I följande avsnitt tillkommer beskrivning av vald metod för genomförande av WPA samt en beskrivning av den skapade Excel-modellen och hur validering av den genomförs. De fallstudierna som kommer att analyseras med WPA redovisas ingående.
3.1 Val av WPA metod och framtagning av Excel-modell
Processer som använder sig av vatten kan klassificeras som MTB eller NMTB. I MTB processer används vatten som separationsmedel. Utifrån att papperstillverkningsprocessen är en kontinuerlig process där avvattningen i hög grad är befintlig samt att vatten används som råmaterial istället för separationsmedel klassificeras processen som en NMTB. Vid översyn av de metoder som redovisat i avsnitt 2.2.3 och 2.2.4 går det att urskilja grafiska och numeriska metoder. De grafiska metoderna LCC och SSCC är användbara ifall syftet är att få en översiktlig graf av procesströmmarnas möjlighet till samverkan. De grafiska metoderna kan i vissa fall vara iterativa och tidskrävande vid uppbyggnad. Exempelvis kan iterationer förekomma i de fall då olika processmodifieringar exempelvis regenerering ska genomföras. Med de grafiska metoderna kan även svårighet kring identifiering av pinch-punkten förekomma ifall kurvorna är otydliga. WCA är i motsats till de grafiska metoderna numerisk och identifierar punkt, över och undre pinch-regioner samt målvärdena effektivt. WCA ger även insikten om exakt vilken procesström som utgör pinch-punkten. Användbarheten av WCA förekommer även vid modifiering av processdesignen med regenereringsenheter då iterationerna undviks, således väljs WCA för målframtagning.
När selektion av metod för målframtagning genomförts återstår att hitta en metod som kan användas för att uppfylla de framtagna målvärdena. SSAC och SSMD som metoder för nätverksdesign anses vara iterativa i vissa fall. Exempelvis leder användning av SSMD som metod för nätverksdesign i vissa fall till att målvärdena bör kontrolleras för att se till att nätverket som tagits fram är korrekt dimensionerade. NNA som metod för nätverksdesign leder till att en enhetlig nätverksdesign erhålls d.v.s. att de framtagna målvärdena uppfylls samt att allokering av källor och sänkor genomförs systematisk och därför valdes metoden för nätverksdesign.
WCAs grundläggande nyckelfunktion är systemuppbyggd vilket bidrar till att metoden kan översättas till olika programmeringsspråk för att kunna arbeta med framtagning av målvärdena på ett mer automatiserad sätt (Foo D. m.fl. 2003). WCA och dess principer som beskrivits i avsnitt 2.2.3 byggdes in i Excel med hjälp av Excels egna inbyggda funktioner. Användning av Excel möjliggör en automatiserad målframtagning. Den skapade Excel-modellen ska genom enkla förklarande texter leda användaren till att genomföra WCA och på så sätt ta fram processens minimala FV behov samt det minimala avloppsvattenflödet samt pinch-punkten. Användning av Excel som program för målframtagning ansågs vara naturligt i och med att programmet finns tillgängligt och används i hög grad hos intressenten.
22
För att kunna använda sig av Excel-modellen och genomföra WCA behöver användaren gå igenom några steg och dessa är:
1. Inmatning av information för procesströmmarna som antagits i analysen.
Informationen som krävs från procesströmmarna är
föroreningskoncentration och massflöde. Analysen genomförs enbart för en nyckelförorening. Om flera nyckelföroreningar önskas analyseras genomförs analysen för varje nyckelförorening.
2. I Excel-modellen hittas rutan med namn ”WCA-resultat” där målvärdena för processen d.v.s. minsta FV intaget och det genererade avloppsvattenflödet tagits fram. För att analysera den skapade WCA-tabellen används knappen med namn ”Gå till WCA tabell”.
3. För att uppfylla de framtagna målvärdena skapas en mall i bladet med namn ”NNA-mall”, där utförandet av NNA enligt metod beskrivet i avsnitt 2.2.4 ska genomföras av användaren.
3.2.1 Begränsning och antagande
Modellen kommer endast att kunna genomföra målframtagning för en nyckelförorening i taget. För att kunna tillgodose behov av vatten i vattennätverket kommer endast rent vatten att kunna tillföras processen och det sker genom endast en ingång. Vid genomförandet av WCA med hjälp av modellen begränsades antal strömmar som ingår i processen till tolv SK och tolv SR. Vid önskad utökning av antal procesströmmar kommer modellen behöva modifiering.
NNA avser endast återanvändning av vatten inom processen genom att koppla om procesströmmarna. Procesströmmarna är processpecifika och de anslutningar som genomförs med NNA tar inte hänsyn till förändringarna som är svåra att genomföra på processen.
3.2.2 Validerings av Excel-modell
För att validera Excel-modellen användes publikationer där WCA tillämpats och resultatet jämfördes. Se tabell 4 för att se de publikationer som används för att utvärdera WCA.
Tabell 4.- Lista över publikationer som behandlar WCA för framtagning av målvärden. Typ av process Publikation
Sulfatprocess Water Cascade Analysis for Single and Multiple Impure Fresh Water Feed.(Parthasarathy & Krishnagopalan 2001; Foo D. C. Y. 2007)
Stadsvattensystem Systematic technique for water minimisation in urban water system using water pinch analysis.(Manan Z. A. m.fl. 2006) Blekningsprocess Recycling of bleach plant effluent of an Indian paper mill
using water cascade analysis technique. (Shukla S. K. m.fl. 2012)
23
3.3 Fallstudier för att tillämpning av vald metod
För att tillämpa vald metod för målframtagning och nätverksdesign användes två
fallstudier som behandlar papperstillverkningsprocessen.
Papperstillverkningsprocessen klassificeras som NMTB utifrån beskrivning som angetts i del 2.2.1. Den betydande förorening i processerna är olika beroende på typ av anläggning och produkt. Efter tillämpning av vald metod genomförs en känslighetsanalys på de framtagna SK och SR i fallstudierna för att undersöka deras betydelse i processen samt för att dra slutsats kring kartläggningen av dessa. Känslighetsanalysen utfördes med hjälp av den framtagna Excel-modellen. Flöde och koncentration varierades.
3.3.1 Fallstudie I
Information om fallstudie I erhålls från Tan m.fl. (2007). Pappersbruket är ett icke-integrerat pappersbruk och producerar papper från gammalt tidningspapper och gamla veckotidningar. Dess vattenreningssystem tar in vatten som innehåller höga halter av TSS och TDS. Systemets intag av FV är 1989,06 ton/h och avloppsgenereringen 1680,3 ton/h. Återvunnet tidningspapper matas in i blandningskaret där mixning sker med utspädningsvätska och olika tillsatser för att bilda en slurry som sedan matas ut på viran i formings-sektionen. I formningssektionen och pressektionen går det åt totalt 986,52 ton/h FV varav 155,4 ton/h går åt press-sektionen. Vattnet som används inom formningssektionen och press-sektionen behövs för att rensa smutspartiklar, det sker även en bortförsel av i form av avloppsvatten som genereras under formningen av pappret. En del av vattnet som bortförs från formningssektionen och press-sektionen hamnar i bakvattentanken tillsammans med det återvunna vattnet som hämtas från blekningsprocessen. För att rena mälden från smuts tillförs 751,32 ton/h FV och 398,5 ton/h av processvatten i blandningskaret där blekningsprocessen sker. Från blekningssteget går 54 ton/h blandat med 14,7 ton/h FV till utspädning av mälden som pumpas in i avluftaren som ingår i mäldflödessystemet. Mäldflödessystemet är den delen av pappersmaskinen mellan maskinkaret och inloppslådan som ser till att inmatning till inloppslådan sker kontrollerat. FV används även för utspädning av blekningskemikalier i kemikalie-förberedningsdelen innan kemikalier skickas till blekningssteget för att hjälpa till i blekningsprocessen. I blekningssteget ingår även andra processer som kräver vatten och 201,84 FV tillförs för dessa processer. Från pappersmaskinen och från blekningsprocessen går 1264,5 ton/h respektive 415,8 ton/h avloppsvatten till avloppsreningsverket innan det släpps ut i recipient. I processen identifierades TSS som nyckelförorening och används för analys av processen. För att tydliggöra befintlig vattennätverket se figur 8 och tabell 5.
24
Figur 8.- Befintligt vattennätverk av processen för fallstudie I. Bearbetad från Tan m.fl. (2007).
Tabell 5.- Källor och sänkor som ingår i processen för fallstudie I.
Processbeskrivning SK/SR Massflöde F (ton/h) Koncentration C (ppm)
Press-sektionen SK1 155,4 20 Form-sektionen SK2 831,12 80 Andra processer SK3 201,84 100 Blekningsprocess SK4 1149,84 200 Beredning av kemikalier SK5 34,68 20 Mäldflödessystem SK6 68,7 200 Press-sektionen SR1 155,4 100 Form-sektionen SR2 1305,78 230 Andra processer SR3 201,84 170 Blekningsprocess SR4 469,80 250 3.3.2 Fallstudie II
Information om fallstudie II erhålls från Zainuddin m.fl. (2007). Pappersbruket är ett icke-integrerat pappersbruk. Intaget av FV för papperstillverkningen i den nuvarande processen uppgår till 436 ton/h och avloppsgenerering av 436 ton/h. Till press-sektionen går 126 ton/h FV samtidigt som det går åt 54 ton/h FV till formningssektionen. För förberedning av kemikalier åtgår 36 ton/h av FV. Till klarvattenkaret går 202 FV och 18 ton/h går till avluftningssystemet som löser upp innesluten luft. Från save-all-skivfilter nr 2 går 169 ton/h till formningssektionen. Från save-all-skivfilter nr 3 går 1130 ton/h till klarvattenkaren. Klarvattenkaret levererar 677 ton/h till press-sektionen varav 155 ton/h går till formnings-sektionen. Klarvattenkaret förser även blekningssteget samt avluftningssystemet som ingår i processen med 398ton/h respektive 104 ton/h vatten. Save-all-skivfiltret 1 förser avluftningssteget med 68 ton/h. Från avluftningssystemet leds processvattnet till fiberåtervinningsanläggning. Som nyckelförorening i processen antogs TSS. För att erhålla en tydlig bild av processen se figur 9 och tabell 6.
25
Figur 9.- Befintligt vattennätverk av processen för fallstudie II. Bearbetad från Zainuddin m.fl. (2007).
Tabell 6.- Källor och sänkor som ingår i processen för fallstudie II.
Processbeskrivning SK/SR Massflöde F (ton/h) Koncentration C (ppm) FV till press-sektion SK1 126 20 FV till formnings-sektion SK2 54 20 FV till förberedning av kemikalier SK3 36 20 FV till klarvattenkaren SK4 202 20 FV till avlutningssteg SK5 18 20
Save-all-skivfilter nr 2 till press-sektion
SK6 169 100
Save-all-skivfilter nr 3 till klarvattenkaren
SK7 1130 150
Klarvattenkaren till press-sektion SK8 677 160
Klarvattenkaren till formnings-sektion SK9 155 160 Klarvattenkaren till blekningsprocess SK10 396 160 Klarvattenkaren till avluftningssteg SK11 104 160 Save-all-skivfilter nr 1 till avluftningssteg SK12 68 250
Save-all-skivfilter nr 2 till press-sektion
SR1 169 100
Flotationstanken SR2 436 150
Klarvattenkaren till formnings-sektion SR3 832 160 Save-all-skivfilter nr 3 till klarvattenkaren SR4 1130 150 Save-all-skivfilter nr 1 till avluftningssteg SR5 68 250
26