Aufbereitung und Wiederverwendung von Abwasser aus der Parfüm- und ätherischen Ölindustrie

• 1. Die Industrie für Duftstoffe und ätherische Öle
• 2. Typische Abwässer
• 3. Aufbereitung und Wiederverwendung von Abwasser
  • 3.1. Vorbehandlung
  • 3.2. Biologische Behandlung
• 4. Beispiel für eine Erfolgsgeschichte von SIGMA
• 5. Literaturverzeichnis

1. Die Industrie für Duftstoffe und ätherische Öle

Der Sektor der Duft- und ätherischen Ölindustrie lässt sich zwar der Kosmetikindustrie zuordnen, weist jedoch Merkmale auf, die ihn von dieser unterscheiden. Die in dieser Branche verwendeten Stoffe sind hauptsächlich Lösungsmittel, Alkohole und – als charakteristischer Stoff – ätherische Öle.

Angesichts des starken Anstiegs der Nachfrage nach Parfümerieprodukten ist es von großer Bedeutung, diese Branche und ihre Auswirkungen auf die Umwelt in die Liste der wichtigsten Umweltprobleme aufzunehmen

Zur Herstellung von Parfüms werden ätherische Öle in Kombination mit Fixiermitteln und Lösungsmitteln (hauptsächlich Alkohole) verwendet.

Ätherische Öle sind Substanzen, die aus verschiedenen Pflanzenteilen (Blüten, Früchten, Blättern, Rinde, Wurzeln…) gewonnen werden und eine komplexe chemische Zusammensetzung aufweisen, in der aromatische Verbindungen vorherrschen.

Sie verflüchtigen sich leicht und stellen aufgrund ihrer Beschaffenheit und hohen Konzentration einen erheblichen Umweltbelastungsfaktor dar, insbesondere für Gewässer, wenn sie nicht ordnungsgemäß behandelt werden.

Die Hauptbestandteile der Öle verteilen sich wie folgt:

• Terpenhaltige Kohlenwasserstoffe (in größerer Menge)
• Charakteristische Aromastoffe der einzelnen Öle (in geringeren Anteilen)
• Weitere Inhaltsstoffe mit konservierenden, antibiotischen und aromabindenden Eigenschaften.

Zur Gewinnung ätherischer Öle aus verschiedenen Pflanzenteilen werden Trocknungs- und Zerkleinerungsverfahren angewendet. Aufgrund der geringen Ausbeute bei der Ölgewinnung erfordert dieser Prozess den Einsatz großer Mengen an Rohmaterial. Zudem werden dafürenorme Mengen an Wasser benötigt.

Bei der Herstellung von Duftstoffen ist die Wasserdampfdestillation das am häufigsten angewandte Verfahren zur Gewinnung ätherischer Öle. Dieses Verfahren wird häufig angewendet, da die zu gewinnenden Essenzen bei Siedetemperatur vom Wasserdampf mitgerissen werden können.

Wasser, das auf seinen Siedepunkt von etwa 100 °C erhitzt wird, erzeugt Dämpfe, die die für das Aroma verantwortlichen Verbindungen freisetzen und abtrennen, welche dann vom Dampfstrom aufgenommen und eingebunden werden.

Dieser mit duftenden Substanzen angereicherte Dampf wird in eine Kühlkammer geleitet, wo er kondensiert und so das „Hydrolat“ entsteht.

Das Hydrolat wird anschließend dekantiert, und die aromatischen Essenzen werden von der wässrigen Phase getrennt und für die endgültige Herstellung des Parfüms gewonnen.

Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften des Abwassers und der Art der Schadstoffe, die aus der Parfüm- und ätherischen Ölindustrie stammen, würde die kommunale Kläranlage schnell überlastet werden, wenn dieses Wasser in das Abwassernetz eingeleitet würde. Daher ist einedezentrale Aufbereitungam besten geeignet, sowohl umdas Wasser zu reinigenals auch um seinesofortige Wiederverwendung zu ermöglichen.

2. Typische Abwässer

DasDampfdestillationsverfahren istsehr wasserintensiv und verursacht dahergroße Mengen an Abwasser.

Wie oben beschrieben, wird der Teil des Hydrolats, der nach der Gewinnung der aromatischen Essenzen übrig bleibt, als Restwasser bezeichnet.

Sie besteht hauptsächlich aus:

• Stärke.
• Salz.
• Fettsäuren.
• Aromatische oder ringförmige Strukturen (Hauptverunreinigungen, Derivate der im ätherischen Öl enthaltenen Terpene): Ester, Ether, Ketone, Aldehyde, Alkene und Alkohole.

Ihre Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt. Diese Verbindungen haben in hoher Konzentration schädliche Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit.

Dies bedeutet, dass sich das Abwasser aus der Duftstoff- und ätherischen Ölindustrie aus physikalisch-chemischer Sicht durch einen hohen Gehalt an organischer Belastung (Pflanzenreste, Stärke sowie organische Strukturen mit geschlossenen Ringen und Doppelbindungen, dieden biologischen Abbau erheblich erschweren und deren schwer abbaubare Eigenschaften verstärken), Leitfähigkeit (aufgrund der hohen Salzkonzentration) sowie Ölen und Fetten aus.

In Tabelle 1 sind die Parameter eines typischen Abwassers aus der Parfüm- und ätherischen Ölindustrie aufgeführt:

Tabelle 1.Typische Zusammensetzungvon Abwässern aus der Parfüm- und ätherischen Ölindustrie.

Parameter	Einheiten	Charakteristische Werte des Abwassers
pH-Wert	-	7
COD	mg/l	5000 – 20000
Leitfähigkeit	µS/cm	10.000 – 20.000
Schwebstoffe	mg/l	1000 – 4000
Öle und Fette	mg/l	2000 – 4000

3. Aufbereitung und Wiederverwendung von Abwasser

Das Hauptziel bei der Auslegung eines Klärverfahrens für Abwasser aus der Parfüm- und ätherischen Ölindustrie ist die Entfernung von organischen Stoffen, Salzen, Ölen und Fetten.

Da derWasserbedarf in dieser Branche jedochso hoch ist, geht der Trend dahin, das Wasser nicht nur aufzubereiten, sondern auch für die Wiederverwendung vorzubereiten. Daher ist die richtige Auswahl der einzusetzenden Technologien ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung einer Anlage.

Im Folgenden wird das Verfahren beschrieben, das sich bislang bei der Erzeugung von Abwasser mit sehr hoher Reinheit als am wirksamsten erwiesen hat.

Wie im vorigen Abschnitt dargelegt, lässt die große Schwierigkeit bei der biologischen Beseitigung der organischen Belastung den direkten Einsatz herkömmlicher Technologien mittels Bioreaktoren nicht zu, sondern erfordert zwingend die Einbindung einer hochwirksamen Vorbehandlung, um einen Teil der organischen Substanz zu entfernen und in leicht abtrennbare Verbindungen umzuwandeln sowie Öle und Fette zu beseitigen.

Auf diese Weise wird das Abwasser so aufbereitet, dass es biologisch gereinigt werden kann.

Es ist äußerst wichtig, den pH-Wert, die Phosphatwerte und den Stickstoffgehalt genau zu überwachen, um Störungen im biologischen Prozess zu vermeiden.

Tabelle 2 zeigt die erzielbaren Reinigungsgrade bei der Entfernung der in Tabelle 1 aufgeführten Parameter mithilfe der vorgeschlagenen Technologiekette:

Tabelle 2.Erreichbare Reinigungsgradedurch eine physikalisch-chemische Vorbehandlung und DAF-Klärung, gefolgt von einer biologischen Behandlung.

Parameter	Entsorgungsleistung
COD	>98%
Leitfähigkeit	>95%
Schwebstoffe	>99%
Öle und Fette	>99%

3.1. Vorbehandlung

In der Regel wird ein physikalisch-chemischer Behandlungsprozess durchKoagulation, Flockung und pH-Einstellung, gefolgt von einerKlärstufe, effektiv angewendet.

Für diese Klärstufe ist die Flotation mit gelöster Luft (DAF,„Dissolved Air Flotation“) ein äußerst effizientes Verfahren.

Die Koagulation dient der Destabilisierung kolloidaler Stoffe. Die Reaktion wird durch Zugabe eines Koagulierungsmittels ausgelöst, beispielsweise Eisensalze, Aluminiumchlorid, organische Koagulierungsmittel usw.

Die Neutralisation dient dazu, den pH-Wert durch Zugabe von Basen oder Säuren anzupassen.

Bei der Flockung wird ein Polyelektrolyt mit einer für den jeweiligen Fall spezifischen Polarität (anionisch, kationisch oder nichtionisch) zugesetzt, um die im vorherigen Prozess gebildeten Flocken zu aggregieren, sodass Flocken entstehen, die groß genug sind, damit die Trennung des Wassers von diesen Flocken (Klärung) in der nachfolgenden Flotationsanlage effizient und schnell erfolgen kann.

Um die erforderlichen Arten und Dosierungen von Flockungsmitteln, Koagulierungsmitteln und pH-Regulierungsmitteln zu ermitteln, müssen Abwasseruntersuchungen durchgeführt werden. Bei SIGMA können wir diese als„Jar-Test“bezeichneten Untersuchungen in unseren SIGMALAB-Einrichtungen durchführen.

SIGMA bietet zwei Arten von Technologien für die Koagulation, pH-Regulierung und Flockung an: ein System mit Rührbehältern, in denen die Reaktionen stattfinden, oder ein spezielles Durchlaufsystem mit Kolbenfluss, das SIGMA PFL.

Die Technologie wird entsprechend dem zu behandelnden Durchfluss und den erforderlichen Dosierungen ausgewählt und ausgelegt.

Die im Koagulations- und Flockungsprozess gebildeten Flocken weisen eine ideale Größe auf, um in einer DAF-Anlage (Dissolved Air Flotation) aus dem Wasser abgeschieden zu werden. Die von SIGMA entwickelte DAF-Technologie verbindet die Prinzipien der Flotation mit gelöster Luft und der Sedimentation mit einer optimalen Anlagenkonstruktion.

Die DAF-Technologie ist ein effizientes und robustes Trennverfahren für Öle, Fette, Kolloide, Ionen, Makromoleküle, Mikroorganismen und Fasern.

Während des DAF-Verfahrens wird Druckluft in einen Rücklaufstrom des Klärwassers eingeleitet, löst sich in der Flüssigkeit auf und bildet anschließend Blasen von 30 bis 50 µm, wenn sie über einen Sprühkopf in die Flotationskammer geleitet wird. Die koagulierten und ausgeflockten Partikel haften an den Blasen und schwimmen an die Oberfläche der DAF-Anlage, wo sie mechanisch entfernt werden.

Das sedimentierbare Material sinkt in den Sedimentbehälter am Boden der DAF-Anlage und wird über ein Schlammabsaugsystem, in der Regel eine Förderschnecke, abgeführt.

Das geklärte Wasser verlässt die DAF-Anlage über ein regelbares Überlaufsystem. Ein Teil dieses geklärten Wasserstroms wird von der Rückführpumpe umgeleitet und in das Luftkompressions- und -sättigungssystem geleitet.

DerProzessablauf aus Koagulation und Flockung, gefolgt von einer DAF-Anlage, ist ein weit verbreitetes und häufig eingesetztes Konzept in der Abwasserbehandlung der Parfüm- und ätherischen Ölindustrie und hat sich im Laufe der Jahre bei korrekter Auslegung als effizient in Bezug auf Leistung sowie Betriebs-, Chemikalien- und Energiekosten erwiesen. Es handelt sich um eine wirksame und robuste Vorbehandlung für die industrielle Abwasserbehandlung im Allgemeinen.

SIGMA bietet eine breite Palette an DAF-Flotationsanlagen an, die speziell auf den zu behandelnden Durchfluss und die Platzverhältnisse zugeschnitten sind – von Anlagen für Durchflussmengen von 5^m³/h bis hin zu Anlagen für 1.000^m³/h; darüber hinaus sind auch kompakte Anlagen erhältlich. Die Behandlungskapazität der SIGMA-DAF-Anlagen deckt Schadstoffbelastungsbereiche von bis zu 40 kg Feststoffen pro Flotationsfläche ab.

Wir verfügen über ein breites Sortiment an leistungsstarken Anlagen, sowohl in Standardausführung als auch maßgeschneidert, die für unterschiedliche Durchflussmengen und Schadstoffe ausgelegt sind.

Vorteile der SIGMA DAF-Systeme:

• Gleichbleibend hohe Qualität des geklärten Wassers.
• Schnelle Inbetriebnahme.
• Minimale Schlammbildung (Schlammkonzentrationen von bis zu 5 %, deutlich höher als bei herkömmlichen Absetzbecken)
• Einfach zu bedienen dank einfacher, anpassungsfähiger und effizienter Steuerungssysteme.
• Bewährte Technologie, flexibel an jeden Einzelfall anpassbar und robust.

3.2. Biologische Behandlung

Das Hauptziel eines biologischen Verfahrens ist die Entfernung der organischen Belastung aus dem Abwasser durch die Wirkung von Mikroorganismen in biologischen Reaktoren.

Inder Regel werden herkömmliche Belebtschlammreaktoren mit anoxischen und aeroben Zonen eingesetzt, um auch die Nährstoffentfernung zu gewährleisten; ein biologisches System mit höherer Effizienz sind jedochMembranbioreaktoren (MBR).

MBR-Reaktoren kombinieren den biologischen Klärprozess mit Ultrafiltrationsmembranen als Technologie zur Trennung von Wasser und Schlamm.

Der biologische Prozess kann aerob, anoxisch oder anaerob ablaufen; für die Behandlung von Abwässern aus der Duftstoff- und ätherischen Ölindustrie wird üblicherweise ein aerobes Verfahren angewendet.

Der Einsatz von Ultrafiltrationsmembranen als Klärtechnologie ermöglicht es, im Reaktor sehr hohe Biomassekonzentrationen von 6000 bis 12000 mg/l MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) zu erreichen, was zu einer hohen Leistungsfähigkeit des biologischen Prozesses bei gleichzeitig minimaler Überschussschlammproduktion führt; daher sind die Volumina dieser Art von Reaktoren deutlich geringer als bei herkömmlichen biologischen Verfahren.

MBR-Verfahren können so ausgelegt werden, dass sich der Membranbereich oder -behälter außerhalb oder innerhalb des Reaktionsbehälters befindet.

Am Ausgang des MBR-Bioreaktors entsteht sehr sauberes Wasser, dessen Qualität hoch genug ist, umals Brauch- oder Prozesswasser wiederverwendet zu werden.

Eine detaillierte Beschreibung der SIGMA-MBR-Systeme finden Sie im folgenden Artikel, der das von SIGMA entwickelte und eingesetzte Verfahren zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Abwässern aus der Kosmetikindustrie beschreibt, einer Branche, die eng mit Duftstoffen und ätherischen Ölen verbunden ist: Anwendung von CAF, DAF, MBR und Umkehrosmose bei der Aufbereitung und Wiederverwendung von Abwasser aus der Kosmetikindustrie.

Vorteile der SIGMA-MBR-Anlagen:

• Kontinuierliche Ableitung von geklärtem Abwasser.
• Vollständige Abscheidung (100 %) des Schlamms und keine Schwebstoffe oder Partikel im Klärwasser.
• Sehr hohe Effizienz bei der Reduzierung der organischen Belastung (> 90 % Entfernung von CSB und_BSB5).
• Sehr hohe Biomassekonzentration im Reaktor: zwischen 6.000 und 12.000 mg/l MLSS.
• Geringeres Reaktionsvolumen und Platzersparnis.
• Hohe Beständigkeit gegen Oxidationsmittel.
• Sehr hohe und KONSTANTE Qualität des abgeleiteten Wassers mit der Möglichkeit der WIEDERVERWENDUNG.
• Minimale Schlammbildung.

Neben der Implementierung von Zusatzmodulen für ein MBR-System entwickelt, baut und installiert SIGMAkompakte MBR-Anlagen, bei denendie Reaktionszone (einschließlich anoxischer Zone und Belüftungszone) und die Filtration in einer einzigen Anlage vereint sind. DieSIGMA SMBR-Anlagenbieten folgende Vorteile:

• Es handelt sich um eine Plug-and-Play-Lösung.
• Sie bieten höchste Zuverlässigkeit und Langlebigkeit.
• Sie gewährleisten eine gleichbleibende Abwasserqualität.
• Es handelt sich um eine kompakte Anlage, die den modularen Einbau von UF-Membranen ermöglicht.
• Die Bedienung und Steuerung sind einfach und zuverlässig.
• Sie weisen eine hohe Beständigkeit gegenüber Oxidationsmitteln auf.

Die SIGMA DAF SMBR-Anlagen werden speziell für jeden zu behandelnden Abwasserstrom ausgelegt. Die Kapazität liegt zwischen 20 und 100^m³/Tag.

Obwohl das mit diesen Technologien aufbereitete Wasser eine für die Wiederverwendung ausreichend hohe Qualität aufweist, gibt es alternative Aufbereitungsverfahren, die zum Einsatz kommen können:

• Mehrstufige Verdampfung.
• Behandlung mittels fortgeschrittener Oxidationsverfahren wie dem Fenton-Verfahren (diese Alternativen kommen in Extremfällen zum Einsatz, in denen der CSB so schwer abbaubar ist, dass er durch das zuvor beschriebene Verfahren nicht vollständig entfernt werden kann).
• Umkehrosmose als Tertiärbehandlung zur Verbesserung der Qualität von wiederaufbereitetem Wasser.

Diese Technologien erfordern jedoch eine komplexere Installation sowie einen höheren Energieverbrauch, wobei ihr einziger Vorteil darin besteht, dass die Anlagen im Vergleich zum vorgeschlagenen Hauptprozess kleiner dimensioniert sind und als Unterstützung genutzt werden können.

4. Beispiel für eine Erfolgsgeschichte von SIGMA

SIGMA verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Abwasserbehandlung aus der Duftstoff- und ätherischen Ölindustrie. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für eine Erfolgsgeschichte.

Wenn Sie weitere Informationen zu den von SIGMA angebotenen Verfahren für diese Branche und andere Branchen im Allgemeinen wünschen, können Sie sich gerne über das Formular auf der rechten Seite, per E-Mailan info@sigmadafclarifiers.com oder telefonisch unter +34 972 223 481 an uns wenden.

Aceites Especiales del Mediterráneo S.A. (AEMEDSA) ist weltweit führend in der Herstellung und Vermarktung von weißen Mineralölen und natürlichen Sulfonaten. Die industrielle Tätigkeit des Unternehmens geht Hand in Hand mit der Einhaltung seiner Verpflichtungen im Bereich der Umweltverantwortung.

Die von SIGMA installierte Abwasserbehandlungsanlage von AEMEDSA erfüllt die geltenden Anforderungen für die Einleitung von Industrieabwässern und bietet die Möglichkeit, das Wasser im Produktionsprozess wiederzuverwenden.

SIGMA installierte einekomplette Vorbehandlung, bestehend aus einem physikalisch-chemischen Verfahren und einer DAF-Klärung. Für diebiologische Behandlungwurde der bereits in der alten Anlage vorhandene Reaktor, bei dem es sich um ein SBR-System („Sequencing Batch Reactor“) mit mangelhafter Leistung handelte, durch ein kontinuierliches Belüftungsverfahren in Verbindung mit einem sekundären DAF-Klärbecken ersetzt.

Jahr: 2011

Standort des Projekts: Valle de Escombreras, Cartagena, Murcia.

Ziele: Das derzeitige Abwasserbehandlungssystem, das nicht effektiv funktioniert, soll umgerüstet werden, um die geltenden Einleitungsvorschriften zu erfüllen und die Wiederverwendung des Wassers zu ermöglichen.

Installierte Geräte:

• Homogenisierungstank mit JET-Belüftungssystem

• Sigma PFL-Anlage zur Inline-Koagulation und Flockung
• DAF-Klärbecken Modell CPL15
• JET-Belüfter als neue Konfiguration des biologischen Reaktors
• Sekundärklärer DAF FPAC, Modell CPL20

Kapazität: 100^m³/Tag.

Tabelle 3.Merkmale und Leistungsdaten des SIGMA-Erfolgsbeispiels bei der Abwasserbehandlung in der ätherischen Ölindustrie. Fallbeispiel AEMEDSA.

COD	Leitfähigkeit	SST
schwankend, durchschnittlich 5500 mg/l	20.000 µS/cm	>1000 mg/l

Abbau des CSB	Entfernung von Feststoffen
>97%	>97%

Das Abwasser wird in einem mit Belüftung ausgestatteten Behälter homogenisiert und in eine SIGMA PFL-Anlage gepumpt, in der die Koagulation, Flockung und der pH-Wert-Ausgleich stattfinden. Der erste DAF-Klärbehälter vom Typ FPAC-CPL15 ermöglicht die Abscheidung der gebildeten Flocken und entfernt dabei Fette, Öle, suspendierte Feststoffe und einen Teil der organischen Substanzen.

Im biologischen Reaktor werden alle organischen Stoffe und Nährstoffe entfernt; als Nachklärbecken kommt ein DAF FPAC-CPL20 zum Einsatz. Das abgeleitete Wasser weist eine sehr hohe Qualität auf und kann nicht nur in das Abwassernetz eingeleitet, sondern auch im Prozess wiederverwendet werden. Der im Prozess anfallende Schlamm wird einer Eindickung und Entwässerung mittels Zentrifuge unterzogen.

5. Literaturverzeichnis

Ortuño, M. 2006. Praktisches Handbuch zu ätherischen Ölen, Aromen und Parfüms. 2006. Aiyana Ediciones.

Poch, J. 2007. Die Parfümerie. Verlag Bailly – Baillière.