Análisis de Aguas Residuales en la Industria de la Perfumería

Autores: Romel Saul Ascarruz Neira y Joseph Alexis Flores Araca

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El origen del perfume se remonta al antiguo Egipto, en donde, se utilizaban flores, plantas y resinas naturales que emitían un aroma agradable y placentero para realizar cultos a las deidades de esta civilización (Fernández, Padilla y Soliz, 2014). Años después, los primeros perfumistas crearon sustancias naturales aromáticas mezclando flores y plantas, las cuales pasaron del uso en rituales al uso personal. Con el paso del tiempo, el comercio marítimo facilitó una mayor cantidad de insumos para la creación de fragancias odoríferas con mejor aroma. En siglos posteriores, se empezó a difundir fórmulas de compuestos olfativos y a desarrollar nuevos sistemas de extracción de aromas, lo que da origen a la formación de tiendas de perfumería. La gran acogida de los perfumes genera las primeras fábricas industriales para su manufacturación, pasando de usar sustancias naturales a sustancias sintéticas. 

Con la integración de la industria química a la industria del perfume, se empezaron a generar desechos inorgánicos, los cuales necesitaban de un tratamiento de purificación. Actualmente, la industria de la perfumería se encuentra en una importante posición en el mercado de la moda, generando un alto volumen de producción de perfumes anualmente y, a su vez, de aguas residuales. Por ende, el siguiente texto tiene como objetivo analizar el desarrollo completo del agua residual, desde su generación en el proceso de fabricación de perfumes, hasta su posterior tratamiento y disposición, y, por último, brindar algunas reflexiones y recomendaciones. 

1. Origen de los perfumes

Los aceites esenciales son sustancias obtenidas de plantas y que presentan una compleja composición química y de carácter fuertemente aromático (Ortuño, 2006). De la variedad de plantas existentes, solo algunas generan este tipo de sustancias, las cuales son denominadas plantas aromáticas. Los aceites son producidos por los órganos especiales de estas plantas, los cuales pueden estar localizados en diferentes partes de cada planta. Estos aceites se componen de hidrocarburos terpénicos (en mayor proporción), de componentes responsables del aroma característico de cada aceite (en menor proporción) y de otros componentes que actúan como conservantes, antibióticos o fijadores de aroma.

La perfumería es la aplicación directa de los aceites esenciales, debido a que estos son utilizados para la fabricación de fragancias de muy marcado aroma. Para ello, se extraen materias primas como flores, hojas, frutos, cortezas o raíces; y el tratamiento para su extracción varía según la localización del órgano. Para flores y hojas, se sigue el proceso de secado, mientras que para los frutos, cortezas o raíces se sigue el proceso de trituración.

El proceso de extracción de aceites esenciales, para la manufactura de perfumes, requiere gran cantidad de insumos debido al bajo rendimiento de extracción de estos aceites. Como consecuencia es necesario utilizar un número considerable de plantas aromáticas como materia prima, agregados y enormes volúmenes de agua, generando así, una cuantiosa cantidad de efluentes.

2. Proceso de Fabricación

Debido a la variedad existente de plantas aromáticas se han ideado diferentes formas de extraer los aceites esenciales. Entre estas, se encuentran los métodos de dilatación y de expresión, los cuales son los más utilizados para la fabricación de perfumes.

La expresión consiste en una compresión mecánica que extrae directamente el aceite esencial. Este aceite pasa por un proceso de filtración simple, debido a que puede poseer algunas impurezas. A pesar de la practicidad del procedimiento, este solo es utilizado para frutos, particularmente cítricos, que contiene su esencia en su cáscara o corteza.

La destilación consiste en un proceso de evaporación de una sustancia volátil de una mezcla para su posterior condensación. Este método se puede realizar mediante tres procesos:

• Destilación Simple: Utilizado para mezclas que poseen una o varias sustancias volátiles, pero con una sustancia diferenciadamente más volátil que posea un punto de ebullición relativamente bajo comparado con las demás sustancias. El procedimiento consiste básicamente en hervir la mezcla para separar la sustancia volátil.
• Destilación Fraccionada: Utilizado para mezclas de sustancias volátiles con diferentes puntos de ebullición y con una diferencia máxima entre ellos menor a 80 °C. La utilización de una columna de fraccionamiento es la característica más resaltante de este método. El procedimiento consiste en calentar la mezcla a diferentes temperaturas. Se ajusta la temperatura al punto de ebullición de la sustancia que se desea volatilizar para generar vapores enriquecidas de esta. La columna de fraccionamiento ayuda en la condensación y reflujo de las sustancias volátiles que llegaron a generar vapores, pero que no se deseaban volatilizar.
• Destilación por Arrastre de Vapor: Utilizado para aislar una sustancia con un punto de ebullición elevado, insoluble en agua y ligeramente volátil. El procedimiento consiste en generar vapor de agua que arrastre los compuestos volátiles hacia un colector para su condensación.

Este último proceso es el utilizado en la destilación de los aceites esenciales para la fabricación de fragancias. Es la técnica de extracción más utilizada, debido a la propiedad que poseen las esencias de ser arrastradas por el vapor acuoso a la temperatura de ebullición (Poch, 2007). Se calienta el agua hasta su punto de ebullición (100 °C), generando vapores que actúan disgregando y separando los componentes encargados del aroma para que se integren al vapor acuoso. Este vapor, que contiene las sustancias olorosas, es atraído hacia una cabina de refrigeración para que se condense, generando así un hidrolato. Mediante un proceso de decantación, las esencias aromáticas son separadas de la parte acuosa del hidrolato para luego ser extraído y utilizado en la elaboración del perfume.

3. Caso Peruano

En el Perú, según un estudio de mercado realizado al sector de industria de la perfumería, se evidenció una notoria nueva tendencia en los gustos del consumidor buscando una gama de productos cosméticos que presenten ingredientes naturales o ecológicos que cuiden del medio ambiente (Alvarez, Balladares, Carranza, Sandoval y Pérez, 2018). Debido a esta evolución en las preferencias del consumidor es que actualmente las empresas cosméticas incluyen en su catálogo una variedad de productos naturales.

Esquisa, actualmente, es la principal productora y exportadora de esencias, sabores y fragancias naturales del Perú. Esta empresa elabora principalmente saborizantes (para la industria de la panadería, bebidas, confitería, derivados lácteos y helados, farmacéutica, entre otras industrias) y fragancias (para la aromaterapia, cosmética y cuidado personal, cuidado del hogar, perfumería fina, productos industriales, entre otros).

En el rubro de las fragancias, esta empresa utiliza materia prima aromática que sigue un estricto control de calidad y todas las recomendaciones de la Asociación Internacional de Perfumería (IFRA por sus siglas en inglés) que limita mediante criterios el uso de ciertos ingredientes debido a investigaciones científicas realizadas.

4. Aguas Residuales

La destilación, a pesar de ser el método más utilizado, es el que mayor demanda de agua requiere y el que produce una mayor cantidad de agua residual. Actualmente es el método de extracción de aceites esenciales más usado en la producción artesanal e industrial de fragancias naturales.

Una vez preparada la materia prima (parte de la planta aromática), rápidamente, para evitar la oxidación, se procede a comenzar con el proceso de destilación. Si se requiere destilar pétalos u hojas, es necesario colocar una bandeja con perforaciones sobre la cual se colocarán estas partes. Por otro lado, si se requiere destilar corteza, frutos o cáscaras, estas se colocarán directamente en el agua. Dependiendo del órgano aromático a utilizar, después del proceso de ebullición, el agua que no alcanzó a transformarse en vapor puede contener restos sólidos flotando en su superficie.

Después de la etapa de condensación del vapor acuoso, en la cámara de refrigeración, se obtiene el hidrolato, el cual contiene al aceite esencial junto con el agua que llegó a evaporarse en el proceso de ebullición. Se usa un proceso de decantación, ya que el aceite esencial tiende a acumularse en la superficie del hidrolato a causa de su baja densidad. Se extrae el aceite superficial y se somete a un proceso de filtración para obtener la esencia pura. La parte restante del hidrolato es considerado como agua residual.

5. Contaminantes e impacto

Entre los contaminantes presentes en el agua residual se encuentran el almidón, las sales, los ácidos grasos y las estructuras de anillos cerrados, siendo este último el principal contaminante. Dichos anillos cerrados son compuestos secundarios formados a partir de los terpenos presentes en el aceite esencial, mezclándose en un gran porcentaje con el agua restante del hidrolato. Este grupo de componentes orgánicos, con estructuras químicas distintas, pertenecen a la familia de los alquenos, alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres o ésteres. Los terpenos poseen como característica común el ser moléculas que se pueden formar uniendo a su vez varias moléculas de isopreno, las cuales presentan 5 átomos de carbono (Ortuño, 2006).

Los isoprenos presentes en el agua residual se agrupan en pares para formar compuestos monoterpénicos (con 10 átomos de carbono) o de tríos para formar compuestos sesquiterpénicos (con 15 átomos de carbono). Estos compuestos en una alta concentración pueden generar efectos adversos en el ser humano. Los primeros compuestos causan intoxicación que afecta al estómago y a los intestinos, causando diarreas y/o vómitos, mientras que los segundos compuestos generan problemas leves en el sistema nervioso central.

6. Estándares IFRA

Los estándares IFRA definen la base del sistema de gestión de riesgos reconocido y aceptado a nivel internacional para el uso seguro de los ingredientes de las fragancias. Este es el sistema de autorregulación de la industria, basado en evaluaciones de riesgo realizadas por un panel de expertos independiente que revisa las actividades del Instituto de Investigación de Materiales de Fragancias (RIFM por sus siglas en inglés). Si el panel determina que es necesaria una restricción de uso para la protección del consumidor o del medio ambiente, se publicará un estándar IFRA.

En este marco existen, específicamente, estándares IFRA para la protección ambiental, según los siguientes principios:

• Evaluación de riesgo acuático siguiendo el marco del RIFM (Salvito, Senna and Federle, 2002)
• Identificación de ingredientes con propiedades de Persistencia, Bioacumulación (eco) y Toxicidad (PBT o vPvB)

Para respaldar los estándares ambientales de la IFRA, se realiza una evaluación de riesgo siguiendo el marco ambiental RIFM (Salvito, 2002) que proporciona tres niveles de detección de riesgo acuático.

• En el Nivel 1, solo se necesita el volumen regional de uso del material, el log Kow¹ y el peso molecular para estimar un RQ² conservador expresado como la relación: PEC³/PNEC⁴.
• En el Nivel 2, se utiliza el modelo ECOSAR, que proporciona estimaciones de ecotoxicidad específicas de la clase química, permitiendo aplicar un factor de incertidumbre más bajo a la PNEC.
• Finalmente, si es necesario, el Nivel 3 se lleva a cabo utilizando datos de biodegradación y ecotoxicidad medidos para refinar el RQ, lo que permite factores de incertidumbre de PNEC aún más bajos.

7. Tratamiento de aguas residuales

A lo largo del proceso de fabricación y extracción de esencias existen muchas etapas donde se obtienen aguas residuales con sustancias contaminantes y volátiles. En estas se presenta una alta carga orgánica, debido a los restos de plantas, almidón, sales, alcoholes, ácidos grasos, estructuras de anillo cerrado y dobles enlaces, lo que es un indicativo de la dificultad que presentan frente a la oxidación biológica. Por tanto, las metodologías de tratamiento de efluentes comienzan con un pretratamiento del agua o “tratamiento primario”, donde se puede eliminar una fracción del material orgánico presente, pero cuyo objetivo principal es acondicionar al efluente para el tratamiento biológico o “tratamiento secundario”. El propósito de estos procedimientos es transformar la materia orgánica presente en las aguas residuales en compuestos que sean fácilmente separables.

En este sentido, los parámetros físicos que suelen monitorearse son la velocidad de flujo del efluente, ya que su disminución permite que una parte de la materia orgánica suspendida pueda comenzar a depositarse y podrían bloquear el flujo; la temperatura, puesto que el aumento de esta variable puede alterar e interferir con otros parámetros, como químicos y biológicos; y la turbidez, para tener una idea del nivel de contaminación del efluente. En tanto los parámetros químicos, el pH es bastante importante, pues un pH muy ácido o alcalino, podría alterar las solubilidades de los componentes que albergan el medio (Kebede, 2018). Asimismo, monitorear en el efluente la concentración de nutrientes como el fósforo (en forma de fosfatos) y nitrógeno permitiría evitar la proliferación de algas indeseables a lo largo del flujo.

La línea de “tratamiento primario” busca reducir la fracción coloidal presente en las aguas, la primera etapa está compuesta de dos agitadores con hélice: en el primero se realizará la coagulación y en el segundo la floculación; luego, se cuenta con un decantador que facilitará la separación de los coloides del agua.

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¹ Coeficiente de reparto octanol-agua
² Risk quotient o cociente de riesgo, por su traducción
³ Predicted environmental concentration o concentración ambiental prevista, por su traducción
⁴ Predicted no effect concentration o concentración prevista sin efecto, por su traducción
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El “tratamiento secundario” obedecerá a los compuestos que contenga la DQO, en este caso particular, se propone un sistema de tratamiento biológico que eliminará la carga orgánica. Con este propósito, la primera etapa contará con una cámara de oxidación y la segunda con un reactor de membranas MBR⁵. Después de este tratamiento, se obtienen aguas bastante limpias que pueden ser reutilizables como aguas de servicios o de proceso.

Una opción alternativa habría sido la de colocar una instalación de evaporación de varias etapas, realizar un tratamiento biológico mediante reacciones fenton y disponer de un montaje de ósmosis inversa (RO) como proceso “terciario”; con esto, las dimensiones a instalar para el concentrado serían menores que el diseño base, sin embargo, no tendría efecto sobre la disminución de carga de DQO que tiene con el sistema antes expuesto. Por lo tanto, si hacemos una comparación del proceso propuesto con el sistema de evaporación a varias etapas + reacciones fenton + RO, podemos elaborar el siguiente cuadro:

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⁵ Membrane bioreactor technology

Concepto	Rendimiento Depuración	Consumo energía	Espacio ocupado	OPEX	Afectación mediamb.	Complejidad
Coag./Floc.+ T. biológico	Alto	Medio	Medio	Medio	Baja	Media
Evap + Rx. Fenton + RO	Alto	Alto	Alto	Alto	Baja	Alta

 

 

 

Fuente: Condorchem Envitech (s/f.)

8. Reflexiones y recomendaciones

El método de tratamiento propuesto es superior a opciones alternativas estándares como las que proponen un sistema de evaporación múlti-efecto, reacciones fenton y ósmosis inversa en parámetros como eficiencia energética, gastos operativos y de mantenimiento y complejidad en la instalación y operación.

Esquisa es una empresa que sigue lineamientos internacionales como los del IFRA; sin embargo, existen muchas otras, en su mayoría medianas y pequeñas, que no cumplen siquiera con los estándares mínimos aceptables, pues la alta informalidad, la poca escalabilidad de producción y la desinformación dificultan su aplicación.

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REFERENCIAS

Greenpeace International (2005). Chemical analysis of 36 perfumes colognes and perfumes. Recuperado de https://www.virtualpro.co/biblioteca/perfumes-analisis-quimico-de-36-aguas-de-colonia-y-perfumes

Johnstone, D. (2003). Effluent discharge standards. In Handbook of Water and Wastewater Microbiology. 

Kebede, T. B. (2018). Waste water treatment in brewery industry, Review. International Journal of Engineering Development and Research, 6(1), 716–722. 

Nichela, D. (2011). Estudio del mecanismo y la cinética de degradación de contaminantes aromáticos empleando reacciones tipo Fenton, Electro-Fenton y Foto-Fenton. Tesis de Licenciatura. Universidad Nacional de La Plata. Recuperado de https://core.ac.uk/download/pdf/15759821.pdf

Ortuño M. (2006). Manual práctico de aceites esenciales, aromas y perfumes. España: Aiyana Ediciones.

Poch J. (2007). La perfumería. Madrid: Casa Editorial Bailly – Bailliere.

RIFM (2020). Guidance for the use of IFRA standards. IFRA standards for environmental protection. Recuperado de https://cutt.ly/Ghrvt7x

Soliz G., Fernández A. & Padilla C. (2014). Elaboración de perfumes. Ciencias Tecnológicas y Agrarias, Handbooks. Universidad Mayor Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca. Recuperado de https://cutt.ly/JhrvyK2

Tuset, S. (s.f.). Tratamiento de efluentes de la industria de perfumes y esencias. Condorchem Envitech. Recuperado de https://blog.condorchem.com/tratamiento-efluentes-industria-perfumes-esencias/