Detergenty i ich wpływ na środowisko naturalne

Detergenty są środkami czyszczącymi, powierzchnie używanymi zarówno w gospodarstwach domowych jak i w przemyśle. Dzielimy je na mydła i detergenty syntetyczne, nie zawierające mydeł. Te ostatnie zresztą często określamy po prostu mianem detergentów, włączając z tej ogólnej nazwy mydła.
Często w języku potocznym nazwę „detergent” utożsamia się właśnie ze związkami powierzchniowo czynnymi, co nie zawsze jest słuszne, gdyż w grupie tej znajdują się substancje wskazujące zdolność np. emulgowania.
Mydła i detergenty syntetyczne zawierają substancje zmniejszające napięcie powierzchniowe wody, co powoduje, że dużo lepiej rozpływa się ona po powierzchni tkanin, naczyń itp.., zwilżając brud. Substancje te nazywamy środkami powierzchniowo czynnymi ,inaczej zwanymi surfaktantowymi. Należąca do takich substancji cząsteczka stearynianu sodu składa się z długiego, siedemnastowęglowego łańcucha i grupy karboksylanowej (-COO-), z którą związany jest jonowo kation sodowy. Konsekwencją takiej budowy jest dwoista natura tej cząsteczki. Silnie polarna grupa karboksylanowa wykazuje duże powinowactwo do węglowodorów i innych substancji niepolarnych, w tym także tłuszczów. Jeśli do roztworu mydła wprowadzi się nieco tłuszczu, cząsteczki mydła wnikają swymi łańcuchami do jego kropelek, a pozostałe na powierzchni grupy –COO- Na+ umożliwiają zwilżanie powierzchni tłuszczu przez wodę. Roztwory detergentów dobrze zwilżają zatłuszczone powierzchnie, a następnie, po mechanicznym oderwaniu cząstek brudu, tworzą z tłuszczami trwałą emulsję, którą można łatwo spłukać wodą.
Jeżeli liczba drobin detergentu jest duża i nie mogą się one zmieścić w płaskiej warstwie powierzchniowej, to układ dąży do zwiększenia powierzchni i w ten sposób powstają bańki mydlane. Łączna powierzchnia pęcherzyków jest wielokrotnie większa od płaskiej powierzchni wody i dlatego może pomieścić dużo więcej drobin detergentu.
Oprócz związków powierzchniowo czynnych kompozycje piorące lub myjące zawierają wiele innych składników pomocniczych. Ich zdaniem jest m.in. utrzymanie brudu w kąpieli w stanie zdyspergowanym i zapobieganie jego ponownemu osadzaniu na oczyszczonej powierzchni. Bardzo pomocne są w tym tak zwane koloidy ochronne, np. karboksymetyloceluloza, a sprzyjają temu także krzemiany i węglany. Innym ważnym zadaniem detergentów jest kompleksowanie metali ziem alkalicznych i metali ciężkich podczas procesu mycia, czemu służą znakomicie polifosforany niektóre związki organiczne, tzw. Kompleksony, np. sole kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA), glikonian sodu i inne. Kompozycje detergentowe zawierają poza tym wiele innych składników, jak np. środki wybielające, aktywatory i stabilizatory nadboranu sodowego.
Wszystkie te związki chemiczne trafiają do ścieków i dalej do środowiska naturalnego, przede wszystkim wodnego, głównie po procesach prania i mycia, zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w wielu dziedzinach przemysłu, gdzie procesy te są stosowane. Oprócz tego do środowiska trafiają także inne zawiązki powierzchniowo czynne. Należą tu np. emulgatory i stabilizatory pestycydów, herbicydów, fungicydów stosowane w rolnictwie i leśnictwie, lub odczynniki flotacyjne używane w górnictwie i metalurgii.
Największym problemem środowiska jest toksyczność.
Badania toksyczności w stosunku do organizmów wodnych prowadzi się najczęściej dla małych rybek i skorupiaków. Istnieją różne sposoby określania toksyczności związku chemicznego. Jednym z nich jest wyznaczenie stężenia zawiązku, przy którym 50% osobników badanej populacji ponosi śmierć, czyli wyznaczenie LC50 (lethal concetration)
Z kolei EC50 jest to stężenie, przy którym u 50% badanych osobników zaczynają występować zmiany czynności życiowych, takich jak zapotrzebowanie na pokarm, przyrost masy, rozmnażanie, pływalność, a pojawia się apatia, lękliwość.
Przyjęto w stosunku do organizmów wodnych, że związki, dla których wartość LC 50 jest mniejsza od 1mg/l, są silnie toksyczne, natomiast związki, dla których LC 50 jest większe od 1000mg/l, są nietoksyczne.
W badaniach przeprowadzonych przez uczonych japońskich wykazano, że biologiczny efekt działania surfaktantów na ryby związany jest z ich właściwościami adsorpcyjnymi. Stwierdzono, że surfaktanty nie są wchłaniane przez przewód pokarmowy, ale ulegają silnej adsorpcji na skrzelach. Tworzący się na skrzelach kompleks surfaktanta z proteiną najwyraźniej zakłóca funkcje oddechowe skrzeli, tym samym powoduje deficyt tlenowy. Również badania przeprowadzone na szczurach wykazały związek toksyczności surfaktantów z ich aktywnością powierzchniową, o czym świadczą zmiany morfologiczne u badanych zwierząt, polegające głównie na uszkodzeniach ścian naczyń krwionośnych i innych komórek, co w konsekwencji wywołuje szereg objawów chorobowych. Uszkodzenia błon komórkowych spowodowane są m.in. wbudowaniem się w te błony cząsteczek surfaktantów, a przez to zaburzony zostaje transport różnych składników przez te błony. W przypadku ludzi pracujących przez dłuższy okres czasu przy produkcji detergentów stwierdzono zmiany w płucach, rozszerzenie naczyń krwionośnych, a także nasilającą się próchnicę zębów.
Detergenty trafiające do środowiska naturalnego są dla niego zagrożeniem nie tylko ze względu na toksyczność surfaktantów, ale także ze względu na innego typu uciążliwości.
Spośród składników proszków detergentowych największą uciążliwość ekologiczną(nie związaną z toksycznością)mają surfaktanty i fosforany.
Uciążliwość surfaktantów wynika z ich właściwości fizykochemicznych, a mianowicie w skutek adsorpcji na powierzchni wody utrudniają one przenikanie tlenu w głąb wód naturalnych. Tym samym utrudniony jest rozwój organizmów żywych, a także samooczyszczanie się zbiorników wodnych w procesach biodegradacji. Poza tym podczas rozkładu biochemicznego samych surfaktantów zużywa się tlen, co pogłębia deficyt tlenowy wód.
Przy większej ilości surfaktantów występuje pienienie się wody, co stwarza kłopoty w pracy różnego typu urządzeń, m.in. turbin i urządzeń napowietrzających w oczyszczalniach ścieków.
Dzięki swym zdolnościom emulgujacym związki powierzchniowo czynne ułatwiają przedostawanie się do środowiska wodnego wielu substancji toksycznych, m.in. pesty-cydów, węglowodorów. W formie zemulgowanej, substancje te są znacznie łatwiej wchłanialne przez organizmy żywe, tak więc obecność surfaktantów wzmaga ich toksyczne działanie. W świetle tego używanie związków powierzchniowo czynnych do likwidowania rozlewów olejowych budzi poważne wątpliwości. Również oczyszczanie ścieków zawierających produkty ropopochodne jest bardzo utrudnione w przypadku obecności związków powierzchniowo czynnych.
Z kolei nadmierna zawartość fosforu w wodach powoduje ich eutrofizację, której przejawem jest nadmierny rozwój pełnych form życia, kosztem innych, czyli zachwianiem równowagi ekologicznej prowadzące w końcowych przypadkach do zamierania życia w zbiornikach wodnych. Wspomnieć też można, że źródłem zanieczyszczeń fosforowych są nie tylko proszki detergentowe, ale także nawozy sztuczne.
Ze względu na niekorzystny wpływ, jaki wywierają związki powierzchniowo czynne na środowisko, ważne jest skuteczne ich usuwanie ze ścieków. Stosowane metody zależą od stężenia tych związków. mogą to być metody fizykochemiczne biologiczne lub chemiczne, takie jak adsorpcja, odwrócona ousmoza, wypienianie, ekstrakcja. W przypadku oznaczonego stężenia surfaktantów w ściekach możliwy jest ich odzysk np. metoda wypieniania.
O ile środowisko naturalne samo może bronić się przed skutkami obecności związków powierzchniowo czynnych, rozkładając je w procesach biodegradacji, o tyle w przypadku fosforanu jest bezsilne.
Toteż w wielu krajach rozwiniętych, zwłaszcza w Europie Zachodniej, ograniczono lub zakazano produkcji i używania środków do prania zawierających fosforany. Ograniczenia prawne spowodowały konieczność stosowania zamienników, wśród których główną role odgrywają odpowiednio przygotowane glinokrzemiany sodu. Nie są one uciążliwe dla środowiska, gdyż ulegają degradacji do nieszkodliwych krzemianów i glinianów. Są one nie toksyczne i nie powodują podrażnień skóry. W Polsce nie ma prawnych ograniczeń stosowania fosforanów, ale to nie oznacza, że problem eutrifozacji wód nie istnieje. Spotykamy się często z zachowaniem równowagi ekologicznej, spowodowanej nadmiernym używaniem detergentów zawierających fosforany. Nasilające się akcje „antyfosforowe” spowodowały, że i polscy producenci zmniejszają zawartość fosforanów w proszkach detergentowych, o czym skwapliwie informuje się konsumentów odpowiednimi tekstami na opakowaniach.
Sumując można stwierdzić, że największe szkody dla środowiska wynikają z obecności w wodach dwóch składników proszków detergentowych, a mianowicie surfaktantów i fosforanów. Zamianą tych detergentów może być glinokrzemian sodu, który nie jest szkodliwy.