Zero Liquid Dischargecampus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/6029/Zero Liquid Discharge... · It becomes obvious that a lot can be done to improve the ZLD application,

Zero Liquid Discharge

Applikationen hos Grundfos

Morten Ulrich Sørensen Aarhus Maskinmesterskole

22. december 2017

Morten Ulrich Sørensen

Forsidefoto: Grundfos produkter, http://www.tomevans.com/grundfos/ Forfatter: Morten Ulrich Sørensen Studienummer: M12253 Titel: Zero Liquid Discharge, Applikationen hos Grundfos Projekttype: Bachelorprojekt Fagområde:Termiske Maskiner Vejleder: Poul Høgh Uddannelsesinstitution: Aarhus Maskinmesterskole Placering i uddannelsesforløbet: 9. semester, afgangssemester Dato for aflevering: 22/12-2017 Normalsider: 43 á 2400 anslag incl. mellemrum

1

http://www.tomevans.com/grundfos/


Abstract The human population around the world continues to grow, therefore the drinking water reservoirs on which billions of people are dependable, are submitted to a substantial water harvest due to an explosive increase in water consumption. Water contamination is also getting worse due to the increased wastewater discharge from the industrial sector. This increase in the world population has resulted in a vast expansion of the industrial sector, due to the necessity of supplying human beings with various commodities. Countries such as India have not until recently initiated steps, such as legislation, in order to keep industries from leading their contaminated wastewater to e.g. the Ganges river. Especially in countries such as China and India where the growth in population is severe, the need to protect these water reservoirs, has become of the utmost concern. In addition to this, several industries are located in regions where water scarcity is dominant. Governments around the world are now directing strict requirements in terms of wastewater treatment towards the industrial sector, in order to keep pollution of the environment at the lowest possible level, thus imposing water treatment systems on the industries. This combined with the interest of reducing water consumption in industries placed in geographical areas where water is scarce, mainly due to extensive costs in extracting the water, has created a demand for water saving applications. The industry requires such applications to facilitate a reduction, or even eliminate water consumption during operation of their production. During the fall of 2017 the author of this report has been an intern at the global pump factory Grundfos A/S in Bjerringbro, Denmark. Grundfos has a strong interest in finding out, how the company can become a substantial factor, on the market of delivering products to these water treatment facilities. During the 10 weeks of apprenticeship, the main focus of the author has been on the Zero Liquid Discharge (ZLD) facilities, which are now emerging at numerous factories around the world. ZLD facilities are water treatment systems which handle wastewater from e.g. factories, and are capable of recovering more than 99 % of the liquid discharge, leaving only dry elements to be disposed of. Therefore the following problem statement has been produced:

● How can the present Zero Liquid Discharge Application be improved in terms of higher efficiency and reduced energy consumption?

Furthermore it is investigated:

● How can Grundfos, considering more Digitalization improve the sales of products to Zero Liquid Discharge applications?

2


To answer the problem statement, the market for the newest knowledge concerning the ZLD application is investigated. During this investigation the author collaborates with ZLD experts in Abu Dhabi, USA, India, and Denmark. Furthermore a trip to India has provided the author with emperia, and substantial qualitative and quantitative data. Combined with the calculations performed in the project, this data collection helps produce several energy and efficiency improving models throughout the project. It becomes obvious that a lot can be done to improve the ZLD application, especially energyrecovery devices such as turbochargers and pressure exchangers are important in terms of reduced energy consumption. The models are all scrutinized by elaborate financial analyses, exposing the profitability of the particular model. The project studies indicate that customers are generally satisfied with the Grundfos products, which they define as “High End” products. Therefore the author concludes, that a sizing tool which automatically configures Grundfos products, for the most efficient ZLD application operation, to be the optimal solution, considering improved sales and digitalization.

3


Indholdsfortegnelse Forord 6

Læsevejledning 7

Praktikvirksomheden Grundfos A/S 8

Indledning 9 Problembaggrund 9 Problemstilling 10

Eksempel på lovgivning 11

Problemformulering 12

Afgrænsning 12

Videnskabsteoretisk ståsted og metode 13 Teori 13 Paradigmer 14 Valg af paradigme 16 Metodisk procedure 16

Metodologiske fagtermer 17 Generelt 18 Det enkelte afsnit 18

Undersøgelsesdesign 19 Første del (Hvad er ZLD?) 19

Anden del (Hvad ønsker segmentkunderne?) 19 Tredje del (Kan den eksisterende teknologi energioptimeres?) 19 Fjerde del (Konkurrencestyrkende tiltag) 19

Hvad er Zero Liquid Discharge? 20 Formål 20 Metode 20 ZLD anlægget 21 De nye ZLD anlæg 26 Delkonklusion 40

Hvad efterspørger segmentkunderne? 41 Formål 41 Metode 41 Det kulturelle aspekt 43 Analyse af spørgeskema og interview 44 Spørgeskema til driftspersonale i Muzaffarpur 45

4


Spørgeskema til driftspersonale i Badnarwar 47 Interview 48 Datafortolkning og metodekritik 49

Analysens sikkerhed 50 Undersøgelsernes validitet og reliabilitet 51

Delkonklusion 51

Kan den eksisterende teknologi energioptimeres? 52 Formål 52 Metode 52 Nanoteknologi 53 Energioptimering med nanoteknologi 54 Beregningsmetode 55 Energioptimering ved udeladelse af Break Tanke 59 Energioptimering med Trykveksler og Turbolader 62

Turboladeren 63 Trykveksleren 67

Beregningsmetode 69 En ny vinkel 72

Påvirkning af membraner 72 Konfigurering af membraner på trin 3 74

Datafortolkning og metodekritik 79 Delkonklusion 80

Konkurrencestyrkende tiltag 81 Formål 81 Metode 82 Produktporteføljen 83

Grundfos ZLD tool 84

Projektledelse 86

Konklusion 88 Vurdering 89 Perspektivering 90

Litteraturliste 91

Figurlister, m.m 96

Referencer 98

5


Forord Dette projekt er skrevet som afgangsprojekt til maskinmesterstudiet. I denne forbindelse har mit ønske været at finde en virksomhed, som kunne skabe rammerne omkring et projekt, der både har relevans for uddannelsen, og samtidig har min interesse. Hos Grundfos i Bjerringbro, hvor jeg har tilbragt min praktikperiode i efteråret 2017, har jeg haft rig mulighed for at få dette ønske opfyldt. I løbet af praktikperioden, har jeg mødt flere spændende problemstillinger, som kunne være interessante at arbejde med. Der har været stor opbakning fra afdelingen Industry Portfolio and Application på Grundfos til dette projekt, her kan eks. nævnes udlevering af computer med adgang til systemerne på virksomheden, samt en ugelang rejse til Indien, hvor der har været optimale muligheder for dataindsamling. Herudover har der været stor vilje til at vejlede og hjælpe mig, når jeg på møder har fremlagt problemstillinger i projektet, og har efterspurgt sparring i forbindelse med oplysninger og viden. Grundfos har været behjælpelig med at finde en relevant problemstilling, som virksomheden står overfor. Derfor hersker der også et ønske om netop, at få belyst denne problemstilling evt. via et bachelorprojekt. Disse ønsker har jeg valgt at tage højde for, da de vurderes til at have høj relevans for maskinmesteruddannelsen. Disse ønsker, kombineret med mine egne ønsker omkring et spændende projekt, har derfor resulteret i projektets problemformulering. Jeg vil gerne sige tak til de personer der har hjulpet med tilblivelsen af dette projekt, herunder: Projektvejleder: Poul Høgh Grundfos: Karl Erik Pape Pedersen Masdar university, Abu Dhabi: Hassan Arafat

6


Læsevejledning ● Bagerst i projektet findes henvisninger til anvendte kilder i form af links,

referencelister og bilag. Det er ikke nødvendigt, at læse bilagene for at læse og forstå projektet. Disse tjener blot som dokumentation.

● Kildehenvisninger er udført i henhold til Harvard standarden. ● I enkelte tilfælde er der hentet pdf filer, som der er henvist til via tilgang til projektets

hjemmeside. Dette for at lette læserens tilgang til materialet. ● På projektets hjemmeside findes samtlige fotos, som er taget i forbindelse med

dataindsamling i Indien. Der henvises direkte til denne hjemmeside relevante steder i litteraturlisten.

● Ved tilgang til filerne på hjemmesiden, bevæges musemarkøren hen på den ønskede fil. Herefter klikkes på det sorte felt i øverste højre hjørne, hvorefter filen kan læses.

● Ønskes at anvende dimensioneringsværktøj, klikkes blot på billedet af dette under fanen datafiler på hjemmesiden.

Hjemmesiden tilgås via følgende link:

https://sites.google.com/campus.aams.dk/zeroliquiddischarge

7




Praktikvirksomheden Grundfos A/S I 1945 grundlagde Poul Due Jensen firmaet Bjerringbro Pressestøberi og Maskinfabrik fra sin kælder. Dette navn blev i 1967 ændret til Grundfos. I 1978 overtog sønnen, Niels Due Jensen posten som koncernchef, og fra 2003 til 2011 fungerede denne også som koncernbestyrelsesformand. I dag fungerer Niels Due Jensen som formand for Poul Due Jensens fond, som ejer 87,6% af aktierne i selskabet. 1,8% ejes af medarbejderne, og de resterende 10,6% ejes af stifterens familie. På trods af selskabets størrelse er det jf. ovenstående ikke børsnoteret, selvom virksomheden repræsenterer en værdi, som placerer den på en 18. plads af samtlige danske virksomheder. På Grundfos produceres der pumper. En årlig produktion på 16 millioner enheder gør således Grundfos til en af verdens største producenter, med en markedsandel indenfor cirkulationspumper på omkring 50%. Desuden produceres normmotorer og dykmotorer til pumperne. Der produceres også avanceret elektronik, som kan styre og overvåge de forskellige pumpeløsninger som Grundfos tilbyder. I august 2014 tiltrådte Mads Nipper som CEO for selskabet, og denne har været stærkt medvirkende til, at selskabet i dag repræsenterer en markedsværdi på ca. 27 milliarder, jf. selskabets egen opgørelse af markedskursen (Grundfos.com, 2017). Skærpet konkurrence på det globale pumpemarked har foranlediget, at ledelsen på Grundfos nu ønsker en øget fokus på digitalisering, altså en øget fokus på elektronikdelen af forretningen. En fokus som er relevant og helt i tråd med de industrielle 4.0 standarder, med opsamling af Big Data og Internet Of Things (IOT) elektronikenheder, der efterhånden er fremherskende i integrationen af fysiske enheder i den digitale verden (teknologisk.dk, 2017). Grundfos består af de 3 danske selskaber: Grundfos DK A/S (salgsselskab), Grundfos A/S (produktionsselskab), og Grundfos Holding. Herudover består selskabet af mere end 80 selskaber i 45 lande, og beskæftiger samlet set ca. 17.500 medarbejdere.

8


Indledning

Problembaggrund Vand er en vigtig ressource i næsten samtlige industriproduktioner over hele verden. Derfor er der kommet større fokus på at have et mere fordelagtigt forbrug af vand. Tilbage i 1970'erne blev det bemærket, at der var kommet en betydelig større saltholdighed i Colorado River i USA. Dette påvirkede dyrelivet og faunaen negativt, og kilden blev derfor sporet til kraftvarmeværkerne, som via deres spildevand udledte store mængder saltholdigt vand i floden. Kimen var hermed lagt til at myndighederne i større og større grad, har skærpet kravene til det spildevand som virksomheder må udlede til rensningsanlæg og eventuelt direkte til recipienten (Clean Water ACT, 1972, USA). Disse krav er sidenhen blevet adopteret af mange lande verden over, og har resultereret i, at industrivirksomheder i dag, pga. disse restriktioner, enten pålægges krav til kvaliteten af deres spildevand, eller alternativt, pålægges store afgifter, som skal dække rensningsanlæggets arbejde med at fjerne forurenende elementer i spildevandet. Derfor hersker der stor interesse fra industrien om at installere vandbehandlingsanlæg, som kan reducere disse udgifter (China water risk, 2017). Herudover findes der også afsidesliggende virksomheder, f.eks. i det nordvestlige Kina og Indien, som pga. besværlig tilgang til vand, og krav fra myndigheder om, at der ikke må udledes spildevand overhovedet, som har interesse i at genanvende mest muligt af deres spildevand. Udfordringen har ligget i, at få installeret brugbare og økonomisk rentable vandbehandlingsanlæg, som kan hjælpe virksomhederne med at få renset eller helt genbrugt det spildevand, som udledes som en naturlig del af produktionen. Disse anlæg skal naturligvis rense, eller helt genanvende vandet på en tilfredsstillende måde, og samtidig kunne udbygges til stadig strengere udledningskrav. Desuden skal disse anlæg være i stand til at håndtere den udledte spildevandsmængde således, at produktionen ikke hæmmes pga. flaskehalsproblemer med spildevandsbehandlingen (Pedersen, K. E. P. 2017).

9


Problemstilling Grundfos har fokus på den nævnte spildevandshåndtering. Dog er der ifølge virksomheden selv, ikke tilstrækkeligt kendskab hos kunderne til den komplette produktportefølje, der er aktuel i forhold til disse vandbehandlingsanlæg. Der er allerede stort kendskab til afsaltningsanlæg, som eksempelvis bruges på skibe til produktion af ferskvand fra saltvand, men idet der næsten ikke findes 2 virksomheder som producerer ensartet spildevand, indeholdende de samme kemikalier m.m., kræver dette område, at man i større grad er i stand til at at levere vandbehandlingsanlæg, som kan leve op til meget kundespecifikke kravspecifikationer. Især markedet for Zero Liquid Discharge (ZLD), hvor alt spildevandet genanvendes, er hastigt ekspanderende i Kina og Indien, som via deres størrelse er et potentielt enormt forretningsområde. En teknisk rapport estimerede i 2013, at markedet på verdensplan for ZLD anlæg var 100-200 mio. dollars i 2012, og blev vurderet til fremover at stige med 7% om året. Især virksomhederne indenfor brancherne, tekstil, bryggeri, destillering, og brændstofsproduktion nævnes som store kundeområder (Frost & Sullivan.com, 2017). Dette vurderes dog af flere fagfolk, til at være et meget konservativt estimat. Der findes allerede flere leverandører på markedet for ZLD anlæg, eks. Ge Water, Aquatec, Rochem, mfl. Grundfos leverer i dag, en pumpe til det første filtreringstrin på applikationfabrikantens Rochems Reverse Osmosis (RO) ZLD anlæg. Det er en start, men det fulde forretningspotentiale for disse anlæg antages ikke for opnået endnu. Grundfos er ikke interesserede i at levere komplette ZLD anlæg, da dette vil skabe konflikt med de af virksomhedens kunder, der specialiserer sig i at levere komplette maskinanlæg. Dog er der interesse i, at kunne tilbyde produkter, som kan tilgodese de kravspecifikationer der kommer fra maskinbyggerne. Det vurderes som vigtigt, at komme rigtigt ind på markedet, da ZLD anlæg via lovgivning på området, efterhånden påtvinges virksomhederne af myndighederne i lande som bl.a Indien. Under rejsen til Indien kunne konstateres, at denne lovgivning håndhæves på det strengeste, da selv en mindre udledning af spildevand ifølge driftslederne, ville resultere i øjeblikkelig lukning af virksomhederne. Vandrensning er energitungt, og selv de mest energivenlige RO anlæg, har et omkostningsniveau på ca. 4,2 kwh pr. indvundet m³ vand (Desalination, 2017, s.11). Derfor pålægges virksomhederne ikke kun en stor investering, men også store driftsomkostninger til deres spildevandsrensning. I Indien, hvor der indtil for nylig ikke har været krav til udledning af spildevand, er der derfor hos de enkelte virksomheder, en vis skepsis overfor ZLD anlæggene, som bør imødekommes via levering af de mest energivenlige, og mest effektive anlæg.

10


Eksempel på lovgivning Lovgivningen på industriens vandudledning er som nævnt blevet skærpet. I Indien findes denne skærpelse i National Water Policy fra 2012. §12 stk. 8.5 Sources of water and water bodies should not be allowed to get polluted. System of third party periodic inspection should be involved and stringent punitive actions be taken against the persons responsible for the pollution. §12 stk. 8.6 Quality conservation and improvements are even more important for ground waters, since cleaning up is very difficult. It needs to be insured that industrial effluents, local cess pools, residues of fertilizers and chemicals, etc., do not reach the ground water (National Water Policy, 2012). Ud fra denne lov kan det altså tolkes, at den pågældende industri ikke må lukke forurenet vand ud i det omkringliggende miljø. Under besøget i Indien kunne det konstateres, at industrien har fået store udfordringer pga. denne lovgivning. Spildevandsanlæggene i Indien, er på ingen måde effektive nok i dag, og der genbruges max 65% af det industrielle spildevand i produktionen igen. Det bevirker, at industrien jf. §12 stk. 8.6, har installeret store tanke, hvorfra vandet fordamper vha. solenergi. Denne fordampningsmetode er valgt dels pga. det varme klima, men hovedsageligt pga. de store udgifter til termisk fordampning af det resterende spildevand. Naturlig fordampning er en langsommelig proces, og kan i mange tilfælde skabe flaskehalsproblemer for produktionen. Derfor hersker der efterhånden en meget stor efterspørgsel på mere effektive og energioptimerede vandbehandlingsanlæg, især fordi de alle som udgangspunkt kører i døgndrift (Mathur, N. 2017). I 2015 nævnes ZLD teknologien direkte i lovgivningen, hvor det kræves at denne teknologi anvendes på tekstilvirksomheder m.m., der udleder mere end 25m³ spildevand i døgnet (Ministry of Environment, India, 2017).

11


Problemformulering ● Hvordan kan den nuværende Zero Liquid Discharge applikation i indien

optimeres, med hensyn til forbedret effektivitet og lavere energiforbrug? Desuden undersøges følgende:

● Hvordan kan Grundfos, under hensyntagen til mere digitalisering, forbedre salget af produkter til Zero Liquid Discharge applikationer i Indien?

Afgrænsning ● I forbindelse med Grundfos’ nuværende position på markedet, udføres ikke en

komplet benchmarkanalyse, for at få etableret et sammenligningsgrundlag med andre pumpefabrikanter. Det undersøges alene, hvor stor velviljen er til at udvide den nuværende produktportefølje med Grundfos produkter, og hvordan. Dette pga. begrænsninger i projektets omfang.

● Dette projekt vil omhandle RO anlæg, da det er producenter af denne type anlæg, som Grundfos hovedsageligt samarbejder med.

● I forbindelse med energioptimering, undersøges kun, pga. hensyn til projektets omfang, nogle få udvalgte løsningsforslag, som foreslår montering af udstyr til at facilitere et lavere energiforbrug. I disse medtages ikke udgifter til vedligehold.

● Udviklingen af et konkurrencestyrkende tiltag afgrænses til kun, at omhandle området vedrørende omvendt osmose i applikationen, da dette område særlig relevans til de i projektet behandlede emner.

● Projektet afgrænses til at omhandle Indien, da store dele af dataindsamlingen kommer fra dette land.

● Det antages i afsnittet “Konkurrencestyrkende tiltag”, at omkostningerne på mekanisk fordampning er så signifikante, at flowet af koncentrat til disse under alle omstændigheder, bør reduceres mest muligt i RO anlægget. Hvorvidt der findes et balancepunkt, hvor flowet til sidste trin i RO anlægget bliver så lille, at mekanisk fordampning bliver mere rentabelt, bør undersøges nærmere af maskinbyggeren i dimensioneringen af det specifikke anlæg.

● Der regnes med en densitet på koncentratet, som er lig med densiteten på vand ved 20 grader, pga. usikkerhed om den nøjagtige densitet på de involverede væsker.

● Der medregnes ikke økonomiske besparelser vedrørende membraner og vedligeholdsomkostninger.

.

12


Videnskabsteoretisk ståsted og metode I dette afsnit beskrives den videnskabsteoretiske synsvinkel, der anvendes til at udføre den undersøgelse, som skal besvare problemformuleringen. Desuden argumenteres for de metodemæssige valg, som anvendes. Derfor gennemgås i det følgende de videnskabsteorier, som kan have relevans for dette projekt.

Teori Alle mennesker ved og er enige om, at der findes en virkelighed. Der hvor uenigheden opstår, er omkring, hvordan denne virkelighed opfattes. Disse videnskabelige aktiviteter søger dog alle samme mål, nemlig at tilegne sig viden om et specifikt emne. Videnskaben beskæftiger sig i dag med 3 overordnede videnskabsteorier; naturvidenskab, samfundsvidenskab og humanvidenskab. Naturvidenskaben undersøger naturen, og teorier herfra anvendes i dette projekt. Der tilføjes hele tiden ny viden til de etablerede videnskabsteorier, og denne viden tilegnes typisk ved, at forskere videreudvikler ny viden om et kendt område. Denne proces foregår også hos helt almindelige mennesker, som gennem hele livet tilegner sig ny viden og erfaringer. Hvordan det enkelte menneske forstår og tolker disse erfaringer fortæller det også om dette individs virkelighedsopfattelse (Darmer, P. m.fl. 2010, s. 40). “Videnskab er ikke sandhed. Det er en foreløbig opsummering af de erfaringer vi har” (Knudsen, J. M. 2016, Systime.dk). Ligeledes kan der så argumenteres for, at mennesker i den forbindelse har forskellige opfattelser af, hvad der er sandhed. Idet videnskaben søger sandheden, er det derfor inden for videnskabsteorien muligt, at anvende forskellige paradigmer som alle har til formål, at indeholde og argumentere for forskellige måder at opfatte virkeligheden, og i den respekt også sandheden på. Videnskabsteorien er derfor vigtig, for at kunne vurdere kvaliteten af produceret viden, og vigtig i den henseende, at være i stand til at vælge kvalificeret imellem forskellige paradigmer, som kan anvendes til fortolkning af data, som indsamles (Heldbjerg, G. 1997, s. 26).

13


Paradigmer Der er i dette projekt lagt vægt på, hvorledes teoretikeren Guba besvarer nedenstående spørgsmål:

● Det ontologiske spørgsmål - Hvad er virkeligheden? ● Det epistemologiske - Hvordan erkendes virkeligheden af undersøgeren? ● Det metodologiske spørgsmål - Hvordan undersøges virkeligheden?

(Heldbjerg, G. 1997, s. 28) Ved at besvare disse spørgsmål, er det muligt at få fastlagt det paradigmatiske ståsted (virkelighedsopfattelse) for undersøgeren. Ontologien bestemmer området, som der skal forskes i, og har derfor stor betydning for besvarelsen af de efterfølgende 2 spørgsmål, som bestemmer hvordan virkeligheden opfattes (epistemologien), og hvordan virkeligheden undersøges (metodologien) (Darmer, P. m.fl. 2010, s. 45).

14


Guba`s paradigmer (Heldbjerg, G. 1997, s. 30)

Positivisme Anses for hovedparadigmet indenfor naturvidenskaben, men spiller også en stor rolle indenfor samfundsvidenskaben. Udgangspunktet er at virkeligheden findes, uafhængig af iagttagerens erkendelse af den. Man forsøger at finde frem til (gætte) en sammenhæng af det som er observeret, under kontrollerede forhold, ved at opstille hypoteser. I positivismen anvendes den analogiske slutningsform, som adskiller sig markant fra de andre paradigmer idet der er tale om eksempelbaserede slutninger. Det handler med andre ord om, at forstå og forklare et eksempel på baggrund af tidligere eksempler. Derfor kan man konkludere at positivismen i forhold til ontologien er realistisk og objektiv i forhold til epistemologien samtidig med at denne forholder sig eksperimentel og manipulerende i forhold til metodologien.

Neo-positivisme En nyere retning af positivismen er neo-positivismen. I dette paradigme modificeres positivismens tilgang til at finde præcis viden om virkeligheden. Der argumenteres i stedet for, at det det som undersøger er svært at frigøre sig fra egne følelser og værdier. Desuden argumenterer dette paradigme for at undersøgelsen af fænomener skal foregå under naturlige forhold fremfor under kontrollerede forhold som i positivismen. Der sættes altså spørgsmål ved den rene objektive tankegang. Derfor kan man konkludere, at neo-positivismen i relation til ontologien er begrænset realistisk, og i forhold til epistemologien er modificeret objektiv, ligesom tilgangen til metodologien i forhold til positivismen er mere perspektiverende og triangulerende.

Kritisk teori (Realisme)

I dag har det realistiske paradigme stort set erstattet neo-positivismen indenfor det samfundsvidenskabelige felt. Overordnet er der ikke den store forskel på de to paradigmer. Dog er det realistiske paradigme forfinet og mere nuanceret på en række parametre, specielt når der anvendes begreber og tolkning til afdækning af objektive sammenhænge. Det betyder altså problematikken omkring, at en undersøger kan forholde sig objektivt udfordres yderligere. Ontologien er begrænset realistisk hvorimod epistemologien her er subjektiv. Dette bevirker også at metodologien bliver mere dialogbaseret, idet dialogen muliggør at mennesker kan erkende at de har en forkert virkelighedsopfattelse, som skal udskiftes med en ny relativ sandhed.

Konstruktivisme Modsætningen til positivismen er konstruktivismen, idet nøgleord her er hermeneutik og fænomenologien. Konstruktivismen påstår at der ikke findes nogen sandhed, virkeligheden anses ikke som en realitet. Sandheden kan ikke findes, men der kan forsøges at afdække hvordan virkeligheden konstrueres. Fænomenologien arbejder med hvordan virkeligheden fremstår for den menneskelige bevidsthed, og sigter mod at åbne forskerens sind således fænomenerne uhindret kan træde frem for denne. Virkeligheden skal altså fortolkes, da virkeligheden er uvirkelig. Hermeneutik betyder fortolkning, og bevirker altså, at paradigmet lægger vægt på at undersøgelsens resultat afhænger af undersøgerens fortolkning Ontologien er derfor relativistisk da virkeligheden er en mental konstruktion. Epistemologien er subjektiv da undersøgelsen afhænger af undersøgeren. Dette bevirker at metodologien bliver lidt speciel, da hermeneutikken, og derfor det individuelle individ bliver bestemmende for metodologien.

15


Valg af paradigme Forfatteren tror på, at der findes én sandhed til besvarelse af problemformuleringen. Der eksisterer hos forfatteren en overbevisning om, at det med research og forskning i kombination med empiri, er muligt at finde denne sandhed. Der vælges på baggrund af ovenstående, at antage positivismen til besvarelse af problemformuleringen. Der er opmærksomhed på, at eventuelle nuancerede detaljer kan gå tabt i store datamængder, samtidig med at specielle adfærdsmønstre hos mennesker, kan være svære at analysere ved valg af dette paradigme.

Metodisk procedure Der redegøres her for den metodiske procedure, som anvendes i kombination med positivismen. Der kan antages 3 forskellige metodologier i forbindelse med det valgte paradigme. Der opereres her med den analytiske tankegang, systemtankegangen og aktørtankegangen. Normalvis anvendes den analytiske tankegang i forbindelse med positivismen (Heldbjerg, G. 1997, s. 40). For den analytiske positivisme gælder, at det studerede område opfattes med videnskabelige briller. Alt skal kunne kvantificeres og måles. Den akkumulerede viden er tilegnet uafhængig af individet, som har indsamlet den. Der lægges især vægt på vurderingskriterierne reliabilitet og validitet. Et vigtigt kriterie er desuden projektets reproducerbare egenskaber samt efterprøvelighed, hvis projektet genskabes af andre forfattere med samme paradigmatiske og metodologiske synsvinkel (Heldbjerg, G. 1997, s. 42). Derfor anvendes den analytiske tankegang i kombination med det positivismen i dette projekt. Herunder vil de metodologiske fagtermer blive uddybet, for yderligere at præcisere valget af metodisk procedure.

16


Metodologiske fagtermer Kvantitativ og kvalitativ befinder sig som udgangspunkt i hver sin ende af det kontinuum, som vedrører den metodiske procedure. Nøgleordet i kvantitative data er objektivitet. Undersøgeren er altså afhængig af det som undersøges. Der indgår typisk målinger og andre data, som indeholder talværdier. Udfra disse tal kan der efterfølgende opstilles teorier og konklusioner. Kvantitative data er fordelagtige i form af reproducerbarhed og videnskabelig tilgang. Ulemperne er ofte, at nuancer og detaljer nemt kan gå tabt, i de mange talbaserede data (Heldbjerg, G. 1997, s. 19). Kvalitative data er derimod subjektive, og har en betydelig mere humanistisk vinkel. Disse data er baseret på alt andet end tal (Andersen, I. 2008, s. 27). Kvalitative data baseres på observationer, og undersøgeren har i modsætning til de kvantitative data, mulighed for at påvirke det undersøgte. Her kan små nuancer og detaljer tillægges en stor betydning, afhængig af undersøgerens personlige følelser og iagttagelser. Kvantitative data og kvalitative data, bruges ofte i kombination i projekter, da det kan være vanskeligt at gennemføre disse, ved udelukkende at bruge en af datatyperne (Heldbjerg, G. 1997, s. 20). Primærdata er data, som er udarbejdet og fremskaffet af undersøgeren selv, i forbindelse med den konkrete undersøgelse. Sekundærdata er i sagens natur altså data, som ikke er udarbejdet af undersøgeren, men af andre personer i en anden forbindelse (Heldbjerg, G. 1997, s. 13). Induktion og deduktion, angiver begge fremgangsmåder hvorpå der drages videnskabelige slutninger. Når der anvendes induktion tages der udgangspunkt i empirien, hvorefter man kan slutte sig til en generel viden om teorien. Induktion benytter altså empiri til at understøtte en teori. Når der anvendes deduktion, søges i stedet viden om et emne gennem en teori. Deduktive slutninger er altså, at der med udgangspunkt i generelle principper (teorier) drages slutninger om enkelte hændelser (Andersen, I. 2008, s. 35). . Validitet indebærer, at man virkelig har undersøgt det, man ville undersøge, og intet andet. Med andre ord, findes det rigtige svar til problemformuleringen. Reliabiliteten, indebærer, at eks. målinger er foretaget på en korrekt måde, altså er præcise og kan gentages med lignende resultat (Thúren, T. 2007, s. 30). Reliabiliteten søger altså sand viden om et område.

17


Generelt I projektet anvendes kvantitative data, suppleret med kvalitative data. Desuden tilgår projektet empiri fra praktikophold hos Grundfos. Teorier som har adgang til denne empiri, udarbejdes vha. induktion Ved beregninger anvendes deduktion. Dette er fordelagtigt, idet der ved kombination af deduktion og induktion dannes en hypotetisk deduktiv metode, som er positivismens yndlingsmetode. Desuden foretages en løbende vurdering af lødigheden på de indsamlede data. Det være sig empiriske iagttagelser, eller andre typer data, som undersøgelsen har afstedkommet. Derfor udføres en datafortolkning, metodekritik samt delkonklusioner af den forudgående dataindsamling, relevante steder i projektet, for løbende at få sammenholdt relevansen af analysen med problemformuleringen. Projektet vil indeholde de 5 grundlæggende dataindsamlingsteknikker Spørgeskema, Observationer, Litteraturstudier, Interviews samt dokumentstudier, tilsammen kaldet SOLID (Heldbjerg, G. 1997, s. 99).

Det enkelte afsnit Hvert analyseafsnit vil indeholde en præcisering af den anvendte metode, for på den måde at sikre en systematisk fremgangsmåde til at opnå den efterspurgte viden. Desuden anvendes denne fremgangsmåde, til kontinuerligt at fastholde et metodisk overblik og bibeholde den efterprøvelige og reproducerbare karakter, som ønskes.

18


Undersøgelsesdesign “Vores undersøgelsesdesign skal sikre, at den dokumentation, undersøgelsen giver er i stand til så utvetydigt som muligt at sikre en besvarelse af undersøgelsens oprindelige formål” (Andersen, I. 2008, s. 107). Med baggrund i ovenstående opbygges undersøgelsen som følgende:

Første del (Hvad er ZLD?) I denne del påbegyndes den dataoparbejdning som senere behandles, analyseres og fortolkes, sammen med anden relevant data (Heldbjerg, G. 1997, s. 100). I denne første del af analysen, undersøges hvilke spildevandsanlæg der opereres med i dag, samt tilegnes viden omkring hvilke udfordringer der findes med disse anlæg. Desuden analyseres en ny type anlæg på markedet grundigt i detaljen.

Anden del (Hvad ønsker segmentkunderne?)

Her undersøges om og hvordan Grundfos kan forbedre salget af produkter til ZLD applikationen i Indien, via interview og survey undersøgelser af kundesegmentet.

Tredje del (Kan den eksisterende teknologi energioptimeres?)

I projektets tredje del undersøges potentialet for yderligere at energioptimere ZLD anlægget. Relevansen for denne undersøgelse understøttes af den bæredygtighedspolitik som Grundfos har: “Bæredygtighedspolitikken skal sikre, at alle Grundfos’ aktiviteter og beslutninger tager udgangspunkt i den tredobbelte bundlinje, som omfatter økonomiske, sociale og miljømæssige hensyn. Grundfos er bevidst om sit sociale ansvar, og derfor skal bæredygtighedsinitiativer integreres i alle Grundfos-funktioner og selskaber.” (Grundfos.com, 2017).

Fjerde del (Konkurrencestyrkende tiltag)

Her anvendes den i projektet indsamlede empiri, kvantitative og kvalitative data, til at foreslå et digitalt konkurrencestyrkende tiltag, som kan styrke Grundfos’ position på ZLD markedet. Der ønskes i denne forbindelse, at skabe et værktøj som kan hjælpe Grundfos’ kunder med at konfigurere et ZLD anlæg med Grundfos produkter.

19


Hvad er Zero Liquid Discharge?

Formål Problemformuleringen efterspørger forbedret effektivitet og lavere energiforbrug. Derfor er denne viden omkring applikationen essentiel for at kunne foreslå effektiviseringer, og energioptimeringer

Metode Her foretages en detaljeret gennemgang af ZLD anlægget, samt en gennemgang af teorier vedrørende de implicerede processer. I denne del tilgås projektet også af primær data via egen empiri med anlæggene, hovedsageligt i form af aflæsninger af tryk og flow. Disse målinger kan dog ikke verificeres, da der er tale om aflæsninger af påbyggede manometre og flowmetre. Dog antages anlæggene at være af en sådan kvalitet, at målingerne antages at være retningsvisende. Dette understøttes yderligere af maskinfabrikanten Rochems bekræftelse af udførte aflæsninger, som værende retningsgivende for disse ZLD anlæg. Derfor antages målingerne at være tilstrækkeligt valide og reliable, idet det især vedrørende kvantitative undersøgelser er essentielt, at validiteten og reliabiliteten vurderes på de indsamlede data (Thúren, T. 2007, s. 30). Sekundær data i form af plantegninger samt dokumentation over ZLD anlægget leveres af virksomheden DOW. Denne virksomhed anses som en lødig kilde, da der er tale om en af verdens største membranfabrikanter. Dog er der for at undgå ensidig påvirkning, også tilgået dokumentation fra virksomheden Rochems kontor i Indien, som venligst har udlånt disse til dette projekt. Der er også taget kontakt til Hassan A. Arafat, Phd. og professor på Department of Chemical and Environmental Engineering, på universitetet Masdar Institute, i Abu Dhabi. Dette universitet arbejder intensivt med vandbehandling, og har været behjælpelig med forståelsen af ZLD anlæggets funktioner, specielt nye teknologier. For at undgå ensidig påvirkning, vil kvalitative data fra RO specialist på Grundfos, Karl Erik Pape Pedersen, også tilgå. Til anlægsbeskrivelsen er der kildehenvist til de internetkilder der anvendes, og som er vurderet til at have tilstrækkelig troværdighed.

20


ZLD anlægget ZLD indikerer, at meget tæt på 100% af vandet genbruges, og der er flere måder at udføre selve applikationen på. Der er primært 2 typer anlæg på markedet i dag. Det første og konventionelle anlæg består af en række fordampningstrin, hvor de faste stoffer løbende udfældes af spildevandet. I disse anlæg indgår varmevekslere fordampere og dampkompressorer som hovedkomponenterne. Den næste type ZLD anlæg er Omvendt Osmose anlæggene, også kendt som Reverse Osmosis (RO), (ResearchGate, 2017). RO anlæg vil med al sandsynlighed overtage stadig større markedsandele fra fordamperanlæggene, da RO anlæg har vist sig betydeligt mere energibesparende end fordamperanlæggene med hensyn til både CAPEX samt OPEX (Desalination, 2017, s. 11). CAPEX (Capital Expenditure), OPEX (Operating Expense), (ResearchGate, 2017). I dag kører et typisk RO anlæg i Indien med en recovery ca. 65%, afhængig af vandets indhold af forurenende stoffer. Ca. 35% fordampes derfor til atmosfæren - altså rent spild (Devidas, P. 2017). Pga. begrænsninger i membranteknologien, har det ikke været rentabelt, at komme over filtertryk på 50-60 bar (miljøstyrelsen.dk). Det har skabt en naturlig grænse for hvor meget vand, som det har været muligt at genbruge. Derfor har det været nødvendigt, at behandle de resterende ca. 35% termisk med fordampere, i andre områder end i Indien, for at få indvundet det sidste vand. Selvsagt en bekostelig proces, idet fordampning af 1 kg vand som først opvarmes fra 20 til 100℃, som udgangspunkt kræver:

m c Δt r 1 , 100 0) 2257 593 kJ , 21 kWh Q = · · + · m = · 4 2 · ( − 2 + · 1 = 2 = 0 7 Der ses her, at fordampningsvarmen udgør langt det største energiforbrugr m)( · (Lauritsen, Birkkjær, Aa. mfl., 2012, s.138). I dag er et typisk RO anlæg i Indien opbygget som følgende:

21


Figur 1. Principtegning af nuværende ZLD anlæg i Indien, (Egen tilvirkning, 2017)

På figur 1 ses principtegningen af det vandbehandlingsanlæg, som Rochem har installeret hos virksomheden Kasyap Sweetners. Dette er en forsimplet skitse af den komplette anlægsdokumentation, som findes på bilag 1. Permeate er de rene vandmolekyler, som slipper igennem filtrene og kan genbruges i produktionen. Idet processen beskrives nærmere senere, er det essentielle ved denne principtegning, at trykket holdes konstant på 52 bar over de forskellige membrantrin. Trykfaldet over hvert membrantrin er af driftspersonalet fastslået til ca. 2 bar. For at holde membranerne rene, og pga. det osmotiske tryk, som beskrives senere, er det nødvendigt, at der kontinuerligt opretholdes det rigtige flow og tryk over membranerne. Derfor sidder der pumper, som opretholder disse værdier, og oftest kun hæver trykket ganske få bar, for at kompensere for trykfald i systemet. På bagsiden af membranerne, vil der være et betydeligt lavere tryk, ca.1-2 bar. Trykfaldet på membranernes tilløb forekommer af, at vandet strømmer hen over de store filterarealer, og først udtages efter det har passeret hele membrantrinnet (Pumps in water treatment, 2002, s. 55).

22


Billede 1: Manometre på indgangen til stage 1,2,3, Kasyap Sweetners, Badnawar Indien (Eget arkiv, 2017)

Billede 1 viser manometre til aflæsning af tryk på de 3 trin.

23


Billede 2:. Flow igennem stage 1,2,3, Kasyap Sweetners, Indien, (Eget arkiv, 2017)

På ovenstående billede ses permeatflowet igennem de 3 filtreringstrin aflæst med følgende værdier:

● Til venstre: Stage 1. 4000 liter/min ● I midten: Stage 2. 3700 liter/min ● Til højre: Stage 3. 2600 liter/min

Det ses, at der udledes stadig mindre permeate igennem trinene fordi vandmolekylerne trinvist erstattes mere og mere af opløste affaldsstoffer. Der udledes altså ca. 65% vandholdigt koncentrat til fordampning i de naturlige fordampningstanke, på et enkelt anlæg. En flaskehals for Kasyap Sweetners, da det kan

24


være en langsommelig proces, afhængig af vejret. Fabrikken har dog vurderet, at mekanisk fordampning har været for dyrt indtil nu (Mathur, N. 2017).

Billede 3: Filtreringstrin med pumper, Kasyap Sweetners, Indien, (Eget arkiv, 2017)

25


De nye ZLD anlæg I dag er membranteknologien blevet yderligere udviklet, og de store membranproducenter, bla. DOW, tilbyder nu membraner, som kan håndtere tryk på 120 bar (miljøstyrelsen.dk, 2017). Det er gode nyheder for ZLD teknologien, da trykkene nu kan hæves i de enkelte trin, og mere vand kan presses igennem membranerne. Dette har resulteret i, at mindst 90% af spildevandet kan indvindes inden fordampningen. Desuden kan man spare på den bekostelige mekaniske fordampning, eller på den tidskrævende naturlige fordampning.

Figur 2: Den nye generation ZLD anlæg, (DOW.com, 2017)

Bemærk, at der forekommer “optional”, og “or” forskellige steder, på figur 2. Dette indikerer, at der som udgangspunkt ikke er 2 RO anlæg til ZLD, som er ens. De produkter som virksomhederne udleder via deres spildevand, indeholder meget forskellige stoffer. Det bevirker, at producenten eks. Rochem, foretager en analyse af spildevandet fra virksomheden før selve ZLD anlægget konstrueres. Analysen af spildevandet bestemmer den vandbehandling, der skal udføres før vandet når RO processen, membranerne i selve RO anlægget, samt hvilke fordampere og evt. crystallizere der er nødvendige, til at håndtere det overskydende koncentrat. For at få det optimale ud af ZLD anlægget, er det essentielt, at de meget fine RO-filtre ikke stopper til. Systemets største fjende er scaling. Scaling er en hinde som stofferne i vandet, primært kalk, kan skabe på membranerne. Dette nedsætter membranernes funktion, og den optimale mængde vand ledes ikke til permeattanken. Dette betyder, at vandet, inden det når membranerne i RO systemet, bliver udsat for en grundig behandling.

26


Denne behandling indebærer filtre til groft snavs, samt en tilsætning af kemikalier for at modvirke scaling (Heading for 99% recovery.Com, 2017). Jf. figur 2, gennemgås de enkelte trin i ZLD anlægget fra DOW.

● Equalization basin. Dette bassin skal sørge for, at der kommer et konstant flow til renseprocessen. Da vandet kan opholde sig et stykke tid i dette bassin, omrøres vandet for at belufte det, samt for at holde de opløste stoffet i vandet flydende og fortsat opløste (aireo2.com, 2017).

Billede 4: Equalization basin, (aireo.com, 2017)

● Lime softening. Denne teknik bruges til at reducere vandets hårdhed. Hårdhed er

summen af alle multivalente ioner, hovedsageligt calcium og magnesium. Eks. hvis vandets indhold af calciumcarbonat , har en værdi imellem 150-500 ppm,aCOC 2 vurderes vandet som værende hårdt. Her bruges blødgøringsanlæg som Best Available Teknique (BAT) (gewater.com, 2017). Man ønsker at undgå disse bestanddele, da de kan danne scaling i systemet. Blødgøringsanlægget doserer via doseringspumper forskellige kemikalier til vandet for starte en udfældning af de uønskede stoffer. Første trin til fjernelse af calcium, er sædvanligvis at tilsætte opløst calciumoxid til spildevandet. Dette kombineret med vand skaberaOC OH2 calciumhydroxid. Vandets indhold af calcium vil nu reagere med kuldioxid og derOC 2 skabes udfældningsstoffet calciumcarbonat . Dette stof bundfældes i tanken,COCa 3 og kan bortskaffes. For at processen kan foregå optimalt, er et PH niveau på 10.3 ønskeligt (11.3 for magnesium). Derfor tilsættes ofte ekstra calciumcarbonat med en høj PH værdi. Til sidst er det nødvendigt at tilsætte kemikalier efter processen, for at gøre vandet pH neutralt igen. På ZLD applikationer anvendes ofte OC 3

(carmeneusa.com, 2017).

Billede 5: Lime softening, (WP.com, 2017)

27


● Flokkulering. Inden vandet når de første filtre, kan det i nogle tilfælde være nødvendigt at tilsætte kemikalier, som samler de små partikler, der kan være til stede i vandet. Kemikalierne til flokkulering tilsættes tidligt i processen for at opnå sikkerhed for, at disse stoffer er ude af vandet inden ionbytteranlægget, da der ellers vil blive brugt unødvendige ressourcer her til at fjerne dem igen. Eks. kan vandet tilsættes jernsulfat . Colloid er betegnelsen for det medie, som partiklen er suspendereteSOF 4 i og coagulant er partiklen, som ønskes flokkuleret. Af navnet koagulant forstås jf. figur 3, at partiklerne har egenskaberne til at samle sig i større partikler. Flokkulanten, i dette tilfælde jernsulfat, bruges blot som facilitator til at lave bro mellem coagulanterne og skabe endnu større partikler, så disse kan udfældes tidligt. Idet de fleste vandbårne forureningskilder bærer en negativ overfladespænding (Anionic), fungerer denne brobygning ved at tilsætte en flokkulant med positiv overfladespænding (cationic). hermed skabes en naturlig tiltrækning af partiklerne. (genesys.com, 2017).

Figur 3: Tilsætning af flokkulant, (genesysro.com, 2017)

28


● Sandfilter. (Vandet filtreres igennem forskellige lag af sand). Sandfiltrets funktion er hovedsageligt at tage de sidste rester af det de flokkulerede og bundfældede stoffer, som kan være fulgt med vandet videre i processen. Desuden kan lugtgener og mikroorganismer fjernes i dette filter. Hos Rochem, bruges dog kun UF filtre med en finhed på 10 µm (roplant.net), (Devidas, P. 2017).

Figur 4: Sandfilter, (roplant.net, 2017)

● UF Dette filter på figur 6, erstatter ofte sandfiltret, og fanger de flokkulerede bestanddele i spildevandet, til en billigere pris. Typisk finhed på 1-10µm

(Devidas, P. 2017).

Billede 6: UF filtre på Rochem ZLD anlæg, Kasyap Sweetners, Indien, (Eget arkiv, 2017)

29


● IX softening. Ionbytning kan supplere eller helt erstatte Lime softening. Igen handler det om at få elimineret de stoffer, som kan skabe scaling i vandbehandlingsanlægget. I ionbytteren findes et uorganisk materiale, ofte en porøs polymer, som tillader små ioner at trænge ind og ud. Hvis calcium ønskes fjernet i ionbytning, i stedet for som beskrevet i Lime softening, foregår det ved at vandets calciumioner bindes af ionbytteren, mens dennes natriumioner frigøres.aC 2+ aN + Således er vandet blevet blødgjort idet hårdheden er blevet fjernet. Når alleaC 2+ ioner har byttet plads skal ionbytteren regenereres. Dette foregår ved at ionbytteren gennemskylles af en stærk opløsning af natriumklorid, rig på ioner. HermedaN + foregår det ovenfor beskrevne proces i modsat retning. På RO anlæg er det ofte her de første doseringspumper sidder (Pumps in water treatment, 2002, s. 42). Som det ses på figur 5, vil vandet blive mere saltholdigt. Dette salt fjernes dog igen i RO processen.

Figur 5: Ionbytteproces, (kisgroup, 2017)

● Chemical Oxygen Demand reduction (COD) indikerer de forurenende stoffer i vandet som kan oxideres kemisk. Derfor dækker betegnelsen over at Ionbytteranlægget skal reducere disse forurenende stoffer (nih.gov) (Den store danske.dk, 2017).

Billede 7: Polymermateriale til ionbytning, (licdn.com, 2017)

30


● TDS (Total Dissolved Solids). Mængden af faste opløste stoffer i vandet benævnes TDS, og udtrykkes som en procentdel ud fra .g/LiterH Om 2

I ZLD anlægget bruges TDS, som målestok for hvor effektivt anlægget arbejder. Dvs. at der ønskes et højt TDS i koncentratet, som betyder at der udvindes meget vand som permeate. Inden vandbehandlingen, kan den indledende vandprøve også give en indikation af hvor forurenet vandet er via indholdet af TDS, som ofte ligger på en værdi imellem 0,5 - 2% (DOW.com, 2017).

Billede 8: Vandprøve med 1,2% TDS, Kasyap Sweetners, Indien, (Eget arkiv, 2017)

● Osmose. Her ses naturens evne til at skabe ligevægt. Ved at adskille 2 væsker, her saltvand og ferskvand, med en semipermeabel membran, tillades kun små vandmolekyler at passere og større molekyler blokeres. På figur 6 ses hvordan vandmolekyler fra væsken med et lavt TDS indhold vandrer igennem den semipermeable membran over i væsken med højt TDS, for at udligne koncentrationen. Efterhånden som flere vandmolekyler skifter plads ændrer væskeniveauet sig. Når væskerne har opnået samme TDS, så stopper den osmotiske proces og begge kamre siges, at have opnået equilibrium. Forskellen på vandsøjlernes tryk på membranen kaldes det osmotiske tryk, som er det tryk der skal til, for at standse den osmotiske proces.

I naturen ses dette imponerende fænomen ved træers vandtransport fra rødderne ud til selv de mindste grene. Her skabes vandtransporten af, at saftspændingen i træets grene indeholder større koncentrationer af opløste stoffer, end det omgivende vand indeholder. Hermed skabes osmose igennem de biologiske semipermeable membraner, som kun tillader vand at passere (Den store danske.dk, 2017).

31


Figur 6: Det osmotiske princip, (Grundfos.com/desalination, 2017)

● Ved omvendt osmose, på figur 7, tryksættes den side, hvor væsken har den højeste koncentration af TDS. Hermed tvinges vandet til at vandre fra den høje koncentration af TDS, til siden med den lavere koncentration af TDS. På denne måde kan man ved at overvinde det osmotiske tryk, altså rense en væske for uønskede molekyler. Udfordringen ligger nu i, at finde de korrekte membraner og pumper til en given proces, idet stoffernes molekylestørrelse varierer samtidig med, at disse stoffer har forskellige osmotiske tryk. Her vil en vandprøve igen vise sig effektiv i dimensioneringen af et anlæg (Grundfos.com/desalination, 2017)

Figur 7: Omvendt osmose, (Grundfos.com/desalination, 2017)

32


● Pumperne. I dag leverer Grundfos pumper af typen BMS til ZLD anlæg. Denne pumpetype kan levere det som ZLD anlægget kræver, navnligt stort flow og højt tryk. På figur 8 illustreres, hvorledes de nye ZLD anlæg er opbygget med 3 membrantrin, hvor trykket bygges op efter hvert trin, og udskiller vand med stigende indhold af TDS %. Dette bliver muliggjort endnu mere af nye membraner, som kan holde til tryk på 120 bar. Til Rochem i Indien, leverer Grundfos kun pumper til det første trin (60m³/h; 30 bar), hvor det største flow kræves.

Billede 9: BMS pumpe, 1. trin på ZLD anlæg, (Grundfos.com, 2017)

Figur 8: 3-trins RO anlæg, (DOW.com, 2017)

33


● Membranerne. Spildevandet som pumperne flytter, skal som beskrevet igennem de semipermeable spiralvundne-membraner, der filtrerer vandet fra de opløste faste stoffer i vandet. På figur 9 ses de mange tynde lang film med ultra små porer, som vandmolekylerne kun kan passere igennem. Det bevirker, at permeatet kan nå det inderste rør i membranen, og kan ledes ud denne vej. Koncentratet som ikke tillades passage, ledes videre til næste filtreringstrin inden røret til permeatet. Afhængig af den valgte membran tilbageholdes en procentdel af salte og organiske molekyler. Stigende TDS % i spildevandet vil kræve større og større osmotisk tryk i forbindelse med trin 2 og 3, hvilket også vil kræve et større tryk på koncentratet. Derfor skal der kompenseres for naturens ønske om at udligne niveauerne mere og mere, med større pumpetryk (Miljøministeriet.dk, 2017). Når der skal vælges membraner, og herunder pumper til et anlæg, vil spildevandets bestanddele igen være meget afgørende, idet de faste stoffer i vandet alle har forskellige osmotiske tryk. Membranernes porrer har typisk en finhed på 0,0001µm ved omvendt osmose. Dette svarer til størrelsen på et vandmolekyle, som er 0,0000958 µm (ROSR.com, 2017).

Figur 9: Splittegning af spiralmembran, (Grundfos.com/desalination, 2017)

34


Figur 10: Forskellige stoffers osmotiske tryk, (Grundfos, pumps in water treatment, 2002)

På ovenstående figur 10 ses, at havvand som typisk har et saltindhold på 4%, har et osmotisk tryk på ca. 20 bar. Der skal altså påtrykkes over 20 bar, for at starte flowet af permeate igennem membranen (DOW.com, 2017) Når det ønskede permeatflow er oplyst, kan det nødvendige antal membraner eks. beregnes via følgende formel:

(ΔP π)JW = A · − Δ Variable:

● F low igennem membranen (l/m²/h)JW = ● Membranens permeabilitetskoef f icientA = ● P Trykfaldet over membranenΔ = ● π Trykforskellen ved osmotisk equilibriumΔ =

A er en vanskelig størrelse, da denne faktor ændrer sig med det påtrykte flow. Så hvis formlen skal anvendes på nemmeste vis, skal membranfabrikanten oplyse om værdien på A ved det ønskede flow (Pedersen, K. E. P. 2017). I nye ZLD applikationer, bygges anlægget ofte efter juletræsfacon jf. figur 11. På denne måde kan en systematisk frasortering af vandets urenheder foregå, idet man via vandprøvens beskaffenhed kender de stoffer, som vil blive filtreret fra i det enkelte trin. Hermed kendes flowet af vand til det næste trin, og antallet af membraner og pumper til det korrekte osmotisketryk kan konfigureres (Pumps in water treatment, 2002, s. 61).

35


Figur 11: Membraner i “juletræsfacon”, (Pumps in water treatment, 2012)

Efter RO processen er PH værdien i permeatet ofte lav. Det skyldes, at equilibriumforholdet i mellem kuldioxid, bicarbonat og karbonat påvirkes, når vandet passerer membranerne. Hvor meget PH værdien påvirkes, afhænger af det aktuelle spildevand. Ved lave PH værdier er

dominerende, ved mellemniveauer er dominerende, og ved høje PH niveauer erOC 2 COH 3 dominerende. RO membraner afviser opløste ioner, men ikke opløste gasser, så OC 3 OC 2

fortsætter igennem membranerne mens og reduceres kraftigt. Dette forrykkerCOH 3 OC 3 equilibriumforholdet og fordi fortsætter igennem systemet, vil vandet ofte blive mereOC 2 surt (freedrinkingwater.com, 2017).

36


● Break tank. Sidder i ZLD systemet i tilfælde af, at vandflowet bliver ustabilt. Hermed kan der undgås utilsigtet kavitation og luft i pumperne (Grundfos.com, 2017).

Billede 11: Break Tank, (parkusa.com, 2017)

● BWRO. Brackish Water Reverse Osmosis. Generel betegnelse for det 1. trin i RO

systemer, da vandet her ikke har høj TDS. Dette trin kan også bruges som standalone unit, til behandling af overfladevand til drikkevand. Langt de fleste salte og stoffer med lavt osmotisk tryk fjernes her

● SWRO. Salt Water Reverse Osmosis. Generel betegnelse for det 2. trin i RO

systemer. På figur 8 ses efter trin 1, at 65% af den totale vandmængde er gået direkte til permeattanken. Dvs. at vandets totale TDS indhold nu er (3 - 4%). 2. trin påtrykkes i dette tilfælde nu 75 bar. Flowet er som nævnt 65% mindre pga. at permeatet forlader systemet. SWRO bruges også som stand alone unit til afsaltningsanlæg, eks. på skibe.

● UHPRO. Ultra High Pressure Reverse Osmosis. Dette er en ny teknik, som vinder indpas indenfor RO. Der arbejdes her med tryk på 120 bar. Teknikken har ladet vente på sig, da membranfabrikanter og pumpefabrikanter, herunder Grundfos, ikke har været i stand til at levere produkter til så høje tryk. På figur 8 ses, at teknikken i dette tilfælde, kan indvinde yderligere 40% vand fra koncentratet, som har forladt 2. trin. Hermed skal der altså fordampes 40% mindre vand i den efterfølgende termiske behandling, som fordamper det resterende koncentrat. Koncentratet har nu så høj TDS, at yderligere behandling med RO ikke er muligt i dag

(H. Arafat, 2017).

37


● Evaporator. Selvom UHPRO, afhængig af TDS i vandet, kan reducere eller i bedste fald helt eliminere brugen af fordampere, vil disse ofte indgå i ZLD anlæg. Fordamperens rolle er at koncentrere koncentratet til et optimalt niveau, før dette kommer ind i ZLD systemets sidste trin. Som nævnt foretages fordampningen i Indien via naturlig fordampning, men ofte tillader vejrforholdene i andre dele af verden kun, at der foretages en mekanisk fordampning. Oftest bruges en “falling film” fordamper, hvor koncentratet falder ned igennem nogle dampopvarmede rør.

Figur 12: Falling film fordamper, (cheresources.com, 2017)

På figur 12 ses, at det fordampede vand i koncentratet kondenseres og genbruges som permeate. Efter fordamperen er det muligt at have en TDS værdi på 30% (gewater.com).

38


● Crystallizer. Krystallisatoren på figur 13, er sidste del af ZLD anlægget. Her skal det sidste vand separeres fra koncentratet. Slutproduktet er “solids”, som er de resterende stoffer i koncentratet. En typisk krystallisator fungerer som følgende:

Højtryksdamp tilsættes en varmeveksler hvor koncentratet bliver ledt igennem. Her opvarmes koncentratet til over kogepunktet og sendes til krystallisatorens hovedtank. Her afgiver koncentratet vand på dampform. Koncentratet bliver nu yderligere koncentreret og der begynder at blive skabt solids i den cirkulerende opløsning. Disse solids ledes ned igennem midten af cylinderen, via de opståede slipstrømme som skabes under cirkulationen. Dampen fra processen kondenseres og sendes til permeattanken (gewater.com, 2017).

Figur 13: Crystallizerens virkemåde, (gewater.com, 2017)

39


Delkonklusion Der er flere måder at udføre RO-ZLD på. Anlæggene i Indien, blander kontinuerligt vandet fra tilgangen på anlægget med koncentratet, som kommer ud af membranerne. I anlægget fra DOW, sker der ikke en blanding af fødevand og koncentrat. I disse anlæg, sendes udelukkende koncentrat fra et membrantrin videre til næste membrantrin. Det antages i det følgende, at DOW har det mest rentable anlæg set ud fra OPEX omkostningerne, idet anlægget, som opererer i Indien kva dets opbygning fordrer, at hele volumenstrømmen af vand skal tryksættes af den første fødepumpe i anlæggene. DOW systemet tryksætter gradvist den reducerede vandmængde, hvorfor der ikke bruges energi på at tryksætte vand, som kan udvindes ved lavere tryk (Arafat, H. 2017). Anlægstypen fra DOW, viser sig også betydelig mere effektiv i forhold til de eksisterende anlæg, idet der pga højere tryk kan udvindes mere permeate inden fordampning. Med denne baggrundsviden, forsøges i næste afsnit, at få konkretiseret om og hvordan det er muligt, at få etableret et mersalg af produkter fra Grundfos til denne nye type anlæg.

40


Hvad efterspørger segmentkunderne?

Formål Da Indien som nævnt, er et emerging market i forbindelse med industriens anvendelse af ZLD anlæg, er det her muligt, at tilegne sig vigtige informationer omkring de holdninger der eksisterer hos maskinbyggeren og slutkunderne, vedrørende produkter fra Grundfos. Derfor undersøges nu den del i problemformuleringen, som ønsker undersøgt om og hvorledes Grundfos kan forbedre salget af produkter i Indien. Interview og spørgeskema sigter mod, at få etableret hvorvidt der er velvilje mod Grundfos produkter, og herefter på om respondenterne er åbne for, at udvide antallet af Grundfos produkter i deres applikationer, og i så fald hvordan.

Metode Dataindsamlingen foregik over et stort geografisk område, som anvist på figur 14. Dette er fordelagtigt, da ensidig påvirkning fra en enkelt virksomhed, ikke antages som retningsvisende for slutkundesegmentet. Denne dataindsamling blev mulig via en forretningsrejse til Indien, med en maskinmester fra Grundfos. Der er tilgået data i form af spørgeskemaer til driftspersonalet på lokaliteter i Muzaffarpur og Badnawar. Her anvendes et lukket kvantitativt spørgeskema, som er udfyldt via stillede spørgsmål. For at imødegå ensidig påvirkning, foretages et delvist struktureret interview med vice president på Rochem i Mumbai, Prakash Devidas. Et struktureret interview anvendes, når en interviewer har den grundlæggende teoretiske kendskab til området. Denne interviewer, er dog samtidig åben for nye teknologier og informationer på området (Andersen, I. 2013, s. 69). Da denne interviewform typisk antager kvalitativ karakter, er der opmærksomhed på, at der kan forekomme fejlinformationer (Ibid). Det antages dog, at den modtagne undervisning på studiet, samt empiri, er tilstrækkeligt til at forstå respondentens svar. Interviewformen er valgt pga. respondentens besiddelse af vigtige informationer for projektets udførelse. Der var begrænset tid til spørgsmål, derfor antages denne interviewform også som optimal mht. en konkretisering af efterspurgte informationer. Der benyttes induktion til bestemmelse af generaliteter, med udgangspunkt i empirien. Jf. metodeafsnittet, ønskes netop denne kombination af de kvalitative og kvantitative data. På bilag 2 findes de 6 grundlæggende refleksioner, som man skal gøre sig inden et spørgeskema udføres (Darmer, P. m.fl. 2010, s. 251).

41


Figur 14: Placering af de besøgte sites og maskinbyggere i Indien, (Egen tilvirkning, 2017)

42


Det kulturelle aspekt Da intervieweren og respondenterne ikke har samme nationalitet, er det vigtigt at have en forhåndsviden omkring de kulturelle forskelle, som eksisterer imellem de 2 lande. Kulturanalytikeren Geert Hofstede, har lavet et værktøj hvor man kan sammenligne 2 kulturer ud fra 6 dimensioner, som jf. Hofstede kan hjælpe med at karakterisere kulturer på det generelle plan (Geert-hofstede.com, 2017). Hofstede er valgt som kulturteoretisk reference, da han har antaget et meget videnskabeligt syn på kulturanalysen, jf. det valgte paradigme.

Figur 15: Sammenligning af dansk og indisk kultur, (Hofstede, 2017)

På figur 15 bemærkes især, at dimensionen Power Distance viser stor forskel de 2 kulturer imellem. Derfor antages det, at svarene kan være påvirket af respondenternes store respekt for lederne af virksomheden, og til en vis grad kan afspejle disses og ikke respondenternes reelle mening. Dette understøttes yderligere af den store forskel i sidste dimensionen Indulgence, som repræsenterer det enkelte individs ønsker om, at tillade sig udførelsen af egne ønsker og behov (Geert-hofstede.com, 2017).

43


Analyse af spørgeskema og interview Idet dataanalysen i skal afspejle den metodesynsvinkel, som er valgt, foretages der i dette afsnit vha. den analytiske tankegang, en kodning af de data, som fremkommer i forbindelse med de kvantitative og kvalitative interviews (Heldbjerg, G. 1997, s. 99). Hermed ønskes at få defineret de præferencer, som brugere af forskellig art har til Grundfos produkter, under hensyntagen til forrige afsnit. Der anvendes jf. ovenstående teoretisk analyse, idet den teoretiske analyse baserer sig på samspillet mellem teori og empiri for at udvikle empirisk baseret teori (induktion) (Darmer, P. m.fl. 2010, s. 344). Følgende kvantitative interviews vil derfor via ovennævnte betragtning, medgå som bærende elementer i følgende undersøgelser. Ligeledes vil det kvalitative interview medgå som et vigtigt element i den beslutningsproces, som vil definere den retning som efterfølgende undersøgelser vil tage.

44


Spørgeskema til driftspersonale i Muzaffarpur Som beskrevet i projektets undersøgelsesdesign, dokumenteres de på lokaliteterne i Indien udførte undersøgelser. Sir Shadilal Distillery: Site 1 på rejsen. Her produceres alkohol fra sukkerrør. Denne alkohol distribueres hovedsageligt inden for landets grænser. Driftspersonalet er personer med teknisk indsigt i vandbehandlingsanlæggets daglige drift, og med ledelsesmæssigt ansvar. For helt at undgå fejlagtig angivelse af et indisk navn, der udveksles i et støjende miljø, angives personerne via deres medarbejdernummer. Nummereringen på skema 1 repræsenterer følgende udsagn:

● 1 = Meget negativ ● 2 = Negativ ● 3 = Mindre positiv ● 4 = Positiv ● 5 = Meget positiv

Spørgsmål 1 2 3 4 5 Medarbejder

Din opfattelse af kvaliteten på Grundfos produkterne?

x x x x (2219) (1903) (2540) (2289)

Hvis muligt, ville du så anvende flere Grundfos produkter?

x x x x

(2219) (1903) (2540) (2289)

Hvor effektivt, i forhold til den mængde permeat der ledes tilbage til produktionen, vil du vurdere dit vandbehandlingsanlæg?

x x x

x (2219) (1903) (2540) (2289)

Er du tilfreds med energiforbruget på vandbehandlingsanlægget?

x x x x

(2219) (1903) (2540) (2289)

Skal din arbejdsplads, efter din mening, investere i et mere energi og produktionseffektivt vandbehandlingsanlæg, hvis dette fandtes?

x x x x (2219) (1903) (2540) (2289)

Skema 1: Spørgeskema til driftspersonale på Sir Shadilal Distillery, Muzaffarpur, (Egen tilvirkning, 2017)

45


Figur 16: Søjlediagram for spørgeskema, Muzaffarpur, (Egen tilvirkning, 2017)

Svarene på figur 16, indikerer en positiv opfattelse af Grundfos og produkterne samtidig med, at der spores en vis frustration over anlæggets specifikationer.

Billede 11: Dataindsamling til kvantitativt spørgeskema, Muzaffarpur, (Eget arkiv, 2017)

46


Spørgeskema til driftspersonale i Badnarwar Kasyap Sweetners: Site 2 på rejsen. Her fremstilles sødestof via udvinding fra majs. Denne virksomhed leverer produkter til et mere globalt marked, hvor kunder som bla. Colgate tandpasta kan nævnes. På samme måde, er der stillet identiske spørgsmål til driftspersonalet på dette site. Der var ikke medarbejdernumre i denne virksomhed. I stedet bringes medarbejderens initialer.

Spørgsmål 1 2 3 4 5 Medarbejder

Din opfattelse af kvaliteten på Grundfos produkterne?

x x x x (TN) (BM) (JC) (GH)

Hvis muligt, ville du så anvende flere Grundfos produkter?


Hvor effektivt, i forhold til den mængde permeat der ledes tilbage til produktionen, vil du vurdere dit vandbehandlingsanlæg?


Er du tilfreds med energiforbruget på vandbehandlingsanlægget?


Skal din arbejdsplads, efter din mening, investere i et mere energi og produktionseffektivt vandbehandlingsanlæg, hvis dette fandtes?


Skema 2: Spørgeskema til driftspersonale på Kasyap Sweetners, Badnarwar, (Egen tilvirkning, 2017)

47


Figur 17: Søjlediagram for spørgeskema, Badnarwar, (Egen tilvirkning, 2017)

På figur 17 ses generelt samme svarmønster som i Muzaffarpur, dog tyder det på endnu større frustrationer i Badnarwar, når det omhandler anlæggets drift. Det kan bemærkes, at der især på denne lokalitet, var problemer med at bortskaffe koncentratet i fordampningstankene. Denne problematik har skabt betydelige flaskehalsproblemer for virksomheden.

Interview Der er udført et interview med Prakash Devidas, der som nævnt er Vice President på Rochem i Mumbai. Det er tilstræbt, at den interviewede var velinformeret omkring hvorfor og hvordan, interviewet tænkes at blive gennemført. Således er informeret samtykke også opnået. Derfor er der inden besøget fremsendt en interviewguide til pågældende person. Interviewguiden indeholder kun de hovedpunkter som intervieweren ønsker at berøre, og vil derfor have karakter af være udformet,som et delvist struktureret interview. Ved at vælge denne interviewform, åbnes dermed muligheden for, at intervieweren kan spørge nærmere ind til eventuelle områder, der ønskes nærmere belyst (Darmer, P. m.fl. 2010, s. 220). Herunder bringes punkterne i den fremsendte interviewguide. Det transskriberede interview kan ses i bilag 3, hvor medvirkende, tidspunkt, lokation og formålet præciseres. Interviewet er optaget med henblik på førnævnte transskribering. Der er opmærksomhed på, at enkelte detaljer kan gå tabt i processen, da undersøgeren ikke er erfaren transskribent. Punkter i interviewguiden:

● Grundfos products ● Zero Liquid Discharge application ● Future business

48


Datafortolkning og metodekritik I forbindelse med kvantitative spørgeskemaer, er der flere faktorer, ud over de kulturelle, som kan påvirke respondenterne. Her kan nævnes lokation, tidspunkt, tidspres, m.m. Disse hensyn er medtaget i fortolkningen af de indsamlede data, idet der ikke skal herske tvivl om, at førnævnte faktorer vurderes, at have stor indflydelse på respondenternes svar. Interviewet med Prakash Devidas, er hovedsageligt anvendt til at underbygge de data, som er tilegnet via det kvantitative spørgeskema. Interview og spørgeskema er derfor anvendt i projektet til at bearbejde de kerneområder, som er udledt af undersøgelserne. Der kan argumenteres for at interviewet er kort, men det antages, at de vigtigste spørgsmål belyses tilfredsstillende, dog uden at der udføres et meget dybdegående interview omkring de fremsendte spørgsmål (Heldbjerg, G. 1997, s. 77). Størrelsen af den kvantitative undersøgelse, som reelt er udført som en bevidst stikprøveundersøgelse, antages at være forholdsvis lille, da der i undersøgelsen kun indgår 8 personer fra 2 forskellige virksomheder. Hvis der var udført en større undersøgelse, med inddragelse af flere virksomheder med ZLD anlæg, er der opmærksomhed på, at undersøgelsens resultatet kunne have antaget en anden retning. Derfor kontrolleres bl.a stikprøvens sikkerhed senere. Der findes flere faktorer, som påvirker stikprøvestørrelsen, som skal være så repræsentativ for målgruppen som muligt (Andersen, F.R. 2015, s.192).

● Budgettet. Budgettet bestemmer omfanget af stikprøven. Det var ikke muligt at påvirke dette, da rejsen var planlagt og finansieret af Grundfos.

● Sikkerhed i analysen. Her kan benyttes beregninger af konfidensintervallet, som er et udsagn om, hvor sikkert det er at stikprøveresultatet svarer til hele populationen. I dette tilfælde anvendes dog grafen på figur 18, som kan bruges til stikprøvestørrelser på op til 15% af populationen.

● Nøjagtigheden. Her tages hensyn til, hvor præcise svar der ønskes. Altså stor stikprøve er lig med stor nøjagtighed.

● Populationens spredning. Her arbejdes især med begrebet standardafvigelse. Er en population meget heterogen og med stor spredning (standardafvigelse), så kræves en større stikprøveundersøgelse. (Andersen, F.R. 2015, s.193). I denne undersøgelse antages der at være en lille standardafvigelse, da der er tale om meget specialiserede applikationer, som må betegnes som værende repræsentative for segmentet. Applikationerne arbejder desuden med meget forskellige spildevandssammensætninger, som yderligere bør modvirke ensidig påvirkning, via produkternes og medarbejdernes forskellige arbejdsvilkår.

49


Analysens sikkerhed Sikkerheden i en stikprøve er af stor betydning mht. konklusionens validitet og reliabilitet. Værktøjer til at måle analysens sikkerhed er som nævnt vha. konfidensinterval og nedenstående figur. (Andersen, F. R. 2015, s. 193). Som baggrund for populationen, anvendes Rochems kundegruppe indenfor ZLD applikationer. Det er oplyst at virksomheden p.t har 37 lignende vandbehandlingsanlæg kørende i Indien (Devidas, P. 2017). Der er indhentet data fra 2 af disse anlæg. Dette giver anledning til følgende regnestykke:

tikprøvens størrelse 00 00 5, %S = Antal anlægAntal prøver · 1 = 2

37 · 1 = 4

Figur 18: Sammenhæng mellem stikprøvens størrelse og sikkerhed, (Andersen, F. R. 2015)

På figur 18 er stikprøvens størrelse indtegnet, og viser at konklusionens sikkerheden ligger på ca. 85%.

50


Undersøgelsernes validitet og reliabilitet For at en markedsanalyse kan have en høj validitet, skal der kunne svares bekræftende på spørgsmålet: Måler vi det, vi ønsker at måle? (Andersen, F.R. 2015, s. 192). Jf. det beskrevne formål med dette afsnit, sigter interview og spørgeskema mod, at få etableret om der er velvilje mod Grundfos produkter, og herefter på om respondenterne er åbne for, at udvide antallet af Grundfos produkter i deres applikationer, og i så fald hvordan. Dette er opfyldt, da der jf. ovenstående afsnit, er fremkommet brugbare svar på netop disse spørgsmål. Derfor antages validiteten som høj. Reliabiliteten på spørgeskema og interview antages at være moderat på trods af den relative lille stikprøve af respondenter. (Andersen, F. R. 2015, 113). Der er beregnet en sikkerhed på 85% mht. konklusionens sikkerhed udfra den udførte undersøgelse. Derfor antages at der er opnået tilstrækkelig sand viden. “Det er i praksis ganske vanskeligt at måle validitet og især reliabilitet. Hvis det kan lade sig gøre, vil det normalt være behæftet med store omkostninger at gentage en analyse f.eks for at teste markedsanalysens reliabilitet.” (Andersen, F. R. 2015, s. 115).

Delkonklusion Validiteten og reliabiliteten er bestemt til at være på et acceptabelt niveau, og der kan derfor gøres følgende antagelser: Det fremtidige marked for Grundfos i Indien ser positivt ud. Der er tillid til produkterne og der eksisterer umiddelbart et ønske om, at anvende flere af disse produkter i fremtiden. Derfor bør Grundfos initiere tiltag, som kan differentiere virksomheden fra andre aktører på markedet, for at styrke positionen vedr. ZLD produkter yderligere. Det bemærkes dog, at det især er vigtigt for kunderne, at anlægget er så billigt som muligt i drift, da driften af anlægget er en ekstra udgift for virksomheden. Der er med dette afsnit desuden etableret vigtig viden omkring, hvordan der kan forbedres på salget af produkter til ZLD applikationerne. Her er nemmere adgang til produkterne, og generelt bedre kendskab til produktporteføljen, væsentlige informationer som undersøgelserne har afdækket. Derfor vil det i det næste afsnit blive undersøgt, om det er muligt at energioptimere den nye type ZLD applikation yderligere.

51


Kan den eksisterende teknologi energioptimeres?

Formål Udviklingen indenfor ZLD teknologien har via områdets stigende relevans, fået en betydelig fokus indenfor forskningen. Især udviklingen af membranteknologien viser, at der sker fremskridt mht. at skabe mere effektive anlæg. I dette afsnit analyseres jf. forrige afsnit, energioptimerende løsningsforslag til ZLD anlægget, som er udarbejdet i samarbejde med forskeren Hassan Arafat. Hermed ønskes som nævnt, at tage hensyn til kundeønskerne i Indien. Desuden antages det som et vigtigt parameter, at have viden om de mest energieffektive ZLD applikationsløsninger generelt, for at være attraktiv som produktleverandør inden for dette segment. Der ønskes hvor der foreligger komplette beregninger og prismateriale, at verificere den økonomiske lønsomhed af de energibesparende forslag.

Metode Der tilgår som nævnt kvalitativ rådgivning samt viden om “Emerging Technologies” omkring ZLD anlæg fra Hassan Arafat. Empiri med ZLD anlægget vil ligeledes ligge til grund for energioptimeringsforslag. Primærdata i form af beregninger tilgår via egen tilvirkning, samt benyttelse af beregningsprogrammer. Hermed kan der udføres krydsreference på beregningerne, for på denne måde at højne disses validitet og reliabilitet. I forbindelse med løsningsforslagene, kan der opstå spørgsmål omkring specifikke ombygninger af ZLD anlæggene. Skulle løsningsforslagene findes relevante, vil det derfor pålægge Grundfos, at udføre den dataindsamling og det analysearbejde, som er påkrævet. Hvor der foreligger materiale/installationspriser, vil der også indgå CAPEX omkostninger/besparelser i løsningsforslagene. Økonomiberegninger er foretaget ud fra indiske prisniveauer, for at kunne konkretisere lønsomheden i landet hvor hovedparten af dataindsamlingen er foretaget.

52


Nanoteknologi På Masdar universitetet i Abu Dhabi, har Hassan Arafat forsket i nanoteknologiens anvendelse indenfor vandbehandling. Som det første trin i en filtreringsproces, kan denne teknologi have nogle fordele både med hensyn til energiforbrug, men kan også vise sig at have nogle driftsmæssige fordele frem for omvendt osmose. Nanoteknologien opererer med betydelig lavere tryk, som isoleret set bør give nogle energibesparelser. Herudover kan nanoteknologien anvendes til en målrettet udskilning af tunge metaller i vandet, eks. Lithiumchlorid ved batteriproduktion, hvorefter dette kan udvindes under skylningsprocessen, når membranen skal renses (H. Arafat, 2017).

Figur 19: Membraners filtreringsgrad, (Grundfos, Pumps in water treatment, 2002)

På figur 19 ses, at nanofiltrering placerer sig imellem ultrafiltrering og omvendt osmose. Der er kun nogle enkelte metalioner og salte der slipper igennem nanofiltreringen. Nanofiltrering er en filterteknik med membraner, som også består af en fin organisk polymer, som typisk varierer i størrelsen (0,001-0,01µ). Hermed tilbageholdes divalente og trivalente ioner eks. . Monovalente ioner med en molvægt under 200 vil typisk passeregSOM 4 membranen. Normalt anvendes tryk på ca. 5 bar ved nanofiltrering (Miljøministeriet.dk, 2017). Som nævnt kan tungmetaller eller proceskemikalier tilbageholdes i nanofiltreringstrinnet. Disse stoffer kan så genindvindes via skyllevandet, som renser filtrene, når de nærmer sig en vis tilstopning, ved typisk 10-15% reduceret flow (Grundfos Desalination, 2017). Man skal være opmærksom på, at der ikke vil blive udskilt så mange salte og metalioner i dette første trin i forhold til RO. Derfor skal sammensætningen af membranteknologier overvejes nøje i hvert tilfælde.

53


Energioptimering med nanoteknologi For at få synliggjort de energimæssige fordele ved at anvende nanoteknologien, foretages her beregninger hvor nanomembraner erstatter det første trin i ZLD anlægget fra DOW.

Figur 20: 3-trins RO anlæg, (DOW.com, 2017)

Det antages, at første trin på figur 20 erstattes af en pumpe, som leverer 5 bar til forsyningstryk. Idet der kommer mere vand igennem de lidt grovere membraner på nanofiltrering, kan der som udgangspunkt anvendes færre membraner på dette trin. Denne besparelse vil dog ikke medgå i beregningerne, da denne antages at være minimal.

54


Beregningsmetode Der findes programmer, som kan udregne effekter på pumper ved indtastning af ønsket tryk og vandflow. Til dette formål anvendes et beregningsprogram fra Grundfos. Link til beregningsprogrammet findes i bilag 4. For at øge reliabiliteten på de resultater som fremkommer, vælges at udføre identiske beregninger vha. den teori som er modtaget på maskinmesterstudiet, for hermed at kontrollere en tilfredsstillende overensstemmelse. Fagudtryk:

● Pumpekurve. Denne ses som en blå kurve i de anvendte illustrationer. Pumpekurven fortæller noget om den enkelte pumpes ydeevne. På Y-aksen aflæses løftehøjden (H) i meter vandsøjle (mvs) som divideret med 10 giver enheden bar, og på X-aksen aflæses flowet (Q) af væsken som pumpes i m³/h

● P3 effekt. (Hydraulisk effekt). Dette er den nettoeffekt som pumpen reelt har til at flytte det ønskede medie.

● P2 effekt. (Akseleffekt). Dette er den effekt som elmotoren yder på akslen, som driver pumpen. Der skal altså fratrækkes tab til virkningsgraden i elmotoren ved denne effekt.

● P1 effekt. (optagne effekt). Her regnes med tab i virkningsgrad til elmotor og pumpe (Heilmann, T. 2011, s. 17).

Det er denne effekt som er interessant, da det reelt er den energi, som der skal betales for.

Grundformel:

(Heilmann, T. 2011, s. 17).ydraulisk ef fekt (P3) Δp H = · Q = Q · ｐ · g · H Omskrevet og for at få effekten ud i optagne kW:

3 0 P = Q3600 · ｐ · g · H · 1 −3 P2 P1 = ηPumpe

· ｐ·g ·H · 10Q3600

−3

= η Pumpe · η Motor · ｐ·g ·H · 10Q3600

−3

Variable:

Densiteten for vand ved kg/m³ (Grundfos, Centrifugalpumpen, s. 130)ｐ = 0 ℃ 998,2 = 2 g = 9,82 Newton H = (mvs) Q = Volumen (m³/h)

, er antaget til 0,9 (Petersen P. E. Elektroteknik 3, 2010, s. 217) Motor η

, aflæst på figur 21 til 0,707 (sort kurve) Pumpe η

55


Energiforbrug uden nanoteknologi: Den berørte pumpe vil begrænse sig til det første trin, da pumpe 2 skal tryksætte systemet igen, når vandet skal hentes fra Break Tanken efter trin 1.

Figur 21: BMS pumpe med pumpekurve 1. trin, (Grundfos product selection.com, 2017)

56


På figur 21, ses pumpekurven og billede af pumpen, for den normalt anvendte BMS 30-14 pumpe. Softwaren har udregnet pumpens akseleffekt (P2) til at være 82,1 kW, ved det ønskede tryk og flow. Der er altså ikke taget højde for asynkronmotorens virkningsgrad i beregningerne (P1). Det bemærkes, at beregningsprogrammet kun finder det punkt, som ligger nærmest på det ønskede driftspunkt på trin 1(H = 300 mvs; Q = 60m³/h) på pumpekurven, i dette tilfælde punktet (H = 336,6 mvs; Q = 63,6 m³/h). Der korrigeres altså ikke for den omdrejningsregulering der skal foretages, for at bringe pumpen ned på det ønskede driftspunkt jf. affinitetsligningerne (Heilmann, T. 2011, s. 19). For at øge reliabiliteten på de oplyste effekter, kontrolleres disse som nævnt vha.egne beregninger

2 P = ηPumpe · ｐ·g ·H · 10Q3600

−3

2 2, kWP = 0,707 · 998,2 ·336,6 ·9,82 ·1063,6

3600−3

= 8 4 Der vurderes at være god overensstemmelse imellem beregningsprogrammet og egne beregninger, idet resultaterne påviste følgende overensstemmelse:

00 00 96, %Effekt beregningsprogramEffekt udførte beregninger · 1 = 82,4

82,1 · 1 = 6 Derfor findes den optagne effekt (P1), som er interessant i forbindelse med energibesparelser i efterfølgende beregninger, som herunder:

1 P = η Pumpe · η Motor · ｐ·g ·H · 10Q3600

−3

1 1, kWP = 0,707 · 0,9 · 998,2 ·336,6 ·9,82 ·1063,6

3600−3

= 9 6 Disse ovenstående beregninger skal blot eksemplificere fremgangsmåden. Efterfølgende beregninger hvor pumpetyper med og uden nanoteknologi indgår i anlægget, kan findes i bilag 4. I dette bilag vil de ovenstående formler blive anvendt på det konkrete tryk og vandmængde. Priser findes desuden også i bilag 4. På skema 3 fremgår de resultater som beregningerne har påvist.

57


Pumpetype omvendt osmose

Løftehøjde mvs

Vandmængde m³/h

Optagen effekt kW

Pris DKK

Henvisning

BMS 30-14 300 60 72 137.848 Bilag 4

Pumpetype nanoteknologi

Løftehøjde mvs

Vandmængde m³/h

Optagen effekt kW

Pris DKK

CRE 45-2 50 60 7,4 32.609 Bilag 4 Skema 3: Sammenligning af forskellige pumpetyper, (Egen tilvirkning, 2017)

Fratrækkes den optagne effekt, på skema 3, som er beregnet henholdsvis med og uden nanoteknologien (markeret med grønt), fås følgende regnestykke: paret ef fekt Effekt uden Nanoteknologi Effekt med nanoteknologi →S = −

72 6, ) 64, kW ( − 4 = 7

ZLD anlæg i Indien drives i døgndrift, og vi opererer typisk med en oppetid på 90% på vores anlæg (Devidas, P. 2017). Derfor kan anlæggets samlede tilgængelighed på et år nu findes (West, S. Aa. 2015, s. 32).

ilgængelighed ,T = OppetidTotaltid (timer p.a) = 8760

0,9 ·8760 = 0 9 Nu findes OPEX besparelsen: amlet OPEX besparelse Sparet ef fekt imer p.a ilgængelighed →S = · t · T

amlet OPEX besparelse 4, 760 , 10.094 kWh S = 6 7 · 8 · 0 9 = 5

Nu findes CAPEX besparelsen: indkøb af pumpen til 1. trin (markeret med rødt): umpe til Omvendt Osmose (30 bar) Pumpe til nanoteknologi (5 bar)→P −

37.848 32.609 105.239 kr. 1 − =

Af ovenstående ses, at der samtidig med muligheden for at genanvende specifikke stoffer i spildevandet, kan opnås en betragtelig besparelse, på både OPEX og CAPEX omkostningerne, ved at undersøge mulighederne for nanofiltrering.

58


Energioptimering ved udeladelse af Break Tanke Der ønskes her at analysere en løsning, som kan eliminere Break Tankene i ZLD applikationen. Koncentratet som kommer ud af trin 1 og 2 ledes til Break Tankene, hvor det oparbejdede tryk på henholdsvis 28 og 73 bar forsvinder. Disse værdier skyldes, som nævnt, trykfaldet på 2 bar hen over membranerne. Dvs. at pumperne i systemet altid skal hæve trykket efter de enkelte trin fra 0 bar. Løsningsforslaget her vil påvise den energibesparelse der ligger i at bibeholde disse tryk fra de enkelte trin videre i systemet, da det er muligt at seriekoble pumper med fødetryk fra andre pumper. Dog skal det sikres, at de enkelte pumper er konstrueret til at kunne håndtere det høje indløbstryk, som de udsættes for (Heilmann, T. 2011, s. 55).

Figur 22: ZLD membraner med styring uden Break Tanke, (Egen tilvirkning, 2017)

På figur 22 ses en skitse af det tiltænkte løsningsforslag. Ved at montere tryktransmittere på pumpernes suge og trykside, kan der laves en overvågning af at systemet driftes korrekt, uden behovet for Break Tankene. Flowmålere monteres efter behov, idet Grundfos’ egne frekvensreguleringer indeholder funktioner til monitorering af flow. Funktioner som “Limit Exceed” i Grundfos’ egne frekvensreguleringer, kan også anvendes i dette tilfælde. Denne funktion monitorerer eks. differenstrykket over pumpen indenfor en

59


prædefineret grænseværdi. Hermed kan styringen foretage op eller nedregulering af pumpens omdrejningstal således, at eks. kavitation og tørløb helt elimineres. Ved at overvåge differenstrykket og flowet igennem pumperne, bør disse målinger over pumperne, i sammenspil med en antaget beskeden software programmering i systemets PLC, helt kunne eliminere brugen af Break Tanke Beregninger vil i dette løsningsforslag kun omhandle OPEX besparelser, da der antages at være for mange ubekendte faktorer i forbindelse med besparelser vedrørende Break Tankenes størrelser, materialevalg samt rørføring og installationer. Desuden vil det også være meget case specifikt, hvor meget installation af sensorer samt programmeringen af systemets PLC, vil belaste systemets samlede CAPEX regnskab (Pedersen, K. E. P. 2017). Det antages dog, at CAPEX omkostningerne ved denne driftsform vil være fordelagtige, idet pumpernes størrelse også kan reduceres, da de skal producere mindre tryk. I bilag 5 findes udførlig dokumentation af beregninger over anlæggets energiforbrug, med og uden Break Tanke. Skema 4 illustrerer de optagne effekter med og uden Break Tanke.

Optagen effekt med Break Tanke

Pumpetype Løftehøjde Mvs

Vandmængde m³/h

Optagen effekt kW

Henvisning

BMS 30-14 30 60 72 Bilag 4

BMS 17-22 750 21 68,4 Bilag 5

BMS (Spec. fab.)* 1200 12,5 64,8 Bilag 5

Optagen effekt uden Break Tanke

Pumpetype Løftehøjde Mvs

Vandmængde m³/h

Optagen effekt kW

Henvisning

BMS 30-14 30 60 72 Bilag 4

BMS 14-22 470 21 40,7 Bilag 5

BMS 14-22 470 12,5 25,4 Bilag 5 Skema 4: Optagne effekter med/uden Break Tanke, (Egen tilvirkning, 2017)

* Skal specialfabrikeres, da denne model ikke indgår i pumpeporteføljen på Grundfos i dag

60


Fratrækkes de optagne effekter, på skema 4, som er beregnet henholdsvis med og uden Break Tanke (markeret med grønt) med hinanden, fås følgende regnestykke: f fektbesparelse f fekter med Break Tanke Effekter uden Break Tanke →E = E −

f fektbesparelse (72 8, 4, ) (72 0, 5, ) 67, kW E = + 6 4 + 6 8 − + 4 7 + 2 4 = 1

Nu findes årlig OPEX besparelse: rlig OPEX besparelse Effekt besparelse T imer/døgn Dage/år ilgængelighedÅ = · · · T

rlig OPEX besparelse 67, 4 65 , 29.016 kWh Å = 1 · 2 · 3 · 0 9 = 5

Her opnås også god OPEX besparelse. Hvis anlægget uden Break Tanke installeres i Indien, vil der altså jf. figur 23, kunne spares 0,12 U.S $ pr. kWh. Et års drift omregnet til danske kroner, vil derfor give følgende økonomiske besparelse:

, 2 U .S $ 0, 7 kr (V alutakurser.dk, november, 2017)0 1 = 7

, 7 529.016 407.342 kr. 0 7 · =

Figur 23: Elpriser i U.S $, pr. kW, (statista.com, 2017)

61


Energioptimering med Trykveksler og Turbolader

Som det er angivet på figur 24, forlader det sidste koncentrat systemet med ca. 118 bar. Dette koncentrat sendes videre til den termiske fordampning eller til fordampningstankene, hvis anlægget står i Indien. Dette tryk, som er blevet oparbejdet igennem hele membransystemet, forsvinder nu i denne fordampningsproces. Derfor undersøges nu muligheden for, at bibeholde dette tryk i systemet for at formindske energiforbruget i applikationen.

Figur 24: Afgangstryk på ZLD systemet, (Egen tilvirkning, 2017)

62


På membrananlæg til afsaltning af havvand er der især 2 teknologier, som bruges til at udnytte dette afgangstryk. Det drejer sig om trykveksleren (P/X) og Turboladeren. Disse teknologier er nærliggende at bruge på ZLD anlæggene. Problematikken ligger i, at der opereres med tryk op til 120 bar. I dag ligger grænsen på ca. 85 bar for trykveksleren og 110 bar for turboladeren. Dog forventes det, at det inden længe også vil være muligt, at montere P/X og turboladere til min. 120 bar (Criado, C. 2017). Idet det antages, at denne udvikling er nært forestående, regnes i det følgende med, at begge teknologier er konfigurerbare til afgangstrykket på 118 bar.

Turboladeren

Det er muligt at føre koncentratet igennem en turbolader, som udnytter tryk og volumenstrøm fra afgangen på de sidste membraner, til at tryksætte væsken på tilgangen på selvsamme membraner, illustreret på figur 25.

Figur 25: Turbolader på sidste membrantrin, (energyrecovery.com, 2017)

I beregningerne findes en effekt ud fra det tryk og den volumenstrøm, der ledes til det ene skovlsæt i turboladeren. Hvis turboladerens virkningsgrad kendes ved dette tryk og flow, kan det tilsatte tryk på membranernes tilgang findes. For at øge beregningernes reliabilitet sammenlignes beregningsprogrammet fra Energyrecovery, med beregninger af den effekt, som turboladeren kan tilføre systemet. Samtlige beregninger kan tilgås i bilag 6.

63


Figur 26: Billede af Fedco turbolader for membransystemer, (Fedco.com, 2017)

64


I bilag 6 ses, at overensstemmelsen imellem beregningsprogrammet fra Energyrecovery og udførte beregninger stemmer godt overens, idet beregningerne påviste 100% overensstemmelse: Der regnes fortsat med indiske elpriser. Da CAPEX i dette tilfælde kendes, foretages følgende investeringskalkule, for at påvise merinvesteringens lønsomhed. Turboladerens levetid antages til 10 år (Pedersen, K. E. P. 2017). “Kalkulationsrenten for et investeringsforslag fastsættes under hensyntagen til lånerenten, alternativrenten, risiko, investeringshorisont samt inflation” (Bang K. E. m.fl. 2013, s. 270). Renteniveauet er p.t. relativt lavt, derfor antages under hensyntagen til ovenstående en kalkulationsrente på 10% i de følgende investeringsberegninger. I de følgende beregninger anvendes især 4 begreber.

● Dynamisk pay-back. Dette begreb betyder, at der ved beregning af tilbagebetalingstiden på en investering tages hensyn til renter

(Bang K. E. m.fl. 2013, s. 289). ● Kapitalværdi. Dette begreb dækker over nutidsværdien af det beløb som

investeringen har genereret (Bang K. E. m.fl., 2013, s. 273). ● Intern rente. Belyser en investerings lønsomhed. Altså den rente der ved en

tilbagediskontering af nettobetalingsstrømmen giver en kapitalværdi på nul (Ibid). ● Årlige netto besparelser. Repræsenterer ét års energibesparelser

(beregnet i bilag 6) ved implementering af forslaget ved døgndrift (Ibid).

Skema 5: Investeringens lønsomhed, (Egen tilvirkning, 2017)

65


På skema 5 ses under dynamisk pay-back, at investeringen næsten er tilbagebetalt efter 2 år. Den præcise beregning på figur 27 viser, at der genereres positiv kapital ved investeringen efter 2,09 år, samt en intern rente på 54,5%. Beregningerne viser en positiv kapitalværdi til virksomheden på ca. 255.000 kr. efter 10 år, ved gennemførelse af investeringen.

Figur 27: Præcis tilbagebetalingstid på investeringen, (Excel finansiel beregner, 2017)

På skema 6 foretages følsomhedsberegninger på elprisen, (stigning i disse på 5% p.a). Her bliver merinvesteringen endnu mere lønsom (intern rente på 59%), samtidig med at den dynamisk pay-back tid reduceres yderligere (Bang K. E. m.fl. 2013, s. 289-304). Regnearket tilgås via link i læsevejledningen.

. Skema 06: Følsomhedsanalyse på investeringen, (Egen tilvirkning, 2017)

66


Trykveksleren

Trykveksleren er igen en enhed, som via en roterende kerne af porcelæn, indeholdende kamre, overfører trykket fra koncentratet ud af sidste membrantrin, til vandet som løber ind i samme trin. Vandet fra lavtrykssiden skaber selv rotationen i trykveksleren og koncentratet trykker nu den væske ud, som står inde i kernen via direkte kontakt. Der foregår ikke en opblanding af væskerne, da processen foregår så hurtigt, at dette ikke kan foregå, idet den roterende kerne nu lukker af for koncentratets vej igennem trykveksleren. Kernen er nu fuld af koncentrat, som har afgivet sin energi. Koncentratet roterer nu ned på lavtrykssiden, hvor tilløbstrykket skubber koncentratet ud af systemet igen (energyrecovery.com, 2017). På bilag 7 findes via link en illustration af trykvekslerens virkemåde for yderligere indsigt.

Billede 12: Ind/udløb på trykveksler, (energyrecovery.com, 2017)

67


På figur 24, bemærkes, at der udvindes 5 m³/h permeate på sidste trin af det tilførte flow på 12,5 m³/h. De sidste 7,5 m³/h (60% af det totale flow), kan altså udnyttes i trykveksleren inden det sendes til fordampning. Dette flow af koncentrat ud af sidste membrantrin, er altså bestemmende for flowet igennem trykveksleren. Trykveksleren har en virkningsgrad på op til 98% (energyrecovery.com, 2017). På figur 28 ses, at flowet er det samme på alle ind og udtag. Dette er vigtigt, da eks. et større flow på PX High Pressure Outlet og PX High Pressure Inlet, end på PX Low Pressure Inlet kan indikere, at der ledes koncentrat ind på membranerne igen. Dette kan resultere i tilstopning af disse, med utilsigtede stop som konsekvens. Derfor skal der til trykveksler installationer medfølge en del overvågningsudstyr heriblandt flowmålere og div. ventiler. Desuden skal der udføres en del programmeringsarbejde, for at inkorporere denne løsning i systemet (Pedersen, K. E. P. 2017). Styklisten til en komplet installation findes i bilag 7.

Figur 28: Illustration af flow igennem trykveksler, (Grundfos.com, 2017)

68


På figur 28 ses, at vandet som driver trykveksleren (PX Low Pressure Inlet) skal føres tryksat tilbage efter højtrykspumpen, for at opretholde det korrekte flow igennem membranerne. Med dette for øje, er der udført beregninger på 3 modeller, hvor der monteres en trykveksler i ZLD anlægget fra DOW. På figur 28 bemærkes desuden, at der er monteret en boosterpumpe. Denne pumpe er nødvendig i anlæg, hvor der ikke er tilstrækkeligt tryk til, at kunne drive systemet rent hydraulisk, idet trykfaldet over membraner, div. rørtab samt tab i trykveksleren, vil umuliggøre cirkulationen af vand, uden at boosterpumpen hæver trykket til systemtrykket igen. I løsningsforslagene er der pga. de høje tryk imellem trinene, i stedet monteret ventiler, som nødvendigvis, i nogle tilfælde, må neddrosle det overskydende tryk. Det har ikke været muligt, at finde reliable beregningsprogrammer til beregning af energibesparelser i forbindelse med installering af en trykveksler i 3 trins ZLD installationer, som den i projektet anvendte. Derfor kan der ikke foretages krydsvalidering af beregningerne i dette tilfælde. Samtlige beregninger og løsningsmodeller kan tilgås i bilag 7. Det bemærkes, at trykvekslerens virkningsgrad afhænger meget af tilgangstrykket, da dette ledes videre ud i systemet med et energitab som konsekvens. Tryktabet ved kontakt imellem væskerne antages som på figur 28 til 1 bar. Se også bilag 7 for yderligere informationer om trykvekslerens virkningsgrad.

Beregningsmetode Følgende beregninger udføres via en energibalance, hvilke energier tilføres systemet og hvilke energier forlader systemet. Samme fremgangsmåde som i tidligere afsnit via anvendelse af formler fra (Heilmann, T. 2011, s. 17).

● Trykveksler (Tilført energi). Trykveksleren vil tilføre systemet energi via det tilbageførte tryk og volumenstrøm af koncentrat.

● Tab. Der vil forekomme tab i ventiler, som skal drosle trykket til passende niveauer. Ikke deciderede tab, da disse under alle omstændigheder, ville være blevet ledt ud med koncentratet, men alt andet lige en form for tab.

● Pumper. Det er her energibesparelserne ligger. Det som trykveksleren tilfører systemet spares i energi til pumpedrift.

69


Figur 29: Mest rentable standard løsningsforslag, (model 2), (Egen tilvirkning, 2017)

På figur 29 ses jf. bilag 7, at der ved at vælge den mest energibesparende model, kan spares en netto energi på 9,6 kWh, selvom der bortdrosles tryk på henholdsvis 42 og 27 bar. (markeret med rødt).

Skema 7: Merinvesteringsberegning for model 2, (Egen tilvirkning, 2017)

70


Beregningerne på skema 7, viser en dynamisk pay-back på 4 til 5 år. En positiv kapitalværdi efter 10 år på 172.000 kr, er langt fra det beløb som genereres efter 10 år ved turbolader installationen, men alt andet lige en lønsom investering, med en intern rente på 26%. Dog forlyder det, at trykveksleren generelt har en længere levetid end turboladeren. Disse oplysninger kan imidlertid ikke dokumenteres, men dette bør undersøges nærmere af Grundfos, da investeringen vil blive mere lønsom, hvis der opereres med levetider på eks. 15 år (Bang K. E. m.fl. 2013, s. 289-304).

71


En ny vinkel På figur 30 herunder, vil analyser og empiri tilegnet igennem projektet, lægge til grund for en model, hvor tab i ventiler elimineres. Ulig de andre modeller, føres den udtagne vandmængde før trin 1, ikke tryksat tilbage til dette trin. I stedet tilføres dette flow det sidste membrantrin. Hermed ønskes at kombinere de 2 beskrevne anlæg, navnlig en opblanding af volumener før sidste membrantrin med forskellig TDS % for at drive en trykveksler, og en tryksætning af kun den nødvendige vandmængde. Dette vil kræve en ændring af membranernes konfiguration, da der nu kan anvendes færre membraner på de 2 første trin, hvorimod det sidste trin vil kræve nærmere undersøgelse, da der her vil foregå en opblanding af 2 volumenstrømme, med forskelligt indhold af TDS %. Dette bør påvirke antallet af membraner, da det som før nævnt er nettotrykket efter equilibrium er opnået, som vil skabe flowet igennem membranen. Afhængigt af vandets TDS %, vil dette osmotiske tryk ændres, heraf også nettotrykket som driver flowet, da mindre TDS % vil kræve et mindre osmotisk tryk, og samtidig generere, et større flux af permeate ud af membranen (DOW.com, 2017). Beregninger samt data fremskaffet til løsningen af denne model kan tilgås i bilag 8.

Påvirkning af membraner Ændringerne i flows og TDS % vil påvirke antallet af membraner i denne løsning. Hvor membranerne kan reduceres forholdsmæssigt på trin 1 og 2, via et reduceret flow med samme TDS %, skal der yderligere beregninger til på trin 3, hvor TDS % ændres kombineret med et højere flow. Idet membranerne reduceres på trin 1+2 vil der blive produceret mindre permeate. Derfor skal der kompenseres for dette på det sidste membrantrin.

72


Figur 30: Model uden tab i ventiler, (Egen tilvirkning, 2017)

På figur 30 ses de forskellige værdier for flow, recovery og TDS i systemet før og efter montering af trykveksler.

73


Konfigurering af membraner på trin 3 Beregningerne i bilag 8 viser, at der jf. figur 30, skal produceres 11m³/h permeate på trin 3 for at kompensere for trin 1+2. Derfor findes via skema 8, det antal membraner og membrantype, som anbefales på trin 3, under hensyntagen til de ændrede værdier på TDS, flow og permeate. Der anvendes formler fra (DOW.com, 2017)

Anbefalet membrantype: 6 m²Apr. element = Permeatef low

l/m²/h · elementer = 8·245000 = 2

Stemmer ok overens med typen XUS180808, som har et areal på 27m²

Skema 08: Data på membraner, (Dow.com, 2017)

På skema 8 ses specifikationerne på tilgængelige membraner fra DOW.

74


Netto osmotisk tryk: Først ønskes at finde det stof, som isoleret set kræver det overskydende osmotiske tryk ved 6% TDS til at drive det pågældende permeateflow på 5m²/h jf. figur 24. Trin 3 indeholder 24 elementer, som leverer 8 liter/m²/h: Der anvendes formler fra (DOW.com, 2017) Netto osmotisk tryk (NOT) OT 6 barN = Permeatef low(L)

L/m²/h · Antal membraner = 8·245000 = 2

Figur 31: Osmotisk tryk for Kalciumklorid, (Egen tilvirkning, 2017)

Kurven passer på Kalciumklorid, (ca. 94 bar ved 6% TDS). Dette stof efterlader det (NOT), som er nødvendigt for at drive 5m²/h permeate igennem systemet 120 4) 6 bar ( − 9 = 2 Jf. ovenstående beregning. Figur 31 er udført ved at overføre værdier vedrørende Kalciumklorid til eksisterende figur fra DOW (Researchgate.net, 2017) (DOW.com, 2017).

75


Til et TDS indhold på 4,2 %, som opstår ved trin 3 ved mont. af trykveksler, er der aflæst et osmotisk tryk på 75 bar. Dette efterlader altså et NOT på 120 5) 45 bar( − 7 = Antal membraner på trin 3: low NOT /m²/hF = · L

Af formlen ses, at en ændring i NOT, vil resultere i tilsvarende ændring i flowet. En TDS på 4,2% og deraf NOT på 45 bar, og en TDS på 6% og deraf NOT på 26 bar vil altså ændres med følgende faktor: aktor , 3F = Ny NOT

GL. NOT = 2645 = 1 7

low 4, % TDS l/m²/h ved 6% TDS stigning i NOT 8 , 3 13, 2 l/m²/h F 2 = · = · 1 7 = 8

otal permeatef low l/m²/h ntal membraner ²/element 3, 2 4 7 968 liter/h T = · a · m = 1 8 · 2 · 2 = 8

For at hæve permeateflowet til 11m³/h, skal antallet af membraner altså øges til:

ntal membraner 0 stkA = Ønsket f lowl/m²/h · m²/element = 11000

13,82 · 27 = 3

Ændring af membraner trin 1-3

Trin Ændring i antal Henvisning

Trin 1 - 7 stk Bilag 8

Trin 2 - 2 stk Bilag 8

Trin 3 + 6 stk Ovenstående beregninger Skema 9: Modellens påvirkning af membraner i trin 1-3, (Egen tilvirkning, 2017)

76


Figur 32: De bestemmende faktorer for indvundet permeate, (Egen tilvirkning, 2017)

På figur 32 ses, at antallet af membraner bestemmes af vandets tryk, flow og TDS indhold. Vandprøven vil så være afgørende for om sammensætningen af TDS i vandet, er så kompleks, at 3 trin med forskellige osmotiske tryk er påkrævet. Ligeledes bestemmes hvor meget recovery, der skal være over de enkelte trin for optimal drift.

Skema 10: Merinvesteringsberegning for model uden ventiler, (Egen tilvirkning, 2017)

77


Beregningerne vedr. merinvesteringen viser på skema 10 med data fra bilag 8, at der genereres positiv kapital efter ca. 4 år. Interessant er dog den kapitalværdi, der er genereret efter 10 år. Denne er større end den i turboladerens tilfælde genererede kapitalværdi efter 10 år. Problemet ligger i, at man ikke har genereret endnu større positiv kapitalværdi, selv om man har investeret et større beløb. Man får altså ikke så god en forrentning af det investerede beløb, som det er tilfældet ved merinvesteringen i turboladeren. Lønsomheden er stadig god, idet den interne rente (30,85%), stadig er betydelig større end kalkulationsrenten (Bang K. E. m.fl. 2013, s. 289-304). Vigtigt er det også at understrege, at der i ovenstående afsnit arbejdes specifikt med et anlæg som tilføres 60m³ spildevand i timen. Derfor antages følgende ud fra de udførte beregninger: Når den dynamiske pay-back ligger på ca. 3-4 år på de udførte merinvesteringsberegninger, så vil Pay-back tiden falde betragteligt på større anlæg. Dette fordi, at der kan hentes mere effekt ud af både turbolader og trykveksler ved et større koncentratflow ud af sidste trin. Beregningerne indikerer også, at merinvesteringen i energyrecovery på anlæg under 60 m³/h, ikke kan betale sig, i forhold til en acceptabel dynamisk pay-back-tid, som virksomhederne typisk vurderer til at være max 3 år (Pedersen, K. E. P. 2017).

78


Datafortolkning og metodekritik Der er opmærksom på, at der er tale om teoretiske betragtninger i ovenstående afsnit, hvoraf der er opstillet nogle hypoteser omkring energioptimeringsforslag. Desuden er der opmærksomhed på, at beregninger vedr. NOT i langt de fleste tilfælde, vil være beregnet på et gennemsnit af flere forskellige stoffer, som udgør en samlet TDS % i spildevandet, og ikke kun et enkelt. Fremgangsmåden vil dog være identisk (Arafat, H. 2017). Der har ikke været mulighed for at afprøve de foreslåede energioptimeringer, hvorfor forskellige nuancer vedrørende drift på et fysisk ZLD anlæg, ikke indgår i optimeringsforslagene. For at eftervise en hypotese (løsningsforslag) vil man normalt skulle afprøve denne i et antal forsøg. Herved fås en base af kvantitative data, som tilsammen vil kunne sige noget om hypotesens holdbarhed. Denne base vil hjælpe med at fastslå, om der er tilstrækkeligt med validitet og reliabilitet i analyserne. De analyserede forslag er baseret på enkelt tilfælde, såkaldte case studies. Hvorvidt der med denne tilgang er tale om tilfredsstillende kvantitativ metode, kan måske diskuteres, men idet der er opmærksom på metodens begrænsninger, og på hvad der kan konkluderes på denne baggrund, antages teorierne som anvendelige. Disse teorier suppleres med primærdata fra tilgået empiri omkring ZLD anlæggene i Indien, som støtte til teoriudviklingen (Heldbjerg, G. 1997, s. 76). Der er også korresponderet med Castor Criado fra EnergyRecovery i USA, omkring denne problematik. Der ønskes i den henseende, at opnå en validering af metodikken vedrørende de fremsatte hypoteser i ovenstående afsnit, fra en ekstern kilde. Castor Criado udtaler, at så længe der er overensstemmelse imellem deres beregningsprogram, som har konfigureret talrige RO installationer, og udførte beregninger, er der efter hans opfattelse rigtig god reliabilitet på de områder, som omhandler overensstemmende beregninger i ovenstående hypoteser.

79


Delkonklusion Ovenstående afsnit anviser flere modeller, som kan hjælpe med at energioptimere på ZLD applikationen. Forskningen viser, at man efterhånden er så langt med membranudviklingen indenfor nanoteknologi, at der ved at anvende denne (jf. beregningerne), kan opnås besparelser i energiforbruget. Styrings og reguleringsmæssigt, er det muligt at energioptimere på den nuværende applikation, idet Break Tanke må anses for at være overflødige, i en tid, hvor PLC-controllere og andet reguleringsudstyr, kan kompensere for de store energimæssige omkostninger, der er konstateret ved at anvende Break Tanke. Ved at anvende turbolader eller trykveksler, er der også besparelser at hente på OPEX omkostningerne. Umiddelbart ser merinvesteringen i turbochargeren mest lønsom ud, men trykveksleren har umiddelbart et stort potentiale, hvis elementer fra det gamle og nye anlæg integreres i én samlet løsning, idet alle indikatorer tyder på, at trykveksleren vil have en længere levetid pga. de meget få sliddele, som denne indeholder. Hertil skal medregnes potentialet for at kunne reducere antallet af membraner i denne løsning. De indsamlede kvantitative og kvalitative data, i dette, og projektets tidligere afsnit, har nu givet mulighed for at besvare den del i problemformuleringen, som ønsker undersøgt, hvordan Grundfos under hensyn til digitalisering, kan forbedre salget af effektive og energioptimerede produkter til ZLD applikationen.

80


Konkurrencestyrkende tiltag

Formål Nu udvikles et konkurrencestyrkende tiltag via et værktøj, med det formål at hjælpe medarbejdere og kunder, til at konfigurere et ZLD anlæg med Grundfos produkter. Med baggrund i nævnte data og udførte beregningsmodeller, produceres et dimensioneringsværktøj, som med en holistisk tilgang til applikationen bestykker denne med det produktprogram, som Grundfos tilbyder. Af pladsmæssige hensyn, behandles kun den del af systemet, som befinder sig indenfor det skraverede areal på figur 33. Dette område repræsenterer den del af ZLD applikationen, hvor spildevandet behandles med RO membraner. Værktøjet er dog således opbygget, at en eventuel udvidelse, som indkluderer det komplette anlæg, er mulig.

Figur 33: ZLD flowdiagram med det afgrænsede område, (Egen tilvirkning, 2017)

81


Metode Udgangspunktet for værktøjet, er de i projektet indsamlede data og analysearbejde. Til formålet anvendes et Excel regneark, hvor de udvalgte beregninger fra projektet anvendes. Samtlige flowværdier mht. koncentrat, permeate, TDS % m.m beregnes jf. figur 30. Herefter bestykker værktøjet automatisk applikationen, med de korrekte produkter som også hentes fra et Excel regneark, indeholdende produktporteføljen fra Grundfos. Værktøjet vil være begrænset til at håndtere spildevandflows op til 100m³/h, pga. hensyn til projektets omfang. Værktøjet foretager beregninger vha. modellen hvor de 2 systemer blandes, da forventninger til trykvekslerens levetid og eventuelle besparelser på membraner antages, at have et stort fremtidigt potentiale. Merinvesteringsberegningerne i denne model har indikeret, at anlæg som ligger under spildevandsmængder på 60m³/h, kan være udfordret af en relativ lang dynamisk pay-back tid (+4 år), hvorfor værktøjet vil henvise til yderligere overvejelser, ved indtastning af værdier under 60 m³/h. På figur 33, ses tal fra 1-9. Disse tal repræsenterer en placering i applikationen, som dimensioneringsværktøjet efter indtastning af data, vil bestykke med et Grundfos produkt. Der dimensioneres således, at applikationen er klar til idriftssættelse med hovedkomponenter. For pumper af typen BMS konfigureres automatisk en tilhørende frekvensomformer. Pumper af typen CRE er med integreret frekvensomformer op til 22 kW.

● 1. Pumpe til trin 1. Den første pumpe i systemet, som dimensioneres ud fra hvorvidt der ønskes at anvende nanoteknologi eller traditionel omvendt osmose på trin 1.

● 2. Pumpe til trin 2. ● 3. Pumpe til trin 3. ● 4. Idet Break Tanke af energimæssige hensyn som udgangspunkt bør sløjfes,

konfigureres de tryktransmittere og flowtransmittere fra produktporteføljen, som ifølge Karl Erik Pape Pedersen, behøves for at regulere systemet uden brug af tankene.

● 5. Doseringspumperne i denne del af anlægget, sidder som nævnt for at tilsætte kemikalier ved bagskyl af membranerne, samt for at korrigere PH niveauet.

● 6. Her konfigureres energyrecovery i form af trykveksler og tilhørende pumpe. ● 7. Her konfigureres hardware til styring og regulering af systemet. På sigt vil

konfigureringen indeholde en ny type af kontrolenheden “Multi Pump Controller” (MPC). I dag vil en insourcet løsning fra Beckhoff skulle anvendes.

● 9. Flowmålere til måling af koncentrat og permeatemængde konfigureres her. Korrekt flow kontrolleres, idet et reduceret flow på 10-15% som nævnt, vil kræve en rensning (bagskyl) af membranerne med permeate, evt. tilsat kemikalier

(Desalination, 2017, s.16).

82


Produktporteføljen For at kunne konfigurere søgeplatformen, hvori værktøjet skal produktsøge korrekt, produceres et overblik over de produkter, der kan anvendes i ZLD applikationen fra Grundfos’ produktportefølje. Der er taget udgangspunkt i den eksisterende produktportefølje til afsaltningsanlæg og tilpasset til ZLD applikationens aktuelle produkter på figur 34. Et billede med højere opløsning tilgås via projektets hjemmeside. Link findes i læsevejledningen.

Figur 34: ZLD produktportefølje, (Egen tilvirkning, 2017)

83


Grundfos ZLD tool på figur 35 ses brugerfladen på værktøjet:

● Spildevandsmængde: Her indtastes værdier op til 100 m³/h ● Recovery trin 1-3: Vandprøven vil vise hvor meget recovery, der kan foretages over

det enkelte membrantrin, og indtastes herefter i de 3 kolonner. ● Trykstigning over P/X pumpe i bar: For at dimensionere en pumpe til trykveksleren

indtastes koncentratets forventede trykfald igennem denne. ● Nanoteknologi: Her vælges om der skal anvendes nanoteknologi.

Ved tilvalg tager værktøjet nu hensyn til dette, i konfigureringen af pumper på trin 1. ● TDS % på tilledt spildevand: Beregnes altid. Kan især bruges til at beregne antallet af

membraner på trin 3, jf. bilag 8, når ny TDS % efter trin 2 opstår ved montering af trykveksler.

● Pumpetryk: Indtastes med henblik på at konfigurere de korrekte produkter til det indtastede tryk.

● Doseringspumper kan tilvælges, hvis vandprøven viser behov for tilsætning af kemikalier ved bagskylning af membranerne.

Figur 35: Indtastningsfelt for konfigurationsværktøj. (Egen tilvirkning, 2017)

84


Figur 36: Bestykning med Grundfos produkter, (Egen tilvirkning, 2017)

På figur 36, ses det afgrænsede område på figur 33 bestykket med produkter, under hensyntagen til de indtastede værdier i indtastningsfelterne. Beregningsværktøjet kan tilgås via link, som findes under læsevejledningen.

85


Projektledelse De konkurrencestyrkende tiltag, som i det foregående er anbefalet, skal igangsættes på en faglig korrekt måde. Her vil projektledelse komme ind i billedet. Projektledelse er en omfattende proces, hvis den udføres korrekt. Der vil derfor af hensyn til projektets omfang, ikke blive gået i detaljen med projektledelse af de anbefalede tiltag. Figur 37 illustrerer blot en grov skitse af den proces, som i givet fald skal igangsættes, ved en full scale implementering af tiltagene. Idet der er tale om et afgangsprojekt, hvor undersøgeren alene udgør projektgruppen, og derfor selv udfører samtlige opgaver, vil projektledelse i større skala ikke være så relevant. Principperne er dog de samme, og nedenstående figur følges implicit. Figur 37 herunder, illustrerer som nævnt hvorledes den ideelle projektledelse, tænkes at fungere.

Figur 37: Projektledelsesprocessen, (Egen tilvirkning, 2017)

86


Vælger Grundfos at sætte større ressourcer ind på området, bør der gøres følgende overvejelser Idet: Projektledelse overordnet set, er at komme igennem projektet på den mest optimale måde. Et projekt i større skala er karakteriseret ved at opgaven:

● Er afgrænset tidsmæssigt ● Skal løses af en midlertidig projektorganisation, med tværfaglig deltagelse ● Er en kompleks problemstilling med stor usikkerhed ● Er adskilt fra ordinær driftsorganisation ● Er ressourcekrævende ● Resultatet eller produkt skal berige til en bedre løsning

Den valgte projektleder skal lede en gruppe medarbejdere, der typisk ikke arbejder sammen, samtidig med at opgaven er ny/ukendt. Desuden er opgaven normalt mere kompleks end almindelige driftsopgaver. Dette medfører, at der er behov for mere støtte og vejledning samt koordinering og prioritering. Projektlederen har også ansvaret for planlægningen og styringen af projektets opgaver. Som det ses på figur 37, så er der en rød tråd imellem flere af analyserne og planerne. Afhængig af projektets beskaffenhed, vælges forskellige løsningsmodeller til planlægge og fremdrive projektet. Der kan vælges mellem den lineære tilgang, som er beskrevet under ovenstående, eller den agile tilgang. Med en agil tilgang, anvendes kun de faktorer, jf. figur 37, som er meningsfulde og bidrager til den bedste opgaveløsning. Når den agile tilgang antages, anvender man ikke aktivitetsplan og milepælsplan, da den agile tilgang hele tiden udfordrer og ændrer den forrige aktivitetsplan og milepælsplan (Olsson, J. R. 2016).

87


Konklusion I dette projekt er det via analyser, forsøgt at finde frem til svar på de i problemformuleringen stillede spørgsmål. Det er muligt at optimere de nuværende Zero Liquid Discharge applikationer i Indien, både med hensyn til forbedret effektivitet og lavere energiforbrug. Hvis der i fremtiden anvendes anlæg i Indien med membrantryk på 120 bar, kan der afhængig af spildevandets sammensætning, opnås en forbedring af effektiviteten på det enkelte anlæg fra ca. 65% til over 90% genindvinding af spildevandet. Dette inden det resterende koncentrat sendes til fordampning, som bl.a vil bevirke, at flaskehalsproblemerne med de naturlige fordampningstanke, som anvendes i Indien reduceres betydeligt. Der findes flere muligheder for at energioptimere på ZLD applikationen. I projektet findes energibesparelserne med en tilgået spildevandsmængde på 60m³/h. Disse beregninger viser også, at større spildevandsmængder vil generere større besparelser, idet turboladerens og trykvekslerens effekter er afhængige af tilgået koncentratflow. Herudover baseres energibesparelserne hos nanoteknologien og udelukkelse af Break Tanke sig på, at der skal tryksættes mindre spildevand. Med en tilgået spildevandsmængde på 60m³/h viste analyserne, at anvendelse af nanoteknologi giver mulighed for betragtelige årlige besparelser på både OPEX (-510.000 kWh) og CAPEX omkostningerne (-105.000 kr.). Analyserne viste også, at der ved anvende styrings og reguleringsteknikker kan hentes energibesparelser (-529.000 kWh) ved at sløjfe Break Tankene i applikationen. Mht. energy recovery, så viser turboladeren en rigtig god lønsomhed på merinvesteringen med en intern rente på 54,5%, og en dynamisk pay-back tid på godt 2 år. De 3 modeller med trykveksler viser i den mest energibesparende model 2, en intern rente på 26%. På modellen, hvor de 2 systemer kombineres med en trykveksler, genererer energibesparelserne alene en intern rente på 30,85%, og merinvesteringen har en dynamisk pay-back på 4 år. Dette er umiddelbart ikke så lønsomt som turboladeren. Dog anbefales denne model fremadrettet, idet den er mere energibesparende. Samtidig bør der her ligge besparelser mht. reducering i antallet af membraner, og lave vedligeholdsomkostninger til trykveksleren. I problemformuleringen søges desuden svar på, hvordan Grundfos under hensyntagen til mere digitalisering, kan forbedre salget af produkter i Indien. Indsamlingen af data i Indien via spørgeskemaer og interview, og efterfølgende behandling af de indsamlede data, har resulteret i fremstillingen af et dimensioneringsværktøj, som kan facilitere tilgangen til den komplette produktportefølje fra Grundfos. Dette med udgangspunkt i de mest effektive og energibesparende resultater, som den forudgående analyse har dokumenteret.

88


For at understøtte denne nye viden, er det forsøgt at krydsvalidere samtlige beregninger, for på denne måde, at dokumentere resultaterne bedst muligt. På denne måde er det specielt i forhold til reliabiliteten i projektet forsøgt, at søge sand viden, understøttet af tilgængelige værktøjer, hvor det var muligt. For at sikre, at der findes det rigtige svar på projektets problemformulering, via analysernes validitet, samt er opnået sand viden via disses reliabilitet, er der herunder foretaget en vurdering af projektets validitet og reliabilitet.

Vurdering I projektet er der ud fra det valgte videnskabsteoretiske ståsted, positivismen, i sammenhæng med den analytiske tankegang, løbende foretaget en vurdering af projektets validitet og reliabilitet, i forhold til besvarelsen af problemformuleringen. Hvor det har været muligt, er der foretaget krydsreference og kontrol på alle interviews, kilder og beregninger, for netop at højne denne sikkerhed validitet og reliabilitet på analyserne. Efter hvert afsnit i analysedelen, er der også placeret et afsnit, som vurderer den anvendte metode. Herudover er der i projektets start oplyst om, at der foretages en løbende lødighedsvurdering af anvendte kilder. Ud fra denne betragtning vurderes projektets validitet som høj. Spørgeskemaundersøgelserne udført i Indien, opnår ikke større repræsentativ sikkerhed end ca. 85%, for hele det indiske markedssegment. Dog er denne problematik imødegået mest muligt ved, at anvende interview og spørgeskema i kombination, for dels at undgå ensidig påvirkning, og dels for at indhente nuanceret viden. Projektets reliabilitet vurderes derfor til at være moderat/høj.

89


Perspektivering Jeg har med dette projekt ønsket, at bidrage til den måde, som Grundfos kommer ind på markedet for Zero Liquid Discharge applikationer. Med dette projekt har jeg opnået ny viden på et område, som ikke kun kan anvendes i Indien. Vandbehandling af spildevand bruges som nævnt mange steder, og jeg mener, at løsningsforslagene som er fremkommet i projektet, kan anvendes på flere installationer af samme type, hvor det handler om at optimere vandbehandling med membranteknologi. Disse installationer kunne eks. være; afsaltningsanlæg på skibe, og vandbehandlingsanlæg på hospitaler. Det har givet stof til eftertanke, at der reelt set skulle lovgivning til, før virksomhederne i Indien begyndte at tage spildevandets betydning for miljøet alvorligt. Der er derfor et element af tvang over virksomhedernes tilgang til Zero Liquid Discharge. Det har med denne indgangsvinkel været naturligt for mig, at rette fokus ud mod kunderne og efterforske de behov, som Grundfos kan dække hos dem, for at styrke salget af produkter til applikationen. I løbet af projektet er jeg derfor også stødt på en ny problemstilling. Selvom disse forslag skulle være tilstrækkelige på den praktiske side, vil det også kræve noget af den interne organisationen på Grundfos, at få implementeret Zero Liquid Discharge applikationen i produktporteføljen. I denne forbindelse syntes jeg, at det kunne være interessant at undersøge, hvilke organisations og ledelsesværktøjer, der skal igangsættes i en international virksomhed af Grundfos’ størrelse, for at sikre optimal ageren, i forhold til applikationsviden og fastlæggelse af en optimal strategi. Dette med henblik på at positionere Grundfos optimalt på markedet for Zero Liquid Discharge.

90


Litteraturliste Andersen, I. 2008, Den skinbarlige virkelighed, 4. udgave, Forlaget Samfundslitteratur Andersen, F. R., Jensen B. W., Olsen M. R., Olsen S. Ø., Schmalz, P., 2015, International markedsføring, 5. udgave, Forlaget Gads aireo2, Equalization tank Tilgængelig via: https://www.aireo2.com/en/applications/equalization-basin/ [Senest tilgået 05.10.2017] Bang, K. E. m.fl. Erhvervsøkonomi. 4. udgave, Hans Reitzels Forlag carmeneusa, Lime softening Tilgængelig via: http://www.carmeusena.com/sites/default/files/ctools/tr-epa-lime-softening.pdf [Senest tilgået 05.10.2017] cheresources, Fordamper Tilgængelig via: http://www.cheresources.com/invision/uploads/images/articles/evap1.gif [Senest tilgået 05.10.2017] Colorado River, 2017 Tilgængelig via: http://chinawaterrisk.org/resources/analysis-reviews/zero-liquid-discharge-a-real-solution/ [Senest tilgået 01.07.2017] Darmer, P. Jordansen, B., Madsen, J. A. Thomsen, J. 2013, Paradigmer i praksis, 1. udgave, Handelshøjskolens Forlag Den store danske, Ionbytning, Osmose Tilgængelig via: http://denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Kemisk_laboratorie-_og_fabriksterminologi/ionbytning [Senest tilgået 05.10.2017] DOW, Osmotisk tryk, Formler for flow Tilgængelig via: https://sites.google.com/campus.aams.dk/zeroliquiddischarge [Senest tilgået 12.11.2017]

91

https://www.aireo2.com/en/applications/equalization-basin/

http://www.carmeusena.com/sites/default/files/ctools/tr-epa-lime-softening.pdf

http://www.cheresources.com/invision/uploads/images/articles/evap1.gif

http://chinawaterrisk.org/resources/analysis-reviews/zero-liquid-discharge-a-real-solution/

http://denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Kemisk_laboratorie-_og_fabriksterminologi/ionbytning

http://denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Kemi/Kemisk_laboratorie-_og_fabriksterminologi/ionbytning




Energyrecovery, Turbolader Tilgængelig via: https://sites.google.com/campus.aams.dk/zeroliquiddischarge [Senest tilgået 12.11.2017] Fedco, Turbolader Tilgængelig via: http://fedco-usa.com/sites/default/files/hpbstandardfinal.png [Senest tilgået 12.11.2017] freedrinkingwater.com, PH Tilgængelig via: http://www.freedrinkingwater.com/water-education2/ro-ph.htm [Senest tilgået 26.10.2017] genesys, Flokkulering Tilgængelig via: http://www.genesysro.com/genesys_spanish/uploads/docs/The_safe_use_of_cationic_flocculants_with_reverse_osmosis_membranes.pdf [Senest tilgået 05.10.2017] gewater, Vandets hårdhed Tilgængelig via: https://www.gewater.com/handbook/ext_treatment/ch_7_precipitation.jsp [Senest tilgået 05.10.2017] gewater, Fordamper, Krystallisator Tilgængelig via: https://www.gewater.com/sites/default/files/documents/TP1028EN.pdf [Senest tilgået 05.10.2017] Grundfos, Afdelingen Fluid Mekanik, intet år, Centrifugalpumpen, 1. udgave, Intet forlag Grundfos, virksomhedsdata Tilgængelig via: http://dk.grundfos.com/content/dam/danish/about-us/fakta/grundfos_fakta_12092017.pdf [Senest tilgået 19.09.2017] Grundfos, Koncernpolitik Tilgængelig via: http://dk.grundfos.com/content/dam/danish/about-us/Koncernpolitikker2014/10956_Group%20Policies_DK%202014_low.pdf [Senest tilgået 04.05.2017]

92



http://fedco-usa.com/sites/default/files/hpbstandardfinal.png

http://www.freedrinkingwater.com/water-education2/ro-ph.htm

http://www.genesysro.com/genesys_spanish/uploads/docs/The_safe_use_of_cationic_flocculants_with_reverse_osmosis_membranes.pdf

http://www.genesysro.com/genesys_spanish/uploads/docs/The_safe_use_of_cationic_flocculants_with_reverse_osmosis_membranes.pdf

https://www.gewater.com/handbook/ext_treatment/ch_7_precipitation.jsp

https://www.gewater.com/sites/default/files/documents/TP1028EN.pdf

http://dk.grundfos.com/content/dam/danish/about-us/fakta/grundfos_fakta_12092017.pdf

http://dk.grundfos.com/content/dam/danish/about-us/Koncernpolitikker2014/10956_Group%20Policies_DK%202014_low.pdf

http://dk.grundfos.com/content/dam/danish/about-us/Koncernpolitikker2014/10956_Group%20Policies_DK%202014_low.pdf


Grundfos, Desalination Tilgængelig via: https://sites.google.com/campus.aams.dk/zeroliquiddischarge [Senest tilgået 05.10.2017] Grundfos, (Pumps in water treatment), Ionbytning, Membraner Tilgængelig via: https://sites.google.com/campus.aams.dk/zeroliquiddischarge [Senest tilgået 05.12.2017] Heldbjerg, G. 1997, Grøftegravning i metodisk perspektiv 1. udgave, Forlaget Samfundslitteratur Heilmann, T, 2011, Pumpedrift og energi, 5. udgave, Heilmanns Forlag Hofstede, G. Kultursammenligning Tilgængelig via: https://geert-hofstede.com/denmark.html [Senest tilgået 04. 10.2017] Jens Martin Knudsen, Hvad er videnskab? Tilgængelig via: https://primus.systime.dk/index.php?id=201 [Senest tilgået 04.05.2017] Kisgroup, Ionbytning Tilgængelig via: http://www.kisgroup.net/dm-plant.html [Senest tilgået 05.10.2017] Langergaard, L. L. Rasmussen S., B., Sørensen A. 2013, Viden videnskab og virkelighed, 1. udgave, Forlaget Samfundslitteratur Lauritsen Aa. B. Eriksen, Aa. B., 2012, Termodynamik, 3. udgave, Nyt Teknisk Forlag licdn, Ionbytningspolymer Tilgængelig via: https://media.licdn.com/mpr/mpr/AAEAAQAAAAAAAAvpAAAAJDJlZDlmMWEzLTUyNTUtNDdhOC04OTlkLTE1ZjU3Mzc1MzYzMA.jpg [Senest tilgået 05.10.2017]

93





https://geert-hofstede.com/denmark.html

https://primus.systime.dk/index.php?id=201

http://www.kisgroup.net/dm-plant.html

https://media.licdn.com/mpr/mpr/AAEAAQAAAAAAAAvpAAAAJDJlZDlmMWEzLTUyNTUtNDdhOC04OTlkLTE1ZjU3Mzc1MzYzMA.jpg

https://media.licdn.com/mpr/mpr/AAEAAQAAAAAAAAvpAAAAJDJlZDlmMWEzLTUyNTUtNDdhOC04OTlkLTE1ZjU3Mzc1MzYzMA.jpg


Miljøministeriet, Membraner Tilgængelig via: http://www2.mst.dk/common/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2000/87-7944-227-7/html/bil12.htm [Senest tilgået 05.10.2017] Ministry of India, Udledningskrav Tilgængelig via: http://www.moef.nic.in/sites/default/files/Effluents%20from%20textile%20Industry.PDF [Senest tilgået 01.10.2017] National water policy 2012 Tilgængelig via: http://wrmin.nic.in/writereaddata/NationalWaterPolicy/NWP2012Eng6495132651.pdf [Senest tilgået 01.10.2017] nih, Ionbytning (COD) Tilgængelig via: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15508420 [Senest tilgået 05.10.2017] Olsson, Ryding, J., Ahrengot, N., Attrup, Lindegaard, M., 2016, Power i projekter og portefølje, 3. udgave, Djøf forlag Outlook on Zero Liquid Discharge Tilgængelig via: https://store.frost.com/outlook-on-zero-liquid-discharge-zld-market-in-india.html [Senest tilgået 10.08.2017] parkusa, Break tank,, Tilgængelig via: http://parkusa.com/index.php/products/tap-water/break-tank-system [Senest tilgået 05.10.2017] Petersen, P. E. 2010, Elektroteknik 3, 4. udgave, Bogfondens Forlag A/S ResearchGate, ZLD applikationer Tilgængelig via: https://sites.google.com/campus.aams.dk/zeroliquiddischarge [Senest tilgået 05.10.2017]

94

http://www2.mst.dk/common/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2000/87-7944-227-7/html/bil12.htm

http://www2.mst.dk/common/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2000/87-7944-227-7/html/bil12.htm

http://www.moef.nic.in/sites/default/files/Effluents%20from%20textile%20Industry.PDF

http://wrmin.nic.in/writereaddata/NationalWaterPolicy/NWP2012Eng6495132651.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15508420

https://store.frost.com/outlook-on-zero-liquid-discharge-zld-market-in-india.html

http://parkusa.com/index.php/products/tap-water/break-tank-system




Researchgate, Calciumklorid Tilgængelig via: https://www.researchgate.net/figure/269953432_fig2_FIGURE-2-Osmotic-pressure-of-select-draw-solution-solutes [Senest tilgået 12.11.2017] Reverse Osmosis in Systems Review, Vandmolekylet Tilgængelig via: https://reverseosmosissystemsreview.com/particle-size-chart [Senest tilgået 05.11.2017] roplant, Sandfilter Tilgængelig via: http://www.roplant.net/pressure-sand-filter.html?panel=0 [Senest tilgået 05.10.2017] Statista, Elpriser Tilgængelig via: https://www.statista.com/statistics/477995/global-prices-of-electricity-by-select-country/ [Senest tilgået 12.11.2017] Teknologisk institut, Industri 4.0 Tilgængelig via: https://www.teknologisk.dk/hvad-er-industri-4-0/36707 [Senest tilgået 19.09.2017] Thurén, T. 2007, Videnskabsteori for begyndere, 2. udgave, Forlaget Rosinante West, S. Aa. 2015, Vedligehold, 4. udgave, Bogfondens Forlag wp, Lime softening Tilgængelig via: https://i1.wp.com/www.processingmagazine.com/wp-content/uploads/2015/06/Photo-1-20130228_085122_360x2351.jpg?fit=360%2C235&ssl=1 [Senest tilgået 05.10.2017] Zero Liquid Discharge: Heading for 99% recovery in nanofiltration and reverse osmosis Tilgængelig via: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916408006632 [Senest tilgået 05.10.2017

95

https://www.researchgate.net/figure/269953432_fig2_FIGURE-2-Osmotic-pressure-of-select-draw-solution-solutes

https://www.researchgate.net/figure/269953432_fig2_FIGURE-2-Osmotic-pressure-of-select-draw-solution-solutes

https://reverseosmosissystemsreview.com/particle-size-chart

http://www.roplant.net/pressure-sand-filter.html?panel=0

https://www.statista.com/statistics/477995/global-prices-of-electricity-by-select-country/

https://www.teknologisk.dk/hvad-er-industri-4-0/36707

https://i1.wp.com/www.processingmagazine.com/wp-content/uploads/2015/06/Photo-1-20130228_085122_360x2351.jpg?fit=360%2C235&ssl=1

https://i1.wp.com/www.processingmagazine.com/wp-content/uploads/2015/06/Photo-1-20130228_085122_360x2351.jpg?fit=360%2C235&ssl=1

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916408006632


Figurlister, m.m Figur 1: Principtegning af nuværende ZLD anlæg i Indien, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 2: Den nye generation ZLD anlæg, (DOW.com, 2017) Figur 3: Tilsætning af flokkulant, (genesysro.com, 2017) Figur 4: Sandfilter, (roplant.net, 2017) Figur 5: Ionbytteproces, (kisgroup, 2017) Figur 6: Det osmotiske princip, (Grundfos.com/desalination, 2017) Figur 7: Omvendt osmose, (Grundfos.com/desalination, 2017) Figur 8: 3-trins RO anlæg, (DOW.com, 2017) Figur 9: Splittegning af spiralmembran, (Grundfos.com/desalination, 2017) Figur 10: Forskellige stoffers osmotiske tryk, (Grundfos, pumps in water treatment, 2002) Figur 11: Membraner i “juletræsfacon”, (Pumps in water treatment, 2012) Figur 12: Falling film fordamper, (cheresources.com, 2017) Figur 13: Crystallizerens virkemåde, (gewater.com, 2017) Figur 14: Placering af de besøgte sites og maskinbyggere i Indien, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 15: Sammenligning af dansk og indisk kultur, (Hofstede, 2017) Figur 16: Søjlediagram for spørgeskema, Muzaffarpur, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 17: Søjlediagram for spørgeskema, Badnarwar, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 18: Sammenhæng mellem stikprøvens størrelse og sikkerhed, (Andersen, F. R. 2015) Figur 19: Membraners filtreringsgrad, (Grundfos, Pumps in water treatment) Figur 20: 3-trins RO anlæg, (DOW.com, 2017) Figur 21: BMS pumpe med pumpekurve 1. trin, (Grundfos product selection.com, 2017) Figur 22: ZLD membraner med styring uden Break Tanke, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 23: Elpriser i U.S $, pr. kW, (statista.com, 2017) Figur 24: Afgangstryk på ZLD systemet, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 25: Turbolader på sidste membrantrin, (energyrecovery.com, 2017) Figur 26: Billede af Fedco turbolader for membransystemer, (Fedco.com, 2017) Figur 27: Præcis tilbagebetalingstid på investeringen, (Excel finansiel beregner, 2017) Figur 28: Illustration af flow igennem trykveksler, (Grundfos.com, 2017) Figur 29: Mest rentable standard løsningsforslag, (model 2), (Egen tilvirkning, 2017) Figur 30: Model uden tab i ventiler, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 31: Osmotisk tryk for Kalciumklorid, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 32: De bestemmende faktorer for indvundet permeate, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 33: ZLD flowdiagram med det afgrænsede område, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 34: ZLD produktportefølje, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 35: Indtastningsfelt for konfigurationsværktøj. (Egen tilvirkning, 2017) Figur 36: Bestykning med Grundfos produkter, (Egen tilvirkning, 2017) Figur 37: Projektledelsesprocessen, (Egen tilvirkning, 2017)

96


Billedliste Billede 1: Manometre på stage 1,2,3, Kasyap Sweetners, Indien (Eget arkiv, 2017) Billede 2: Flow igennem stage 1,2,3, Kasyap Sweetners, Indien, (Eget arkiv, 2017). Billede 3: Filtreringstrin med pumper, Kasyap Sweetners, India, (Eget arkiv, 2017). Billede 4: Equalization basin, (aireo.com, 2017). Billede 5: Lime softening, (WP.com, 2017) Billede 6: UF filtre på Rochem ZLD anlæg, Kasyap Sweetners, Indien, (Eget arkiv, 2017) Billede 7: Polymermateriale til ionbytning, (licdn.com, 2017) Billede 8: Vandprøve med 1,2% TDS, Kasyap Sweetners, Indien, (Eget arkiv, 2017) Billede 9: BMS pumpe, 1. trin på ZLD anlæg, (Grundfos.com, 2017) Billede 10: Break Tank, (parkusa.com, 2017) Billede 11: Dataindsamling til kvantitativt spørgeskema, Muzaffarpur, (Eget arkiv, 2017) Billede 12: Ind/udløb på trykveksler, (energyrecovery.com, 2017) Skemaliste Skema 1: Spørgeskema til driftspersonale på Sir Shadilal Distillery, Muzaffarpur, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 2: Spørgeskema til driftspersonale på Kasyap Sweetners, Badnarwar, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 3: Sammenligning af forskellige pumpetyper, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 4: Optagne effekter med/uden Break Tanke, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 5: Investeringens lønsomhed, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 6: Følsomhedsanalyse på investeringen, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 7: Merinvesteringsberegning for model 2, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 8: Data på membraner, (Dow.com, 2017) Skema 9: Modellens påvirkning af membraner i trin 1-3, (Egen tilvirkning, 2017) Skema 10: Merinvesteringsberegning for model uden ventiler, (Egen tilvirkning, 2017)

97


Referencer

Virksomhed Person Telefon Email

Energyrecovery, USA

Castor Criado, Global sales Director

0034-659542634 [email protected]

Grundfos, Danmark

Karl Erik Pape Pedersen, Application manager

87501400 [email protected]

Masdar University, Abu Dhabi

Hassan Arafat 0097-128109119 [email protected]

Kasyap Sweeteners, India

Nikhlesh Mathur, Works manager


Rochem, India

Prakash Devidas, Senior vice president


98

mailto:[email protected]





Documents

Zero Liquid Dischargecampus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/6029/Zero Liquid Discharge... · It becomes obvious that a lot can be done to improve the ZLD application,