ESTUDO INICIAL DA EMISSÃO DE EFLUENTES ATMOSFÉRICOS DE UM REATOR DE PESQUISA A PARTIR DE DADOS GEOGRÁFICOS E METEOROLÓGICOS

Transcrição

1 ESTUDO INICIAL DA EMISSÃO DE EFLUENTES ATMOSFÉRICOS DE UM REATOR DE PESQUISA A PARTIR DE DADOS GEOGRÁFICOS E METEOROLÓGICOS Alberto Avellar Barreto CDTN/CNEN - Belo Horizonte MG aab@cdtn.br Simone Fonseca. Alves CDTN/CNEN - Belo Horizonte MG symonfonseca@yahoo.com.br Vanusa Maria Feliciano Jacomino CDTN/CNEN - Belo Horizonte MG vmfj@cdtn.br Paulo César Horta Rodrigues CDTN/CNEN Belo Horizonte MG pchr@cdtn.br CLIMA E SAÚDE Resumo: Os processos de licenciamento nuclear e ambiental exigem a elaboração de um estudo para avaliação do impacto ambiental. Para um reator de pesquisa o estudo da dispersão das emissões de radionuclídeos na atmosfera é uma importante etapa desses processos. Neste trabalho são apresentados os resultados preliminares do estudo da dispersão dos possíveis efluentes atmosféricos do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB). Ressalta-se a adoção de técnicas de geoprocessamento no planejamento, no pré-processamento dos dados e no pós-processamento dos resultados. O tratamento dos dados meteorológicos foi necessário para garantir a confiabilidade e a continuidade das informações geradas a partir deles. Após processadas, essas informações foram implementadas no modelo de dispersão Atmospheric Radionuclide Transport Model. Mapas, gráficos e tabelas foram produzidos e avaliados. Entre os principais resultados ressalta-se a estimativa das concentrações dos radionuclídeos, necessárias para a avaliação de impacto ambiental radiológico. Os resultados servirão para balizar as próximas etapas desse estudo que visa contribuir para a implantação de medidas de controle e para a identificação de posições críticas para instalação de monitores de avaliação da qualidade de ar. Palavras Chave: meteorologia, geoprocessamento, dispersão atmosférica, radionuclídeos. Abstract: The licensing process for nuclear and environmental require the preparation of a study for environmental impact assessment. For a nuclear reactor, to study the dispersion of emissions of radionuclides in the atmosphere is an important step of this process. This paper presents the preliminary results of the study of atmospheric dispersion of effluents of the future "Brazilian multipurpose reactor" (RMB). It is noteworthy, the adoption of geospatial technologies, particularly for the planning, pre-processing the data and post-processing of results. The meteorological data processing was performed by applying spreadsheets. The data generated were implemented in the atmospheric radionuclide transport model. Maps, charts, and tables were produced and evaluated in 784

2 order to estimate the concentrations of radionuclides for radiological environmental impact assessment. Upon completing these steps results will serve to represent future scenarios, which will allow the anticipation of control measures and also the identification of critical positions for installation of monitors air quality assessment. Keywords: meteorology, geoprocessing, atmospheric dispersion, radionuclides. 1. INTRODUÇÃO Instalações nucleares e radioativas podem gerar efluentes contendo material radioativo. De acordo com as leis 6189/74 e 6938/81, essas instalações devem ser submetidas a processos de licenciamento, independentes e complementares, ligados a dois órgãos federais: Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis - IBAMA, responsável pelo licenciamento ambiental; e a Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN, a quem compete o licenciamento nuclear. Uma série de informações deve ser levantada de forma a viabilizar a elaboração do diagnóstico ambiental. Desta forma, obtêm-se conhecimentos prévios que servirão de referência para a avaliação dos possíveis impactos advindos da implantação do empreendimento, considerando-se também sua operação. A elaboração de um estudo de avaliação do impacto ambiental (EIA) decorrente das emissões de efluentes radiativos atmosféricos constitui um dos requisitos de radioproteção usados para estimar a exposição dos indivíduos do público à radiação (CNEN-NN 3.01). Essa avaliação envolve a realização de um estudo de dispersão atmosférica que abranja o ambiente circunvizinho e inclua diferentes cenários de interesse. Dentro deste contexto, no presente trabalho é apresentado um estudo de dispersão dos efluentes atmosféricos a serem emitidos por um reator de pesquisa em condições normais de operação, mais especificamente, o Reator Multipropósito Brasileiro (RMB). O RMB será instalado em uma área vizinha ao local onde se encontra o Centro Tecnológico da Marinha CTMSP em Aramar, Iperó, SP. Os principais dados levantados e analisados foram relativos: ao termo fonte, à topografia, à meteorologia e aos dados socioambientais. Os poluentes analisados foram os radionuclídeos 41 Ar; 140 Ba; 51 Cr; 137 Cs; 131 I; 133 I; 85m Kr; 87 Kr; 88 Kr; 140 La; 133 Xe; 135 Xe; 3 H; 90 Sr. No planejamento, tratamento, manipulação e análise dos dados socioambientais e topográficos foram utilizados recursos de geoprocessamento. A simulação do processo de dispersão atmosférica foi elaborada utilizando o código computacional Atmospheric Radionuclide Transport Model (ARTM View). Os resultados incluem análise do campo de vento, avaliação de picos de concentração dos radionuclídeos e a densidade populacional por faixa etária da população em um raio de 15 km, entre outros. 785

3 Ressalta-se a importância desse reator para a produção de radioisótopos aplicada à saúde, indústria e meio ambiente. Também se destacam outras finalidades como teste de irradiação de combustíveis nucleares avançados, irradiação e teste de materiais, realização de pesquisas científicas em várias áreas do conhecimento. 2. METODOLOGIA 2.1 A área de estudo O geoprocessamento tem contribuído na escolha de locais apropriados a instalações nucleares, pois viabiliza a análise simultânea de critérios múltiplos referentes às condições ambientais do local. Em instalações já construídas, a utilização desse recurso continua relevante, uma vez que contribui para auxiliar nas atividades de gerenciamento ambiental. Assim, o emprego de técnicas de geoprocessamento aliadas às informações obtidas do local de construção do empreendimento foi fundamental para a elaboração desse trabalho. A base cartográfica obtida (plantas, cartas, mapas, imagens, etc) foi utilizada para a definição adequada da área de exclusão, da zona de baixa população, da distância entre a instalação e o centro mais próximo com grande densidade demográfica, entre outras informações necessárias para a avaliação dos possíveis impactos potenciais da instalação (CNEN 1.04, 2002), ver Figura 1. A primeira etapa implicou na definição da área de estudo e na aquisição das informações geográficas e meteorológicas. Os dados alfanuméricos (tabulares) foram associados com as informações vetoriais (pontos, linhas e polígonos) por meio da aplicação das técnicas de geoprocessamento. Algumas análises geoestatísticas foram realizadas e mapas temáticos produzidos. Um círculo com um raio de 15 km foi traçado para delimitar a área de estudo que engloba Iperó e regiões circunvizinhas Figura 1. O círculo foi centrado na posição onde será construído o reator (centroide). As informações disponibilizadas pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE possibilitaram a criação de shapes: camadas que associam informações gráficas com dados alfanuméricos. Todas as shapes utilizadas nesse trabalho estão no sistema de coordenadas geográficas Universal Transverse Mercartor (UTM), Datum WGS

4 Figura 1 - Área de estudo. Os dados de número de habitantes e de área dos setores censitários foram tratados em planilhas eletrônicas para obtenção da densidade demográfica dos setores censitários e municípios. Esses dados foram ajustados de forma a estabelecer classes para as faixas etárias (0 a 1; 2 a 7; 8 a 12; 13 a 17; 18) seguindo a recomendação da CNEN (PR 3.01 / 011:2011). Para atender o Termo de Referência do IBAMA, foram elaborados círculos concêntricos a partir da posição do reator, em distâncias de 1 até 15 km. Esses círculos foram divididos em setores com ângulos de 22,5 graus, para que as direções de suas bissetrizes coincidissem com os 16 pontos cardeais. Formou-se assim o que se denominou por setores anelares que foram relacionados com os dados dos setores censitários para a obtenção de um detalhamento por faixa etária, ver Figura 3 e Figura 4. Para a etapa de modelagem da altimetria local, foram usados dados disponibilizados pelo Projeto Topo Data (INPE, 2012) que disponibiliza um Modelo de Elevação Digital (MDE). Esse MDE foi trabalhado com ferramentas de geoprocessamento para obter um layout final (Figura 5). Uma visita técnica ao local foi realizada para averiguação da qualidade das informações disponibilizadas e dos resultados gerados, principalmente em relação aos limites do RMB e CTMSP, 787

5 dados de uso e ocupação do solo, população e a posição do reator. As informações de campo foram associadas às imagens de satélite disponibilizadas pelo aplicativo Google Earth. 2.2 Levantamento do termo fonte Os radionuclídeos eliminados no meio ambiente percorrem diversos caminhos, por meio de vias de transferência, até chegarem ao homem (Figura 2). As vias de transferência que contribuem para as maiores doses de radiação no homem são conhecidas como vias críticas de exposição (FERREIRA, 1992). No presente estudo foram consideradas as descargas radioativas ocorrem na forma de material dissolvido ou em suspensão (material particulado) nos efluentes gasosos. Figura 2 - Processo de transporte de radionuclídeos atmosférico (adaptado de IAEA, 1982) A identificação do termo fonte radioativo (vazão, diâmetro, altura da chaminé, radionuclídeos, regime de operação, entre outras) foi baseada em dados do projeto básico do RMB que tem como referência o reator de pesquisa australiano Open Pool Australian Light Water Reactor (OPAL). Esse reator funciona a uma potência de 20 MW, enquanto que o RMB está previsto para funcionar a 30 MW, logo, foi necessário um ajuste dos valores (TEC-DOC 955) apresentados na tabela

6 Tabela 1: Termo fonte liberado por um reator em condições normais de operação (ANSTO, 2008). 2.3 Informações meteorológicas e implementação do modelo O CTMSP possui uma Estação Meteorológica com instrumentação a 10 metros (vento, temperatura e umidade), 60 metros (vento e temperatura) e a 80 metros (vento, temperatura e umidade). Neste estudo foram utilizados os dados do nível de dez metros coletados no período de 2006 a Em cada ano, o banco de dados foi composto por dados horários de todos os dias do ano. Para cada hora, utilizou-se as informações da temperatura do ar, velocidade, direção, e desvio padrão da direção do vento. A direção do vento foi divida em 36 setores, conforme necessidade do modelo a ser aplicado. As classes de estabilidade (SC) foram definidas baseadas na velocidade e no desvio padrão da direção do vento. O arquivo final gerado pós-tratamento dos dados meteorológicos para ser implantado no modelo de dispersão atmosférica ARTM View continha: ID (Identificação), Ano, Mês, Dia, Hora, I (Coeficiente), WD (direção do vento), WS (velocidade do vento) e SC (classe de estabilidade). Uma breve síntese dos dados meteorológicos utilizados neste estudo é apresentada por meio da Tabela 2. As classes foram distribuídas da seguinte maneira: I muito estável; II estável; III1 e III2 neutra; IV instável; V muito instável; VI desconhecida. Tabela 2: Exemplo do banco de dados meteorológico utilizado no modelo ARTM View. 789

7 O uso de modelos matemáticos, aliado ao geoprocessamento, facilita o processo de simulação dos mecanismos de transporte e deposição dos poluentes. Esses modelos fornecem uma estimativa teórica conservativa dos níveis de concentração de poluentes no ar, possibilitando a avaliação da evolução espacial e temporal destes poluentes na atmosfera (GODISH, 1997). O aplicativo ARTM View, modelo desenvolvido na Alemanha para determinar a concentração de dispersão e deposição de materiais radioativos, foi escolhido devido à sua capacidade de simular processos de dispersão de radionuclídeos em terrenos complexos. A topografia variada da região é um importante fator que precisava ser considerado nesse estudo (Figura 5). Uma malha quadrática regular, com 3 km de lado, foi utilizada neste estudo. Essa configuração foi considerada suficiente para possibilitar o conhecimento do processo de dispersão e assim, direcionar o futuro refinamento a ser utilizado na próxima etapa do estudo que ainda será desenvolvida. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Densidade demográfica As principais áreas com contingente populacional significativo encontram-se nas áreas urbanas de Boituva, parte noroeste de Iperó e Sorocaba (Figura 3). Em relação à idade, as faixas etárias entre 0-1 ano, 2-7 anos (indivíduo sensível à radiação) estão mais presentes nos setores NNW, ESE, SE. A faixa etária de 18 anos é bastante expressiva nos setores NNW e ESSE (Figura 3). O município de Iperó possui sua principal concentração populacional nas porções NW e NNW, isso se deve ao fato desse município possuir uma extensa área rural com propriedades agrícolas. Salienta-se a predominância da direção preferencial do vento nesses setores (WNW, NNW, NW ver Figura 6). 790

8 Figura 3 - Densidade demográfica dos setores É relevante considerar que a importância da descrição do estudo populacional por faixa etária está na possibilidade de aplicar diferentes fatores a cada faixa durante a avaliação do impacto ambiental radiológico, mais precisamente no cálculo de dose. A distribuição da densidade demográfica por anéis (Figura 4) é outra importante informação para a estimativa do cálculo de dose para o indivíduo do público. Os setores anelares com concentração populacional mais significativa, em todas as faixas etárias, são NNW e ESE. Esses setores anelares representam as áreas urbanas dos municípios avaliados. 791

9 Figura 4- Densidade demográfica dos setores anelares 3.2 Topografia Na área de estudo considerada, os pontos com altitudes mais elevadas encontram-se no município de Iperó na porção SSW, na porção ENE do município de Capela do Alto, e N do município de Araçoiaba da Serra. Essa região, conhecida como Fazenda Ipanema, está localizada a SSW do reator (RMB). Considerando a direção preferencial dos ventos nesta região, N, NNW e NW (Figura 6), percebe-se a influência dessas barreiras geográficas no comportamento do campo de vento. 792

10 Figura 5 - Mapa topográfico 3.3 Meteorologia Destaca-se que foram realizadas cinco simulações independentes em relação ao dado meteorológico. O comportamento do vento em cada período foi sintetizado utilizando-se distribuições de frequências com seis classes de velocidades e de dispersão divididas em 36 setores de direção (Figura 6Figura 7). 793

11 Figura 6 Rosa dos ventos para a velocidade Figura 7 - Rosa dos ventos para as classes de estabilidades (2006, 2007, 2008, 2009 e 2010) 794

12 Para todos os anos, com exceção do ano de 2008, o sentido predominante do vento é soprando para o quadrante NW (Figura 6). Em relação ao ano de 2008, houve uma considerável variação no sentido do vento, surgindo como predominante o setor SSE. Essa variação é um indicativo de uma possível falha no sistema de medição nesse ano, entretanto, para esse estudo preliminar não foram ainda realizadas investigações a esse respeito, assim o dado foi considerado como válido. A classe de velocidade do vento predominante em todas as simulações foi de (m/s). As classes de estabilidade III1 e III2 Neutra predominaram em todos os anos avaliados. No ano de 2008 a classe I muito estável predominou na direção SSE (Figura 7). 3.4 Concentração Os resultados para a concentração, em Bq/m 3, estão representados com a ajuda da malha retangular (receptores) utilizada no processo de simulação. Nas Figura 8Figura 9Figura 10Figura 11Figura 12, observa-se que as regiões com maiores concentrações (células mais escuras) se posicionam a NW da posição do RMB. Foram traçados triângulos nas posições em que se observaram, simultaneamente, maiores valores de concentrações e de densidade demográfica. Evidentemente, esses pontos são candidatos ao monitoramento radiológico ambiental na área de influência do RMB. Um ponto de branco, ou seja, que não receba a influência do RMB, também deverá ser instalado, neste caso, a escolha deverá ser uma posição a SW do RMB onde se verificam as células mais claras simultaneamente em todos os testes. O resultado mais intenso aconteceu no teste referente ao ano de 2006 quando foi obtido um valor de 5.08 x 10-3 Bq/m

13 Figura 8 - Mosaico incluindo a distribuição da concentração e a imagem do terreno 2006 Figura 9- Mosaico incluindo a distribuição da concentração e a imagem do terreno

14 Figura 10 - Mosaico incluindo a distribuição da concentração e a imagem do terreno 2008 Figura 11 - Mosaico incluindo a distribuição da concentração e a imagem do terreno

15 Figura 12 - Mosaico incluindo a distribuição da concentração e a imagem do terreno CONSIDERAÇÕES FINAIS O estudo apresentado foi importante para a identificação das possíveis áreas sujeitas às maiores concentrações. Essas áreas (células) serão refinadas para a próxima etapa do estudo. Também foram avaliadas as posições em que simultaneamente ocorrem maiores concentrações de poluentes e de população, o que permitiu inferir prováveis áreas a serem consideradas no Plano de Monitoramento Ambiental Radiológico (PMA), principalmente no que se refere ao monitoramento da qualidade do ar. Após o refinamento e a consequente realização de uma nova modelagem, outra importante etapa, será o cálculo da estimativa de dose para o indivíduo do público. Finalmente, destaca-se a importância das ferramentas de geoprocessamento, da qualidade do banco de dados meteorológico e do modelo aplicado para a obtenção dos melhores resultados possíveis no processo de simulação da dispersão atmosférica de poluentes. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATMOSPHERIC RADIONUCLIDE TRANSPORT MODEL (ARTM View). Disponível em acesso em 23 de julho COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR - CNEN. Coeficientes de Dose para Exposição do Público - Posição Regulatória 3.01/011. COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR (CNEN). Licenciamento de Instalações Nucleares (CNEN-NE 1.04), Rio de Janeiro,

16 COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR (CNEN). Diretrizes Básicas de Radioproteção, (CNEN-NN 3.01), Rio de Janeiro, FERREIRA, NELSON LUIZ DIAS. Avaliação das conseqüências radiológicas de acidentes em reatores de pesquisa. Tese de mestrado. IPEN, São Paulo, GODISH, T. Air Quality. 3.ed. New York: Lewis Publishers, HOFFMANN, EMMY et al. Envoronmental and Effluent Monitoring at ANSTO Sites, ANSTO E-762. Australian Nuclear Science and Technology Organisation, Sydney, INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, IBGE, CENSO 2010 Primeiros Resultados Total da População. Disponível em: acesso em 22 de set INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA IBGE. Base de informações do Censo Demográfico 2010: Resultados do Universo por Setor Censitário. Rio de Janeiro, Disponível em: acesso em fev INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Generic assessment procedures for determining protective actions during a reactor accident. TECDOC-955. Radiation Safety Section, Austria, INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Generic Models and Parameters for Assessing the Environmental Transfer of Radionuclides from Routine Releases: exposures of critical groups. Safety Series Nº 57, Vienna, Lei n 6.938, de 31 de agosto de 198. Dispõe sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, seus fins e mecanismo de formulação e aplicação, e dá outras providências. Lei nº 6.189, de 16 de Dezembro de MOURA, A. C. M., Geoprocessamento na Gestão e Planejamento Urbano. Belo Horizonte: Ed. Da autora, INPE, TOPODATA Banco de dados geomorfométricos do Brasil. Diposnível em : acesso em 03 de fevereiro de AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Comissão Nacional de Energia Nuclear CNEN e à Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais FAPEMIG. 799