基于清洁生产的化妆品生产废水污染防治途径

任婕 林晓虎 刘伟 曹海花 徐竟成,2*

（1同济大学环境科学与工程学院 上海 200092 2长江水环境教育部重点实验室 上海 200092）

基于清洁生产的化妆品生产废水污染防治途径

任婕1林晓虎1刘伟1曹海花1徐竟成1,2*

（1同济大学环境科学与工程学院 上海 200092 2长江水环境教育部重点实验室 上海 200092）

化妆品生产行业作为“美丽经济”的重要组成部分，其生产过程产生的废水具有浓度高、难降解、含有有毒有害物质等特点，须进行有效处理才能消除其对环境的负面影响。本文从清洁生产的角度出发，讨论化妆品生产废水的污染防治途径，强调在做好源头控制的基础上，采用高效的末端处理技术，更好地实现资源利用和污染防治的目的，为化妆品行业的污染控制提供参考。

化妆品；生产废水；清洁生产；污染控制

引言

随着经济的发展和生活水平的提高，化妆品已从奢侈品逐渐转变为人们生活的必需品。化妆品为我们的生活带来了美丽，但其生产过程产生的废水却具有“浓度高、难降解、含有有毒有害物质”等特点。积极推行清洁生产政策，采取“源头减排”和“末端处理”相结合的措施，是实现化妆品生产废水污染防治的重要途径。

1 化妆品生产废水特征与清洁生产需求

目前市面上销售的化妆品主要可以分为三类：清洁类、护理类和美容/修饰类化妆品。化妆品生产原料按用途和性能可以分为基质原料（油性、粉质、溶剂类和胶质原料四类）和辅助原料（如表面活性剂、香料、保湿剂、防晒剂等）。化妆品生产工艺一般是不连续的，其主要的单元操作包括：粉碎、研磨、混合、乳化和分散、分离和分级、物料输送、加热和冷却、灭菌和消毒、产品的成型和包装、容器的清洗等[1]。

1.1 化妆品生产废水主要来源

化妆品生产废水的来源主要包括三个方面：

（1）工艺废水，即生产过程中产生的浓废水，如蒸馏残液、结晶母液、过滤母液等。这部分废水中污染物的浓度一般很高，有的还可能含有毒性，可生化性差，对环境的影响也最大。

（2）洗涤废水，即产品或中间产物精制过程中的洗涤水和设备清洗用水，有机物浓度较低，但总排放量很大。

（3）生产过程中的跑、冒、滴、漏和事故性排放等非正常排放废水。

1.2 化妆品生产废水水质特征

化妆品生产废水具有以下特征：

（1）污染物浓度高，组分复杂。从表1的数据可以看出，化妆品中的COD、TSS和油脂的含量都远超过生活污水。另外化妆品生产用到多种原料和添加剂，反应过程还会产生愈多中间产物和副产物，这都增加了废水组分的复杂性。

（2）水质水量波动大。由于生产工艺自身特点，产品种类繁多，不同产品交替生产，设备需要定期清洗等原因，废水的水质水量都存在较大波动。

（3）难降解有机物含量高，可生化性差。化妆品废水中存在大量难以被微生物降解的污染物组分，例如大量使用的半合成型表面活性剂LAS，LAS还会破坏水的表面张力，产生气泡，影响氧气在水中的溶解。此外，部分化妆品废水中含有的有毒有害物质（如染发剂中的苯二胺和某些产品中的重金属）会严重影响微生物生长，降低其岁污染物的降解能力。

1.3 化妆品行业清洁生产

长期以来，化妆品生产废水处理方面的研究重点集中在末端处理，但对含有大量原料的高浓度废水直接处理不仅浪费了宝贵的资源，也增加了处理的难度。推行化妆品行业的清洁生产，要求从工艺设计、原材料选用、控制技术与设备维护管理等环节实行全过程控制，从而减少资源浪费，促物料循环，控制污染产生，实现经济效益、环境效益和社会效益的统一[4]。在化妆品废水处理方面，就是在做好源头控制的基础上，采用高效的末端处理技术。

2 化妆品生产过程源头控制

化妆品生产废水源头控制的目标是：回收有用组分、减少废水水量和降低污染物浓度，可以通过以下清洁生产措施实现。

2.1 使用绿色原料

难降解有机物的去除是化妆品废水处理中的难点，使用绿色原料正是从源头上解决这一问题。例如，使用从动植物体内提取的（如茶皂素、皂素、各种磷脂等）或由天然原料制成的（如糖基表面活性剂、油脂衍生产品等）各类绿色表面活性剂代替来传统的合成型表面活性剂[5]，从而提高化妆品废水的可降解性和环境相容性。

2.2 改进工艺和设备

近年来，随着人们对清洁生产的重视，化妆品生产工程中出现了一些流程短、用料省、污染少的新工艺（见表2），通过推动这些新工艺的应用可减少化妆品生产中的能耗和物耗，从而实现清洁生产。

2.3 优化流程和资源回收

化妆品工艺废水中含有较大量未充分利用的原料，可通过加强对生产过程的管理，建立从原料投入到废弃物循环利用的生产闭合圈，从而减少资源浪费。例如，某日化厂将温度较高的浓皂角废水在收集罐中冷却沉淀，使废液分为3层。上层漂浮物回收加工提炼脂肪酸，下层用作混凝土捣灌用的脱模剂，最终中层有机物浓度仅为原来的50%，不仅实现了资源的回收利用，还降低了处理费用[7]。

3 化妆品生产废水末端处理

化妆品生产废水常采用物理、化学、物化和生物法组合的工艺进行处理。如图1所示，化妆品废水处理工程一般采用“预处理+生物处理”两级处理工艺，但也有一些工程增设了深度单元，使出水满足日益严格的排放要求。

图1 化妆品废水典型末端处理模块

3.1 预处理工艺

预处理的目的是提高化妆品废水的可生化性，去除对后续处理设施有影响的物质，常采用混凝气浮法和厌氧生物法，工程实践中需结合不同化妆品厂的废水特征进行选择。

混凝气浮可有效去除废水中的LAS，避免曝气过程中产生气泡。林方敏等[8]研究发现气浮工艺可使化妆品废水中的LAS从80mg/L下降至10mg/L，对细小悬浮颗粒（如彩妆产品中的粉质颜料等）也有较好的去除效果。厌氧法的作用是将难降解的大分子有机物分解成易降解的小分子，从而改善废水的可生化性。D.Puyol等[9]的研究发现，虽然化妆品中的清洁剂、表面活性剂、药类化合物对微生物的生长存在抑制，但化妆品废水在UASB反应器中表现出很好的生物降解性能。杨敏珊等[10]的工程实践经验也表明，化妆品生产废水经厌氧水解后BOD5/CODCr由原来的0.41提高到0.65以上。

3.2 生物处理工艺

预处理后废水的可生化性得到明显改善，有机物浓度也大幅度削减，再经过一级或多级生物处理，就可达到排放标准。化妆品废水的生物处理单元常采用SBR法、接触氧化法和MBR法。

序批式反应器（SBR）具有操作灵活、运行费用低，抗冲击负荷的能力强等特点，适合化妆品废水水质波动大的情况。杨敏珊[11]等采用“ASBR膜法+SBR”工艺处理化妆品废水，结果表明当CODCr在570~2356mg/L的范围内波动时，CODCr的去除率均能达到94%以上。污泥负荷（Ns）和容积负荷（Nv）对SBR工艺的处理效果影响显著。夏良树等[12]人研究发现，当Ns=1.2kg/(kg·d)左右、Nv=2.1～2.3g/(L·d)时，活性污泥的性能最佳，各污染物的去除率最大。

接触氧化法具有微生物种类多，生长世代时间长等特点。胡培靖[13]等人使接触氧化法处理某日化工厂的废水，并将部分二沉池的污泥回流，达到了很好的处理效果，COD的去除率在90%以上。

膜生物反应器（MBR）中的混合液悬浮污泥浓度可以比普通活性污泥法高出几倍，因此具有更高的容积负荷和抗冲击能力。Inès Friha[14]等人研究了不同有机负荷率（0.25-2gCOD·L-1d-1）对MBR工艺处理效果的影响，发现当有机负荷率为1.52gCOD·L-1d-1时处理效果最好，COD和表面活性剂的去除率分别为83.73%和98.13%。

3.3 深度处理工艺

化妆品废水的深度处理常采用高级氧化法。例如，蓝俊宏等[15]等采用芬顿氧化技术对化妆品废水经ASBR-SBR的出水进行深度处理，CODcr降至50mg/L以下，满足广东省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）一级排放标准。

结语

针对化妆品废水污染物浓度高、水质水量波动大、难生物降解等特性，应采用清洁生产的措施，从源头控制和末端治理两方面入手，使废水达到良好处理效果的同时，对废水中有用组分进行回收，实现污染治理与资源利用的统一。源头控制上，从原料选择、工艺改造、流程控制等方面入手降低废水排放量及污染物浓度；末端治理上，根据各类化妆品生产企业不同的废水特征，组合使用预处理和生物处理工艺以达到更好的治理效果，排水标准严格时还可考虑使用高级氧化技术进行深度处理。

[1]董银卯.化妆品配方设计与生产工艺[M].中国纺织出版社,2007.

[2]陈新,杨海真,黄翔峰.化妆品生产废水处理技术研究进展[J].环境科学与技术,2010,33(5):103-108.

[3]金兆丰，徐竟成,城市污水回用技术手册[M].北京：化学工业出版社，2004：82

[4]陈萍,何承尧.试析化妆品行业的清洁生产与节能减排[J].上海节能,2014(5):19-22.

[5]韩恒,袁立新.绿色化妆品与基质原料绿色化[J].日用化学品科学,2009,32(12):43-45.

[6]于颖,田耀华,黄娟.在线清洗 (CIP)新技术及设备[J].现代制造,2010(5):1-11.

[7]许冲,王刚.日化行业的清洁生产 [J].广东化工,2012,39(8):97-98.

[8]林方敏.气浮-UASB-接触氧化法处理高浓度化妆品废水实例[J].中国环保产业,2005(6):25-26.

[9]Puyol D,Monsalvo V M,Mohedano A F,et al.Cosmetic wastewater treatment by upflow anaerobic sludge blanket reactor.[J].Journal of Hazardous Materials,2011,185(2-3):1059-1065.

[10]杨敏珊，胡勇有，陈秋燕.气浮-水解-SBR工艺处理化妆品厂废水[J].工业用水与废水，2005,36(2):78-80.

[11]杨敏珊.ASBR(膜法)-SBR法处理化妆品生产废水[J].环境工程,2003,21(1):31-32.

[12]夏良树,陈仲清,XIALiang-shu,等.SBR法降解处理日化厂废水的实验研究[J].安全与环境学报,2006,6(3):107-109.

[13]胡培靖.气浮+UASB+接触氧化法处理日用化工废水实例[J].科技资讯,2008(18):113.

[14]Friha I,Karray F,Feki F,et al.Treatment of cosmetic industry wastewaterby submerged membrane bioreactor with consideration of microbial community dynamics[J].International Biodeterioration&Biodegradation,2014,88(88):125-133.

[15]蓝俊宏，吴健良，曾建新，等.化妆品废水ASBR&SBR处理出水的芬顿氧化技术研究[J].华南师范大学学报(自然科学版),2014(5):92-96.

任婕（1995.01-），女，汉，硕士在读，目前从事研究方向为水污染控制与资源化。