Rening och återanvändning av avloppsvatten från industrin för tillverkning av doftämnen och eteriska oljor

• 1. Branschen för doftämnen och eteriska oljor
• 2. Vanligt förekommande avloppsvatten
• 3. Rening och återanvändning av avloppsvatten
  • 3.1. Förbehandling
  • 3.2. Biologisk rening
• 4. Exempel på en framgångsberättelse från SIGMA
• 5. Referenser

1. Branschen för doftämnen och eteriska oljor

Branschen för doftämnen och eteriska oljor kan räknas till kosmetikbranschen, men har egenskaper som skiljer den från denna. De ämnen som används inom denna bransch är främst lösningsmedel, alkoholer och det som framstår som det mest karakteristiska ämnet: eteriska oljor.

Med tanke på den kraftigt ökande efterfrågan på parfymprodukter är det mycket viktigt att lyfta fram denna bransch och dess miljöpåverkan som ett av de största föroreningsproblemen

Vid tillverkningen av parfymer används eteriska oljor i kombination med fixativ och lösningsmedel (främst alkoholer).

Eteriska oljor är ämnen som utvinns ur olika delar av en växt (blommor, frukter, blad, bark, rötter…) och har en komplex kemisk sammansättning där aromatiska föreningar dominerar.

De avdunstar lätt och utgör, på grund av sin beskaffenhet och höga koncentration, en betydande föroreningskälla för miljön, särskilt vattnet, om de inte hanteras på rätt sätt.

Oljornas huvudsakliga sammansättning fördelar sig enligt följande:

• Terpenhaltiga kolväten (i större andel)
• Aromkomponenter som är karakteristiska för varje olja (i mindre mängd)
• Andra beståndsdelar med konserverande, antibiotiska och aromfästande egenskaper.

Torknings- och malningsprocesser används för att utvinna eteriska oljor från olika delar av växterna. Denna process kräver stora mängder råvara på grund av den låga utvinningsgraden för oljorna. Dessutom kräver denenorma mängder vatten.

Vid tillverkning av parfymer är ångdestillation den vanligaste metoden för destillering av eteriska oljor. Denna metod används ofta eftersom de eteriska oljorna som ska extraheras kan transporteras med vattenånga vid kokpunkt.

Vatten som värms upp till kokpunkten, cirka 100 °C, avger ångor som frigör och separerar de ämnen som ger doften, vilka sedan tas upp och blandas in i ångströmmen.

Denna ånga, som är mättad med doftämnen, leds in i en kylkammare där den kondenseras och bildar ”hydrolatet”.

Hydrolatet dekanteras därefter, och de aromatiska oljorna separeras från den vattenhaltiga fasen och extraheras för den slutliga tillverkningen av parfymen.

På grund av dessa särskilda egenskaper hos avloppsvattnet och den typ av föroreningar som härrör från doft- och eterisk oljeindustrin skulle det kommunala reningsverket snabbt bli överbelastat om vattnet släpptes ut i avloppsnätet. Därför är endecentraliserad reningden lämpligaste lösningen, både föratt rena vattnetoch för att möjliggöraomedelbar återanvändning.

2. Vanligt förekommande avloppsvatten

Ångdestillationsprocessen kräverstora mängder vatten och genererar därförstora mängder avloppsvatten.

Som beskrivits ovan betraktas den del av hydrolatet som återstår efter utvinningen av de aromatiska oljorna som restvatten.

Den består huvudsakligen av:

• Stärkelse.
• Du går ut.
• Fettsyror.
• Aromatiska strukturer eller strukturer med slutna ringar (den främsta förorenande substansen, derivat av de terpener som finns i den eteriska oljan): estrar, etrar, ketoner, aldehyder, alkenar och alkoholer.

Deras struktur visas i figur 1. Dessa föreningar har, i höga koncentrationer, skadliga effekter på miljön och människors hälsa.

Detta innebär att avloppsvattnet från doft- och eterisk oljeindustrin kännetecknas, ur fysikalisk-kemisk synvinkel, av ett högt innehåll av organiskt material (växtrester, stärkelse och organiska strukturer med slutna ringar och dubbelbindningar som medförstora svårigheter för biologisk nedbrytning, vilket förstärker dess svårnedbrytbara karaktär), konduktivitet (på grund av den höga saltkoncentrationen) samt oljor och fetter.

I tabell 1 redovisas parametrarna för ett typiskt avloppsvatten från doft- och eterisk oljeindustrin:

Tabell 1.Typisk sammansättningav avloppsvatten från doft- och eterisk oljeindustrin.

Parameter	Enheter	Typiska värden för avloppsvatten
pH	–	7
COD	mg/l	5 000 – 20 000
Ledningsförmåga	µS/cm	10 000 – 20 000
Suspenderade fasta ämnen	mg/l	1000 – 4000
Oljor och fetter	mg/l	2000–4000

3. Rening och återanvändning av avloppsvatten

Det främsta målet vid utformningen av en reningsprocess för avloppsvatten från doft- och eterisk oljeindustrin är att avlägsna organiskt material, salter, oljor och fetter.

Meneftersom denna bransch harett så stort vattenbehov går trenden inte bara mot att rena vattnet utan också att förbereda det för återanvändning. Därför är ett lämpligt val av teknik en avgörande faktor vid utformningen av en anläggning.

Nedan beskrivs den process som hittills har visat sig vara mest effektiv när det gäller att producera renat avloppsvatten av mycket hög kvalitet.

Som nämnts i föregående avsnitt medför den stora svårigheten att biologiskt bryta ned den organiska belastningen att konventionella tekniker med bioreaktorer inte kan användas direkt, utan att det krävs en mycket effektiv förbehandling för att bryta ned en del av det organiska materialet och omvandla det till lätt separerbara föreningar, samt för att avlägsna oljor och fetter.

På detta sätt förbereds avloppsvattnet för att kunna renas genom biologiska processer.

Det är ytterst viktigt att noggrant övervaka pH-värdet, fosfatnivåerna och kvävehalten för att förhindra att den biologiska processen inte fungerar som den ska.

I tabell 2 redovisas de resultat som kan uppnås vid rening av de parametrar som visas i tabell 1 genom den föreslagna tekniksekvensen:

Tabell 2. Rensningsgradersom kan uppnås genom fysikalisk-kemisk förbehandling och DAF-rening följt av biologisk rening.

Parameter	Avskiljningsgrad
COD	>98%
Ledningsförmåga	>95%
Suspenderade fasta ämnen	>99%
Oljor och fetter	>99%

3.1. Förbehandling

Vanligtvis tillämpas en fysikalisk-kemisk reningsprocess som består avkoagulering, flockning och pH-justering, följt av ettklarningssteg.

För denna reningsfas är flotation med upplöst luft, eller DAF (dissolved air flotation), en mycket effektiv metod.

Syftet med koagulering är att bryta ned kolloidala ämnen. Reaktionen sker genom tillsats av ett koaguleringsmedel, till exempel järnsalter, aluminiumklorid, organiska koaguleringsmedel etc.

Syftet med neutralisering är att justera pH-värdet genom tillsats av baser eller syror.

Flockning innebär tillsats av ett polyelektrolyt med en polaritet som är specifikt anpassad för varje enskilt fall (anjoniskt, katjoniskt eller nonjoniskt) i syfte att aggregera de koagel som bildats i den föregående processen, så att flockarna får tillräcklig storlek för att separationen från vattnet (klarning) ska kunna ske effektivt och snabbt i den efterföljande flotationsanläggningen.

För att fastställa vilka typer och vilka doser av koagulerings-, flocknings- och pH-regleringsmedel som krävs måste man genomföra tester på avloppsvattnet. Hos SIGMA kan vi utföra dessa tester, så kalladeJar-tester,i våra SIGMALAB-anläggningar.

SIGMA erbjuder två olika typer av teknik för koagulering, pH-justering och flockning: ett system med omrörda tankar där reaktionerna äger rum, eller ett speciellt kontinuerligt system med kolvflöde, SIGMA PFL.

Tekniken väljs ut och utformas utifrån det flöde som ska behandlas och de nödvändiga doseringarna av produkterna.

De flockar som bildas under koagulerings- och flockningsprocessen har en idealisk storlek för att separeras från vattnet i en DAF-anläggning (dissolved air flotation). Den DAF-teknik som utvecklats av SIGMA kombinerar principerna för flotation med upplöst luft och sedimentering med en optimerad utrustningskonstruktion.

DAF-tekniken är en effektiv och robust separationsmetod för oljor, fetter, kolloider, joner, makromolekyler, mikroorganismer och fibrer.

Under DAF-behandlingen tillförs tryckluft till en återcirkulationsström av det klarade vattnet, löses upp i vätskan och bildar därefter bubblor på 30–50 µm när den släpps ut genom ett spruthuvud i flotationskammaren. De koagulerade och flockulerade partiklarna fäster vid bubblorna och flyter upp till toppen av DAF-enheten, där de avlägsnas mekaniskt.

Det sedimenterbara materialet sjunker ner till sedimentkammaren i botten av DAF-enheten och avlägsnas via ett system för slamuttag, vanligtvis en skruvtransportör.

Det renade vattnet lämnar DAF-enheten via ett justerbart system för avskiljning av överskott. En del av detta renade vatten omdirigeras av återcirkulationspumpen till systemet för luftkompression och mättning.

Sekvensen koagulering–flockning följt av DAFär ett mycket vanligt och utbrett koncept inom avloppsrening för doft- och eterisk oljeindustrin, och har genom åren visat sig vara effektivt både vad gäller prestanda och kostnader – såväl driftskostnader som kostnader för kemikalier och energi – när anläggningen är korrekt utformad. Det är en effektiv och robust förbehandling för industriellt avloppsvatten i allmänhet.

SIGMA erbjuder ett brett sortiment av DAF-flotationsutrustning, speciellt utformad utifrån det flöde som ska behandlas och utrymmeskraven, från utrustning som kan hantera flöden på 5^m³/h till utrustning som kan hantera 1 000^m³/h; dessutom erbjuds kompakt utrustning. Behandlingskapaciteten hos SIGMA DAF-utrustningen täcker föroreningsbelastningar på upp till 40 kg fasta ämnen per flotationsyta.

Vi erbjuder ett brett utbud av högpresterande utrustning, både standardutrustning och specialanpassade lösningar, som är utformade för att hantera olika flöden och föroreningar.

Fördelar med SIGMA DAF-systemen:

• Hög och jämn kvalitet på det klarade vattnet.
• Snabb igångsättning.
• Minimal slamproduktion (slamkoncentrationer på upp till 5 %, vilket är betydligt högre än vad som uppnås med konventionella sedimenteringsbassänger)
• Enkel att använda tack vare enkla, anpassningsbara och effektiva styrsystem.
• En beprövad teknik som är anpassningsbar efter varje enskilt fall och mycket pålitlig.

3.2. Biologisk rening

Det främsta syftet med en biologisk reningsprocess är att avlägsna den organiska belastningen från avloppsvattnet genom mikroorganismers verkan i biologiska reaktorer.

Vanligtvis används konventionella reaktorer med aktivt slam och både anoxiska och aeroba zoner för att även åstadkomma avskiljning av näringsämnen, men ett biologiskt system med högre effektivitet ärmembranbioreaktorer, eller MBR(”membrane bioreactor”).

MBR-reaktorer kombinerar den biologiska reningsprocessen med ultrafiltreringsmembran som teknik för att separera vatten och slam.

Den biologiska processen kan vara aerob, anoxisk eller anaerob; för rening av avloppsvatten från doft- och eterisk oljeindustrin används vanligtvis en aerob reningsprocess.

Genom att använda ultrafiltreringsmembran som reningsteknik kan man uppnå mycket höga biomassakoncentrationer i reaktorn, mellan 6 000 och 12 000 mg/l MLSS (mixed liquor suspended solids), vilket ger en hög effektivitet i den biologiska processen samtidigt som produktionen av överskottsslam minimeras. Därför är volymerna i denna typ av reaktorer mycket mindre än de som används i konventionella biologiska processer.

MBR-processer kan utformas så att membranzonen eller membrantanken placeras antingen utanför eller inuti reaktionstanken.

Vid utloppet från den biologiska MBR-reaktorn erhålls mycket rent vatten av så hög kvalitet att det kanåteranvändas som bruks- eller processvatten.

En detaljerad beskrivning av SIGMA MBR-systemen finns i följande artikel, som redogör för den process som SIGMA har utformat och tillämpat för rening och återanvändning av avloppsvatten från kosmetikaindustrin, en bransch som har nära kopplingar till doftämnen och eteriska oljor: Tillämpning av CAF, DAF, MBR och omvänd osmos vid behandling och återanvändning av avloppsvatten från kosmetikaindustrin.

Fördelar med SIGMA MBR-anläggningar:

• Kontinuerligt utsläpp av renat avloppsvatten.
• Fullständig separering (100 %) av slammet samt avsaknad av suspenderade fasta ämnen och partiklar i det klarade vattnet.
• Mycket hög reningsgrad för organiskt material (> 90 % avlägsnande av COD och_BOD5).
• Mycket hög koncentration av BIOMASSA i reaktorn: mellan 6 000 och 12 000 mg/l MLSS.
• Mindre reaktionsvolymer och utrymmesbesparing.
• Hög motståndskraft mot oxidationsmedel.
• Mycket hög och KONSTANT kvalitet på det utsläppta vattnet med möjlighet till ÅTERANVÄNDNING.
• Minimal bildning av slam.

Förutom installation av moduler som ansluts till ett MBR-system, konstruerar, tillverkar och installerar SIGMAkompakta MBR-anläggningar somi en och samma enhet kombinerar reaktionszonen (inklusive anoxisk zon och luftningszon) med filtreringsdelen.SIGMA SMBR-anläggningarnaerbjuder följande fördelar:

• De är en PLUG&LAY-lösning.
• De erbjuder högsta möjliga tillförlitlighet och hållbarhet.
• De säkerställer en jämn kvalitet på avloppsvattnet.
• Det är en kompakt anläggning som möjliggör modulär utbyggnad med UF-membran.
• Driften och styrningen är enkel och pålitlig.
• De har hög beständighet mot oxidationsmedel.

SIGMA DAF SMBR-anläggningarna konstrueras specifikt för varje avloppsvattenström som ska renas. Kapaciteten ligger mellan 20 och 100^m³/dag.

Även om vattnet som renas med dessa tekniker håller tillräckligt hög kvalitet för återanvändning finns det andra reningsmetoder som kan användas:

• Flertrinsförångning.
• Behandling med avancerade oxidationsprocesser såsom Fenton-metoden (dessa alternativ används i extrema fall där COD är så svårnedbrytbart att det inte kan avlägsnas helt med den tidigare beskrivna processen).
• Omvänd osmos som tertiär rening för att förbättra kvaliteten på återanvändningsvattnet.

Dessa tekniker kräver dock en mer komplicerad installation och medför högre energiförbrukning, med den enda fördelen att anläggningarna är mindre än den föreslagna huvudprocessen och kan användas som stöd.

4. Exempel på en framgångsberättelse från SIGMA

SIGMA har omfattande erfarenhet av rening av avloppsvatten från doft- och eterisk oljeindustrin. Nedan följer ett exempel på en framgångsberättelse.

För mer information om de processer som SIGMA erbjuder för denna bransch och andra branscher i allmänhet är du välkommen att kontakta oss via formuläret till höger, via e-postpå info@sigmadafclarifiers.com eller genom att ringa oss på +34 972 223 481.

Aceites Especiales del Mediterráneo S.A. (AEMEDSA) är världsledande inom tillverkning och försäljning av vita mineraloljor och naturliga sulfonater. Företagets industriella verksamhet bedrivs i enlighet med åtagandena inom miljöansvar.

Det avloppsreningsverk som SIGMA har installerat för AEMEDSA uppfyller gällande krav för utsläpp av industriellt avloppsvatten och gör det möjligt att återanvända vattnet i produktionsprocessen.

SIGMA installerade ettkomplett förreningssystembestående av en fysikalisk-kemisk process och DAF-rening. För denbiologiska reningenomkonfigurerades den befintliga reaktorn i det gamla reningsverket – som bestod av ett SBR-system (sequencing batch reactor) med bristfällig funktion – till en kontinuerlig luftningsprocess i kombination med en sekundär DAF-renare.

År: 2011

Projektets läge: Escombrerasdalen, Cartagena, Murcia.

Mål: Att modernisera det nuvarande systemet för avloppsrening, som inte fungerar tillfredsställande, för att uppfylla gällande utsläppskrav och möjliggöra återanvändning av vattnet.

Installerad utrustning:

• Homogeniseringsbehållare med JET-luftningssystem

• Sigma PFL-anläggning för koagulering och flockning i produktionslinjen
• DAF FPAC-klaringsanläggning, modell CPL15
• JET-luftare som ny konfiguration för den biologiska reaktorn
• Sekundärrenare av typen DAF FPAC, modell CPL20

Kapacitet: 100^m³/dag.

Tabell 3.Egenskaper och resultat från SIGMA:s framgångsrika projekt för rening av avloppsvatten från eterisk oljeindustrin. Fallet AEMEDSA.

COD	Ledningsförmåga	SST
variabelt, i genomsnitt 5500 mg/l	20 000 µS/cm	>1000 mg/l

Avlägsnande av kemisk syreförbrukning (KSB)	Avskiljning av fasta ämnen
>97%	>97%

Avloppsvattnet homogeniseras i en tank med luftning och pumpas vidare till ett SIGMA PFL-system där koagulering, flockning och pH-justering sker. Den första reningsenheten, en DAF FPAC-CPL15, möjliggör separering av de bildade flockarna, vilket avlägsnar fett, fasta oljor i suspension och en del av det organiska materialet.

I den biologiska reaktorn sker reningen av allt organiskt material och alla näringsämnen, och en DAF FPAC-CPL20 används som sekundär renare. Det utflödande vattnet håller mycket hög kvalitet och kan, förutom att ledas ut i avloppsnätet, återanvändas i processen. Det slam som uppstår i processen genomgår en förtjockning och avvattning med hjälp av en centrifug.

5. Referenser

Ortuño M. 2006. Praktisk handbok om eteriska oljor, dofter och parfymer. 2006. Aiyana Ediciones.

Poch J. 2007. Parfymkonsten. Förlaget Bailly – Baillière.