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02 Agosto 2021

Tratamiento y reutilización de agua residual de la industria productora de Fragancias y Aceites Esenciales

Categoría:

1. La Industria de Fragancias y Aceites Esenciales

El sector de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales puede englobarse dentro de la industria cosmética, pero con características que la hacen diferenciada. Las sustancias utilizadas en esta industria son principalmente disolventes, alcoholes y lo que resalta como sustancia característica: los Aceites Esenciales.

Dado el gran crecimiento de la demanda de productos de perfumería, es muy importante introducir esta industria y los efectos sobre el medio dentro de los problemas principales de contaminación

Para la fabricación de perfumes se emplean aceites esenciales combinados con fijadores y disolventes (principalmente alcoholes).

Los aceites esenciales son sustancias que se obtienen a partir de las diversas partes de una planta (flores, frutos, hojas, cortezas, raíces…) y poseen una composición química compleja donde predominan los compuestos de carácter aromático.

Se volatilizan fácilmente y debido a su naturaleza y alta concentración suponen un factor contaminante de alta importancia para el medio ambiente, especialmente del agua, si no son tratados de manera adecuada.

La composición principal de los aceites se distribuye de la siguiente manera:

  • Hidrocarburos terpénicos (en mayor proporción)
  • Componentes aromáticos característicos de cada aceite (en menor proporción)
  • Otros componentes de funciones conservantes, antibióticas y fijadoras de aroma.

Los procesos de secado y trituración son aplicados para extraer los Aceites Esenciales de las diferentes partes de las plantas. Este proceso requiere del uso de gran cantidad de materia prima dado el bajo rendimiento de extracción de los aceites. Además, requiere del uso de enormes cantidades de agua.

En la fabricación de fragancias, el proceso más aplicado para la destilación de aceites esenciales es el de destilación por arrastre de vapor. Comúnmente se aplica este proceso porque las esencias a extraer tienen la capacidad de ser arrastradas por el vapor de agua a temperatura de ebullición.

El agua calentada a su punto de ebullición, alrededor de 100ºC, produce vapores que segregan y separan los compuestos responsables del aroma, los cuales son embebidos e integrados en la corriente de vapor.

Este vapor cargado de sustancias olorosas se introduce en una cabina de refrigeración donde se condensa generando el “hidrolato”.

El hidrolato es posteriormente decantado y las esencias aromáticas se separan de la fase acuosa de éste y se extraen para la elaboración final del perfume.

Debido a estas especiales características del agua residual y del tipo de contaminante proveniente de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales, si esta agua fuera vertida a la red de saneamiento, la planta municipal se vería rápidamente saturada, por lo que un tratamiento descentralizado es lo más adecuado, tanto para tratar el agua como para permitir su inmediata reutilización.

2. Aguas residuales típicas

El proceso de destilación por arrastre de vapor supone una gran demanda de agua, y que por consiguiente genera una gran cantidad de agua residual.

Como se describe anteriormente, la parte del hidrolato que queda tras la extracción de las esencias aromáticas es lo que se considera como agua residual.

Está compuesta principalmente por:

  • Almidón.
  • Sales.
  • Ácidos grasos.
  • Estructuras aromáticas o de anillos cerrados (principal contaminante, derivados de los terpenos presentes en el aceite esencial): ésteres, éteres, cetonas, aldehídos, alquenos y alcoholes.

Su estructura se muestra en la Figura 1. Estos compuestos, en una concentración alta, tienen efectos adversos en el medio ambiente y la salud humana.

Representación de los principales compuestos aromáticos presentes en las aguas residuales de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales.

Figura 1. Principales compuestos aromáticos presentes en las aguas residuales de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales.

Esto se traduce en que las aguas residuales provenientes de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales se caracteriza desde un punto de vista físico-químico por su alto contenido en carga orgánica (restos de plantas, almidón y las estructuras orgánicas de anillo cerrado y dobles enlaces lo que supone gran dificultad para su degradación biológica que acentúa su carácter refractario), conductividad (debida a la alta concentración de sales) y aceites y grasas.

En la Tabla 1. se recogen los parámetros de un agua residual típica de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales:

Tabla 1. Caracterización típica de aguas residuales provenientes de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales.

Parámetro

Unidades

Valores característicos del agua residual

pH

 -

7

DQO

mg/L

5000 - 20000

Conductividad

µS/cm

10000 - 20000

Sólidos en suspensión

mg/L

1000 - 4000

Aceites y Grasas

mg/L

2000 - 4000

3. Tratamiento y reutilización de las aguas residuales

El objetivo principal a la hora de diseñar un proceso de tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales es la eliminación de carga orgánica, sales, aceites y grasas.

Pero esta industria tiene una demanda tan elevada de agua que la tendencia es no solo tratar el agua sino acondicionarla para su reutilización. Por ello, una selección adecuada de las tecnologías a aplicar es un punto clave en el desarrollo de una planta.

A continuación, se describe el proceso que hasta ahora ha demostrado mayor eficacia con la producción de efluentes tratados de muy alta calidad.

Como se indica en el anterior apartado, la gran dificultad para la eliminación biológica de la carga orgánica no permite la aplicación directa de tecnologías convencionales mediante biorreactores, sino que hace obligatoria la incorporación de un pre-tratamiento altamente eficaz para la eliminación de parte de la materia orgánica y su transformación en compuestos fácilmente separables, además de la eliminación de los aceites y las grasas.

De esta forma, el agua residual queda acondicionada para poder ser tratada mediante procesos biológicos.

Es sumamente importante mantener un control exhaustivo del pH, los fosfatos y el nitrógeno para evitar el malfuncionamiento del proceso biológico.

Gráfico que muestra el proceso de pre-tratamiento y tratamiento biológico de aguas residuales en la industria de las fragancias y los aceites esenciales.

Figura 2. Proceso de pre-tratamiento y tratamiento biológico eficazmente aplicado en aguas residuales provenientes de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales.

En la Tabla 2. se recogen los rendimientos alcanzables en la eliminación de los parámetros mostrados en la Tabla 1 mediante la secuencia de tecnologías propuesta:

Tabla 2. Rendimientos alcanzables mediante un pre-tratamiento físico-químico y de clarificación DAF seguido de un tratamiento biológico.

Parámetro

Rendimiento de eliminación

DQO

>98%

Conductividad

>95%

Sólidos en suspensión

>99%

Aceites y Grasas

>99%

3.1. Pre-tratamiento

Se aplica generalmente y de manera efectiva una secuencia de tratamiento físico-químico mediante coagulación, floculación y ajuste de pH seguido de una etapa de clarificación.

Para esta etapa de clarificación, un proceso altamente eficiente es la flotación mediante aire disuelto o DAF ‘dissolved air flotation’.

La coagulación tiene como finalidad la desestabilización de las materias coloidales. La reacción se produce por adición de un coagulante, por ejemplo, sales de hierro, policloruro de aluminio, coagulantes orgánicos, etc.

La neutralización tiene por función ajustar el pH mediante adición de bases o ácidos.

La floculación es la adición de un polielectrolito de polaridad específica para cada caso concreto (aniónico, catiónico o no iónico) destinado a agregar los coágulos formados en el proceso anterior para disponer de flóculos de tamaño suficiente para que la separación del agua de los mismos (clarificación) se realice de forma eficiente y rápida en el subsiguiente equipo de flotación.

Para conocer los tipos y las dosis necesarias de productos coagulantes, floculantes y de ajuste de pH es necesario efectuar ensayos sobre las aguas residuales. En SIGMA podemos efectuar estos ensayos conocidos como Jar – Test en nuestras instalaciones SIGMALAB.

SIGMA dispone de dos tipos de tecnología de coagulación, ajuste de pH y floculación: sistema mediante tanques agitados donde ocurren las reacciones o sistema especial en continuo en flujo pistón SIGMA PFL.

La tecnología se selecciona y diseña en función del caudal a tratar y las dosificaciones de productos requeridas.

Composición foto del proceso físico-químico diseñados e instalados por SIGMA. Izq.: proceso en tanques y dcha.: equipo SIGMA Floculador PFL.

Figura 3. Procesos físico-químicos diseñados e instalados por SIGMA. Izq.: proceso en tanques y dcha.: equipo SIGMA Floculador PFL.

Los flóculos formados en el proceso de coagulación-floculación disponen de un tamaño ideal para ser separados del agua en una unidad de flotación mediante aire disuelto DAF. La tecnología DAF desarrollada por SIGMA combina los principios de flotación por aire disuelto y sedimentación con un diseño óptimo del equipo.

La tecnología DAF constituye un proceso de separación eficaz y robusto para aceites, grasas, coloides, iones, macromoléculas, microorganismos y fibras.

Durante el tratamiento DAF, se introduce aire comprimido en una corriente de recirculación del clarificado, se disuelve en el medio líquido y, posteriormente, genera burbujas de 30 a 50 µm cuando se libera a través de un cabezal de dispersión en la cámara de flotación. Las partículas coaguladas y floculadas se adhieren a las burbujas y flotan en la parte superior de la unidad DAF, donde se eliminan de forma mecánica.

La materia sedimentable desciende hasta el compartimento de sedimentos en el fondo de la unidad DAF y es descargada por un sistema de extracción de lodos, generalmente de tornillo sinfín.

El agua clarificada abandona la unidad DAF mediante un sistema ajustable de sobrenadante. Parte de esta corriente de agua clarificada será redireccionada por la bomba de recirculación para entrar en el sistema de compresión y saturación de aire.

La secuencia de coagulación-floculación seguido de DAF es un concepto muy común y ampliamente empleado en el tratamiento de aguas residuales de la industria e Fragancias y Aceites Esenciales y ha demostrado a lo largo de los años ser eficiente en rendimiento y en costes, tanto operacionales como de consumo de químicos y energía cuando está correctamente diseñado. Es un pretratamiento eficaz y robusto para el tratamiento de aguas residuales industriales en general.

SIGMA ofrece una amplia gama de equipos de flotación DAF, especialmente diseñados en función del caudal a tratar y los requerimientos de espacio, desde equipos que pueden tratar caudales de 5 m3/h a equipos que pueden tratar 1.000 m3/h, también se ofrecen equipos compactos. La capacidad de tratamiento de los equipos SIGMA DAF abarca rangos de carga contaminante de hasta 40 kg de sólidos por superficie de flotación.

Disponemos de una amplia gama de equipos de alto rendimiento adecuados a diferentes caudales, cada equipo es especialmente diseñado dependiendo del caudal a tratar y sus características, para mayor información compartimos las fichas técnicas de cada uno de estos equipos:

DAF FPAC

DAF FPBC

DAF FPHF

Compact DAF

Ventajas de los sistemas SIGMA DAF:

  • Calidad alta y constante del clarificado.
  • Rápida puesta en marcha.
  • Mínima producción de lodos (concentraciones de lodos de hasta el 5%, mucho más altas que las alcanzadas por sedimentadores convencionales)
  • Fácil de operar con sistemas de control sencillos, adaptables y eficaces.
  • Tecnología conocida, flexible a cada caso y robusta.

3.2. Tratamiento biológico

El principal objetivo de un proceso biológico es la eliminación de la carga orgánica del agua residual mediante la acción de microorganismos en reactores biológicos.

Generalmente se emplean reactores convencionales de lodos activos con zonas anóxicas y aerobias para lograr también la eliminación de nutrientes, pero un sistema biológico de mayor eficacia son los biorreactores de membrana o MBR (‘membrane bio-reactor’).

Los reactores MBR combinan el proceso de tratamiento biológico con membranas de Ultrafiltración como tecnología de separación del agua y los lodos.

El proceso biológico puede ser aerobio, anóxico o anaerobio, para el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales se aplica comúnmente un tratamiento aerobio.

La aplicación de membranas de Ultrafiltración como tecnología de clarificación permite alcanzar concentraciones muy elevadas de biomasa dentro del reactor, de entre 6000 y 12000 mg/L MLSS (mixed liquor suspended solids), lo que conlleva un elevado rendimiento del proceso biológico a la vez que una producción de lodos en exceso mínima, por tanto, los volúmenes de este tipo de reactores son mucho menores que los empleados en procesos biológicos convencionales.

Los procesos MBR pueden diseñarse de forma que la zona o tanque de membranas se localiza fuera del tanque de reacción o dentro.

Esquema del proceso de tratamiento biológico de aguas residuales MBR, módulo de membrana externo y módulo de membrana interno o sumergido.

Figura 4. Esquema del proceso de tratamiento biológico de aguas residuales MBR: a) módulo de membrana externo y b) módulo de membrana interno o sumergido. Adaptado de Artiga 2005

A la salida del reactor biológico MBR se obtienen aguas muy limpias y de calidad lo suficientemente alta como para poder ser reutilizada como agua de servicio o de proceso.

Puede encontrarse una descripción detallada de los sistemas SIGMA MBR en el siguiente artículo, el cual describe el proceso diseñado y aplicado por SIGMA al tratamiento y reutilización de aguas provenientes de la industria cosmética, una industria estrechamente relacionada con las Fragancias y Aceites Esenciales: Aplicación CAF, DAF, MBR y Ósmosis Inversa en el tratamiento y reutilización de aguas residuales de la industria cosmética.

Ventajas de las plantas SIGMA MBR:

  • Descarga continua de efluente clarificado.
  • Separación total (100%) del lodo e inexistencia sólidos en suspensión ni partículas en el clarificado.
  • Muy alto rendimiento de reducción de carga orgánica (> 90% eliminación de DQO y DBO5).
  • Muy alta concentración de BIOMASA dentro del reactor: entre 6.000 y 12.000 mg/L MLSS.
  • Volúmenes de reacción reducidos y ahorro de espacio.
  • Alta resistencia a agentes oxidantes.
  • Calidad muy alta y CONSTANTE del agua vertida con posibilidad de REUTILIZACIÓN.
  • Mínima generación de lodos.

Además de la implementación de módulos adjuntos a un sistema MBR, SIGMA diseña, construye e instala plantas compactas MBR que incorporan en un mismo equipo la zona de reacción (incluye zona anóxica y zona de aireación) y filtración. Los equipos SIGMA SMBR ofrecen las siguientes ventajas:

  • Son una solución PLUG&LAY.
  • Ofrecen la máxima fiabilidad y durabilidad.
  • Permiten obtener una calidad constante del efluente.
  • Es una planta compacta que permite la adición modular de membranas UF.
  • Su operación y control son sencillos y robustos.
  • Presentan alta resistencia a agentes oxidantes.

Ficha técnica Sistemas MBR

Las plantas SIGMA DAF SMBR se diseñan específicamente para cada corriente de agua residual que se va a tratar. El rango de capacidades está entre 20 – 100 m3/día.

Aunque el agua tratada mediante estas tecnologías posee una calidad lo suficientemente alta para su reutilización, existen alternativas de tratamiento que pueden aplicarse:

  • Evaporación en etapas múltiple.
  • Tratamiento mediante procesos de oxidación avanzada como el Fenton (estas alternativas se instalan en casos extremos en los que la DQO es tan refractaria que no puede eliminarse completamente mediante el proceso anteriormente descrito).
  • Ósmosis Inversa como tratamiento terciario para reforzar la calidad de agua de reutilización.

Sin embargo, estas tecnologías suponen una instalación más compleja, así como mayor consumo energético, con la única ventaja de que las instalaciones son de menores dimensiones respecto al proceso principal propuesto y pueden utilizarse como apoyo.

4. Ejemplo de Caso de Éxito de SIGMA

La experiencia de SIGMA en el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria de Fragancias y Aceites Esenciales es amplia. Se expone a continuación un ejemplo de Caso de Éxito.

Para obtener más información acerca de los procesos ofrecidos por SIGMA, para esta industria y cualquier otro tipo de industria en general, no dude en ponerse en contacto con nosotros en el formulario de la derecha, o en el correo electrónico info@sigmadafclarifiers.com, o bien llamándonos al teléfono +34 972 223 481.

Aceites Especiales del Mediterráneo S.A. (AEMEDSA) es líder mundial en la fabricación y comercialización de aceites minerales blancos y sulfonatos naturales. Su actividad industrial se compagina con el cumplimiento de los compromisos de Responsabilidad Medioambiental.

El tratamiento de las aguas residuales de AEMEDSA instalado por SIGMA permite cumplir con las exigencias vigentes de vertido de aguas residuales industriales y ofrece la posibilidad de reutilizar el agua en el proceso.

SIGMA instaló un pre-tratamiento completo consistente en un proceso físico-químico y clarificación DAF. Para el tratamiento biológico se reconfiguró el reactor previamente existente en la antigua planta, que consistía en un sistema SBR ‘sequencing batch reactor’ con deficiente funcionamiento, por un proceso de aireación continúo acompañado de un clarificador secundario DAF.

Año: 2011

Localización del proyecto: Valle de Escombreras, Cartagena, Murcia.

Objetivos: Modificar el actual sistema de tratamiento de aguas residuales, el cual no está siendo efectivo, para el cumplimiento con las exigencias vigentes de vertidos y la posibilidad de reutilización del agua.

Figura 5. Planta de tratamiento de agua residual de una industria de Aceites Esenciales diseñada e instalada por SIGMA, caso de AEMEDSA.

Figura 5. Planta de tratamiento de agua residual de una industria de Aceites Esenciales diseñada e instalada por SIGMA, caso de AEMEDSA.

Equipos instalados:

  • Tanque de homogeneización con sistema de aireación JET
  • Equipo Sigma PFL de coagulación-floculación en línea
  • Clarificador DAF FPAC modelo CPL15
  • Aireadores JET como nueva configuración del reactor biológico
  • Clarificador secundario DAF FPAC modelo CPL20

Capacidad:  100 m3/día.

Tabla 3. Características y rendimientos del caso de éxito de SIGMA en el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria de Aceites Esenciales. Caso de AEMEDSA.

Características del agua

DQO

Conductividad

SST

fluctuante, media de 5500 mg/L

20000 µS/cm

>1000 mg/L

Rendimiento del tratamiento

Eliminación de DQO

Eliminación de sólidos

>97%

>97%

El agua residual se homogeniza en un tanque provisto de aireación y es bombeada a un sistema de SIGMA PFL en el que se lleva a cabo la coagulación, floculación y ajuste de pH. El primer clarificados DAF FPAC-CPL15 permite la separación de los flóculos generados, eliminando grasas, aceites sólidos en suspensión y parte de la materia orgánica.

En el reactor biológico se lleva a cabo la eliminación de toda la materia orgánica y nutrientes, se aplica un DAF FPAC-CPL20 como clarificador secundario. El agua vertida es de muy alta calidad y, además de ser vertida a la red de saneamiento, puede ser reutilizada en el proceso. Los lodos generados en el proceso se someten a un espesado y deshidratación por centrífuga.

Proceso de la Planta de tratamiento de agua residual de una industria de Aceites Esenciales para el vertido y reutilización como agua de proceso.

Figura 6. Diagrama de proceso de la Planta de tratamiento de agua residual de una industria de Aceites Esenciales diseñada e instalada por SIGMA para el vertido y posible reutilización como agua de proceso, caso de AEMEDSA.

Descargar caso de éxito

5. Referencias

Ortuño M. 2006. Manual práctico de aceites esenciales, aromas y perfumes. 2006. Aiyana Ediciones.

Poch J. 2007. La perfumería. Casa Editorial Bailly - Bailliere.