DETERGENTES Y JABONES
5. Contaminación de las aguas
a causa de los detergentes domésticos
Mientras el lavado doméstico se realizaba fundamentalmente 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 de forma radical las características exigidas a los detergentes domésticos. Esto se debe que las fibras sintéticas deben ser lavadas en condiciones totalmente distintas y, especialmente al cambio prácticamente total del lavado a mano a las cómodas lavadoras de tambor, que requieren nuevas funciones y efectos en los detergentes.
Al introducirse los detergentes sintéticos se produjo primeramente una situación gravemente amenazadora: las sustancias activas utilizadas no se degradaban biológicamente con la suficiente rapidez. Se acumulaban en los ríos y formaban en muchos lugares capas de espuma de varios metros de altura, que no sólo impedían la navegación, sino que afectaban grandemente a los procesos de autolimpieza de las aguas. El origen de la espuma se debía a los surfactantes de los detergentes. Se había supuesto que las bacterias ambientales descompondrían rápidamente estos surfactantes en compuesto más simples, como en el caso de los jabones; se suponía que los surfactantes eran biodegradables. Resultó que éste no era el caso. La ley del 1.12.1962 prohibió en la RFA el uso de sustancias detergentes activos (tensoactivos) que según un procedimiento de prueba prescrito no se hubiera degradado en un 80% en 24 horas.
La industria de los detergentes hubo de pasarse rápidamente a los detergentes "biológicamente inocuos" sin que ello incidiera en el efecto limpiador ni en los precios. Se alteró químicamente la estructura molecular de los surfactantes y haciéndolos más vulnerables a las bacterias. La alteración supuso 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 tanto, vemos que el empleo masivo de detergentes en múltiples actividades humanas engendra 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.
5.1 Efectos de los detergentes
Los efectos de los detergentes son:
- Formación de espumas: La formación de espumas tiene lugar con débiles contenidos de detergentes, formación más abundante en presencia de sales de calcio y más aún cuando existen proteínas en el medio. Además de los efectos físicos representan una gran alteración de la estética y la posibilidad de vehicular bacterias patógenas (microbacterias) y concentrar virus (hepatitis y polio).
- Inhiben o ralentizan la oxidación: Un contenido de 30 mg/l de detergentes inhibe totalmente la actividad de bacterias celulolíticas.
- Alteran la transferencia y la disolución del oxígeno: La presencia de una capa superficial protectora que dificulta la renovación del oxígeno disuelto en la interfase aire-agua y, en consecuencia, ralentizan la autodepuración de las corrientes de agua.
- Perturban la sedimentación primaria: Parece que los detergentes obran de distinta manera según el grosor de las partículas en suspensión. Chavane ha demostrado que 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.
- Disminuyen el rendimiento de los procesos de tratamiento biológico más en lodos activados que en biofiltros: Concentraciones del orden de 30 p.p.m. pueden provocar perturbaciones.
- Acción más o menos marcada sobre la flora nitrificante: Los detergentes aniónicos del tipo ABS y alquilarilfulfonatos a la dosis de 6-12 mg/l tienen una acción marcada sobre la flora nitrificante dosis 50-60 mg/l provocan una inhibición total de estos fermentos. Detergentes aniónicos en dosis de 120 mg/l impiden el desarrollo de algas.
- Alteran la permeabilidad de los suelos y, en consecuencia, facilitan la penetración de microorganismos en las aguas subterráneas: Los detergentes facilitan el desplazamiento de bacilocoliformes.
- Alteran el olor y el sabor de las aguas de consumo público: Se necesitan grandes cantidades de detergentes 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. Algunos individuos detectan el sabor en concentraciones de 16 mg/l.
- Posibilidad de ejercer efectos tóxicos: El ABS puede ser consumido en concentraciones mucho mayores 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 p.p.m. en la dieta no han presentado alteraciones en el crecimiento, cuadro hemático, peso, examen microscópico, tejidos, etc. Para el dodecil, las concentraciones Tlm 24 horas es de 4 p.p.m.; Tlm 48 horas, de 3,5 p.p.m., y Tlm 96 horas es de 3,5 p.p.m. para los peces.
5.2 Los fosfatos
El contenido principal de las investigaciones y esfuerzos de los organismos encargados de la protección del medio ambiente lo constituye el fosfato, mientras que los restantes contaminantes son menos tenidos en cuenta. El principal estructurador empleado en los detergentes es el Na5P3O10. Esta sustancia no acarrea problemas ambientales, ya que el ion P3O10-5 experimenta una lenta reacción de hidrólisis en el ambiente hasta convertirse en ortofosfatos, los cuales carecen de toda toxicidad. Los estructuradores con polifosfatos son motivo de honda preocupación ya que tanto ellos como los productos resultantes de su hidrólisis contienen obviamente 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:
1- 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.
2- 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.
3- El trifosfato no sólo ejerce una acción detergente, sino que también aumenta la acción detergente de los tensoactivos.
4- Por su capacidad de fijar la suciedad, que aumenta con la presencia de la metilcarboxicelulosa, 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.
5- No son tóxicos para la vida acuática ni son nocivos para la salud de las personas.
6- Se descomponen satisfactoriamente mediante hidrólisis en las plantas depuradoras y en las aguas superficiales. Después de degradarse ya no se comportan como agentes secuestrantes.
7- No interfieren con otros procedimientos de tratamientos de residuos
8- Pueden eliminarse con efectividad de las aguas residuales en las centrales depuradoras.
9- Su estructura química y sus reacciones ya se conocen muy bien, y han sido investigadas y documentadas durante muchos años.
10- Precio relativamente bajo.
A estas características ventajosas de los polifosfatos hay que contraponer como inconveniente su actuación eutrófica sobre las aguas en las que desembocan los desagües, especialmente las de los lagos.
Un lago de aguas claras debe esta claridad a la falta de algas y de otras plantas acuáticas que no encuentran las condiciones de vida adecuadas a causa de la falta de fosfatos y nitratos que le son vitales. Cuando se llevan mediante desagües y aguas filtradas estos elementos al agua de los lagos, aparece rápidamente un incremento excesivo (eutrofia) de algas que conduce al ensuciamiento de los lagos. Es especialmente temida en aquellos lagos adecuados para el baño, el alga llamada "oscillatoria rubescens", que da al agua un colorido marrón rojizo poco atractivo. Existe, por lo tanto, una preocupación, por motivos turísticos, para mantener alejados los desagües domésticos, que contienen, debido al uso de detergentes habituales, grandes cantidades de fosfatos, de los lagos. El problema de la eutrofia no es tan importante en las aguas corrientes.
En las zonas montañosas con desniveles adecuados la solución más sencilla es el uso de una canalización en anillo en la que se recolectan todos los desagües de las comunidades del entorno y se llevan fuera del lago, en general a la salida del lago después de su purificación mecánica, y también biológica, en caso de necesidad. Una canalización en anillo, de este tipo, se utilizó por primera vez en el año 1962 alrededor del Zellersee en Salzburgo y esta medida se ha impuesto posteriormente también en muchos otros lagos utilizados para bañarse.
En aquellos lugares en los que no es posible una canalización en anillo por motivos orográficos es necesario purificar las aguas de desagüe de las comunidades del litoral, de fosfatos y nitratos antes de llevarlas al lago. Para esto no es suficiente la limpieza biológica normal, puesto que con ella tan sólo se elimina una parte de los fosfatos en fase de cieno. Para completar su separación es preciso utilizar precipitantes, especialmente sales de hierro y aluminio, generalmente añadiendo lechada de cal, durante o después de la etapa de limpieza biológica.
5.3 Formulaciones de detergentes sin fosfatos
Los fabricantes de detergentes han empleado dos métodos en un intento de reducir o eliminar por completo el contenido en fosfatos de los mismos:
1) sustitución de los estructuradores con fosfatos por sustancias con propiedades similares, y
2) empleo de surfactantes que funcionen sin estructuradores de tipo secuestrante.
Como sustituto de los polifosfatos se han tenido especialmente en cuenta dos sustancias: el nitrilo del ácido triacético (NTA) y el ácido cítrico. Ambas sustancias tienen algo de perjudicial y en primer lugar su carácter químico orgánico, que les hace actuar a su vez como contaminante del agua. El silicato de sodio (vidrio soluble) no tiene est inconveniente, pero no presenta alguna de las ventajas de los polifosfatos.
El nitrilo del ácido triacético presenta excelentes características para la formación de compuestos pero tiene una acción detergente muy limitada. Su biodegradabilidad es cambiante y no segura; y requiere siempre para ello oxígeno, liberando productos con contenido de nitrógeno que pueden alimentar a las plantas (compuestos de amonio y nitratos) y que a su vez aumentan la eutrofia. Además existen inconvenientes toxicológicos debido a la formación de compuestos con iones metálicos venenosos. También se discute su compatibilidad con el perborato blanqueador.
El citrato de sodio tiene buenas características para la formación de complejos, pero sin embargo no tiene acción detergente. Como sustancia fácilmente biodegradable representa una buena carga en la economía del oxígeno del desagüe.
La utilización del nitrilo del ácido triacético (NTA) como sustituto parcial del fosfato se inició a principios de los años setenta. El 18 de diciembre de 1970 se detuvo, a petición del inspector general de sanidad de los Estados Unidos, mientras se efectuaban estudios más completos sobre la sustancia. La petición del jefe de sanidad se basaba en un informe del National Institute of Environmental Health Science (NIEHS); según este informe, un compuesto de NTA y cadmio administrado a ratones, ya fuera por vía oral o por inyección, se sospechaba que fuera teratógeno (causante de anormalidades fetales).
Antes de su uso, extensas pruebas de seguridad humana y ambiental indicaron que a los niveles contemplados el NTA era inocuo. Normalmente, el NTA se degrada en los sistemas de depuración de residuos y en el ambiente. En estado degradado pierde su capacidad para combinarse con metales. Sin embargo, no lo hace en condiciones anaerobias, como las que pueden encontrarse en algunas fosas sépticas. Ello hizo pensar en la posibilidad de que el NTA sin degradar pudiera combinarse con los metales pesados que se sabe existen en el agua.
Esta situación indica el gran cuidado que debe tenerse al asegurar que las alternativas al fosfato no presentan riesgos iguales o superiores para el ambiente. Una gran preocupación relativa a los sustituyentes del fosfato es que su química y comportamiento en el ambiente no se conocerán, durante largos períodos de tiempo, por lo que deberán obtenerse, con cuidadosas observaciones y experiencias.
Las investigaciones realizadas con el NTA desde que se interrumpió su empleo, indican que tiene muy pocas probabilidades de presentar riesgos para el hombre o el ambiente a los niveles máximos propuestos en los detergentes. La proscripción del NTA en los Estados Unidos continúa aún cuando su uso haya sido aprobado en algunos países extranjeros. Quizá la amplia publicidad dada a los hallazgos iniciales haya creado actitudes en la mente de los consumidores que impidan la aceptación popular del NTA como componente de los detergentes, independientemente de lo que diga la ciencia.
Basándonos en las informaciones de los consumidores, los fabricantes de detergentes son de la opinión de que, si se rebaja el contenido en fosfatos de sus productos sin un sustituyente apropiado, la mayoría de personas simplemente usarán más detergente con el fin de conseguir resultados que les satisfagan. El resultado neto sería más o menos la misma cantidad de fosfatos en las aguas residuales, pero a un coste superior para los consumidores.
La búsqueda de combinaciones útiles de surfactantes y estructuradores de tipo no secuestrante ha tenido un éxito moderado, y algunos detergentes carentes de fosfatos ha aparecido en el mercado. Se han fabricado detergentes carentes de fósforo, y en algunos estados y ciudades de los Estados Unidos se ha prohibido o restringido la utilización de detergentes fosforados. Los surfactantes se combinan con estructuradores que aumentan sustancialmente la alcalinidad, y que precipitan los iones del agua dura en lugar de secuestrarlos. Típicamente, los estructuradores usados son carbonatos y silicatos.
Estos estructuradores presentan algunas desventajas. La formación de los residuos de calcio y magnesio es una de ellas. Estos sólidos pueden depositarse en los artículos que se han de lavar, con el resultado de que la colada parece "áspera". Los estructuradores secuestrantes mantienen en solución a los metales en forma de iones grandes y evitan este problema. Los estructuradores precipitantes confieren una alcalinidad mucho mayor al agua para lavar que los fosfatos. Los detergentes con estos últimos producen un pH comprendido entre 9 y 10.5 en el agua para lavar. Los detergentes sin fosfatos hacen que por lo general el agua tenga un pH comprendido entre 10.5 y 11. Una solución con un pH de 11 y más se aproxima al valor en que la corrosión de la piel, graves irritaciones oculares y la toxicidad por ingestión llegan a constituir un problema. A unos valores del pH tan elevados las soluciones aparentemente forman geles con los tejidos proteicos y son muy difíciles de eliminar antes de que se originen daños graves.
A fines de 1971, el Council on Environmental Quality y la EPA efectuaron una declaración relacionada con el problema que rodea a los estructuradores de los detergentes. Su conclusión, basada en estudios sobre beneficios y desventajas relativos de los diversos estructuradores, fue que desde el punto de vista sanitario los fosfatos eran los estructuradores más seguros para los detergentes. Esta conclusión se obtuvo a pesar de las pruebas que indican una contribución de los fosfatos a la eutroficación cultural. Como parte de esta declaración, también se anunció un programa de reducción de fosfatos en zonas difíciles, mediante tratamientos apropiados de las aguas residuales.
5.4 Efectos sobre el ambiente de la eliminación de fosfatos
Los que están en contra de la eliminación de los fosfatos de los detergentes consideran que la eliminación no solucionaría el problema de la eutroficación ya que en el fondo existe una fuente de fósforo considerable. También consideran que no vale la pena arriesgarse a la introducción de nuevos problemas en forma de un sucedáneo de los fosfatos. Los que están a favor de la eliminación de los fosfatos consideran que el almacén de fósforo contenido en el fango acabará por agotarse. ¿Por qué no empezar a gastarlo inmediatamente? Ambas partes están de acuerdo en que el mejor plan a largo plazo es la depuración de todas las aguas residuales, así como la eliminación de los nutrientes vegetales excesivos.
