Oczyszczanie i ponowne wykorzystanie ścieków z branży produkcji substancji zapachowych i olejków eterycznych

• 1. Branża perfumeryjna i olejków eterycznych
• 2. Typowe ścieki
• 3. Oczyszczanie i ponowne wykorzystanie ścieków
  • 3.1. Obróbka wstępna
  • 3.2. Oczyszczanie biologiczne
• 4. Przykład sukcesu firmy SIGMA
• 5. Bibliografia

1. Branża perfumeryjna i olejków eterycznych

Branża perfumeryjna i olejków eterycznych może być zaliczana do przemysłu kosmetycznego, ale wyróżnia się pewnymi cechami. Substancje stosowane w tej branży to głównie rozpuszczalniki, alkohole oraz substancja, która stanowi jej charakterystyczny element: olejki eteryczne.

Biorąc pod uwagę znaczny wzrost popytu na produkty perfumeryjne, niezwykle ważne jest uwzględnienie tej branży i jej wpływu na środowisko wśród głównych problemów związanych z zanieczyszczeniem

Do produkcji perfum wykorzystuje się olejki eteryczne w połączeniu ze środkami utrwalającymi i rozpuszczalnikami (głównie alkoholami).

Olejki eteryczne to substancje pozyskiwane z różnych części roślin (kwiatów, owoców, liści, kory, korzeni…) o złożonym składzie chemicznym, w którym dominują związki o właściwościach aromatycznych.

Łatwo ulegają ulatnianiu, a ze względu na swój charakter i wysokie stężenie stanowią poważne zagrożenie dla środowiska, zwłaszcza dla wód, jeśli nie są odpowiednio przetwarzane.

Główny skład olejów przedstawia się następująco:

• Węglowodory terpenowe (w większej części)
• Charakterystyczne składniki aromatyczne poszczególnych olejków (w mniejszych ilościach)
• Inne składniki o działaniu konserwującym, antybiotycznym i utrwalającym aromat.

W celu uzyskania olejków eterycznych z różnych części roślin stosuje się procesy suszenia i rozdrabniania. Proces ten wymaga użycia dużych ilości surowca ze względu na niską wydajność ekstrakcji olejków. Ponadto wymaga zużyciaogromnych ilości wody.

W produkcji perfum najczęściej stosowaną metodą destylacji olejków eterycznych jest destylacja z użyciem pary wodnej. Proces ten jest powszechnie stosowany, ponieważ wydobywane esencje mogą być uniesione przez parę wodną o temperaturze wrzenia.

Woda podgrzana do temperatury wrzenia, wynoszącej około 100°C, wytwarza opary, które uwalniają i oddzielają związki odpowiedzialne za aromat, a te są wchłaniane i włączane do strumienia oparów.

Ta para nasycona substancjami zapachowymi jest wprowadzana do komory chłodniczej, gdzie ulega kondensacji, tworząc „hydrolat”.

Następnie hydrolat jest dekantowany, a olejki eteryczne oddzielane są od fazy wodnej i pozyskiwane do końcowej produkcji perfum.

Ze względu na te szczególne właściwości ścieków oraz rodzaj zanieczyszczeń pochodzących z przemysłu perfumeryjnego i olejków eterycznych, gdyby ścieki te zostały odprowadzone do sieci kanalizacyjnej, miejska oczyszczalnia szybko uległaby przeciążeniu, dlatego też najbardziej odpowiednim rozwiązaniem jestoczyszczanie zdecentralizowane, zarówno w celuoczyszczenia ścieków, jak i umożliwienia ichnatychmiastowego ponownego wykorzystania.

2. Typowe ścieki

Procesdestylacji z wykorzystaniem pary wodnejwymagadużych ilości wody, co w konsekwencji powoduje powstawanieznacznych ilości ścieków.

Jak wspomniano powyżej, część hydrolatu pozostająca po ekstrakcji esencji aromatycznych uznawana jest za wodę odpadową.

Składa się głównie z:

• Składnik składnik Skład Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk Sk
• Sole soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli soli
• Kwasy tłuszczowe.
• Struktury aromatyczne lub pierścieniowe (główny składnik zanieczyszczający, pochodne terpenów obecnych w olejku eterycznym): estry, etery, ketony, aldehydy, alkeny i alkohole.

Ich strukturę przedstawiono na rysunku 1. Związki te, w wysokich stężeniach, mają szkodliwy wpływ na środowisko i zdrowie ludzi.

Oznacza to, że ścieki pochodzące z przemysłu perfumeryjnego i olejków eterycznych charakteryzują się, z fizykochemicznego punktu widzenia, wysoką zawartością ładunku organicznego (resztki roślinne, skrobia oraz struktury organiczne o zamkniętych pierścieniach i podwójnych wiązaniach, któreznacznie utrudniają ich biodegradację, co podkreśla ich opornośćna rozkład), przewodnością (wynikającą z wysokiego stężenia soli) oraz olejami i tłuszczami.

W tabeli 1 przedstawiono parametry typowych ścieków z branży perfumeryjnej i olejków eterycznych:

Tabela 1.Typowa charakterystykaścieków pochodzących z przemysłu perfumeryjnego i olejków eterycznych.

Parametr	Jednost jednostki jednostki 1. 1. 1. 1.	Charakterystyczne parametry ścieków
pH	–	7
ChZT	mg/l	5000 – 20 000
Przewodność	µS/cm	10 000 – 20 000
Ciała stałe w zawiesinie	mg/l	1000 – 4000
Oleje i smary	mg/l	2000–4000

3. Oczyszczanie i ponowne wykorzystanie ścieków

Głównym celem przy projektowaniu procesu oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu perfumeryjnego i olejków eterycznych jest usunięcie ładunku organicznego, soli, olejów i tłuszczów.

Jednakzapotrzebowanie tej branżyna wodę jesttak duże, że panuje tendencja nie tylko do jej oczyszczania, ale także do przygotowywania jej do ponownego wykorzystania. Dlatego też właściwy dobór stosowanych technologii ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu zakładu.

Poniżej opisano proces, który jak dotąd okazał się najbardziej skuteczny w uzyskiwaniu oczyszczonych ścieków o bardzo wysokiej jakości.

Jak wskazano w poprzednim punkcie, znaczne trudności związane z biologicznym usuwaniem ładunku organicznego uniemożliwiają bezpośrednie zastosowanie konwencjonalnych technologii opartych na bioreaktorach, co sprawia, że konieczne jest wprowadzenie wysoce skutecznego etapu wstępnego oczyszczania w celu usunięcia części substancji organicznych i przekształcenia ich w związki łatwe do oddzielenia, a także usunięcia olejów i tłuszczów.

W ten sposób ścieki są przygotowywane do oczyszczania metodami biologicznymi.

Niezwykle ważne jest dokładne monitorowanie poziomu pH, fosforanów i azotu, aby zapobiec zakłóceniom w przebiegu procesu biologicznego.

W tabeli 2 przedstawiono wyniki, jakie można osiągnąć w zakresie usuwania parametrów wymienionych w tabeli 1 przy zastosowaniu proponowanej sekwencji technologii:

Tabela 2. Wydajnośćosiągalna dzięki fizykochemicznej obróbce wstępnej i klarowaniu metodą DAF, a następnie oczyszczaniu biologicznemu.

Parametr	Wydajność usuwania
ChZT	>98%
Przewodność	>95%
Ciała stałe w zawiesinie	>99%
Oleje i smary	>99%

3.1. Obróbka wstępna

Zazwyczaj stosuje się skuteczną sekwencję procesów fizykochemicznych obejmującąkoagulację, flokulację i regulację pH, po której następujeetap klarowania.

W tym etapie oczyszczania wysoce wydajną metodą jest flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF –dissolved air flotation).

Celem koagulacji jest destabilizacja substancji koloidalnych. Reakcja ta zachodzi w wyniku dodania środka koagulującego, na przykład soli żelaza, polichlorku glinu, środków koagulujących pochodzenia organicznego itp.

Neutralizacja służy do regulacji pH poprzez dodanie zasad lub kwasów.

Flokulacja polega na dodaniu polielektrolitu o polaryzacji dostosowanej do konkretnego przypadku (anionowego, kationowego lub niejonowego), którego zadaniem jest agregacja skrzepów powstałych w poprzednim etapie, tak aby uzyskać flokule o rozmiarze wystarczającym do sprawnego i szybkiego oddzielenia wody od nich (klarowanie) w kolejnym urządzeniu do flotacji.

Aby określić rodzaje i niezbędne dawki środków koagulujących, flokulujących oraz regulujących pH, konieczne jest przeprowadzenie badań ścieków. W firmie SIGMA możemy przeprowadzić te badania, znane jakotesty w słoikach (Jar-Test), w naszym laboratorium SIGMALAB.

SIGMA oferuje dwa rodzaje technologii koagulacji, regulacji pH i flokulacji: system oparty na zbiornikach z mieszadłami, w których zachodzą reakcje, oraz specjalny system ciągły z przepływem tłokowym SIGMA PFL.

Technologię dobiera się i projektuje w zależności od przepływu, który ma być przetworzony, oraz wymaganych dawek produktów.

Płatki powstałe w procesie koagulacji i flokulacji mają idealną wielkość do oddzielania od wody w instalacji flotacji z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF). Technologia DAF opracowana przez firmę SIGMA łączy zasady flotacji z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza oraz sedymentacji z optymalną konstrukcją urządzeń.

Technologia DAF stanowi skuteczny i niezawodny proces separacji olejów, tłuszczów, koloidów, jonów, makrocząsteczek, mikroorganizmów i włókien.

Podczas procesu DAF sprężone powietrze jest wprowadzane do strumienia recyrkulacyjnego osadu, rozpuszcza się w cieczy, a następnie tworzy pęcherzyki o średnicy od 30 do 50 µm, gdy jest uwalniane przez głowicę rozpraszającą do komory flotacyjnej. Zkoagulowane i flokulowane cząstki przylegają do pęcherzyków i unoszą się na górę urządzenia DAF, gdzie są usuwane mechanicznie.

Osad opada do komory osadowej na dnie urządzenia DAF i jest usuwany za pomocą systemu odprowadzania osadu, zazwyczaj w postaci ślimaka.

Oczyszczona woda opuszcza urządzenie DAF poprzez regulowany system odprowadzania nadmiaru cieczy. Część tego strumienia oczyszczonej wody zostanie przekierowana przez pompę recyrkulacyjną do układu sprężania i nasycania powietrzem.

Proces koagulacji i flokulacji, po którym następuje filtracja z opadaniem (DAF), jest bardzo popularną i powszechnie stosowaną metodą oczyszczania ścieków przemysłowych w branży perfumeryjnej i olejków eterycznych. Przez lata wykazał on swoją skuteczność pod względem wydajności oraz oszczędności kosztów – zarówno eksploatacyjnych, jak i związanych ze zużyciem środków chemicznych i energii – o ile jest prawidłowo zaprojektowany. Jest to skuteczna i niezawodna metoda wstępnego oczyszczania ścieków przemysłowych ogólnego przeznaczenia.

SIGMA oferuje szeroką gamę urządzeń do flotacji DAF, zaprojektowanych specjalnie pod kątem przepływu, który ma być oczyszczany, oraz wymagań przestrzennych – od urządzeń obsługujących przepływy rzędu 5^m³/h po urządzenia o wydajności 1000^m³/h; w ofercie znajdują się również urządzenia kompaktowe. Wydajność oczyszczania urządzeń SIGMA DAF obejmuje zakresy obciążenia zanieczyszczeniami do 40 kg substancji stałych na powierzchnię flotacyjną.

Oferujemy szeroki wybór wysokowydajnych urządzeń, zarówno standardowych, jak i wykonywanych na zamówienie, zaprojektowanych z myślą o różnych przepływach i zanieczyszczeniach.

Zalety systemów SIGMA DAF:

• Wysoka i stała jakość osadu.
• Szybkie uruchomienie.
• Minimalna ilość osadu (stężenie osadu do 5%, znacznie wyższe niż w przypadku konwencjonalnych osadników)
• Łatwy w obsłudze dzięki prostym, elastycznym i wydajnym systemom sterowania.
• Sprawdzona technologia, elastyczna w zależności od potrzeb i niezawodna.

3.2. Oczyszczanie biologiczne

Głównym celem procesu biologicznego jest usuwanie ładunku organicznego ze ścieków poprzez działanie mikroorganizmów w reaktorach biologicznych.

Zazwyczaj stosuje się konwencjonalne reaktory z osadem czynnym, wyposażone w strefy beztlenowe i tlenowe, aby zapewnić również usuwanie składników odżywczych, jednak bardziej wydajnym systemem biologicznym sąbioreaktory membranowe (MBR –„membrane bio-reactor”).

Reaktory MBR łączą proces oczyszczania biologicznego z membranami ultrafiltracyjnymi, które służą do oddzielania wody od osadu.

Proces biologiczny może być tlenowy, beztlenowy lub beztlenowy; w przypadku oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu perfumeryjnego i olejków eterycznych stosuje się zazwyczaj proces tlenowy.

Zastosowanie membran ultrafiltracyjnych jako technologii klarowania pozwala osiągnąć bardzo wysokie stężenia biomasy w reaktorze, wynoszące od 6000 do 12000 mg/l MLSS (mixed liquor suspended solids), co zapewnia wysoką wydajność procesu biologicznego przy minimalnej produkcji nadmiarowego osadu, dlatego też objętości tego typu reaktorów są znacznie mniejsze niż w przypadku procesów biologicznych konwencjonalnych.

Procesy MBR można zaprojektować tak, aby strefa lub zbiornik membranowy znajdował się poza zbiornikiem reakcyjnym lub wewnątrz niego.

Na wyjściu z reaktora biologicznego MBR uzyskuje się wodę bardzo czystą, o jakości wystarczająco wysokiej, by można ją byłoponownie wykorzystać jako wodę użytkową lub procesową.

Szczegółowy opis systemów SIGMA MBR można znaleźć w poniższym artykule, który przedstawia proces zaprojektowany i wdrożony przez firmę SIGMA w zakresie oczyszczania i ponownego wykorzystania ścieków pochodzących z przemysłu kosmetycznego – branży ściśle powiązanej z produkcją substancji zapachowych i olejków eterycznych: Zastosowanie technologii CAF, DAF, MBR i odwróconej osmozy w oczyszczaniu i ponownym wykorzystaniu ścieków z przemysłu kosmetycznego.

Zalety instalacji SIGMA MBR:

• Ciągłe odprowadzanie oczyszczonych ścieków.
• Całkowite (100%) oddzielenie osadu oraz brak zawiesin i cząstek stałych w wodzie oczyszczonej.
• Bardzo wysoka skuteczność redukcji ładunku organicznego (usuwanie ponad 90% ChZT i_BZT₅).
• Bardzo wysokie stężenie BIOMASY w reaktorze: od 6 000 do 12 000 mg/l MLSS.
• Zmniejszona objętość reakcji i oszczędność miejsca.
• Wysoka odporność na czynniki utleniające.
• Bardzo wysoka i STAŁA jakość odprowadzanej wody z możliwością jej PONOWNEGO WYKORZYSTANIA.
• Minimalne wytwarzanie osadu.

Oprócz wdrażania modułów dołączanych do systemu MBR firma SIGMA projektuje, produkuje i instalujekompaktowe instalacje MBR, którew jednym urządzeniu łączą strefę reakcji (obejmującą strefę beztlenową i strefę napowietrzania) oraz filtrację. UrządzeniaSIGMA SMBRoferują następujące zalety:

• Są to rozwiązania typu PLUG&LAY.
• Zapewniają najwyższą niezawodność i trwałość.
• Pozwalają uzyskać stałą jakość ścieków.
• Jest to kompaktna instalacja, która umożliwia modułowe dodawanie membran UF.
• Ich obsługa i sterowanie są proste i niezawodne.
• Wykazują wysoką odporność na czynniki utleniające.

Instalacje SIGMA DAF SMBR są projektowane specjalnie pod kątem każdego strumienia ścieków, który ma być oczyszczany. Ich wydajność wynosi od 20 do 100^m³/dobę.

Chociaż woda uzdatniona przy użyciu tych technologii charakteryzuje się jakością wystarczającą do ponownego wykorzystania, istnieją inne metody uzdatniania, które można zastosować:

• Wielostopniowe odparowywanie.
• Oczyszczanie za pomocą zaawansowanych procesów utleniania, takich jak proces Fentona (rozwiązania te stosuje się w skrajnych przypadkach, gdy ChZT jest tak trudny do usunięcia, że nie można go całkowicie wyeliminować za pomocą opisanego powyżej procesu).
• Osmosa odwrotna jako proces oczyszczania trzeciego stopnia w celu poprawy jakości wody przeznaczonej do ponownego wykorzystania.

Technologie te wymagają jednak bardziej skomplikowanej instalacji oraz charakteryzują się większym zużyciem energii, a ich jedyną zaletą jest to, że instalacje te mają mniejsze rozmiary w porównaniu z proponowanym procesem głównym i mogą służyć jako wsparcie.

4. Przykład sukcesu firmy SIGMA

Firma SIGMA posiada bogate doświadczenie w zakresie oczyszczania ścieków pochodzących z branży perfumeryjnej i olejków eterycznych. Poniżej przedstawiamy przykładowy przypadek sukcesu.

Aby uzyskać więcej informacji na temat procesów oferowanych przez SIGMA dla tej branży oraz dla innych gałęzi przemysłu, prosimy o kontakt za pomocą formularza po prawej stronie, poprzez e-mailinfo@sigmadafclarifiers.com lub telefonicznie pod numerem +34 972 223 481.

Aceites Especiales del Mediterráneo S.A. (AEMEDSA) jest światowym liderem w produkcji i sprzedaży białych olejów mineralnych oraz naturalnych sulfonianów. Działalność przemysłowa firmy idzie w parze z wypełnianiem zobowiązań w zakresie odpowiedzialności za środowisko naturalne.

Oczyszczalnia ścieków AEMEDSA, zainstalowana przez firmę SIGMA, pozwala spełnić obowiązujące wymogi dotyczące odprowadzania ścieków przemysłowych i umożliwia ponowne wykorzystanie wody w procesie produkcyjnym.

Firma SIGMA zainstalowałakompletnysystemwstępnego oczyszczania, obejmujący proces fizykochemiczny oraz osadnik DAF. W celuzapewnienia oczyszczania biologicznegoprzebudowano reaktor istniejący wcześniej w starej oczyszczalni, który stanowił niedoskonale działający system SBR (sequencing batch reactor), na proces ciągłego napowietrzania wraz z dodatkowym osadnikiem DAF.

Rok: 2011

Lokalizacja projektu: Dolina Escombreras, Kartagena, Murcja.

Cele: Zmiana obecnego systemu oczyszczania ścieków, który nie jest wystarczająco skuteczny, w celu zapewnienia zgodności z obowiązującymi wymogami dotyczącymi zrzutu ścieków oraz umożliwienia ponownego wykorzystania wody.

Zainstalowane urządzenia:

• Zbiornik homogenizacyjny z systemem napowietrzania JET

• Urządzenie Sigma PFL do koagulacji i flokulacji w linii produkcyjnej
• Odsadznik DAF FPAC, model CPL15
• Aeratory JET jako nowa konfiguracja reaktora biologicznego
• Odsadznik wtórny DAF FPAC, model CPL20

Wydajność: 100^m³/dobę.

Tabela 3.Charakterystyka i wyniki osiągnięte w ramach projektu SIGMA dotyczącego oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu olejków eterycznych. Przypadek firmy AEMEDSA.

ChZT	Przewodność	BHP
zmienna, średnio 5500 mg/l	20 000 µS/cm	>1000 mg/l

Usuwanie ChZT	Usuwanie cząstek stałych
>97%	>97%

Ścieki są homogenizowane w zbiorniku wyposażonym w system napowietrzania, a następnie pompowane do systemu SIGMA PFL, w którym odbywa się koagulacja, flokulacja i regulacja pH. Pierwszy osadnik DAF FPAC-CPL15 umożliwia oddzielenie powstałych kłaczków, usuwając tłuszcze, stałe cząstki oleju w zawiesinie oraz część substancji organicznych.

W reaktorze biologicznym odbywa się usuwanie wszystkich substancji organicznych i składników odżywczych; jako osadnik wtórny stosuje się urządzenie DAF FPAC-CPL20. Woda odprowadzana charakteryzuje się bardzo wysoką jakością i oprócz odprowadzenia do sieci kanalizacyjnej może być ponownie wykorzystana w procesie. Osady powstałe w procesie poddaje się zagęszczeniu i odwadnianiu za pomocą wirówki.

5. Bibliografia

Ortuño M. 2006. Praktyczny przewodnik po olejkach eterycznych, aromatach i perfumach. 2006. Wydawnictwo Aiyana.

Poch J. 2007. Perfumiarstwo. Wydawnictwo Bailly – Bailliere.