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Tratamiento de aguas residuales, efluentes y aire al servicio del Medio Ambiente

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Tratamiento de efluentes de la industria cosmética

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Introducción

La palabra “cosmética” deriva del griego “kosmetikós” (relativo a la ornamentación) y agrupa a todos aquellos productos que el ser humano ha venido utilizando desde la prehistoria para el cuidado de su aspecto y aseo personal.

Los productos cosméticos, en un principio, se elaboraban en forma artesanal, pero debido a su creciente demanda y evolución, han llegado a formar uno de los sectores industriales más florecientes del mercado.

Como veremos en capítulos posteriores, la elaboración de estos productos conlleva la utilización de multitud de compuestos tanto orgánicos como inorgánicos, y en muchos casos, con carácter tóxico, lo que se traduce en una fuerte contaminación de los efluentes que se generan en las fábricas que los producen.

Existen muchos de estos compuestos que pueden ser separados de los vertidos por procesos convencionales como los tratamientos fisicoquímicos, (decantación/flotación/filtración, etc.), y los tratamientos biológicos tanto aerobios como anaerobios, pero otros contienen elevadas concentraciones de DQO refractaria, por lo que se deben aplicar otros tratamientos más complejos para poder llegar a las exigencias legales en los vertidos.

En este artículo, se mencionan los compuestos más habituales para la elaboración de los cosméticos, así como las distintas opciones de tratamiento que se utilizan en la actualidad para la depuración de sus aguas residuales.

También se indica la aplicabilidad de las tecnologías más avanzadas, como son las POA’s, y la consideración del proceso de evaporación al vacío, aplicable tanto para la recuperación y tratamiento de efluentes segregados, como para el tratamiento de los vertidos en su conjunto.

Condorchem Envitech es una empresa especializada en el diseño y construcción de instalaciones de tratamiento de aguas residuales que ofrece soluciones estudiadas y ajustadas para cada caso. 

La industria cosmética

Las empresas gigantes de la cosmética generan anualmente miles de millones de dólares y fueron fundadas en el siglo XX por químicos y farmacéuticos en los Estados Unidos de América y Francia.

En la actualidad se buscan productos no tóxicos, hipoalergénicos para sustituir a los que se utilizaron durante muchos años como blanqueantes y reafirmantes de la piel que eran compuestos de elementos químicos peligrosos como el mercurio, plomo y el arsénico, hasta que fueron prohibidos por su toxicidad.

En la industria cosmética actual participan ramas como la química, la biología, la farmacia y la medicina.

La definición aportada por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) dice que un cosmético es una “sustancia destinada a ser aplicada al cuerpo humano para limpiar, embellecer o alterar la apariencia sin afectar la estructura del cuerpo o sus funciones.”

Los productos cosméticos se realizan siguiendo una fórmula en la que intervienen cuatro componentes, que son:

  • Principio activo
  • Excipiente o vehículo
  • Aditivos
  • Correctores

Siguiendo esa base, se llegan a crear productos para cualquier área de aplicación, entre las que se incluyen cremas o lociones para el cuidado de la piel, tratamientos para ocultar imperfecciones en la piel, productos de color para labios y uñas, etc.

En términos generales, los subsectores que abarca la industria cosmética son los siguientes:

  • Perfumes y fragancias
  • Cosmética decorativa o color (maquillaje)
  • Productos para el cuidado de la piel
  • Productos para el cuidado del cabello
  • Limpieza e higiene.

De acuerdo con cada región mundial y sus influencias culturales, aparecen unas tendencias psicológicas que incitan al consumo de distintos productos, en función de su orden de prioridad, como se indica en el gráfico siguiente, que responde a un estudio estadístico elaborado por las principales empresas del sector:

Tratamiento efluentes cosmética

La química de la cosmética

Los ingredientes básicos más utilizados en la cosmética cumplen una función específica en la composición del producto.

Entre estos están los conservantes que extienden su duración, los emulgentes que sirven para integrar los líquidos con la grasa, los bactericidas que previenen la formación de microorganismos como los hongos, los antioxidantes que evitan que el aire oxide la mezcla y los gelificantes que le dan una textura cremosa.

Los compuestos químicos utilizados para lograr los efectos mencionados de los ingredientes pueden variar considerablemente dependiendo del origen del producto y de su coste. También se usan compuestos de origen animal o vegetal. Algunos de los compuestos usados son:

  • El fenol y el fenil

  • Los siloxanos

  • Los ftalatos

  • El butilhidroxianisol

  • El diethnolamine o DEA

  • El formaldehído

  • Los aceites minerales

  • Otros ingredientes provenientes del petróleo son el metilsilanol, el ozokerite, la cera microcristalina, la vaselina, el ceresin y el glicol propileno.

  • El triclosán

  • El lauril sulfato de sodio

  • Los colorantes

  • El aluminio

  • El ácido láctico

  • La caseína

  • La adrenalina

  • La cera de abejas

  • El propolis

  • La albúmina

  • La biotina

  • La seda

  • El espermaceti

  • El colágeno

  • La keratina

  • El glicerol o glicerina

  • El aceite marino

  • La gelatina

  • El aceite de tortuga

  • El aceite de musk 

  • La lactosa

  • El ácido úrico

  • La provitamina A, betacaroteno, b-caroteno o caroteno

  • El panthenol

Tratamiento de los efluentes de la industria cosmética

Dada la elevada diversidad de productos que se pueden fabricar en las industrias de cosméticos y de sus variadas características y posibles toxicidades, se hace muy difícil caracterizar un tratamiento de vertidos específico; no obstante, y tras revisar distintos análisis de efluentes, se ha tomado el siguiente como representativo de una industria de este tipo:

Analítica tipo, para vertidos industriales de cosmética

ParámetroConcentración en mg/l (antes FQ)Concentración en mg/l (tras FQ)
DBO519101495
DQO34362720
SS980124
Biodegradabilidad0,39
pH78
Tensoactivos>10047,5
Aceites y grasas>10032

Un tratamiento común, que se acostumbra a disponer como primario es el Fisicoquímico, consistente en la separación parcial de los aceites, grasas, detergentes y materiales en suspensión; para ello se utilizan técnicas tradicionales como la coagulación / floculación y la flotación o decantación en función de la densidad de los sólidos separados.

El resultante es un efluente que aún contiene una elevada concentración de materia orgánica, habitualmente poco biodegradable, con lo que un tratamiento biológico como tratamiento secundario no acostumbra a ser una solución definitiva, sino que se debe acudir a otras tecnologías más sofisticadas.

Una buena parte de la responsabilidad de la DQO refractaria de estos vertidos viene dada por la presencia de productos tóxicos que los cosméticos han vuelto a incorporar dentro de sus fórmulas y se utilizan miles de estos compuestos a los que se le atribuyen multitud de propiedades.

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El tratamiento de los vertidos tiene como objetivo adecuar su composición para cumplir la legislación vigente. Existen diversos tipos de tratamiento y es frecuente que uno solo no resulte suficiente, debiéndose entonces diseñar un sistema integrado de unidades que asegure el nivel de depuración requerido.

El tratamiento de las aguas residuales puede llevarse a cabo por distintas técnicas, que deben tener en cuenta las características específicas del agua residual, pudiéndose englobar en dos tipos generales de soluciones.

Por un lado, se encuentran los llamados tratamientos sin conversión, que suponen simplemente la transferencia de los contaminantes, y aquéllos en los que dichos contaminantes son transformados en especies inocuas.

Los tratamientos sin conversión son métodos físicos de separación en los cuales el contaminante es concentrado o aislado para proceder posteriormente a su recuperación o a su eliminación de una manera más sencilla.

Dentro de este grupo destaca la adsorción sobre carbón activo basada en la transferencia de los contaminantes de la fase líquida a la superficie. Las ventajas de utilizar carbón activo frente a otros adsorbentes radican en la elevada capacidad de adsorción que presenta y su estabilidad química.

El principal inconveniente de la adsorción es la transferencia del problema de contaminación al adsorbente, que queda convertido en un residuo, cuya adecuada gestión resulta necesaria. Cuando éste se regenera, los contaminantes retenidos pasan a otra fase, líquida o gaseosa, que es necesario tratar.

La desorción, practicada por arrastre con aire, constituye otra técnica sin conversión, útil para la eliminación de contaminantes volátiles de las aguas, que genera una corriente gaseosa residual que debe tratarse adecuadamente antes de su emisión a la atmósfera.

En este sentido, la combinación del arrastre con aire y la adsorción en fase gas constituye una solución que, en no pocos casos, resulta mejor que la adsorción directa en fase líquida. Otra técnica sin conversión es la extracción líquido-líquido.

Es un método económico y relativamente eficaz de recuperación cuando la concentración de los contaminantes es elevada. Sin embargo, las pérdidas de disolvente pueden ser significativas, creando así un problema adicional de contaminación.

Tratamientos con conversión: Las limitaciones de los tratamientos sin conversión imponen la necesidad de desarrollar procedimientos más efectivos para el tratamiento de las aguas residuales industriales.

Las técnicas con conversión pueden ser agrupadas en tres grandes grupos: tratamientos térmicos, tratamientos biológicos y tratamientos químicos, donde estarían englobados los procesos de oxidación y reducción.

Métodos térmicos Entre los tratamientos térmicos mencionamos la incineración, que se utiliza para pequeños volúmenes de aguas residuales con una elevada carga orgánica, superior a 100 g/L de DQO. La economía del proceso viene marcada por el consumo de combustible adicional para mantener el proceso. Junto con el elevado coste, el principal inconveniente es la aparición en los gases de combustión de productos de oxidación de alta toxicidad (dioxinas, furanos, etc.), muy superior a la de los contaminantes de partida.

La evaporación a vacío, aplicable para caudales relativamente pequeños (< 20 m3/h) es un tratamiento más económico por explotación, sobre todo si existen fuentes de calor disponibles, y los gases condensan en su mayoría con el vapor de agua. Es muy recomendable en las fábricas en que se cambia con frecuencia de producto de fabricación, lo que conlleva importantes arrastres por las llamadas “colas de producción”, que pueden ser recuperadas dependiendo del producto.

Los volátiles que emigran al condensado acostumbran a ser orgánicos, y se pueden tratar por procesos de separación de sales (ósmosis inversa, nanofiltración, etc.) o bien por adsorción con carbón activo. Una vez tratado, este condensado se puede reutilizar como agua de servicio y/o agua para proceso.

Si bien es cierto que los métodos biológicos constituyen una solución altamente efectiva para la eliminación de una amplia gama de contaminantes. Las principales desventajas que presenta la biodegradación es que es un proceso lento, que no permite alcanzar un alto grado de eliminación del contaminante si la concentración es elevada y no es adecuado para tratar efluentes industriales que contengan compuestos tóxicos para los microorganismos, como suele el caso de las industrias cosméticas.

Los tratamientos de oxidación con aire u O2 y fangos activos pueden no resultan ser eficientes por la baja biodegradabilidad de los vertidos Por su parte, reactores anaerobios tipo UASB o de manto de lodos con flujo ascendente se han utilizado para el tratamiento de efluentes complejos generados por este tipo de industrias, pero los resultados no siempre han resultado satisfactorios.

Los métodos químicos engloban tanto los procesos de reducción como los de oxidación. La reducción química se ha aplicado ampliamente en procesos industriales, consistiendo en el empleo de un agente reductor, normalmente a presión y temperatura elevadas y con un catalizador adecuado.

En la mayoría de los casos se emplea hidrógeno como agente reductor, pero existen otros, tales como los hidruros metálicos, ácido fórmico y sus sales, hidracina y alcóxidos. Los tratamientos reductores más empleados en la industria son la hidrogenación, hidro desulfuración, hidro desnitrificación, hidro desoxigenación e hidro deshalogenación.

En general, estos procesos (a excepción de la hidro decloración y en menor medida la hidro desnitrificación) no se han aplicado a la eliminación de contaminantes en aguas. La hidro decloración consiste en la rotura del enlace carbono-cloro de una molécula orgánica clorada mediante su hidrogenación, convirtiéndola en el correspondiente compuesto orgánico sin cloro, que se elimina como HCl.

Se hace imprescindible el empleo de un catalizador, siendo los más habituales metales nobles (paladio, platino y rodio) soportados sobre carbón activo, alúmina o zeolitas. La hidro decloración mediante catalizadores de Pd soportado sobre carbón activo se ha empleado para la eliminación de compuestos muy diversos en aguas residuales, como es el caso de hidrocarburos clorados (tetracloruro de carbono, cloroformo, tricloroetileno, triclorobenceno, etc.) y compuestos fenólicos clorados.

En los países industrializados se está extendiendo de forma creciente el empleo de los llamados Procesos de Oxidación Avanzada (POA’s). El concepto fue inicialmente establecido por Glaze et al. (1987), quienes definieron los POA’s como procesos que involucran la generación y uso de especies transitorias con un alto potencial oxidante, principalmente el radical hidroxilo (HO), en condiciones prácticamente ambientales.

Estos radicales pueden ser generados por medios fotoquímicos (incluida la luz solar) o mediante otras formas de energía. Tienen un alto poder oxidante y reaccionan con la materia orgánica a velocidades muy superiores a las que presentan otros oxidantes alternativos como el ozono.

Otra característica fundamental que presentan los radicales hidroxilos es su baja selectividad, lo que supone una propiedad muy importante para su utilización en el tratamiento de aguas residuales.
Los POA’s pueden usarse solos o combinados entre sí o con métodos convencionales, pudiendo ser aplicados también a contaminantes en aire y suelos.

Producen adicionalmente la desinfección de las aguas tratadas por inactivación de bacterias y virus. Son muchos y muy diversos los contaminantes que pueden ser degradados mediante estas técnicas.

Sin embargo, otros compuestos más sencillos, como el ácido oxálico, acético o derivados halogenados, como el cloroformo o el tetracloroetano, son refractarios a este tratamiento. Algunos de los os compuestos tipo que sí que resultan oxidables por el grupo OHson, en general: Ácidos orgánicos, alcoholes, aldehídos, aromáticos, aminas, diazocompuestos, éteres, cetonas, etc.

Esquema línea tratamiento de efluentes industria cosmética

Tratamiento efluentes cosmética

Tratamiento efluentes por oxidación avanzada (POA)

Resumen

La producción mundial de la industria cosmética se ha visto incrementada en forma constante, por la creciente demanda de productos para retrasar o corregir las señales físicas del envejecimiento natural.

Sin embargo, algunos de los componentes utilizados para fabricarlos acostumbran a ser tóxicos, con lo que los residuos y efluentes que se producen, en muchos casos, ofrecen dificultades para ser tratados por métodos convencionales.

La línea de tratamiento típica consiste en un tratamiento fisicoquímico en cabeza, destinado a eliminar los materiales sedimentables y flotantes, seguido de un tratamiento secundario que suele ser específico para cada tipo de vertido.

El proceso biológico bien sea aerobio o anaerobio solo tiene buenos resultados en los efluentes más biodegradables. En el caso de que resulten poco biodegradables es frecuente la utilización de sistemas de tratamiento de oxidación química, tipo POA’s. o de evaporación al vacío.

La evaporación al vacío es, sobre todo, aplicable cuando la fábrica dispone de exceso de energía, bien sea en forma de vapor o de agua caliente, y los efluentes se pueden segregar y tratar, de tal forma, que se suavizan notablemente las concentraciones del vertido final.

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Bibliografía y referencias de 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/

Sergi Tuset - CEO Condorchem Envitech
CEO, Condorchem Envitech

Sergio Tuset es el CEO de Condorchem Envitech, con más de 20 años de experiencia en la gestión de compañías industriales.

Especialmente enfocado en proyectos medioambientales para clientes, es un reconocido especialista en ingeniería conceptual aplicada a tratamiento de aguas residuales, tratamiento de residuos sólidos y líquidos y tratamiento de emisiones.

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