya no cumpliría con el límite del DQO.

•

Se puede observar que la muestra 1 es la que menor proporción de fosfato contiene dentro de su formulación, mientras que la muestra 2 es la que presenta la mayor proporción de fosfatos.

•

Del análisis de todos los parámetros anteriormente expuestos, se puede concluir que el detergente menos contaminante es del detergente LADIF WASH LIQUID.

132

4.2

•

RECOMENDACIONES

Se recomienda realizar el ensayo de biodegradabilidad tanto por el método de disminución del oxígeno disuelto, así como los ensayos específicos para cada tensoactivo como SAM, substancias activas al Bismuto o a la disulfina, pues esto daría una idea global de la biodegradabilidad tanto de todas las substancias presentes en la fórmula del detergente, así como de la biodegradabilidad de los tensoactivos presentes.

•

Se recomienda además que el municipio metropolitano de Quito establezca una nueva ordenanza sobre el control de la contaminación producida por descargas líquidas en la que se incluya el método de disminución del oxígeno disuelto para el análisis de la biodegradabilidad total de un detergente.

•

Se promulgue el uso de detergentes ecológicamente blandos, es decir que contengan en su formulación substancias biodegradables y que no contengan fosfatos o que los posean en una mínima concentración.

133

BIBLIOGRAFÍA

134

BIBLIOGRAFÍA 1. CANTER, Larry, “Manual de evaluación de impacto ambiental”, 2da edición, Ed. McGRAWHill, España, 1998. 2. CLESCERI, Leonore, “Métodos normalizados APHA”,17

VA

edición, Ed. Díaz de Santos,

Madrid – España, 1992. 3. FRITS, James, “Química analítica cuantitativa”, 3era edición, Ed. Limusa, México, 1989. 4. GLYNN, Henry, “Ingeniería ambiental”, 2da edición, Ed. Prentice-Hall, México, 1999. 5. JENKIS, David, “Química de agua”, 1era edición, Ed. Limusa, México, 1983. 6. SANS, Ramón, “Ingeniería ambiental”, Ed. alfa omega, México DF., 1999. 7. SAWYER, Clair, “Química para ingeniería ambiental”, 4ta edición, Ed. McGRAW – HILL, Bogota – Colombia, 2001. 8. MORALES, Nelson, “Guía del textil en el acabado II”, 2da Edición, Gráficas – Planeta, 1998. 9. SEOANEZ Mariano, “Ingeniería del medio ambiente”, Coedición, Ed. Mundi – Prensa, Madrid España, 1996.

10. ENLACES 11. http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/gralitensoactivos.html 12. http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Humectacion.html 13. http://depa.pquim.unam.mx/~tunda/Emulsificantes.html 14. http://www.monografias.com/trabajos14/tensoactivos/tensoactivos.shtml 15. http://www.firp.ula.ve/cuadernos/S300A.pdf 16. http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/20agua.html 17. http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/documentos/capitulo8.html 18. http://www1.ceit.es/Asignaturas/Ecologia/Hipertexto/11CAgu/100CoAcu.htm 19. http://www.monografias.com/trabajos5/contvalen/contvalen.shtml 20. http://www.estrulan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=918 21. http://www.monografias.com/trabajos5/contvalen/contvalen.shtml 22. http://www.cepis.ops-oms.org/eswww/repamar/gtzproye/impacto/anexo4.html 23. http://www.infojardin.net/glosario/basal/biodegradable.htm 24. http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/nuevaconfiguracion/calaguas/Cap itulo16.htm

135

25. http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/calidadweb/cal19.htm 26. http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/calidadweb/cal19.htm 27. http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/calidadweb/cal15.htm 28. http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/nuevaconfiguracion/calaguas/Cap itulo15.htm

136

ANEXOS

137

Anexo 1

Costos de los detergentes

138

Costos de detergentes

Detergente LADIF WASH LIQUID

1 Kg

1,70 USD + IVA

Fuente: Empresa Ladifquim

Detergente Veydet 301 A

1 Kg

1,55 USD + IVA

Fuente: Empresa Veyco Quim

Detergente Cierto

1 Kg

1,25 USD + IVA

Fuente: Empresa Jabonería Wilson

139

Anexo 2

Informe de resultados de laboratorio de muestra 1

140

141

142

Anexo 3


143

144

145

Anexo 4


146

147

148

Anexo 5

Valores máximos permisibles de los indicadores de contaminación

149

150

151

152

153

154

155

156

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