Tractament d’efluents de la indústria cosmètica

Seccions

• Introducció
• La indústria cosmètica
• La química de la cosmètica
• Tractament dels efluents de la indústria cosmètica
• Resum

Introducció

La paraula “cosmètica” deriva del grec “kosmetikós” (relatiu a l’ornamentació) i agrupa tots aquells productes que l’ésser humà ha anat utilitzant des de la prehistòria per a la cura del seu aspecte i higiene personal.

Els productes cosmètics, en un principi, s’elaboraven de manera artesanal, però a causa de la seva creixent demanda i evolució, han arribat a formar un dels sectors industrials més florents del mercat.

Com veurem en capítols posteriors, l’elaboració d’aquests productes comporta la utilització d’una multitud de compostos tant orgànics com inorgànics, i en molts casos, amb caràcter tòxic, fet que es tradueix en una forta contaminació dels efluents que es generen a les fàbriques que els produeixen.

Hi ha molts d’aquests compostos que poden ser separats dels vessaments per processos convencionals com els tractaments fisicoquímics, (decantació/flotació/filtració, etc.), i els tractaments biològics tant aerobis com anaerobis, però altres contenen elevades concentracions de DQO refractària, per la qual cosa s’han d’aplicar altres tractaments més complexos per poder arribar a les exigències legals en els vessaments.

En aquest article, es mencionen els compostos més habituals per a l’elaboració dels cosmètics, així com les diferents opcions de tractament que s’utilitzen actualment per a la depuració de les seves aigües residuals.

També s’indica l’aplicabilitat de les tecnologies més avançades, com són les POA’s, i la consideració del procés de evaporació al buit, aplicable tant per a la recuperació i tractament d’efluents segregats, com per al tractament dels vessaments en el seu conjunt.

Condorchem Envitech és una empresa especialitzada en el disseny i construcció d’instal·lacions de tractament d’aigües residuals que ofereix solucions estudiades i ajustades per a cada cas. 

La indústria cosmètica

Les empreses gegants de la cosmètica generen anualment milers de milions de dòlars i van ser fundades al segle XX per químics i farmacèutics als Estats Units d’Amèrica i França.

Actualment es busquen productes no tòxics, hipoal·lergènics per substituir els que es van utilitzar durant molts anys com a blanquejadors i reafirmants de la pell que eren compostos d’elements químics perillosos com el mercuri, plom i arsènic, fins que van ser prohibits per la seva toxicitat.

A la indústria cosmètica actual participen branques com la química, la biologia, la farmàcia i la medicina.

La definició aportada per l’Administració d’Aliments i Medicaments (FDA) diu que un cosmètic és una “substància destinada a ser aplicada al cos humà per netejar, embellir o alterar l’aparença sense afectar l’estructura del cos o les seves funcions.”

Els productes cosmètics es realitzen seguint una fórmula en la qual intervenen quatre components, que són:

• Principi actiu
• Excipient o vehicle
• Additius
• Correctors

Seguint aquesta base, es creen productes per a qualsevol àrea d’aplicació, entre les quals s’inclouen cremes o locions per a la cura de la pell, tractaments per ocultar imperfeccions a la pell, productes de color per a llavis i ungles, etc.

En termes generals, els subsectors que abasta la indústria cosmètica són els següents:

• Perfums i fragàncies
• Cosmètica decorativa o color (maquillatge)
• Productes per a la cura de la pell
• Productes per a la cura del cabell
• Neteja i higiene.

D’acord amb cada regió mundial i les seves influències culturals, apareixen unes tendències psicològiques que inciten al consum de diferents productes, en funció del seu ordre de prioritat, com s’indica al gràfic següent, que respon a un estudi estadístic elaborat per les principals empreses del sector:

La química de la cosmètica

Els ingredients bàsics més utilitzats en la cosmètica compleixen una funció específica en la composició del producte.

Entre aquests hi ha els conservants que allarguen la seva durada, els emulgents que serveixen per integrar els líquids amb el greix, els bactericides que prevenen la formació de microorganismes com els fongs, els antioxidants que eviten que l’aire oxidi la mescla i els gelificants que li donen una textura cremosa.

Els compostos químics utilitzats per aconseguir els efectes esmentats dels ingredients poden variar considerablement depenent de l’origen del producte i del seu cost. També s’utilitzen compostos d’origen animal o vegetal. Alguns dels compostos usats són:

• El fenol i el fenil
• Els siloxans
• Els ftalats
• El butilhidroxianisol
• El diethanolamina o DEA
• El formaldehid
• Els olis minerals
• Altres ingredients provinents del petròli són el metilsilanol, l’ozocerita, la cera microcristal·lina, la vaselina, el ceresin i el glicol propilè.
• El triclosan
• El lauril sulfat de sodi
• Els colorants
• El alumini
• L’àcid làctic
• La caseïna
• La adrenalina
• La cera d’abelles
• El pròpolis
• L’albúmina
• La biotina
• La seda
• L’espermaceti
• El col·lagen
• La queratina
• El glicerol o glicerina
• El oli marí
• La gelatina
• El oli de tortuga
• El oli de musk
• La lactosa
• L’àcid úric
• La provitamina A, betacarotè, b-carotè o carotè
• El panthenol

Tractament dels efluents de la indústria cosmètica

Donada l’elevada diversitat de productes que es poden fabricar a les indústries de cosmètics i de les seves variades característiques i possibles toxicitats, és molt difícil caracteritzar un tractament de vessaments específic; no obstant això, i després de revisar diferents anàlisis d’efluents, s’ha pres el següent com a representatiu d’una indústria d’aquest tipus:

Analítica tipus, per a vessaments industrials de cosmètica

Paràmetre	Concentració en mg/l (abans FQ)	Concentració en mg/l (després FQ)
DBO5	1910	1495
DQO	3436	2720
SS	980	124
Biodegradabilitat	–	0,39
pH	7	8
Tensioactius	>100	47,5
Oli i greixos	>100	32

Un tractament comú, que s’acostuma a disposar com a primari és el Fisicoquímic, consistent en la separació parcial dels olis, greixos, detergents i materials en suspensió; per a això s’utilitzen tècniques tradicionals com la coagulació / floculació i la flotació o decantació en funció de la densitat dels sòlids separats.

El resultant és un efluent que encara conté una elevada concentració de matèria orgànica, habitualment poc biodegradable, amb la qual cosa un tractament biològic com a tractament secundari no acostuma a ser una solució definitiva, sinó que s’ha de recórrer a altres tecnologies més sofisticades.

Una bona part de la responsabilitat de la DQO refractària d’aquests vessaments ve donada per la presència de productes tòxics que els cosmètics han tornat a incorporar dins de les seves fórmules i s’utilitzen milers d’aquests compostos als quals s’atribueixen multitud de propietats.

El tractament dels vessaments té com a objectiu adequar la seva composició per complir la legislació vigent. Existeixen diversos tipus de tractament i és freqüent que un sol no resulti suficient, havent de dissenyar-se llavors un sistema integrat d’unitats que asseguri el nivell de depuració requerit.

El tractament de les aigües residuals pot dur-se a terme per diferents tècniques, que han de tenir en compte les característiques específiques de l’aigua residual, podent englobar-se en dos tipus generals de solucions.

D’una banda, es troben els anomenats tractaments sense conversió, que suposen simplement la transferència dels contaminants, i aquells en què aquests contaminants són transformats en espècies innocuïtes.

Els tractaments sense conversió són mètodes físics de separació en els quals el contaminant és concentrat o aïllat per procedir posteriorment a la seva recuperació o a la seva eliminació d’una manera més senzilla.

Dins d’aquest grup destaca la adsorció sobre carbó actiu basada en la transferència dels contaminants de la fase líquida a la superfície. Els avantatges d’utilitzar carbó actiu enfront d’altres adsorbents radica en l’elevada capacitat d’adsorció que presenta i la seva estabilitat química.

El principal inconvenient de l’adsorció és la transferència del problema de contaminació a l’adsorbent, que queda convertit en un residu, la gestió adequada del qual resulta necessària. Quan aquest es regenera, els contaminants retinguts passen a una altra fase, líquida o gasosa, que cal tractar.

La desorció, practicada per arrossegament amb aire, constitueix una altra tècnica sense conversió, útil per a l’eliminació de contaminants volàtils de les aigües, que genera un corrent gasós residual que ha de ser tractat adequadament abans de la seva emissió a l’atmosfera.

En aquest sentit, la combinació de l’arrossegament amb aire i l’adsorció en fase gas constitueix una solució que, en no pocs casos, resulta millor que l’adsorció directa en fase líquida. Una altra tècnica sense conversió és l’extracció líquid-líquid.

És un mètode econòmic i relativament eficaç de recuperació quan la concentració dels contaminants és elevada. Tanmateix, les pèrdues de dissolvent poden ser significatives, creant així un problema addicional de contaminació.

Tractaments amb conversió: Les limitacions dels tractaments sense conversió imposen la necessitat de desenvolupar procediments més efectius per al tractament de les aigües residuals industrials.

Les tècniques amb conversió poden ser agrupades en tres grans grups: tractaments tèrmics, tractaments biològics i tractaments químics, on estarien englobats els processos d’oxidació i reducció.

Mètodes tèrmics Entre els tractaments tèrmics esmentem la incineració, que s’utilitza per a petits volums d’aigües residuals amb una elevada càrrega orgànica, superior a 100 g/L de DQO. L’economia del procés ve marcada pel consum de combustible addicional per mantenir el procés. Juntament amb l’elevat cost, el principal inconvenient és l’aparició en els gasos de combustió de productes d’oxidació d’alta toxicitat (dioxines, furanos, etc.), molt superior a la dels contaminants de partida.

L’evaporació al buit, aplicable per a cabals relativament petits (< 20 m³/h) és un tractament més econòmic per explotació, sobretot si hi ha fonts de calor disponibles, i els gasos condensen en la seva majoria amb el vapor d’aigua. És molt recomanable a les fàbriques on es canvia freqüentment de producte de fabricació, fet que comporta importants arrossegaments per les anomenades “cues de producció”, que poden ser recuperades depenent del producte.

Els volàtils que emigren al condensat acostumen a ser orgànics, i es poden tractar per processos de separació de sals (òsmosi inversa, nanofiltració, etc.) o bé per adsorció amb carbó actiu. Un cop tractat, aquest condensat es pot reutilitzar com a aigua de servei i/o aigua per a procés.

Si bé és cert que els mètodes biològics constitueixen una solució altament efectiva per a l’eliminació d’una àmplia gamma de contaminants, les principals desavantatges que presenta la biodegradació és que és un procés lent, que no permet assolir un alt grau d’eliminació del contaminant si la concentració és elevada i no és adequat per tractar efluents industrials que continguin compostos tòxics per als microorganismes, com sol ser el cas de les indústries cosmètiques.

Els tractaments d’oxidació amb aire o O2 i fangs actius poden no resultar eficients per la baixa biodegradabilitat dels vessaments. Per la seva banda, reactors anaerobis tipus UASB o de mantell de fangs amb flux ascendent s’han utilitzat per al tractament d’efluents complexos generats per aquest tipus d’indústries, però els resultats no sempre han estat satisfactoris.

Els mètodes químics engloben tant els processos de reducció com els d’oxidació. La reducció química s’ha aplicat àmpliament en processos industrials, consistint en l’ús d’un agent reductor, normalment a pressió i temperatura elevades i amb un catalitzador adequat.

En la majoria dels casos s’utilitza hidrogen com a agent reductor, però n’hi ha d’altres, com els hidrurs metàl·lics, àcid fòrmic i les seves sals, hidrazina i alcòxids. Els tractaments reductors més emprats a la indústria són la hidrogenació, hidrodesulfuració, hidrodenitrificació, hidrodesoxigenació i hidrodeshalogenació.

En general, aquests processos (excepte la hidrodescloració i en menor mesura la hidrodenitrificació) no s’han aplicat a l’eliminació de contaminants en aigües. La hidrodescloració consisteix en la ruptura de l’enllaç carboni-clor d’una molècula orgànica clorada mitjançant la seva hidrogenació, convertint-la en el corresponent compost orgànic sense clor, que s’elimina com a HCl.

És imprescindible l’ús d’un catalitzador, sent els més habituals metalls nobles (pal·ladi, platí i rodi) suportats sobre carbó actiu, alumina o zeolites. La hidrodescloració mitjançant catalitzadors de Pd suportat sobre carbó actiu s’ha utilitzat per a l’eliminació de compostos molt diversos en aigües residuals, com és el cas d’hidrocarburs clorats (tetraclorur de carboni, cloroform, tricloroetilè, triclorobenzè, etc.) i compostos fenòlics clorats.

Als països industrialitzats s’està estenent de forma creixent l’ús dels anomenats Processos d’Oxidació Avançada (POA’s). El concepte va ser inicialment establert per Glaze et al. (1987), que van definir els POA’s com a processos que impliquen la generació i ús d’espècies transitòries amb un alt potencial oxidant, principalment el radical hidroxil (HO^–), en condicions pràcticament ambientals.

Aquests radicals poden ser generats per mitjans fotoquímics (inclosa la llum solar) o mitjançant altres formes d’energia. Tenen un alt poder oxidant i reaccionen amb la matèria orgànica a velocitats molt superiors a les que presenten altres oxidants alternatius com l’ozó.

Una altra característica fonamental que presenten els radicals hidroxils és la seva baixa selectivitat, fet que suposa una propietat molt important per a la seva utilització en el tractament d’aigües residuals.
Els POA’s poden usar-se sols o combinats entre si o amb mètodes convencionals, podent ser aplicats també a contaminants en aire i sòls.

Produeixen addicionalment la desinfecció de les aigües tractades per inactivació de bacteris i virus. Són molts i molt diversos els contaminants que poden ser degradats mitjançant aquestes tècniques.

Tanmateix, altres compostos més senzills, com l’àcid oxàlic, acètic o derivats halogenats, com el cloroform o el tetracloroetà, són refractaris a aquest tractament. Alguns dels compostos tipus que sí que resulten oxidables pel grup OH^– són, en general: Àcids orgànics, alcohols, aldehids, aromàtics, amines, diazocompostos, èters, cetones, etc.

Esquema línia tractament d’efluents indústria cosmètica

Tractament efluents per oxidació avançada (POA)

Resum

La producció mundial de la indústria cosmètica s’ha vist incrementada de manera constant, per la creixent demanda de productes per retardar o corregir els senyals físics de l’envelliment natural.

Tanmateix, alguns dels components utilitzats per fabricar-los acostumen a ser tòxics, amb la qual cosa els residus i efluents que es produeixen, en molts casos, ofereixen dificultats per ser tractats per mètodes convencionals.

La línia de tractament típica consisteix en un tractament fisicoquímic en capçalera, destinat a eliminar els materials sedimentables i flotants, seguit d’un tractament secundari que sol ser específic per a cada tipus de vessament.

El procés biològic, sigui aerobi o anaerobi, només té bons resultats en els efluents més biodegradables. En cas que resultin poc biodegradables és freqüent la utilització de sistemes de tractament d’oxidació química, tipus POA’s o d’evaporació al buit.

L’evaporació al buit és, sobretot, aplicable quan la fàbrica disposa d’excés d’energia, sigui en forma de vapor o d’aigua calenta, i els efluents es poden segregar i tractar, de tal manera, que s’alleugereixen notablement les concentracions del vessament final.

Bibliografia i referències d’Internet

https://www.uco.es/idep/images/documentos/masteres/comercio-exterior-internacionalizacion/ejemplo-tfm-comercio.pdf
https://www.elmundo.es/economia/2017/07/24/5968bab046163f54588b4631.html
https://forbes.es/empresas/43235/la-cosmetica-ya-no-solo-tiene-que-ver-con-la-estetica/
https://iquimicas.com/composicion-quimica-de-los-cosmeticos/