MODELLING OF AN INDUSTRIAL FACILITY GHGS EMISSION DISTRIBUTED BY GAUSSIAN PLUME MODEL

Abstract

ABSTRACT

Industrial growth has led to an increase in greenhouse gas emissions, further contributing to global climate change. To mitigate their environmental impact and environmental consequences, accurate estimation of pollutant dispersion and concentrations released from industrial stacks is vital for mitigating their environmental effects. This work proposes a study on an industrial establishment in Karabük Province. The computer simulation program within Microsoft Excel that employs the Gaussian plume model is used to predict distributions of CO2, CH4, and N2O concentrations following emissions from point sources. The general results have shown that the dispersion does not only depend on atmospheric conditions but also it depends on the physical conditions of industries. The sensitivities of plume height, effective plume height and pollutant concentrations are very important physical variables of industries. Any of them is very crucial for the felt ground-level pollutant concentrations. For that reason, these parameters for the industry are collected carefully.

The industries are situated in Karabük province. The establishment has two plumes: one is very high and the other one is almost half of the first one. The model results have shown that the lowest plume is very dirty compared to the higher one. The two-dimensional modelling results are automatically obtained from the EXCELL Program running. However, the output of the model is also figured as 3 dimensional by using MATLAB Program. With these 3 dimensional figures, the evaluation of pollutant distribution is much clearer.

The industrial establishment, considered in this study, is closely situated in Karabük Provinces. If the emissions from the plumes are transported in the direction between northwest and northeast-east, the ground-level concentrations will affect the residential areas considerably. Public health in even low emissions could be in danger due to high condensed ground level concentrations. The sustainability of residential living standards in the area does not seem very high. The local authorities can take some decisions and the residential area can be established rather than this zone. The concentration level at low wind speed in the direction north, at a high rate of plumes’ emission and at atmospheric inversion conditions, are affecting people living in this zone highly due to low atmospheric air quality. When the entire industrial establishments in the zone are considered, the present residential condition is not going to be appropriate.

ÖZET

Endüstriyel büyüme, küresel iklim değişikliğine katkıda bulunan sera gazı emisyonlarının artışına büyük oranda sebep olmuştur. Artan seragazlarının çevresel etkilerini ve sonuçlarını azaltmak için, endüstriyel bacalardan salınan kirletici dağılımı ve konsantrasyonlarının doğru tahmini hayati önem taşımaktadır. Bu çalışma ile, Karabük ilinde bulunan bir sanayi kuruluşu çalışılmış ve modelleme ile yaratılan yer seviyesi kirliliği ortaya çıkarılmıştır. Gauss Baca Modelini kullanan Microsoft Excel tabanlı bilgisayar simülasyon programı, noktasal kaynaklardan gelen emisyonların yarattığı CO2, CH4 ve N2O konsantrasyonlarının dağılımlarını ve yer seviyesi konsantrasyonlarını tahmin etmek için kullanılmıştır. Genel sonuçlar, dağılımın sadece atmosferik koşullara bağlı olmadığını, aynı zamanda endüstrilerin fiziksel koşullarına da bağlı olduğunu net şekilde göstermiştir. Baca yüksekliği, etkili duman yüksekliği ve kirletici konsantrasyonları, endüstrilerin en önemli fiziksel değişkenleridir. Bunlardan herhangi biri, hissedilen yer seviyesindeki kirletici konsantrasyonları için büyük önem arzetmektedir. Bu nedenle bu çalışmada bahsedilen parametreler özenle toplanmıştır.

Sanayi kuruluşu Karabük ili sınırları içerisinde yer almaktadır. Kuruluşun iki bacası vardır: bacalardan biri çok yüksek, diğeri ise birinci bacanın neredeyse yarısı kadardır. Model sonuçları, düşük yükseklikteki bacanın, daha yüksek olana göre çok kirli olduğunu göstermiştir. İki boyutlu modelleme sonuçları EXCELL programından otomatik olarak alınmaktadır. Ancak MATLAB programı kullanılarak konsantrasyon değerleri 3 boyutlu olarak da elde edilmiştir. 3 boyutlu şekiller ile kirletici dağılımının değerlendirilmesi çok daha net şekilde yapılabilmiştir.

Bu çalışmada ele alınan sanayi kuruluşu, Karabük İline yakın bir konumdadır. Bacalardan çıkan emisyonlar kuzeybatı ile kuzeydoğu-doğu yönünde taşındığında, yer seviyesindeki konsantrasyon değerleri yerleşim alanlarını önemli ölçüde etkilemektedir. Düşük emisyonlarda bile halk sağlığı, yüksek yoğuşmuş yer seviyesi konsantrasyonları sebebiyle tehlikede olabilir. Bölgede mesken yaşam standartlarının sürdürülebilirliği açısından çok yüksek görünmemektedir. Yerel yönetimler bazı kararlar alabilir ve bu bölge yerine yeni yerleşim alanlarını daha az etkilenen noktalarda kurabilir. Kuzey yönünde düşük rüzgar hızı, yüksek duman emisyonu oranı ve atmosferik inversiyon koşullarındaki konsantrasyon seviyesi, düşük atmosfer hava kalitesi nedeniyle bu bölgede yaşayan insanları oldukça etkilemektedir. Bölgedeki sanayi kuruluşlarının tamamı düşünüldüğünde mevcut yapılaşma durumu daha uygun noktalara taşınmalıdır.