Surfaktanty syntetyczne vs biosurfaktanty. Wpływ na środowisko i biodegradacja

• Strona główna
• Artykuły
• Surfaktanty syntetyczne vs biosurfaktanty. Wpływ na środowisko i biodegradacja

2020-09-10  / Autor: Ilona Góral, Kamil Wojciechowski, SaponLabs sp. z o.o., Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej

Podobny problem dotyczy zresztą wielu innych gałęzi przemysłu, m.in. spożywczego, chemii gospodarczej, czy środków ochrony roślin. Z kolei, z punktu widzenia indywidualnych użytkowników, równie istotny jest wpływ stosowanych przez nich surfaktantów na skórę. Tym zagadnieniem zajmiemy się w drugiej części artykułu, w kolejnym numerze kwartalnika, podczas gdy w pierwszej skupimy się na porównaniu wpływu surfaktantów i biosurfaktantów na środowisko.

Celem obu części cyklu jest porównanie surfaktantów syntetycznych, które zapewne długo jeszcze będą dominować na rynku, z surfaktantami pochodzenia naturalnego (biosurfaktantami). Te ostatnie, chociaż znane ludzkości i środowisku od zarania dziejów, pozostają ciągle surowcami niszowymi, jednak o dużej dynamice wzrostu.

Biodegradowalność surfaktantów

W wyniku normalnego użytkowania, surfaktanty – ze względu na powszechność występowania m.in. w kosmetykach myjących oraz produktach chemii gospodarczej – przedostają się do zbiorników wodnych. Nie jest to zjawisko pożądane, zwłaszcza w przypadku nadmiernego gromadzenia się tych związków w wodach gruntowych. W skrajnym przypadku może dochodzić do pienienia wód, co z kolei niesie potencjalne konsekwencje w postaci zmniejszenia stężenia tlenu w wodzie i śmierci niektórych organizmów. Dlatego tak istotne jest skuteczne usuwanie związków powierzchniowo czynnych ze ścieków na etapie ich przetwarzania w oczyszczalni. Odbywa się to zwykle z wykorzystaniem metod biochemicznych (przy udziale mikroorganizmów) lub metod fizycznych, takich jak wypienianie, metody sorpcyjne z wykorzystaniem węgla aktywnego, bądź metody z wykorzystaniem hydrożeli kompleksujących spc.

Badania wskazują, że stężenie spc w wodach gruntowych może sięgać ok. 470 μg/l. Z kolei w ściekach domowych może wahać się w granicach 14,5-20 mg/l, a w ściekach zakładu kosmetycznego może sięgać nawet ok. 3000 mg/l. Nie dziwi więc fakt, że w ostatnim czasie coraz częściej jest poruszany aspekt biodegradowalności surfaktantów, wykorzystywanych powszechnie do produkcji kosmetyków, czy środków chemii gospodarczej. Obecnie, zgodnie z Dyrektywą EC 648/2004, każdy związek powierzchniowo czynny wykorzystywany we wspomnianych branżach powinien posiadać specyfikację, określającą jego podatność na proces biodegradacji. Najczęściej do oceny biodegradowalności surfaktantów stosuje się testy OECD 301. W zależności od wybranej metody, surfaktanty powinny charakteryzować się biodegradowalnością na poziomie co najmniej 60 lub 70% w ciągu 28 dni.

Związki powierzchniowo czynne mogą ulegać biodegradacji częściowej (w wyniku której związek traci swój charakter amfifilowy, a w konsekwencji – aktywność powierzchniową), bądź całkowitej (w wyniku której związek ulega całkowitej mineralizacji). Podatność danego związku na biodegradację jest składową wielu czynników. I tak na przykład, polietoksylowane alkilofenole (APE) charakteryzują się biodegradowalnością na poziomie ok. 0-20%, podczas gdy surfaktanty z grupy alkilobenzenosulfonianów (LAS) – nawet 97-99%. Wyniki te odnoszą się do badań prowadzonych w warunkach tlenowych. Natomiast, zgodnie z wynikami badań laboratoryjnych, surfaktanty LAS ulegają w znacznie mniejszym stopniu procesom rozkładu w warunkach tlenowych. Z kolei dane pozyskane z monitoringu środowiskowego nie są zgodne z wynikami analiz laboratoryjnych i wskazują na możliwość degradacji LAS w środowisku naturalnym również w warunkach beztlenowych. Przyczyna tych różnic nie została dotychczas wyjaśniona, jednak wskazuje na złożoność problemu związanego z opisem stopnia biodegradacji surfaktantów.

Biodegradowalność zależy od budowy związku powierzchniowo czynnego – zarówno jego części polarnej, jak i niepolarnej. I tak na przykład większą biodegradowalnością charakteryzują się sole metali jednowartościowych wyższych kwasów tłuszczowych (mydła sodowe) niż sole metali wielowartościowych (mydła magnezowe, wapniowe). Ich biodegradacja zachodzi na drodze β-oksydacji. W procesie tym powstaje acetylokoenzym A, który jest następnie pobierany przez komórki mikroorganizmów podczas cyklu Krebsa celem produkcji biomasy oraz energii. Proces biodegradacji mydeł może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych.

CAŁY ARTYKUŁ DOSTĘPNY JEST W NR 2/2020 KWARTALNIKA "CHEMIA I BIZNES. RYNEK KOSMETYCZNY I CHEMII GOSPODARCZEJ". ZAPRASZAMY