Traitement et réutilisation des eaux usées de l'industrie de la production de parfums et d'huiles essentielles.

• 1. L'industrie des parfums et des huiles essentielles
• 2. Eaux usées typiques
• 3. le traitement et la réutilisation des eaux usées
  • 3.1 Prétraitement
  • 3.2. traitement biologique
• 4. Exemple d'étude de cas SIGMA
• 5. Références

1. L'industrie des parfums et des huiles essentielles

Le secteur des parfums et des huiles essentielles peut être inclus dans l'industrie des cosmétiques, mais avec des caractéristiques qui le rendent différent. Les substances utilisées dans cette industrie sont principalement des solvants, des alcools et ce qui se distingue comme une substance caractéristique : les huiles essentielles.

Compte tenu de la forte croissance de la demande de produits de parfumerie, il est très important d'introduire cette industrie et ses effets sur l'environnement dans les principaux problèmes de pollution.

Les huiles essentielles combinées à des fixateurs et des solvants (principalement des alcools) sont utilisées dans la fabrication des parfums.

Les huiles essentielles sont des substances obtenues à partir des différentes parties d'une plante (fleurs, fruits, feuilles, écorce, racines, etc.) et ont une composition chimique complexe dans laquelle prédominent les composés aromatiques.

Ils se volatilisent facilement et, en raison de leur nature et de leur forte concentration, ils constituent un polluant majeur pour l'environnement, en particulier pour l'eau, s'ils ne sont pas correctement traités.

La composition principale des huiles est répartie comme suit :

• Hydrocarbures terpéniques (proportion majeure)
• Composants aromatiques caractéristiques de chaque huile (en plus petites proportions)
• Autres composants ayant des fonctions de conservation, d'antibiotique et de fixation des arômes.

Des procédés de séchage et de broyage sont appliqués pour extraire les huiles essentielles des différentes parties des plantes. Ce procédé nécessite l'utilisation d'une grande quantité de matière première en raison du faible rendement d'extraction des huiles. Elle nécessite également l'utilisation d'énormes quantités d'eau.

Dans la fabrication des parfums, le procédé le plus couramment appliqué pour la distillation des huiles essentielles est la distillation à la vapeur. Ce procédé est couramment appliqué car les essences à extraire ont la capacité d'être emportées par la vapeur d'eau à la température d'ébullition.

L'eau chauffée à son point d'ébullition, aux alentours de 100ºC, produit des vapeurs qui séparent et séparent les composés responsables de l'arôme, qui sont incorporés et intégrés dans le flux de vapeur.

Cette vapeur chargée de substances odorantes est introduite dans une cabine de réfrigération où elle se condense pour générer l'"hydrolat".

L'hydrolat est ensuite décanté et les essences aromatiques sont séparées de la phase aqueuse de l'hydrolat et extraites pour la préparation finale du parfum.

En raison de ces caractéristiques particulières des eaux usées et du type de polluant provenant de l'industrie des parfums et des huiles essentielles, si ces eaux devaient être déversées dans le réseau d'égouts, la station municipale serait rapidement saturée. Le traitement décentralisé est donc le plus approprié, à la fois pour traiter les eaux et pour permettre leur réutilisation immédiate.

2. Eaux usées typiques

Le processus de distillation à la vapeur est gourmand en eau et génère donc une grande quantité d'eaux usées.

Comme décrit ci-dessus, la partie de l'hydrolat qui reste après l'extraction des essences aromatiques est considérée comme une eau usée.

Il est principalement composé de :

• Amidon.
• Ventes.
• Acides gras.
• Structures aromatiques ou à cycles fermés (principal contaminant, dérivé des terpènes présents dans l'huile essentielle) : esters, éthers, cétones, aldéhydes, alcènes et alcools.

Leur structure est présentée dans la figure 1. Ces composés, à forte concentration, ont des effets néfastes sur l'environnement et la santé humaine.

Cela signifie que les eaux résiduaires de l'industrie des parfums et des huiles essentielles se caractérisent, d'un point de vue physico-chimique, par leur forte teneur en charge organique (restes végétaux, amidon et structures organiques à cycles fermés et à doubles liaisons qui les rendent très difficiles à la dégradation biologique, ce qui accentue leur caractère réfractaire), en conductivité (due à la forte concentration de sels) et en huiles et graisses.

Le tableau 1. montre les paramètres d'une eau usée typique de l'industrie des parfums et des huiles essentielles :

Tableau 1. Caractérisation typique des eaux usées de l'industrie des parfums et des huiles essentielles.

Paramètre	Unités	Valeurs caractéristiques des eaux usées
pH	-	7
COD	mg/L	5000 - 20000
Conductivité	µS/cm	10000 - 20000
Matières en suspension	mg/L	1000 - 4000
Huiles et graisses	mg/L	2000 - 4000

3. le traitement et la réutilisation des eaux usées

Le principal objectif de la conception d'un processus de traitement des eaux usées pour l'industrie des parfums et des huiles essentielles est l'élimination de la charge organique, des sels, des huiles et des graisses.

Mais cette industrie a une telle demande en eau que la tendance est non seulement de traiter l'eau mais aussi de la conditionner pour la réutiliser. Par conséquent, une sélection appropriée des technologies à appliquer est un point clé dans le développement d'une usine.

Les paragraphes suivants décrivent le processus qui s'est avéré jusqu'à présent le plus efficace pour la production d'un effluent traité de très haute qualité.

Comme indiqué dans la section précédente, la grande difficulté pour l'élimination biologique de la charge organique ne permet pas l'application directe des technologies conventionnelles utilisant des bioréacteurs, mais rend obligatoire l'incorporation d'un prétraitement très efficace pour l'élimination d'une partie de la matière organique et sa transformation en composés facilement séparables, en plus de l'élimination des huiles et des graisses.

De cette façon, les eaux usées sont conditionnées de manière à pouvoir être traitées par des processus biologiques.

Un contrôle étroit du pH, des phosphates et de l'azote est extrêmement important pour éviter un mauvais fonctionnement du processus biologique.

Le tableau 2 montre les efficacités d'élimination réalisables pour les paramètres indiqués dans le tableau 1 en utilisant la séquence de technologies proposée :

Tableau 2 : Rendements obtenus par prétraitement physico-chimique et clarification DAF suivie d'un traitement biologique.

Paramètre	Performances en matière d'élimination
COD	>98%
Conductivité	>95%
Matières en suspension	>99%
Huiles et graisses	>99%

3.1 Prétraitement

Une séquence de traitement physico-chimique par coagulation, floculation et ajustement du pH suivie d'une étape de clarification est généralement et efficacement appliquée.

Pour cette étape de clarification, un procédé très efficace est laflottation àl'air dissous (FAD).

Le but de la coagulation est la déstabilisation de la matière colloïdale. La réaction est produite par l'addition d'un coagulant, par exemple des sels de fer, du polychlorure d'aluminium, des coagulants organiques, etc.

La neutralisation a pour fonction d'ajuster le pH en ajoutant des bases ou des acides.

La floculation est l'ajout d'un polyélectrolyte de polarité spécifique à chaque cas (anionique, cationique ou non ionique) destiné à agréger les caillots formés dans le processus précédent afin d'avoir des flocs de taille suffisante pour que la séparation de l'eau de ceux-ci (clarification) puisse être effectuée efficacement et rapidement dans l'équipement de flottation suivant.

Afin de connaître les types et les doses de coagulants, de floculants et de produits d'ajustement du pH nécessaires, il est nécessaire d'effectuer des tests sur les eaux usées. Chez SIGMA, nous pouvons réaliser ces tests, appelés Jar-Tests, dans nos installations SIGMALAB.

SIGMA dispose de deux types de technologies de coagulation, d'ajustement du pH et de floculation : un système de réservoir agité où les réactions ont lieu ou un système spécial SIGMA PFL à flux continu de piston.

La technologie est choisie et conçue en fonction du débit à traiter et des dosages de produits requis.

Les flocs formés dans le processus de coagulation-floculation sont idéalement dimensionnés pour être séparés de l'eau dans une unité de flottation à air dissous DAF. La technologie DAF développée par SIGMA combine les principes de la flottation à air dissous et de la sédimentation avec une conception optimale de l'équipement.

La technologie DAF est un procédé de séparation efficace et robuste pour les huiles, les graisses, les colloïdes, les ions, les macromolécules, les micro-organismes et les fibres.

Pendant le traitement DAF, de l'air comprimé est introduit dans un flux de recirculation du produit clarifié, se dissout dans le milieu liquide et génère ensuite des bulles de 30-50 µm lorsqu'il est libéré par une tête de dispersion dans la chambre de flottation. Les particules coagulées et floculées adhèrent aux bulles et flottent jusqu'au sommet de l'unité FAD, où elles sont éliminées mécaniquement.

Les matières décantables s'écoulent vers le compartiment à sédiments situé au fond de l'unité DAF et sont évacuées par un système d'extraction des boues, généralement une vis sans fin.

L'eau clarifiée quitte l'unité DAF par un système de surnageant réglable. Une partie de ce flux d'eau clarifiée sera redirigée par la pompe de recirculation pour entrer dans le système de compression et de saturation en air.

La séquence coagulation-floculation suivie d'un FAD est un concept très courant et largement utilisé dans le traitement des eaux usées de l'industrie des parfums et des huiles essentielles. Il s'est avéré, au fil des ans, efficace en termes de performances et de coûts, tant sur le plan opérationnel que sur celui de la consommation de produits chimiques et d'énergie, lorsqu'il est correctement conçu. Il s'agit d'un prétraitement efficace et robuste pour le traitement général des eaux usées industrielles.

SIGMA propose une large gamme d'unités de flottation DAF, spécialement conçues en fonction du débit à traiter et de l'encombrement, des unités pouvant traiter des débits de 5 ^m3/h aux unités pouvant traiter 1.000 ^m3/h, des unités compactes sont également disponibles. La capacité de traitement des installations DAF de SIGMA couvre des plages de charges polluantes allant jusqu'à 40 kg de solides par surface de flottation.

Nous disposons d'une large gamme d'équipements haute performance, standard ou sur mesure, conçus pour traiter différents débits et polluants.

Les avantages des systèmes SIGMA DAF :

• Qualité élevée et constante du produit clarifié.
• Démarrage rapide.
• Production minimale de boues (concentrations de boues jusqu'à 5 %, bien supérieures à celles atteintes par les décanteurs conventionnels)
• Facile à utiliser grâce à des systèmes de contrôle simples, adaptables et efficaces.
• Technologie connue, flexible et robuste.

3.2. traitement biologique

L'objectif principal d'un procédé biologique est l'élimination de la charge organique des eaux usées par l'action de micro-organismes dans des réacteurs biologiques.

Les réacteurs à boues activées classiques, dotés de zones anoxiques et aérobies, sont généralement utilisés pour assurer l'élimination des nutriments également, mais un système biologique plus efficace est le bioréacteur à membrane ou MBR ("membrane bio-reactor").

Les réacteurs MBR combinent le processus de traitement biologique avec des membranes d'ultrafiltration comme technologie de séparation de l'eau et des boues.

Le processus biologique peut être aérobie, anoxique ou anaérobie. Pour le traitement des eaux usées de l'industrie des parfums et des huiles essentielles, un traitement aérobie est généralement appliqué.

L'application des membranes d'ultrafiltration comme technologie de clarification permet des concentrations très élevées de biomasse à l'intérieur du réacteur, entre 6000 et 12000 mg/L de MLSS(mixed liquor suspended solids), ce qui conduit à une haute performance du processus biologique et à une production minimale de boues en excès, par conséquent, les volumes de ce type de réacteurs sont beaucoup plus faibles que ceux utilisés dans les processus biologiques conventionnels.

Les procédés MBR peuvent être conçus de manière à ce que la zone ou le réservoir à membrane soit situé à l'extérieur du réservoir de réaction ou à l'intérieur.

La sortie du réacteur biologique MBR est une eau très propre, d'une qualité suffisamment élevée pour être réutilisée comme eau de service ou de traitement.

Une description détaillée des systèmes MBR de SIGMA peut être trouvée dans l'article suivant, qui décrit le processus conçu et appliqué par SIGMA au traitement et à la réutilisation des eaux de l'industrie cosmétique, une industrie étroitement liée à Fragrances and Essential Oils : Application of CAF, DAF, MBR and Reverse Osmosis in the treatment and reuse of wastewater from the cosmetics industry.

Les avantages des installations MBR de SIGMA :

• Rejet continu de l'effluent clarifié.
• Séparation totale (100 %) des boues et absence de matières en suspension ou de particules dans les boues clarifiées.
• Performance très élevée de réduction de la charge organique (> 90 % d'élimination de la DCO et de la _DBO5).
• Très forte concentration de BIOMASSE à l'intérieur du réacteur : entre 6 000 et 12 000 mg/L de MES.
• Réduction des volumes de réaction et gain d'espace.
• Haute résistance aux agents oxydants.
• Qualité très élevée et CONSTANTE de l'eau rejetée avec possibilité de RÉUTILISATION.
• Génération minimale de boue.

En plus de la mise en œuvre de modules attachés à un système MBR, SIGMA conçoit, construit et installe des installations MBR compactes qui intègrent la zone de réaction (y compris la zone anoxique et la zone d'aération) et la filtration en une seule unité. Les installations SIGMA SMBR offrent les avantages suivants :

• Ils constituent une solution PLUG&LAY.
• Ils offrent une fiabilité et une durabilité maximales.
• Ils permettent d'obtenir une qualité constante de l'effluent.
• Il s'agit d'une installation compacte qui permet l'ajout modulaire de membranes UF.
• Le fonctionnement et le contrôle sont simples et robustes.
• Ils sont très résistants aux agents oxydants.

Les installations SIGMA DAF SMBR sont conçues spécifiquement pour chaque flux d'eaux usées à traiter. La capacité est comprise entre 20 et 100 ^m3/jour.

Bien que l'eau traitée par ces technologies soit d'une qualité suffisamment élevée pour être réutilisée, il existe des alternatives de traitement qui peuvent être appliquées :

• Évaporation en plusieurs étapes.
• Traitement par des procédés d'oxydation avancée tels que le procédé Fenton (ces alternatives sont installées dans des cas extrêmes où la DCO est si réfractaire qu'elle ne peut être complètement éliminée par le procédé décrit ci-dessus).
• L'osmose inverse comme traitement tertiaire pour améliorer la qualité de l'eau de réutilisation.

Toutefois, ces technologies impliquent une installation plus complexe, ainsi qu'une consommation d'énergie plus élevée, le seul avantage étant que les installations sont plus petites que le processus principal proposé et peuvent être utilisées comme solution de secours.

4. Exemple d'étude de cas SIGMA

L'expérience de SIGMA dans le traitement des eaux usées de l'industrie des parfums et des huiles essentielles est considérable. Voici un exemple d'étude de cas.

Pour plus d'informations sur les processus offerts par SIGMA, pour cette industrie et tout autre type d'industrie en général, n'hésitez pas à nous contacter en utilisant le formulaire à droite, ou par courriel à info@sigmadafclarifiers.com, ou en nous appelant au +34 972 223 481.

Aceites Especiales del Mediterráneo S.A. (AEMEDSA) est un leader mondial dans la fabrication et la commercialisation d'huiles minérales blanches et de sulfonates naturels. Son activité industrielle est combinée au respect de ses engagements en matière de responsabilité environnementale.

Le système de traitement des eaux usées d'AEMEDSA installé par SIGMA est conforme aux exigences actuelles de rejet des eaux usées industrielles et offre la possibilité de réutiliser l'eau dans le processus.

SIGMA a installé un prétraitement complet comprenant un procédé physico-chimique et une clarification DAF. Pour le traitement biologique, le réacteur existant dans l'ancienne usine, qui consistait en un système SBR (sequencing batch reactor) fonctionnant mal, a été reconfiguré pour un processus d'aération continue accompagné d'un clarificateur secondaire DAF.

Année : 2011

Lieu du projet : Valle de Escombreras, Cartagena, Murcia.

Objectifs : modifier le système actuel de traitement des eaux usées, qui n'est pas efficace, afin de se conformer aux exigences actuelles en matière de rejets et à la possibilité de réutiliser l'eau.

Équipement installé :

• Cuve d'homogénéisation avec système d'aération JET

• Équipement de coagulation-floculation en ligne Sigma PFL
• Clarificateur DAF FPAC modèle CPL15
• Les aérateurs JET comme nouvelle configuration de réacteur biologique
• Décanteur secondaire DAF FPAC modèle CPL20

Capacité : 100 ^m3/jour.

Tableau 3 : Caractéristiques et performances du cas de réussite de SIGMA dans le traitement des eaux usées de l'industrie des huiles essentielles. Affaire AEMEDSA.

COD	Conductivité	SST
fluctuant, moyenne 5500 mg/L	20000 µS/cm	>1000 mg/L

Élimination de la DCO	Élimination des solides
>97%	>97%

Les eaux usées sont homogénéisées dans un bassin d'aération et pompées vers un système SIGMA PFL où la coagulation, la floculation et l'ajustement du pH sont effectués. Le premier clarificateur DAF FPAC-CPL15 permet la séparation des floculats générés, en éliminant les graisses, les huiles, les solides en suspension et une partie de la matière organique.

Dans le réacteur biologique, toutes les matières organiques et les nutriments sont éliminés et un DAF FPAC-CPL20 est utilisé comme clarificateur secondaire. L'eau rejetée est de très haute qualité et, en plus d'être rejetée dans le réseau d'égouts, elle peut être réutilisée dans le processus. Les boues générées par le processus subissent un épaississement et une déshydratation par centrifugation.

5. Références

Ortuño M. 2006. Manuel pratique des huiles essentielles, des arômes et des parfums. 2006. Aiyana Ediciones.

Poch J. 2007. Parfumerie. Bailly - Maison d'édition Bailliere.