Determinación de sulfonatos de alquilbenceno lineales (LAS) en biosólidos y suelos tratados con biosólidos

Abstract

En la actualidad los biosólidos generados en las plantas de tratamientos de aguas servidas de la Región Metropolitana, son acumulados en monorrellenos considerados seguros, mientras se estudian alternativas para su reutilización. Una de éstas podría ser, su utilización en agricultura, aprovechando su poder fertilizante y de mejorador de suelos. La aplicación de biosólidos a suelos, podría incorporar una serie de contaminantes orgánicos, incluyendo algunos tipos de surfactantes aniónicos, entre éstos, los sulfonatos de alquilbenceno lineales (LAS), presentes en la mayoría de los agentes de limpieza, detergentes comerciales y por consiguiente en las aguas residuales de uso doméstico.

Se estima que el contenido de LAS presente en estos biosólidos, puede encontrarse en el orden de g kg-1, debido a que no son degradados por el proceso biológico anaeróbico, usualmente utilizado en la estabilización de los lodos. Debido a las características estructurales de estos surfactantes y a su degradabilidad en condiciones aeróbicas, podrían incorporar contaminantes orgánicos e inorgánicos a los suelos, al ser utilizados los biosólidos con fines agrícolas.

El objetivo del presente estudio fue optimizar un método de extracción de LAS en muestras de biosólido, para ser aplicado a suelos y a mezclas suelo-biosólido.

Para determinar el contenido de LAS en los distintos sustratos, hubo que realizar un proceso de derivatización a través de la formación de pares iónicos, con bisulfato de tetrabutilamonio (TBA-H), el que fue extraído con CHCl3 ayudado por un sistema de ultrasonido y posterior alquilación en el inyector (“inyector-port”) del cromatógrafo. Los compuestos de LAS en las distintas muestras fueron identificados y confirmados por cromatografía de gases con detector de ionización de llama (GC-FID), utilizando como estándar interno la sal sódica del ácido 4-octilbencenosulfónico (C8-LAS). Se consideró la sumatoria total de las áreas de las distintas familias encontradas, las que fueron normalizadas a través de la razón de áreas con el estándar interno. Para su cuantificación, se utilizó una curva de calibración del estándar de la mezcla de LAS, en un rango de concentración de 250 a 4000 mg L-1.

Para determinar las condiciones óptimas de extracción de LAS desde los biosólidos, se realizó un diseño factorial (32), obteniéndose una superficie de respuesta, tomando en cuenta dos factores significativos a tres niveles, tres centros y una respuesta. Por tanto, según los resultados obtenidos, las condiciones óptimas de extracción fueron: concentración de TBA-H 0,30 M y 23 minutos de ultrasonido. Se determinaron los límites de detección (LOD) y de cuantificación (LOQ) cuyos valores fueron 51 mg kg-1 y 170 mg kg-1 respectivamente. Se encontró adecuada la metodología propuesta para la determinación de LAS en biosólidos, ya que en muestras de este sustrato enriquecidas con 3 y 7 g kg-1 de LAS, se obtuvo recuperaciones alrededor del 100 %, con coeficientes de variación entre 3,7 y 4,5 %. Se realizó un estudio similar en muestras de suelos enriquecidas con LAS, comprobándose que esta metodología puede ser también, aplicada a la determinación de estos compuestos en suelos.

Se encontraron valores de contenido de LAS en los dos biosólidos estudiados similares a los encontrados en biosólidos de otros países, con concentraciones de de 4,0 y 7,9 g kg-1 respectivamente. En los cuatro suelos estudiados: EM, LP, M y CB, se encontraron similares contenidos de LAS (0,6 g kg-1). La incorporación del biosólido seleccionado a los suelos, aumentó significativamente la concentración de LAS y el proceso de incubación originó una disminución del contenido de LAS en todas las muestras, que puede ser atribuido a una reacción de degradación. La degradación de los compuestos de LAS de los suelos tratados con biosólidos fue similar en todas las muestras. En los suelos enriquecidos con LAS, la degradación de estos compuestos fue menor en el suelo de tipo arenoso y con menor contenido de materia orgánica. En los suelos enriquecidos con LAS y tratados con biosólidos, la degradación fue mayor en los suelos con alto contenido de materia orgánica

I At present, biosolids generated at wastewater treatment plants in the Metropolitan Region are gathered in supposedly secure monofills, while alternatives are studied for their reutilization. One of these might be their utilization in agriculture, in order to make use of their soil fertilizing and improving properties. Biosolid application to soils could incorporate a series of organic contaminants, including some types of anionic surfactants, among them linear alkylbenzene sulfonates (LAS), present in most cleaning agents, household detergents and thus in household wastewater. It is estimated that the contents of LAS in these biosolids may be in the order of g kg-1, as a result of their no being degradated by the anaerobic biological process usually employed in sludge stabilization. Because of the structural characteristics of these surfactants and their degradability in aerobic conditions, they could incorporate organic and inorganic contaminants to soils if biosolids were used for agricultural purposes. The purpose of this study was to optimize a method for LAS extraction from biosolid samples with a view to its application to soils and soil-biosolid mixtures. In order to determine LAS content in the different substrate, a derivatizing process had to be carried out through ionic pair formation, with tetrabutylammonium bisulfate (TBA-H) extracted with CHCl3 assisted with ultrasound and further alkylation in the chromatograph injector (“injector-port”). LAS compounds from the different samples were identified and confirmed by gas chromatography with flame ionization detector (GC-FID), using the sodium salt of octylbenzene sulfonic acid (C8-LAS) as an internal standard. Results included the total sum of the areas of the different families found, standardized through the area-to-internal standard ratio. For their quantification, a calibration curve of LAS mixture standard in a concentration range of 250 to 4000 mg L-1. For the determination of LAS optimum extracting conditions from biosolids, a factorial design (32) was carried to obtain a response surface, taking into account two significant three-level factors, three centers and one response. Thus, according to the results, the optimum extracting conditions were: TBA-H concentration, 0.30 M and 23 min sonication. Detection limits (LOD) and quantification limits (LOQ) were determined as 51 mg kg-1 and 170 mg kg-1, respectively. The proposed methodology for LAS determination in biosolids was found adequate since in spiked samples with 3 and 7 g kg-1 LAS, recoveries of about 100% were reached, with variation coefficients from 3,7 to 4,5 %. A similar study was done on soil samples spiked with LAS, demonstrating that the methodology may also be applied to determine these compounds in soils. The values of LAS content in the two biosolids under study were similar to those found in other countries, with concentrations of 4,0 and 7,9 g kg-1, respectively. The four soils of our study : EM, LP, M, and CB showed similar LAS content (0,6 g kg-1). Incorporation of the selected biosolid to the soils caused a significant increase in LAS concentration and incubation caused a decrease in LAS contents in all of the samples. In LAS-enriched soils, degradation of these compounds was smaller in the sandy kind of soil, with less organic matter. In LAS-enriched soils treated with biosolids, degradation was higher in soils with a high content of organic matter.