Comportamiento ambiental de tensioactivos comercialesbiodegradabilidad, toxicidad y ozonización

Resumen

RESUMEN INTRODUCCIÓN En la Tierra, el 70% de la superficie terrestre está cubierta por agua, siendo el 97% aguas oceánicas y mares, mientras que el 3% restante pertenece a las aguas continentales, como ríos, lagos, aguas subterráneas y glaciares. Sólo una pequeña parte, el 1% de estas aguas continentales, es de fácil acceso para ser utilizada por el ser humano, de ahí la enorme importancia de preservar sus cualidades. Las aguas superficiales son los colectores de multitud de sustancias procedentes de la superficie o incluso de las aguas subálveas; muchas de estas materias se degradan en el propio medio acuático, pero otras son transportadas hasta la desembocadura sin experimentar modificaciones sustanciales en su descomposición. De esta forma, en definitiva, el mar, ríos, lagos y embalses se convierten en depósitos de contaminantes de naturaleza diversa. Entre estos contaminantes se encuentran los tensioactivos, los cuales son ampliamente utilizados en multitud de aplicaciones como es el caso de detergentes, productos de cuidado personal, pinturas, industria textil, pesticidas, polímeros, productos farmacéuticos, minería, industria petrolífera, papelera, etc. Tras su uso, doméstico o industrial, los tensioactivos o los productos de su degradación pasan a las aguas superficiales directamente o después de no ser completamente degradados en las plantas de tratamiento de aguas residuales. A pesar del gran número de aplicaciones y de las numerosas ventajas que presentan tanto en el ámbito industrial como económico y sanitario, desde un punto de vista ambiental son considerados como un importante contaminante del medio acuático. Se requiere por tanto que sean lo más inocuos posible para el medio ambiente, es decir, fácilmente biodegradables y de baja toxicidad. La degradación mediante actividad microbiológica es la primera transformación que sufren los tensioactivos en el medio ambiente. Además, suponen uno de los procesos más importantes en el tratamiento de los tensioactivos en las plantas de depuración de aguas residuales. La mayoría de los tensioactivos pueden ser degradados por los microorganismos en el medio ambiente, pero no todos los tensioactivos son igual de biodegradables, incluso algunos de ellos pueden persistir bajo condiciones anaeróbicas. Por tanto, es necesario establecer las características estructurales que implican la susceptibilidad de dichas moléculas para ser degradadas. Además la biodegradabilidad de una sustancia supone uno de los criterios más importantes en la evaluación del impacto ambiental y uno de los factores más importantes para predecir su comportamiento en el medio ambiente, lo que pone de manifiesto la importancia de conocer y evaluar la biodegradabilidad de los tensioactivos. El impacto ambiental de los productos químicos está también determinado por su ecotoxicidad, la cual es relativamente alta en el caso de los tensioactivos como resultado de su actividad superficial y su acción perjudicial sobre las membranas celulares. Por consiguiente, es necesario establecer los límites permitidos para los distintos tensioactivos, evaluar el impacto sobre las comunidades de los ambientes que las reciben, comparar la sensitividad de varias especies a los distintos tensioactivos o a diferentes condiciones para el mismo tóxico, y establecer las relaciones entre la toxicidad y los parámetros estructurales de la molécula. Con el estudio sobre la biodegradabilidad y toxicidad de los tensioactivos se dispone de información suficiente para determinar cuáles son más adecuados para formar parte de las formulaciones detergentes desde el punto de vista medio ambiental. Por otra parte, los tensioactivos cuando llegan a las plantas de tratamiento de aguas residuales a altas concentraciones pueden inhibir el rendimiento y ser tóxicos para la biota responsable de la eliminación de los contaminantes. El tratamiento de los efluentes basado en procesos biológicos es más económico respecto a otros tratamientos con procesos oxidativos avanzados. Por esta razón surge la necesidad de combinar procesos químicos y procesos biológicos para un adecuado tratamiento de los efluentes. Entre las tecnologías más prometedoras se encuentras los Procesos de Oxidación Avanzados (AOPs), que suponen una excelente opción para la eliminación y/o modificación de compuestos recalcitrantes en constituyentes más biodegradables, oxidando parcialmente estos compuestos y propiciando un mejor tratamiento biológico posterior. El tratamiento con ozono constituye uno de los AOPs más utilizados, y puede ser empleado para transformar los tensioactivos en productos más biodegradables y menos tóxicos para los cultivos microbiológicos de reactores de biodegradación. Sin embargo, en algunos casos los productos de ozonización de los tensioactivos pueden ser incluso más tóxicos que los compuestos sin ozonizar. Por consiguiente, es de vital importancia el estudio de la relación existente entre la estructura del tensioactivo y la evolución de su biodegradabilidad y toxicidad tras el proceso de ozonización de disoluciones de tensioactivos. En el Capítulo I de la presente Tesis Doctoral se lleva a cabo una revisión general de los aspectos fundamentales anteriormente mencionados. Se resumen las características físico-químicas más importantes de los tensioactivos, así como sus principales efectos adversos en el medio ambiente y la normativa vigente al respecto. Se presentan también los aspectos más relevantes relacionados con el estudio de la biodegradabilidad y toxicidad de los tensioactivos, y el efecto sobre dichas propiedades cuando se utilizan procesos de oxidación avanzada con ozono para su eliminación. ¿ OBJETIVOS Debido a las implicaciones ambientales derivadas de la presencia de los tensioactivos en los sistemas acuáticos y los problemas que conllevan su eliminación en las plantas de tratamiento de aguas residuales, en esta Tesis se plantean unos objetivos generales que son: el estudio del comportamiento ambiental de los tensioactivos en los sistemas acuáticos, el estudio de los procesos de ozonización en la eliminación de tensioactivos, y cómo dichos procesos afectan a su biodegradabilidad y toxicidad. Para el cumplimiento de estos objetivos generales se plantean una serie de objetivos concretos que se recogen en el Capítulo II. MATERIALES Y MÉTODOS En el Capítulo III se describen los tensioactivos estudiados y sus principales propiedades, así como la metodología utilizada durante el desarrollo del trabajo experimental. Los tensioactivos aniónicos utilizados han sido el lineal alquilbenceno sulfonato (LAS) y tensioactivos derivados de ácidos éter carboxílicos (EC); los tensioactivos no iónicos empleados han sido el nonilfenol polietoxilado (NPOE), alcoholes grasos etoxilados (FAE), alquilpoliglucósidos (APG) y óxidos de amina (AO). La concentración micelar crítica (CMC) para estos tensioactivos se ha determinado a través de medidas de tensión superficial utilizando un tensiómetro de placa. La biodegradabilidad se ha evaluado utilizando distintos métodos de ensayo: ensayo de biodegradación estático y dinámico, ensayo de biodegradación por el método respirométrico y ensayo de biodegradación con bacterias Pseudomons putida. Para el seguimiento de la biodegradación se han empleado diferentes técnicas en función del ensayo empleado y el tensioactivo estudiado, dichas técnicas son: método simplificado para el análisis de las sustancias activas al azul de metileno, método del yodo-yoduro, método de la antrona, medidas del carbono orgánico total (TOC), cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) y recuento de la biomasa. La toxicidad de los tensioactivos se ha analizado utilizando tres ensayos con tres organismos diferentes: ensayo LumiStox® 300 de inhibición de la intensidad luminosa de bacterias Vibrio fischeri, ensayo de inmovilización de microcrustáceos Daphnia magna, y el ensayo de inhibición del crecimiento para microalgas Selenastrum capricornutum. El proceso de ozonización se ha realizado en una instalación en la que se hace burbujear una corriente de ozono y oxígeno en el recipiente adecuado que contiene la disolución de tensioactivo. El seguimiento de la degradación del tensioactivo se realiza utilizando el método simplificado para el análisis de las sustancias activas al azul de metileno, el método de la antrona, y/o medidas del carbono orgánico total (TOC), en función del tensioactivo ozonizado. La biodegradabilidad y toxicidad de las soluciones de tensioactivo ozonizadas se determina utilizando el ensayo estático de biodegradación, ensayo de biodegradación con bacterias Pseudomonas putida, y el ensayo de toxicidad con bacterias Vibrio fischeri. TRABAJOS PUBLICADOS En los Capítulos IV y V se presentan, divididos en tres bloques temáticos, los resultados obtenidos en 8 trabajos de investigación publicados en revistas científicas de impacto . ¿ A.- Biodegradación de tensioactivos: 1.- Effect of concentration on the primary and ultimate biodegradation of alkylpolyglucosides in aerobic biodegradation test. En este estudio se examina la biodegradación primaria y última de un tensioactivo no iónico del tipo alquilpoliglucósido, mediante ensayos de biodegradabilidad fácil. La concentración se analizó utilizando el método de la antrona, mientras que la biodegradación última fue analizada mediante medidas del carbono orgánico total. También se determinó la influencia de la concentración sobre la biodegradación primaria y última, así como la cinética de degradación. La biodegradación primaria y última se estudiaron a diferentes concentraciones iniciales de tensioactivo: 15, 25, 50, 75 y 100 mg/L. El incremento de la concentración del compuesto de 15 a 100 mg/L conlleva una disminución en la velocidad relativa máxima de mineralización y mayores tiempos de latencia, con un factor de aumento de aproximadamente 4.3. Durante el proceso de degradación se observan dos etapas, las cuales están bien descritas por Quiroga y modelos cinéticos de primer orden, respectivamente. Para el estudio de la influencia de la concentración se evaluaron los parámetros característicos de los perfiles de biodegradación en los diferentes ensayos. 2.- Environmental impact of ether carboxylic derivative surfactants. En este trabajo se ha investigado la biodegradación última y la toxicidad de tres tensioactivos derivados de ácidos alquil éter carboxílicos con diferente cadena alquílica y grado de etoxilación. La biodegradación aerobia última se siguió mediante medidas de carbono orgánico disuelto a diferentes concentraciones iniciales de tensioactivo. Con objeto de comparar los tensioactivos, se determinaron los parámetros característicos del proceso de biodegradación, como tiempo de vida medio, velocidad media de biodegradación y concentración residual de tensioactivo. El aumento de la concentración inicial de tensioactivo provoca la disminución de la mineralización y prolonga el tiempo de vida medio. Los resultados demuestran que la biodegradación aerobia última es mayor para los tensioactivos con cadena alquílica más corta y de mayor grado de etoxilación. Los valores de toxicidad de los tensioactivos, y de sus mezcla binarias, fueron determinados usando tres organismos de prueba, los crustáceos de agua dulce, Daphnia magna, las bacterias luminiscentes Vibrio fischeri y las microalgas Selenastrum capricornutum. La toxicidad es menor para los tensioactivos de cadena alquílica más corta y mayor grado de etoxilación. También se midió la toxicidad de mezclas binarias de los tres derivados de ácidos alquil éter carboxílicos en proporción 1:1 en peso. La mezcla menos tóxica resultó ser la formada por los tensioactivos que presentan menor toxicidad individual. 3.- Aerobic biodegradation of surfactant. En este trabajo se estudia de forma general la biodegradación de varias familias de tensioactivos utilizando los ensayos de biodegradación estático, dinámico, de respirometría y con bacterias Pseudomonas putida. Del análisis efectuado se obtiene que los resultados de biodegradabilidad dependen del ensayo usado, así como de la familia de tensioactivo. Se ha evidenciado también la influencia de la concentración y de la estructura del tensioactivo en la biodegradabilidad. Todos los tensioactivos analizados pueden considerarse biodegradables a bajas concentraciones. Los alcoholes grasos etoxilados y especialmente el FAE-R12-14E11 son los más biodegradables mientras que los derivados de éteres carboxílicos son los menos. B.- Toxicidad de tensioactivos 4.- Ecotoxicity of anionic surfactants AKYPO®. En este trabajo se han determinado los valores de toxicidad para tensioactivos derivados de ácidos alquil éter carboxílicos de nombre comercial AKYPO® y para el tensioactivo aniónico lineal alquilbenceno sulfonato (LAS). Para ello se emplearon el ensayo de inmovilización con Daphnia magna (microcrustáceos de agua dulce), el ensayo LumiStox® 300 en el que se emplean bacterias luminiscentes Vibrio fischeri, y el ensayo de inhibición del crecimiento para microalgas Selenastrum capricornutum. Se han estudiado tres derivados de ácidos alquil éter carboxílicos con diferente cadena alquilica y grado de etoxilación (EC-R8E8, EC-R12-14E3, EC-R12-14E10) y el LAS-R11-14. Para todos los ensayos, los resultados indican que V. fischeri es más sensible a los efectos tóxicos de los tensioactivos estudiados que D. magna y S. capricornutum. Los resultados demuestran que la toxicidad es más baja para los derivados de ácidos alquil éter carboxílicos con la cadena alquilica más corta y que el tensioactivo aniónico LAS presenta valores de toxicidad intermedios. 5.- Acute toxicity of alkylpolyglucosides to Vibrio fischeri, Daphnia magna and microalgae: a comparative study. En este artículo se han determinado los valores de toxicidad para alquilpoliglucósidos aplicando el ensayo de inmovilización de Daphnia magna, el ensayo con bacterias luminiscentes Vibrio fischeri LumiStox® 300 y el ensayo con microalgas Selenastrum capricornutum. Se han estudiado tres alquilpoliglucósidos con diferente longitud de cadena y grado de polimerización. Para todos los ensayos, los resultados indican que la bacteria V. fischeri fue más sensible a los efectos tóxicos de los tensioactivos que D. magna y S. capricornutum. Los resultados demuestran que, independientemente de la especie ensayada, existe una considerable variación de la toxicidad con la estructura para los tensioactivos a base de glucosa. La toxicidad aumenta al disminuir la concentración micelar crítica del tensioactivo, y cuando la longitud de cadena alquílica y por tanto su carácter hidrofóbico aumentan. C.- Ozonización de tensioactivos 6.- Influence of ozonation processes on the microbial degradation of surfactants. En este estudio se ha investigado la influencia de la ozonización en soluciones acuosas de tensioactivos no iónicos. Los tensioactivos utilizados fueron óxidos de amina, los cuales constituyen una clase particular de tensioactivos no iónicos ya que presentan comportamiento catiónico en soluciones ácidas. Presentan buenas propiedades espumantes y son compatibles con la piel. El proceso de ozonización se llevó a cabo a 25 ºC en un reactor agitado durante 30 min, donde se burbujeaba el ozono gaseoso. El grado de mineralización alcanzado después del proceso de ozonización se evaluó mediante medidas del carbono orgánico total antes y después de la ozonización. La influencia de la ozonización en la biodegradabilidad de las soluciones de tensioactivo fue estudiada mediante el ensayo de biodegradación con bacterias Pseudomonas putida. La eficiencia de biodegradación de los óxidos de amina ozonizados también se investigó. Los resultados muestran que la efectividad de la ozonización depende de la estructura química de la molécula de tensioactivo y que el proceso de ozonización solo mejora ligeramente la biodegradación de estos tensioactivos. 7.- Combined use of ozonation and biodegradation of anionic and non-ionic surfactants. En este estudio se investiga la biodegradación primaria y final de tensioactivos aniónicos y no iónicos para evaluar el uso combinado de la ozonización y biodegradación en la eliminación de tensioactivos. Los tensioactivos usados fueron alquilpoliglucósidos y lineal alquilbenceno sulfonato. El tensioactivo aniónico, que contiene un anillo de benceno en su estructura, fue oxidado más rápido que el tensioactivo no iónico. Ambos tensioactivos mostraron una mineralización pobre debido a la ozonización indicando que el ozono ataca principalmente los enlaces de carbono. Los resultados indican que la eliminación de tensioactivos y del carbono orgánico total se incrementa por el uso consecutivo de ozonización y biodegradación. 8.- Ozonation of anionic and non-ionic surfactants in aqueous solutions: impact on aquatic toxicity. En este trabajo se lleva a cabo el estudio de la influencia de la ozonización en la toxicidad acuática de tensioactivos comerciales aniónicos y no iónicos. Los valores de toxicidad se determinaron usando bacterias luminiscentes Vibrio fischeri. Se realizaron medidas de tensión superficial para estudiar la actividad interfacial. El comportamiento de los tensioactivos frente a la ozonización depende de la estructura química. Se encontró que algunos productos intermedios de la ozonización son más tóxicos que el tensioactivo base, mientras que otros resultaron ser menos tóxicos. Los tensioactivos con anillos aromáticos como el lineal alquilbenceno sulfonato, o tensioactivos con grupos glucosídicos como los alquilpoliglucósidos, presentan menor toxicidad después de la ozonización. Por otra parte, los grupos éter presentes en los alcoholes grasos etoxilados y en los derivados de ácidos alquil éter carboxílicos y los grupos derivados de ácidos carboxílicos presentes también en los éteres carboxílicos, conducen a un aumento de la toxicidad después de la ozonización. Los tensioactivos con grupos éter probablemente forman compuestos polietoxilados de cadena corta y ácidos carboxílicos, los cuales son los posibles responsables de la disminución de la tensión superficial que promueve el incremento de la toxicidad. CONCLUSIONES GENERALES Por último en el Capítulo VI se exponen las principales conclusiones generales derivadas de los distintos trabajos de investigación presentados en esta Tesis Doctoral.¿ SUMMARY INTRODUCTION On Earth, 70% of the Earth's surface is covered by water. The 97% is oceanic waters and seas, while the remaining 3% belongs to inland waters, such as rivers, lakes, groundwater and glaciers. Only a small fraction, 1% of these inland waters, is easily accessible to be used by humans, hence the enormous importance of preserving its qualities. Surface waters are the collectors of a multitude of substances from the surface or even the subsurface waters; many of these substances are degraded in the own aquatic environment, but others are transported to the river mouth without experiencing substantial changes in its decomposition. Thus, ultimately, the sea, rivers, lakes and dams become reservoirs of pollutants of diverse nature. These pollutants include surfactants, which are widely used in many applications such as detergents, personal-care products, paints, textiles, pesticides, polymers, pharmaceuticals, mining, oil recovery, and the pulp and paper industries. After domestic or industrial use, surfactants and their degradation products go directly to the surface water or after not being completely degraded in the wastewater treatment plants. Despite the large number of applications and the many advantages that present in the industrial, economic and health field, from an environmental point of view, they are considered as an important pollutant of the aquatic environment. Therefore, it is required to be as safe as possible to the environment, i.e., readily biodegradable and low toxicity. Degradation of surfactants through microbial activity is the primary transformation occurring in the environment and an important process to treat surfactants in raw waste in sewage-treatment plants. Most surfactants can be degrades by microbes in the environment, although some surfactants may be persistent under anaerobic conditions. Therefore, it is necessary to establish the structural characteristics that govern the susceptibility of these molecules to be degraded. In addition, the biodegradability of a substance represents one of the most important criteria in the evaluation of the environmental impact, and it is an important factor to predict its behavior in the environment. The environmental impact of the chemicals is also determined by its ecotoxicity, which is relatively high in the case of surfactants as a result of its surface activity and their damaging effect on cell membranes. Thus it is necessary: to establish the limits for the surfactants, to assess the impact on the communities that receive the pollutant, to compare the sensitivity to different species for the same toxic, and to establish the relationships between toxicity and the structural parameters. Study of biodegradability and toxicity of surfactants provides enough information to determine which are most suitable to be part of the detergent formulations from an environmental view point. On the other hand, the discharge of surfactants into the wastewater treatment plant at high concentrations, can inhibit the efficiency and be toxic to the biota responsible for removing the pollutants. Treatment of effluents based on biological processes is more economical compared to other advanced oxidation processes. For this reason, the need to combine chemical processes and biological processes arises. Advanced Oxidation Processes (AOPs) are an excellent option for the removal and/or degradation of recalcitrant compounds into more biodegradable constituents. Treatment with ozone is one of the most used AOPs. It can be used to transform the surfactant into more biodegradable and less toxic products for microbiological cultures of the biodegradation reactors. However, in some cases, ozonation products may be even more toxic than the compounds without ozonated. Therefore, it is essential to study the influence of the ozonation processes on the biodegradability and toxicity of surfactant solutions. Chapter I shows a general review of the fundamental aspects mentioned previously, which include: the most important physical and chemical properties of surfactants, major adverse effects on the environment, prevailing legislation, the most relevant aspects of the study of the biodegradability and toxicity of surfactants, and the influence of the ozonation processes on the removal of surfactants. OBJECTIVES The main objectives proposed in this thesis are: the study of the environmental behavior of surfactant in water systems, the study of the ozonation processes in removing surfactants, and how these processes affect the biodegradability and toxicity of the surfactants. In order to achieve this main objectives, the research carried out was divided in specific goals, which are contained in Chapter II. MATERIALS AND METHODS Chapter III describes the surfactants used and their main properties, as well as the methodology used in the experimental work. The anionic surfactants used were the linear alkylbenzene sulfonate (LAS) and ether carboxylic derivative surfactants (EC); the non-ionic surfactants studied were the nonylphenol polyethoxylate (NPEO), fatty alcohol ethoxylates (FAE), alkylpolyglucosides (APG) and amine-oxides based surfactants (AO). Critical micelle concentration (CMC) was determined for the surfactants using surface-tension measurement. Biodegradability of surfactants was evaluated using the following test: screening test, confirmatory test, respirometry test and Pseudomons putida biodegradation test. The biodegradation was monitored using analytical methods in function of the surfactant tested: methylene blue active substances method, iodine-iodide colorimetric method, anthrone method, measurement of total organic carbon (TOC), high-performance liquid chromatography (HPLC), and biomass growth. Toxicity of surfactants was analyzed using three test with different organisms: LumiStox® 300 test with luminescent bacteria Vibrio fischeri, 24-h immobilization test with microcrustaceans Daphnia magna, and 72-h growth inhibition test with microalgae Selenastrum capricornutum. The ozonation process was performed in a reactor, containing the surfactant solution, where the gaseous ozone was bubbled. The degradation was monitored by means of the residual-surfactant concentration over time using the methylene blue active substances method, anthrone method and/or by measuring the total organic carbon (TOC), in function of the surfactant ozonated. Biodegradability and toxicity of the ozonated surfactant solutions were determined using the screening test, Pseudomonas putida biodegradation test or toxicity test with bacteria Vibrio fischeri. RESULTS AND DISCUSSION The results, grouped in eight published research and divided into three blocks, are presented in Chapter IV and V: A.- Biodegradation of surfactants 1.- Effect of concentration on the primary and ultimate biodegradation of alkylpolyglucosides in aerobic biodegradation test. This study examines the primary and ultimate biodegradation of a non-ionic surfactants, an alkylpolyglucoside, in ready biodegradability tests. The surfactant concentration was tested by the anthrone method, while the ultimate biodegradation (mineralization) was analyzed by the total organic carbon determinations. The influence of the concentration on the extent of primary and ultimate biodegradation and the kinetics of degradation also were determined. The primary and ultimate biodegradation was studied at different initial concentrations: 15, 25, 50, 75 y 100 mg/L. The increasing concentration of test chemical from 15 to 100 mg/L resulted in a decrease in the relative maximum mineralization rate and longer estimated lag times by a factor of approximately 4.3. During the degradative process, two different stages were noted; these are better described with Quiroga and first-order kinetic models, respectively. For the study of the influence of concentration, the parameters characteristics of the biodegradation profiles in the different biodegradation assays were evaluated. 2.- Environmental impact of ether carboxylic derivative surfactants. The ultimate aerobic biodegradability and toxicity of three ether carboxylic derivative surfactants having different alky chains and degrees of ethoxylation were investigated. Ultimate aerobic biodegradability was screened by means of dissolved organic carbon determinations at different initial surfactant concentrations. For comparison, the characteristics parameters of the biodegradation process, such as half-life, mean biodegradation rate, and residual surfactant concentration, were determined. Increased surfactant concentrations decreased mineralization and lengthened the estimated half-life. The results demonstrate that the ultimate aerobic biodegradability is higher for the surfactants with the shortest alkyl chain and highest degree of ethoxylation. Toxicity values of the surfactant, and their binary mixtures, were determined using three test organisms, the freshwater crustacean Daphnia magna, the luminescent bacterium Vibrio fischeri and the microalgae Selenastrum capricornutum. The toxicity is lower for the surfactants with the shortest alkyl chain and highest degree of ethoxylation. The toxicity of binary mixtures of the three ether carboxylic surfactants at a 1:1 weight ratio was also measured. The least toxic mixture is formed by the surfactants having lower individual toxicity. 3.- Aerobic biodegradation of surfactant. In this work, biodegradation of several families of surfactants was studied. The test used were: screening test, confirmatory test, respirometry test and the biodegradation test with Pseudomonas putida. According to the analysis, the biodegradation results depend on the biodegradation test used and the surfactant structure. The importance of the influence of the initial concentration has been evidenced. All the surfactant tested can be considered as biodegradable at low concentrations. Fatty-alcohol ethoxylates and especially the FAE-R12-14E11 are the most biodegradable, but the alkyl eter carboxylic acid derivative surfactants are the least biodegradable. B.- Toxicity of surfactants 4.- Ecotoxicity of anionic surfactants AKYPO®. In this paper, toxicity values of ether carboxylic derivatives surfactants with commercial name AKYPO®, and the anionic surfactant linear alkylbenzene sulfonate (LAS), have been determined by applying the 24-h immobilization test with Daphnia magna (freshwater crustacea), the LumiStox® 300 test which employs the luminescent bacterium Photobacterium phosphoreum of the strain Vibrio fischeri, and the 72-h algal growth-inhibition test with the microalgae Selenastrum capricornutum, using culture-growth inhibition as the effect criterion. Three ether carboxylic derivatives surfactants with different alkyl chain and degree of ethoxylation (EC-R8E8, EC-R12-14E3, EC-R12-14E10), and LAS have been tested. For all tests, the results indicated that Vibrio fischeri is more sensitive to toxic effects from ether carboxylic derivatives surfactants and LAS than Daphnia magna or Selenastrum capricornutum. The results demonstrate that the toxicity is lower for the ether carboxylic derivatives surfactants with the shortest alkyl chain. The anionic surfactant LAS presents intermediate toxicity values. 5.- Acute toxicity of alkylpolyglucosides to Vibrio fischeri, Daphnia magna and microalgae: a comparative study. In this work, toxicity values of alkylpolyglucosides have been determined by applying the 24-h immobilization test with Daphnia magna, the LumiStox 300 test which employs the luminescent bacteria Vibrio fischeri and the test with Selenastrum capricornutum. Three alkylpolyglucosides with different alkyl chain and degree of polymerisation have been tested. For all tests, the results indicated that V. fischeri was more sensitive to toxic effects from alkylpolyglucosides than was D. magna or S. capricornutum. The results demonstrate considerable variation in toxicity responses within structurally related glucose-based surfactants regardless of the species tested. The toxicity increased as the critical micelle concentration decreased, and as the alkyl chain length and resultant hydrophobicity increased. C.- Ozonization of surfactants 6.- Influence of ozonation processes on the microbial degradation of surfactants. The influence of ozonation of aqueous solutions of non-ionic surfactants was investigated in this study. The research was conducted using solutions of amine oxide based surfactants. These surfactants constitute a particular class of non-ionic surfactants that exhibit cationic behaviour in acid solution, they show good foaming properties and are skin compatible. The ozonation process was carried out at 25ºC in a stirred tank reactor for 30 min, where gaseous ozone was bubbled. The degree of mineralization achieved after the ozonation process was evaluated by measuring the total organic carbon before and after ozonation. The influence of ozonation on biodegradability of the solutions was studied using the biodegradation test by Pseudomonas putida. Biodegradation efficiency of the ozonated amine oxides based surfactants was also evaluated. It was found that the effectiveness of ozonation depended on the chemical structure of surfactant molecule. Ozonation only slightly improved biodegradation of these surfactants. 7.- Combined use of ozonation and biodegradation of anionic and non-ionic surfactants. This study investigated the extent of primary and final biodegradation of anionic and non-ionic surfactants to evaluate the combined use of ozonation and biodegradation in surfactant removal. The surfactants used were alkylpolyglucosides and linear alkyl benzene sulfonates. The anionic surfactant containing a benzene ring on its structure was oxidized faster than was the non-ionic surfactant. Both surfactants showed poor mineralization due to ozonation indicating an ozone attack primarily on carbon bonds. The results indicate that the removal of surfactants and of the total organic carbon is increased by the consecutive use of ozonation and biodegradation. 8.- Ozonation of anionic and non-ionic surfactants in aqueous solutions: impact on aquatic toxicity. The objective of this study was to investigate the influence of ozonation of anionic and non-ionic surfactants on their aquatic toxicity. Toxicity values of various commercially important anionic and non-ionic surfactants have been determined using the luminescent bacterium Vibrio fischeri. Surface tension measurements were made to study the interfacial activity. The behavior depends on the chemical structure. Some intermediate ozonation products were found to be more toxic than the base surfactant and others were found to be less. Surfactants with aromatic rings such as linear alkyl benzene sulfonates, or surfactants with glycosidic groups such as alkylpolyglucosides, exhibit a lower toxicity after ozonation. On the other hand, ether groups present in the fatty-alcohol ethoxylates and ether carboxylic derivative surfactants, and carboxylic acid derivatives present in the ether carboxylic derivative surfactants lead to increasing toxicity after ozonation. Surfactants with ether groups probably formed short-chain polyethoxylated compounds and carboxylic acids, which are possibly responsible for the surface-tension decrease that promotes the toxicity increase. GENERAL CONCLUSIONS Finally, the main conclusions from the various research are presented in Chapter VI.