Riesgos ambientales de usar bronopol como desinfectante

El bronopol se utiliza en todo el mundo como biocida y preservante en una variedad de productos y procesos industriales. Los biocidas y preservantes se añaden a productos de consumo o líquidos industriales para prevenir o inhibir el crecimiento microbiano. El crecimiento microbiano y algal en los productos puede llevar a la destrucción del producto, reducir la eficacia y/o causar daño al consumidor.

El bronopol se utiliza para controlar microbios y algas en sistemas industriales que usan agua y fluidos (US EPA, 1995). El bronopol también se añade como un preservante en envase a productos de construcción, como pinturas y adhesivos.

En los Estados Unidos de América (USA), el bronopol tuvo un volumen de uso anual de menos de 454 toneladas desde 2012 hasta 2015 (US EPA, 2016b). El bronopol se ha usado en los países nórdicos, con volúmenes de uso anual promedio durante un período de cinco años desde 2015-2019 de 416(Danish EPA, 2021). En la Unión Europea (UE), los volúmenes de uso registrados del bronopol son de 100–1000 toneladas por año (t/año), (ECHA, 2021c).

Bronopol es un biocida sintético de uso industrial. Puede ser liberado a los cursos de agua a través de las plantas de tratamiento de agua (STP). No es persistente en el ambiente y no se acumula en tejidos. El bronopol es tóxico, especialmente para algas y bacterias a bajas concentraciones.

Fig. 1. El bronopol, a la izquierda, puede degradarse a distintos productos. El TNM, a la derecha, es uno de los que puede causar problemas

Nombre: 1,3-Propanediol, 2-bromo-2-nitro-

CAS No. 52-51-7

Sinónimos bronopol

bactronol

BNPD

myacide

Molécula: C3H6BrNO4.

Peso molecular (g/mol) 199.99


Propiedades físicas y químicas relevantes

Los datos medidos de propiedades físicas y químicas para el bronopol se obtuvieron de las bases de datos incluidas en la Caja de Herramientas QSAR de la OCDE (LMC, 2020) y los expedientes presentados bajo el Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Productos Químicos (REACH) (REACH, 2021a; 2021b). Cuando no estaban disponibles datos medidos, los valores se calcularon utilizando relaciones estándar de estructura cuantitativa de propiedades (QSPR), y la constante de la Ley de Henry se calculó a partir de valores medidos para la solubilidad en agua y la presión de vapor (US EPA, 2020a):

Producto químico Bronopol

Forma física Solid

Punto de fusión 129°C (exp.)

Punto de ebullición Decomposition (exp.)

Presión de vapor 0.0051 Pa (exp.)

Solubilidad en agua 286 g/L (exp.)

Constante de la ley de Henry 3.57 x 10–6 Pa·m3/mol (calc.)

Ionisable in the environment? no

pKa 9.56 (exp.)

log KOW 0.22 (exp)

Constante de disociación ácida (pKa): La constante de disociación ácida (pKa) del bronopol indica que la mayoría del químico no estará ionizado en el rango de pH ambiental de 4 a 9.

Bronopol es soluble en agua. El bajo valore medido del coeficiente de partición logarítmico octanol-agua (log KOW) indica que es poco lipofílico.

Legislación en la Unión Europea

El bronopol está restringido bajo el Reglamento de Productos Cosméticos, Anexo V, que limita las concentraciones máximas en cosméticos al 0.1% y restringe su uso a formulaciones sin aminas ni amidas, donde puede ocurrir la formación de nitrosaminas al interactuar (ECHA, 2021b).

El bronopol está bajo revisión para su uso según el Reglamento de Productos Biocidas de la UE (BPR) (ECHA, 2021a). El reglamento autoriza la fabricación y el uso de productos químicos biocidas y preservantes en el mercado europeo, con el objetivo de proteger a los consumidores y al medio ambiente a un alto nivel. Actualmente se está revisando para su uso en los siguientes tipos de productos: PT02: Desinfectantes no destinados a la aplicación directa en humanos; PT6: preservantes en envase; PT9: preservantes para fibras, cuero y goma; PT11: preservantes en sistemas de refrigeración y procesamiento líquidos; PT12: slimicidas; y PT22: fluidos para embalsamamiento y taxidermia.

Exposición ambiental

Las emisiones de bronopol al medio ambiente pueden ocurrir a través de fuentes de emisión puntuales, como las plantas de tratamiento de aguas residuales (STPs), o de fuentes difusas, como pinturas y recubrimientos aplicados a superficies.

Los productos químicos utilizados como preservantes en productos de consumo, como productos de cuidado personal y cosméticos, se liberan típicamente a las aguas residuales como parte normal de su uso. Se espera que el tratamiento de aguas residuales elimine una fracción de la cantidad de productos químicos a través de procesos de degradación y partición. La emisión de bronopol a las aguas superficiales desde las STPs es el escenario de liberación típico.

Los productos químicos utilizados en productos de construcción, incluidos pinturas, recubrimientos y adhesivos, tienen el potencial de lixiviarse de superficies pintadas y materiales de construcción expuestos cuando están sujetos a la intemperie y la lluvia (Lebow, 2014; Schoknecht U y Töpfer, 2012; Schoknecht Ute, et al., 2016). El escurrimiento superficial que contiene estos productos químicos lixiviados puede descargarse directamente en el suelo o indirectamente en aguas superficiales a través de la descarga de aguas pluviales de los sistemas de drenaje. Las emisiones de estas fuentes también pueden contribuir a la carga total de exposición difusa de los productos químicos. La liberación de preservantes de superficies recubiertas y adhesivos a menudo se reduce por la fotodegradación del químico cuando está unido en la matriz polimérica de la pintura o el adhesivo (Paijens, et al., 2020).

Destino Ambiental

Particionamiento
Se espera que el bronopol se particiona en el compartimento acuático tras su liberación al medio ambiente. Los productos químicos de este grupo son fácilmente solubles en agua y tienen baja a moderada volatilidad. Los constantes de la Ley de Henry calculados indican una volatilidad muy ligera a ligera desde el agua. No se espera que los productos químicos se particionen significativamente al aire desde los compartimentos de suelo y agua del medio ambiente.

Los coeficientes de adsorción en suelo determinados experimentalmente (log KOC) indican que el bronopol tendrán una movilidad muy alta en el suelo (REACH, 2021a; 2021b).

Degradación
No se espera que el bronopol persista en el medio ambiente. Los productos químicos se degradarán en el medio ambiente mediante una combinación de procesos abióticos y biodegradativos.

Los productos químicos de este grupo se degradan lentamente en la atmósfera mediante reacciones con radicales hidroxilo fotogenerados. La modelización de oxidación atmosférica indica que el bronopol tiene vida media de 8 días días (US EPA, 2020a).

La fotodegradación directa ha sido documentada en múltiples estudios con vidas medias reportadas de hasta 24 horas; equivalente a 2 días de 12 horas de luz solar (Cui, et al., 2011; ECHA, 2021c; US EPA, 1995).

El bronopol demuestra estabilidad a la hidrólisis dependiente del pH y la temperatura. Las tasas de degradación del bronopol aumentan con el aumento del pH y la temperatura. Un estudio de estabilidad acuosa mostró que el bronopol tiene una vida media de más de 5 años a pH 4, 1.5 años a pH 6 y 2 meses a pH 8 a 20°C (Bryce, et al., 1978).

Aunque aparentemente resistente a la hidrólisis en condiciones estándar de laboratorio, el bronopol se degrada rápidamente cuando se expone a aguas naturales. En una prueba de descomposición en un río, se midieron vidas medias de hidrólisis de 120 horas a pH 6.7, 14 horas a pH 7.6 y 1.9 horas a pH 9 (Cui, et al., 2011). La presencia de iones cúpricos y férricos encontrados en bajas concentraciones en aguas naturales ha demostrado facilitar la degradación de soluciones acuosas de bronopol (US EPA, 1995).

Los estudios estándar de biodegradabilidad lista de estos productos químicos son complicados por la toxicidad inherente a los microbios en inoculos de lodo activado. Las pruebas realizadas con bronopol a 100 mg/L muestran 0% de degradación después de 28 días (NITE, 2021). Se espera que los productos químicos impidan el crecimiento y la respiración microbiana a concentraciones iguales o superiores a su mínimo.

Las pruebas de biodegradación realizadas a concentraciones más bajas indican que el bronopol es fácilmente biodegradable. En una prueba realizada de acuerdo con la guía de pruebas de la OCDE (TG) 301B utilizando una concentración de 0.1 mg/L, se logró una degradación del 70–80% basada en la evolución de CO2 en 28 días, demostrando la biodegradabilidad lista de la sustancia de prueba (REACH, 2021a). Una prueba adicional realizada según la TG 314B de la OCDE, simulando la biodegradabilidad de productos químicos descargados en aguas residuales, encontró que 0.5 mg/L de bronopol se degradó en un 99% en 1 hora en lodo activado municipal (REACH, 2021a).

Los productos químicos de este grupo pueden reaccionar con tioles nucleofílicos que ocurren de forma natural. El bromo en el carbono cuaternario activado intercambia con nucleófilos suaves como los tioles (Challis y Yousaf, 1991; Fishwick, et al., 1983). Un estudio sobre la eficacia de los biocidas expuestos a nucleófilos ubicuos mostró una reducción de 16 a 64 veces en la actividad bacteriostática cuando los organismos están expuestos a una combinación de bronopol y clorhidrato de cisteína (CAS RN 7048-04-6) (Bryce, et al., 1978). Esta reducción de eficacia se atribuyó a la degradación abiótica del químico por reacción con cisteína. Se espera que los tioles como la cisteína sean ubicuos en el influente de aguas residuales, y esta vía de degradación abiótica probablemente sea significativa en aguas naturales y plantas de tratamiento de aguas residuales donde los tioles son abundantes.

Concentración de Inhibición Mínima (CMI)

Se demostró que el bronopol es un agente antimicrobiano altamente efectivo cuando se probó en pruebas estándar de eficacia de biocidas. Se realizaron estudios de Concentración Mínima Inhibitoria (CMI) y pruebas de suspensión para demostrar el nivel más bajo de biocida que inhibe el crecimiento de microorganismos comunes de deterioro. Los resultados mostraron que el bronopol fue efectivo en concentraciones que oscilan entre 12.5 y 6400 partes por millón (ppm) para los microorganismos probados. El bronopol fue más efectivo contra las bacterias, con CMI que variaron de 12.5 a 400 ppm. Los valores de CMI contra levaduras fueron superiores a 400 ppm y los valores contra mohos variaron de 400 a 6400 ppm. También se observó una eficacia básica contra las algas Scenedesmus obliquus a concentraciones de 10-30 ppm. Según el informe de 2021 del "applicant" BASF, las CMIs para el bronopol son de 12.5 a 25 mg/L.

N.B. Ppm es el equivalente a mg/L, considerando que 1 ppm corresponde a 1 mg de especie (parámetro analizado) en 1,000,000 de mg de agua, es decir, 1 kg de agua. Teniendo en cuenta la densidad del agua, 1 kilogramo de agua equivale a 1 litro de agua. Por tal motivo, es posible afirmar que 1 mg/L = 1 ppm.

Bioacumulación

El bronopol tiene un bajo potencial de bioacumulación en la vida acuática.

El bronopol tiene valores de log KOW de 0.22 y 1.6, respectivamente, que están por debajo del umbral de categorización doméstica para peligros de bioacumulación acuática (log KOW ≥ 4.2), indicando un bajo potencial de bioacumulación. Los valores de BCF calculados de 3.16 L/kg de peso húmedo también están por debajo del umbral de categorización doméstica (BCF ≥ 2000 L/kg de peso húmedo).

Transporte Ambiental
No se espera que los productos químicos de este grupo sufran transporte de largo alcance debido a sus cortas vidas medias en el medio ambiente.

Resistencia
Recientemente, se ha demostrado la resistencia a esta sustancia en Klebsiella pneumonia (Noel et al. 2025)

Efectos Ambientales
El bronopol y el bronidox causan efectos tóxicos a bajas concentraciones en organismos acuáticos a través de múltiples niveles tróficos.

Toxicidad Aguda
Los siguientes valores medidos de concentración letal media (LC50) y concentración efectiva media (EC50) para organismos modelo a través de tres niveles tróficos expuestos a bronopol (BNP) se obtuvieron de los expedientes presentados bajo REACH (REACH, 2021a; 2021b) y de la base de datos ECOTOX (US EPA, 2020c):

	Punto de corte	Método
Peces	96 h LC50 = 11.17 mg/L	Mortalidad en Lepomis macrochirus
Invertebrados	48 h EC50 = 1.4 mg/L	Mobilidad en Daphnia magna
Algas	72 h EC50 = 0.37 mg/L	Crecimiento de Pseudokirchneriella subcapitata

Los productos químicos de este grupo son más tóxicos para las algas que para otros niveles tróficos acuáticos. El modo de acción tóxica de estos productos químicos proviene de la reacción con tioles celulares o con sitios activos enzimáticos (Shepherd, et al., 1988). La reacción con biomoléculas, como el antioxidante celular glutatión, puede interrumpir rápidamente el potencial de reducción celular, lo que lleva a estrés oxidativo y a una reducción de la viabilidad celular. Estos productos químicos también pueden inhibir enzimas unidas a la membrana, causando alteraciones en la estructura de la membrana y resultando en lisis de la membrana, fuga celular y muerte (Bryce, et al., 1978). Los organismos unicelulares, como las algas, son más susceptibles a estos estresores que los organismos de orden superior.

Toxicidad Crónica
Los siguientes valores medidos de concentraciones sin efecto observado (NOEC) para organismos modelo a través de tres niveles tróficos se obtuvieron de bases de datos presentadas bajo REACH (REACH, 2021a; 2021b):

	Punto de corte	Método
Peces	49 d NOEC = 1.94 mg/L	Mortalidad en Oncorhynchus mykiss
Invertebrados	21 d NOEC = 0.27 mg/L	Reproducción en Daphnia magna
Algas	72 h NOEC = 0.08 mg/L	Crecimiento de Skeletonema costatum

Efectos en la vida que habita en sedimentos: No se han identificado estudios sobre los efectos de toxicidad en la vida que habita en sedimentos.

Efectos en la vida terrestre: Los productos químicos de este grupo exhiben efectos tóxicos de bajos a moderados en organismos terrestres.

Un estudio de laboratorio realizado de acuerdo con la OECD TG 207, que prueba la toxicidad de bronopol hacia la lombriz de tierra Eisenia fetida, midió un valor de LC50 a 14 días de > 500 mg/kg de peso seco del suelo (dw), y un NOEC de 12.8 mg/kg dw (REACH, 2021a).

Las pruebas de toxicidad aviar de bronopol en el codorniz del norte (Colinus virginianus) midieron un valor de dosis letal media (LD50) de 7379 ppm después de 5 días. Otro estudio de toxicidad oral en el pato silvestre (Anas platyrhynchos) midió un valor de LD50 de 464 mg/kg de peso corporal después de 14 días (REACH, 2021a).

Clasificación de peligros ambientales

A continuación se presenta la clasificación de los peligros ambientales de los productos químicos evaluados según los umbrales de peligros ambientales domésticos (EPHC, 2009):

Persistencia
No Persistente (No P).

Bioacumulación
No Bioacumulativo (No B). Basado en bajos factores de bioconcentración calculados (BCF) en peces y bajos valores medidos de log KOW, ambos productos químicos se clasifican como No Bioacumulativos.

Toxicidad
Tóxico (T). Basado en los valores de ecotoxicidad aguda disponibles por debajo de 1 mg/L, los productos químicos se clasifican como Tóxicos.

Clasificación GHS de peligros ambientales
Los productos químicos están formalmente clasificados como Categoría Aguda 1 (H400): Muy tóxico para la vida acuática y Categoría Crónica 2 (H411): Tóxico para la vida acuática con efectos duraderos bajo el Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (UNECE, 2017).

Concentración ambiental prevista (PEC)

PT 2	PECSTP [mg/L]	PECwater [mg/L]
Inodoros químicos	1.03E-03	1.03E-04

La concentración prevista de bronopol en el agua de los ríos australianos es de 7.3 μg/L. No hay datos de monitoreo ambiental en Australia para los productos químicos de este grupo. Se espera que estos productos químicos ingresen al medio ambiente a través de efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales (STP) tratadas. Los modelos predictivos para la partición y eliminación de productos químicos de las aguas residuales en las STP indican una tasa de eliminación del 87% a través de la degradación, con un 13% restante en el efluente. Suponiendo un volumen de introducción predeterminado de 100 toneladas por año y considerando la biodegradabilidad rápida de los productos químicos, se estima una concentración de 7.3 μg/L para bronopol y bronidox en los ríos australianos (Struijs, 1996).

Es probable que la concentración predicha sea una sobreestimación de las concentraciones reales en el medio ambiente. En un estudio de selección de países en el entorno nórdico, se encontró que a pesar de altos volúmenes de uso de 700 toneladas por año, no se detectó bronopol en el efluente de las STP ni en el medio ambiente (Dye, 2007). Otro estudio sobre materiales de construcción en Suecia como fuente de emisiones de biocidas no pudo detectar bronopol en el medio ambiente basado en volúmenes de uso anuales de 100 toneladas (Schoknecht Ute, et al., 2016). Como estimación conservadora, se ha utilizado el valor de 7.3 μg/L como la concentración predicha de estos productos químicos en el agua de los ríos en Australia para fines de caracterización de riesgos.

Concentración Prevista Sin Efecto (PNEC)

PT 2	PNECSTP [mg/L]	PNECwater [mg/L]
Inodoros químicos	0.0083 mg a.s./kg dw	0.00048 mg a.s./L

Las PNEC para bronopol es de 8 μg/L en Australia. Los puntos finales de toxicidad aguda y crónica disponibles demuestran que las algas son las especies más sensibles.

La PNEC se extrajo del los valor de toxicidad crónica para algas. Se utilizó el NOEC de 72 horas de 0.08 mg/L a 72 horas. Se seleccionó un factor de evaluación de 10 ya que se dispone de un conjunto completo de datos para tres niveles tróficos que incluye datos medidos para las especies más sensibles.

Caracterización del riesgo ambiental

El bronopol es muy tóxico para organismos unicelulares, incluidos los productores primarios acuáticos como las algas. Esta toxicidad es necesaria para su uso funcional como conservantes y biocidas industriales, que implica controlar el crecimiento de organismos unicelulares como bacterias, hongos y algas. Estos usos industriales también tienen el potencial de liberar estos biocidas directa o indirectamente al medio acuático, lo cual es motivo de preocupación potencial.

Basado en los valores PEC y PNEC determinados anteriormente, se han calculado los siguientes Cocientes de Riesgo (RQ = PEC ÷ PNEC) para la liberación de bronopol en el compartimento acuático fluvial en Australia:

	PEC (µg/L)	PNEC (µg/L)	RQ
Bronopol	7,3	8	0,913

Un RQ menor que 1 indica que no se espera que bronopol represente un alto riesgo para el medio ambiente, basándose en las emisiones estimadas, ya que las concentraciones ambientales están por debajo de los niveles que probablemente causen efectos nocivos.

El uso principal de esta sustancia química es como conservante en productos de consumo, que probablemente se liberen al medio ambiente en efluentes tratados. Los riesgos ambientales asociados con estas emisiones probablemente se mitiguen por la degradación rápida a través de procesos abióticos y bióticos dentro de las plantas de tratamiento de aguas residuales (STP).

Los estudios internacionales de monitoreo no pudieron detectar bronopol en el efluente de las STP a pesar del alto uso por parte de los consumidores. Estos resultados indican que las concentraciones ambientales estimadas en esta evaluación pueden estar sobreestimadas.

El bronopol se utiliza en altas concentraciones en pinturas y otros productos de construcción a base de agua para proteger contra la degradación cuando estos productos están en almacenamiento. La información disponible indica una concentración de uso recomendada de 50-500 ppm de bronopol en estos productos, dependiendo de la composición química del producto. Es poco probable que se produzca la liberación directa del producto químico en estas concentraciones durante su uso. El biocida permanecerá en la matriz polimérica de la pintura o adhesivo después de secarse. Parte del producto químico puede filtrarse lentamente al estar expuesto a aguas pluviales; sin embargo, se espera que proporciones significativas del producto químico en la matriz se descompongan mediante procesos de fotodegradación y degradación térmica, basándose en la vida media de fotodegradación medida. La lixiviación desde superficies y adhesivos expuestos puede contribuir a liberaciones pequeñas y difusas del producto químico, que probablemente no representen un riesgo para el medio ambiente.

El vertido del agua de torres de enfriamiento tratada con bronopol al medio acuático puede ser motivo de preocupación. Las concentraciones típicas de bronopol utilizadas en estas aplicaciones son de 250-700 mg/L (WTP, 2021), significativamente mayores que las concentraciones de efecto adverso presentadas en esta evaluación. Sin embargo, se reconoce y regula el riesgo para el medio ambiente de la disposición del agua tratada mediante las directrices estatales y territoriales de eliminación de desechos peligrosos. Las medidas actuales de gestión de riesgos se consideran adecuadas para abordar el riesgo de estos usos y escenarios de emisión.

¿Qué pasa con los sanitarios químicos?

PT2	PEC/PNECagua	PEC/PNECstp
Bronopol	2.14 E-03	2.39 E-03

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