Behandlung von Abwässern aus der Parfüm- und Essenzenindustrie

Abschnitte

• Einführung
• Eigenschaften von Parfums
• Der Markt für Essenzen und Parfums
• Hauptchemikalien in der Herstellung
• Abwasserbehandlung in der Duft- und Aromaindustrie
• Zusammenfassung

Einführung

Innerhalb des wachsenden Marktes der Kosmetikindustrie spielt der Parfumbereich eine wichtige Rolle, da ein angenehmer Duft die perfekte Ergänzung zu einem guten Erscheinungsbild ist. Ziel ist es, Verbraucher durch ihre sensorische Wahrnehmung zu überzeugen und zu stimulieren.

Zur Gewinnung von Essenzen und Parfums werden Systeme mit Wirkstoffen verwendet, die diese aus vielen Naturprodukten oder aus organischen chemischen Substanzen wie Kohlenwasserstoffen extrahieren.

Diese in der Industrie verwendeten Substanzen sind üblicherweise Lösungsmittel, Alkohole und Öle, die leicht verdampfen und aufgrund ihrer Beschaffenheit und hohen Konzentration Abwässer kontaminieren und deren Behandlung und Korrektur erschweren.

Dieser Artikel soll einen Überblick über den Einfluss dieses Sektors auf die globale Industrie, seine Trends und die vorgeschlagenen Behandlungen zur Entsorgung der erzeugten Abwässer geben. Condorchem Envitech, als Ingenieurunternehmen, das sich auf die Behandlung industrieller Abwässer spezialisiert hat, bietet maßgeschneiderte Lösungen für jeden Fall an.

Eigenschaften von Parfums

In jedem Fall beginnt die Parfümherstellung mit Essenzen, die so vorbereitet werden, dass das Produkt unter geeigneten Bedingungen erhalten bleibt, in Kombination mit Fixativen und Lösungsmitteln.

• Aromatische Essenzen: Dies sind ätherische Öle natürlichen Ursprungs, die aus flüchtigen Molekülen von Pflanzen bestehen. Sie werden durch Verfahren wie Dampfdestillation oder Extraktion gewonnen. Sie können aus vielen Pflanzenteilen gewonnen werden: Samen, Blüten, Früchte usw. Diese Essenzen können auch künstlichen Ursprungs sein, wie in diesem Artikel erwähnt.
• Fixativ: Diese Verbindung hilft, die Dauer des Parfums zu verlängern, indem sie die Verdampfung verzögert. Es handelt sich meist um Substanzen mit hohem Siedepunkt, die es den duftenden Komponenten ermöglichen, länger auf der Haut zu verbleiben. Diese Substanzen besitzen neben ihrer fixierenden Wirkung auch einen charakteristischen Geruch. Die am häufigsten verwendeten pflanzlichen Lösungsmittel sind Salbeiöl, Vetiveröl, Patchouliöl und Sandelholzöl, unter anderem.
• Lösungsmittel: Das am häufigsten verwendete Lösungsmittel zur Parfümherstellung ist Alkohol. Er bildet die Hauptkomponente in der Parfümformel. Für die Herstellung eines Naturparfums kann Getreidealkohol oder destilliertes Wasser verwendet werden. Zur Unterscheidung der Parfümtypen werden sogenannte „olfaktorische Noten“ verwendet.

Der Markt für Essenzen und Parfums

Die Verteilung von Exporten und Importen dieser Produkte sowie deren Aufwärtstrend geben ein Bild vom wirtschaftlichen Volumen dieses Marktes und seinem spezifischen Gewicht in jedem Land weltweit.

Die Kultur jedes Landes und seine wirtschaftliche Leistungsfähigkeit beeinflussen ebenfalls den Anteil des Kosmetikverbrauchs, wie im folgenden Diagramm dargestellt:

Hauptchemikalien in der Herstellung von Essenzen und Parfums; Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt

Parfums nehmen eine wichtige Position im Kosmetikmarkt ein und sind Produkte mit hohem Mehrwert und signifikanter Nachfrage in vielen Ländern. Die in dieser Industrie häufig verwendeten Chemikalien sind hochflüchtig, und ihre Wirkung auf die Umwelt ist negativ, wenn sie nicht ordnungsgemäß behandelt werden.

Das folgende Diagramm zeigt einige der wichtigsten chemischen Verbindungen, die bei der Herstellung von Essenzen verwendet werden; praktisch alle besitzen eine geschlossene Ringstruktur, und in vielen Fällen sind Doppelbindungen vorhanden, was die Schwierigkeit ihrer biologischen Oxidation anzeigt:

Wir dürfen das zusätzliche Problem durch das Vorhandensein dieser Substanzen im Abwasser nicht vergessen. Für deren anschließende Nutzung ist es notwendig, die geeignetsten Verfahren zur Zersetzung dieser Substanzen (oft in sehr geringen Konzentrationen) zu implementieren, die eine effiziente und sichere Wiederverwendung des regenerierten Wassers ermöglichen.

Abwasserbehandlung in der Duft- und Aromaindustrie

Es gibt zahlreiche Industrien, die sich mit der Herstellung von Grundstoffen für Aromen und Düfte beschäftigen, die hauptsächlich in Kosmetik- und Lebensmittelanwendungen verwendet werden.

Wie in den vorherigen Punkten beobachtet, verwendet diese Art von Industrie konzentrierte Produkte, Alkohole, Lösungsmittel und Öle für ihre Prozesse, und die resultierenden Abwässer enthalten diese hochgradig verschmutzenden und flüchtigen Substanzen.

Diese Zusammensetzung erschwert die Behandlung dieser Abwässer, da sie mit Ölen, Salzen und CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) belastet sind, die manchmal biologischen Behandlungen widerstehen.

Nehmen wir das Beispiel typischer Abwässer einer Fabrik in diesem Sektor mit folgender Analyse:

Parameter	Einheit	Rohabwässer	Nach Vorbehandlung	Behandeltes Abwasser
pH	–	7	6	7
Temperatur	ºC	35	30	25
CSB	mg O2/l	13000	10000	< 250
Leitfähigkeit	µS/cm	10000	9000	<500
Schwebstoffe	mg/l	4000	400	<40
Öle und Fette	mg/l	2150	200	<5

Die übliche Behandlungsstrecke besteht aus einer Vorbehandlung mit physikalisch-chemischen Methoden, einschließlich Vorrechen, Koagulation/Flockung gefolgt von DAF (Dissolved Air Flotation), und anschließend einer biologischen Behandlung.

Je nach Art der Schadstoffe und deren biologischer Abbaubarkeit wurden unterschiedliche biologische Behandlungen eingesetzt. MBBR-Systeme sind in dieser Anwendung oft erfolgreich aufgrund der Selektivität der gebildeten Bakterien für die Behandlung. Anaerobe Behandlungen sind ebenfalls üblich, wenn die CSB-Belastung hoch ist.

Wenn der biologische Prozess aufgrund des hohen refraktären CSB nicht anwendbar ist, sind Oxidationsverfahren wie Fenton und AOPs (Advanced Oxidation Processes) notwendig.

In physikalisch-chemischen Prozessen werden üblicherweise sehr hohe Reduktionen bei Schwebstoffen und Ölen/Fetten (> 90 %) sowie Reduktionen des CSB von etwa 30 % des Zulaufs erreicht, jedoch ist die Wirkung auf die Leitfähigkeit minimal, da sich die Salinität in dieser Behandlung kaum ändert, die hauptsächlich auf die Abtrennung von Feststoffen, Fetten und kolloidalem Material ausgerichtet ist.

Dieser Fall entspricht einer Studie, die in einer Industrie im Bereich Essenzen und Konzentrate durchgeführt wurde, die sowohl für Kosmetik als auch für Lebensmittel verwendet werden. Das Abwasser wies neben einer hohen flüchtigen CSB-Belastung auch eine sehr hohe Salinität auf.

Damals wurde die Option erwogen, das Abwasser als Prozesswasser und für Dienstleistungen innerhalb der erzeugenden Industrie wiederzuverwenden, um praktisch eine Null-Flüssig-Ablagerung (ZLD) zu erreichen.

In dieser Studie wird eine Behandlungsstrecke vorgeschlagen, die bedeutende Vorteile bietet, wie reduzierte Platzanforderungen, die Gewinnung von hochwertigen Abwässern und einfache Bedienung bei erschwinglichen Betriebskosten, basierend auf der Verfügbarkeit von überschüssigem Warmwasser in der Fabrik.

Die Strecke würde aus einer physikalisch-chemischen Behandlung bestehen, die der für konventionelle Behandlungen beschriebenen ähnlich sein könnte, gefolgt von einem zweistufigen Vakuumverdampfungssystem.

In der ersten Stufe wird ein Vakuumverdampfer mit mechanischer Dampfkompression vorgeschlagen, um den Energieverbrauch zu reduzieren, gefolgt von einem Vakuumverdampfer mit Schaber zur Trennung des Konzentrats. Der entstehende Rückstand ist ein zähflüssiger Schlamm, der beim Abkühlen erstarrt.

Der Kondensat enthält eine signifikante CSB-Belastung, da diese in diesen Abwässern oft sehr flüchtig ist. Das gemischte Kondensat wird zur Kühlung und Homogenisierung in ein Zwischenbecken geleitet.

Die vorgeschlagene biologische Behandlung hängt, wie bereits erwähnt, von den im CSB enthaltenen Verbindungen ab. Als tertiäre Behandlung wird ein MBR (Membranbioreaktor)-System vorgeschlagen, sofern das Abwasser dies zulässt, da es sehr sauberes Wasser produziert, das für Dienstleistungen oder Prozesse wiederverwendet werden kann, während eine homogene aktive Schlammmenge im biologischen Oxidationsbecken erhalten bleibt.

Mit dieser Technologie wird auch die Installation eines Nachklärers vermieden. Der gewonnene Schlamm kann gemischt und auf einer Deponie entsorgt oder je nach Analyse und Bestimmungsort getrennt werden.

Konzept	1	2	3	4	5	6	7	8
Durchfluss (m3/h)	3	2.25	0.75	0.5	0.25	2.5	2.25	0.15
Leitfähigkeit (mS/cm)	9	0.3	44.5	130	0.3	0.3	0.3	0.5
CSB (mg O2/l)	10000	5000	25000	44500	4000	4900	<250	4250

Eine weitere Option wäre gewesen, eine biologische Behandlung durchzuführen und ein Umkehrosmose-(RO)-System als tertiäre Behandlung zu installieren. Dadurch wäre die Größe des für das Konzentrat erforderlichen Verdampfers kleiner als im Basisdesign, jedoch würde dies die erreichte Reduktion der CSB-Belastung am Anfang nicht beeinflussen.

Vergleicht man diesen Prozess mit der Kombination aus biologischer Behandlung + RO + Konzentration des Rejects durch Vakuumverdampfung, lässt sich folgende Tabelle erstellen:

Konzept	Reinigung Effizienz	Energieverbrauch(*)	Platzbedarf	Betriebskosten (OPEX)(*)	Investitionskosten (CAPEX)	Umweltbelastung	Komplexität
Verdampfung + Biologische Behandlung	Hoch	Mittel	Mittel	Mittel	Hoch	Niedrig	Mittel
Biologische Behandlung + RO + Verdampfung	Hoch	Hoch	Hoch	Hoch	Hoch	Niedrig	Hoch

(*) Es wird davon ausgegangen, dass diese Art von Industrie überschüssiges Warmwasser zur Verfügung hat, was den Energieverbrauch im Vakuumverdampfungsprozess reduziert.

Zusammenfassung

Innerhalb der Kosmetikindustrie stellt der Bereich der ätherischen Öle, Aromen und Parfums etwa 20 % des Gesamtmarktes dar, und der Verbrauch wächst.

Die in der Herstellung dieser Produkte verwendeten Verbindungen sind meist hochgradig verschmutzend und in vielen Fällen toxisch, weshalb die Behandlung der erzeugten Abwässer oft komplex und kostspielig ist, da man von Konzentraten ausgeht, die hohe Salzgehalte und organische Verschmutzung in das Abwasser einbringen.

Die Vakuumverdampfung ist eine geeignete Lösung für diese Art von Abwasser, da sie die Fähigkeit vereint, bis zu praktisch festen Rückständen zu konzentrieren und flüchtigen CSB unter diesen Druck- und Temperaturbedingungen abzutrennen.

Die Größe der biologischen Behandlung wird proportional reduziert, ebenso wie deren Betriebskosten und die Erzeugung von Überschussschlamm. Condorchem Envitech verfügt über nachgewiesene Erfahrung mit dieser Art von Lösung.

Bibliographie und Internetquellen

https://eacnur.org/blog/perfumes-ecologicos-beneficios/
https://www.virtualpro.co/biblioteca/perfumes-analisis-quimico-de-36-aguas-de-colonia-y-perfumes
https://oec.world/es/profile/hs92/3303/
https://www.academiadelperfume.com/historia-del-perfume/