APLICAÇÃO DO MÉTODO DE TUBOS DE DIFUSÃO DE SO2 E NO2 PARA AVALIAR A QUALIDADE DO AR NA CIDADE DO RIO DE JANEIRO

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1 APLICAÇÃO DO MÉTODO DE TUBOS DE DIFUSÃO DE SO2 E NO2 PARA AVALIAR A QUALIDADE DO AR NA CIDADE DO RIO DE JANEIRO MARIANE R.L (1) ; MAIA, L. F. P. G. (1),, DE MELLO. W. Z. (1) ; MOREIRA. I (1). (1) Departamento de Geoquímica - Instituto de Química Universidade Federal Fluminense (UFF) Centro Niterói RJ Brasil - CEP: geowill@vm.uff.br (2) Departamento de Meteorologia - Instituto de Geociências Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) Ilha do Fundão - Rio de Janeiro - RJ Brasil CEP: maia@igeo.ufrj.br ou maia@unisys.com.br (3) Departamento de Química Analítica Pontifície Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RIO) Gávea - Rio de Janeiro RJ Brasil - CEP: Abstract The aim of this work was to apply the method of Diffusion Tubes to evaluate the air quality of SO2 and NO2 in Rio de Janeiro City. The concentrations values of SO2 had a variation of 14 to 75 µg m 3 and the variation of NO2 was of 8,5 to 96 µg m 3. The method was considered valid to obtain large scale qualitative and quantitative indications of air quality. 1. Introdução O dióxido de enxôfre (SO 2 ) e o dióxido de nitrogênio (NO 2 ) são poluentes atmosféricos que afetam, a saúde humana, quando em elevadas concentrações, causando diversos danos aos pulmões e vias respiratórias, bem como o aumento da susceptibilidade a infeções no trato respiratório (Folinsbee, 1992). Esses gases são também importantes precursores da chamada chuva ácida, responsável pela acidificarão de corpos d'água e deteriorização de monumentos arquitetônicos. Estudos realizados nos últimos 10 anos identificaram os ácidos sulfúrico (H 2 SO 4 ) e nítrico (HNO 3 ) como os principais responsáveis pela acidez da chuva na Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ), onde valores de ph de até 3,7 foram encontrados na Ilha do Fundão (de Mello et al. 1995). Os óxidos de nitrogênio são responsáveis pela produção de ozônio (O 3 ) e outros oxidantes, como o nitrato de peroxiacetila (PAN, peroxyacetyl nitrate), na atmosfera poluída por hidrocarbonetos provenientes da queima incompleta de combustíveis fósseis. Nas grandes cidades, fontes estacionárias (e. g., indústrias) e móveis (e. g., automóveis) de poluição são problemas cruciais no que tange à qualidade do ar, um dos fatores essenciais a uma condição saudável de vida do homem urbano. Assim sendo, cabe aos órgãos ambientais governamentais, em nível federal, estadual ou municipal, o monitoramento contínuo dos teores de poluentes comuns à atmosfera urbana, com vistas à preservação da boa qualidade do ar. Todavia, a implementação de um programa de monitoramento muitas vezes é inviabilizado, principalmente no caso de países em desenvolvimento, em virtude dos altos custos associados a aquisição de sofisticados equipamentos de medição, normalmente fabricados no exterior. Por isso, a busca por métodos de coleta e análise de poluentes atmosféricos, que envolvam menor custo e simplicidade, mas que mantenham a boa

2 qualidade dos resultados, deve ser incentivada. A determinação de poluentes gasosos por meio do uso de tubos passivos é um método que combina simplicidade, eficiência, baixo custo e que permite uma integração das concentrações, sem interrupções, durante todo o tempo de amostragem. Outra grande vantagem do método é que, uma vez que não depende de utilização de energia elétrica e nem tão pouco impõe maiores dificuldades para transporte e instalação do equipamento, permite que sejam feitas determinações simultâneas em diversos pontos, podendo, dessa forma, cobrir uma extensa área geográfica. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a distribuição espacial das concentrações de SO 2 e NO 2 como parte do "Estudo de Dimensionamento da Rede de Monitoramento da Qualidade do Ar para a Cidade do Rio de Janeiro" (Maia, 1997), através de um convênio efetuado entre a Secretaria Municipal de Meio Ambiente da Prefeitura Municipal do Rio de Janeiro, o Departamento de Meteorologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e o Departamento de Análisis Instrumental da Universidade de Concepción - Chile, com a cooperação do Departamento de Geoquímica da Universidade Federal Fluminense (UFF). Foram realizadas 2 campanhas de monitoramento desses gases através da utilização de tubos passivos no período de outubro a novembro de Metodologia Os gases atmosféricos foram coletados através de tubos passivos, que consistem em um pequeno cilindro de polietileno, onde numa das extremidades é inserido um filtro de papel Whatman 40, com diâmetro de 13 mm, impregnado com substâncias capazes de fixar o gás de interesse. A outra extremidade permanece aberta à atmosfera e é protegida por uma tela fina de aço para impedir a passagem eventual de material particulado (Figura 1). Os gases penetram no interior do tubo por difusão e alcançam a superfície fixadora, que posteriormente é retirada para extração e análise. Para a coleta do SO 2 atmosférico, os filtros foram impregnados com uma solução de K 2 CO 3 4%. No caso do NO 2, a impregnação foi feita com uma solução contendo 10 g de HL, 1 g de NaAs O 2, 5 g etilenoglicol e 84 g de metanol. A primeira campanha foi realizada de 27/30 de setembro a 18/20 de outubro e a segunda de 18/20 de outubro a 8/10 de novembro de Foram amostrados cerca de 40 pontos distribuídos pelo Município do Rio de Janeiro. Em cada ponto de amostragem foram instalados 2 tubos para SO2 e 2 para NO2. O tempo de exposição em cada campanha foi de 21 dias. Durante as campanhas, foram computadas as peincipais variáveis meteorológicas, como temperatura, pluviosidade, direção e velocidade dos ventos. O preparo dos filtros, extrações e análises foram efetuadas no Departamento de Análisis Instrumental da Universidad de Concepción, no Chile. A dissolução do SO2 fixado nos filtros dos tubos passivos foi feita através da adição de 4 ml de uma solução de H 2 O 2 0,03% e o SO 4 2- analisador por cromatografia iônica com detector de condutividade. O cálculo da concentração do SO 2 no ar é efetuado através da seguinte equação: [SO 2 ] (µg m 3 2- ) = 4x [SO 4 ] (mg/l)x2 F x t (seg) x k x 3

3 em que F = 2,8776 x 10-8 m 3 seg -1 (que incorpora o coeficiente de difusão do SO 2 a 20 o C, a área do filtro e o comprimento da zona de difusão do tubo), t o intervalo de tempo de exposição dos tubos e K o fator de correção da temperatura do ar. A dissolução do NO 2 fixado nos filtros dos tubos foi feita através da adição de 4 ml de uma solução de KI 1% e o NO 2 analisado por FIA (Flow Injection Analysis) acoplado a um espectrofotômetro. O cálculo da concentração do NO 2 no ar é efetuado através da seguinte equação: [NO 2 ] (µg m 3 ) = 4 x [NO2 - ] (mg/l) F x t (seg) x k onde F = 3,3572 x 10-8 m 3 seg -1 Em experimentos realizadas por von Baer et al. (1996), utilizando 4 tubos passivos simultaneamente, em 49 pontos de amostragem distintos, a reprodutibilidade na determinação de SO 2 apresentou coeficientes de variação inferiores a 5% em 25% dos pontos amostrados, de 5 a 10% em 39% dos pontos e de 15 a 20% em 14% dos pontos. No caso do NO 2, os coeficientes de variação estiveram todos na faixa de 2 a 5%. 3. Resultados A Tabela 1 apresenta as concentrações de SO 2 e NO 2 para as 2 campanhas realizadas nos primeiros meses da primavera de A proximidade dos valores das médias e medianas indicam uma tendência a distribuição simétrica dos dados. As concentrações médias de NO 2 foram, nas 2 campanhas, cerca de duas vezes superior às de SO 2. As concentrações médias dos dois gases mostraram que não houve variação entre os dois períodos investigados. A Organização Mundial de Saúde (OMS) estabelece a faixa de µg m 3 para a concentração média anual de SO 2. Na Alemanha, o padrão mais aplicado para a avaliação da qualidade do ar é o da Technische Anleitung zur Rein-haltung der Luft (TA Luft), que visa a proteção à saúde, estabelece médias aritméticas anuais de 140 e 80 µg m- 3 para SO 2 e NO 2, respectivamente. No Brasil, os padrões de qualidade do ar estão fixados na resolução CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) n o 003, de 28 de junho de O CONAMA estabelece como padrões primários (médias aritméticas anuais) os valores de 80 µg m -3 para SO 2 e 100 µg m 3 para NO 2. Os resultados obtidos no presente estudo mostram que as concentrações de SO 2 e NO 2 estiveram abaixo dos limites estabelecidos pelo CONAMA durante o período estudado. Durante a primeira campanha, 97% dos pontos de amostragem apresentaram concentrações de SO 2 inferiores a 50 µg m -3. O único ponto que superou este valor está localizado no centro da cidade (Largo da Candelária), área de intenso tráfego de veículos e relativamente afastado das zonas industrializadas. Na segunda campanha, apesar do valor médio ter sido bem próximo ao da primeira, o número de pontos com concentrações inferiores a 50 µg m -3 caiu para 88% do total, superado no ponto de amostragem do Largo da Candelária e em outros três (São Cristóvão, Inhaúma e Rio Comprido) sujeitos à

4 influência de zonas tipicamente industriais. A maior freqüência dos dados de SO 2 ocorreu para concentrações na faixa de 20 a 40 µg m -3,, correspondendo a 54% na primeira campanha e 62% na segunda. No caso do NO 2, 49% dos resultados da primeira campanha e 44% da segunda apresentaram concentrações entre 60 e 100 µg m -3. As maiores concentrações ocorreram predominantemente nos pontos onde as contribuições dos veículos automotores pareceu ser maior que a industrial. Concentrações inferiores a 20 µg m -3, que representaram 6% do total das amostras da primeira campanha e 9% da segunda, ocorreram nos pontos de amostragens situados em Pedra de Guaratiba Sumaré e Grumarí, locais afastados do tráfego intenso de veículos e das zonas industrializadas. Estes três pontos são normalmente utilizados pela FEEMA como ponto de referencial background urbano. 4. Discussão Durante o período amostrado não houve nenhum resultado de SO 2 e NO 2 que tivesse superado o valor do padrão primário (como média aritmética anual) estabelecido pela legislação ambiental vigente. Porém, os resultados não devem ser vistos como representativos dos níveis atmosféricos desses gases ao longo do ano, pois a qualidade do ar de uma determinada localidade ou região é basicamente função da integração de fatores locais e condições meteorológicas. A Cidade do Rio de Janeiro, em especial, está bastante sujeita a combinação de fatores como a topografia e condições atmosféricas, que podem afetar a ventilação e, em conseqüência disso, os mecanismos de transporte e dispersão de poluentes (FEEMA-GTZ, 1995). O monitoramento efetuado no início da primavera representou o período de transição entre condições de atmosfera mais estável, com longos períodos de estagnação do ar, e atmosfera instável, característica dos meses de verão. Um monitoramento anual contínuo das concentrações atmosféricas desses gases, juntamente com dados das condições meteorológicas predominantes nos intervalos de amostragem, seria necessário para uma melhor avaliação da qualidade do ar na Cidade do Rio de Janeiro. Os teores de NO 2 foram, na maior parte dos casos, superiores aos de SO 2, sugerindo, numa primeira análise, que a contribuição do tráfego de veículos automotores foi maior que o das emissões industriais. A utilização dos tubos passivos mostrou ser bastante satisfatória, principalmente quando se trata da avaliação de uma área geograficamente extensa e complexa, como é o Município do Rio de Janeiro. Com base na avaliação espacial, através do uso de tubos passivos, torna-se mais fácil a identificação de pontos críticos e a indicação da necessidade do uso de equipamentos mais sofisticados para medidas de curta duração. Agradecimentos: Os autores agradecem a Secretaria Municipal de Meio Ambiente da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro pelo financiamento e cessão dos resultados. Referências Bibliográficas: DE MELLO, W. Z.; SOUZA, M. P. DE; MOURA, D. S. DE; ÁVILA, A. M. P. DE, 1995:

5 Acid rain in the Metropolitan Region of Rio de Janeiro. In: 35th IUPAC Congress, Istanbul, Turquia, ENVR. p 007. FEEMA/GTZ - Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente e Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit. Qualidade do Ar na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, RJ. 76p. FOLINSBEE, L. J., 1992: Human Health Effects of Air Pollution: Environment Health Perspectives. 100: p: MAIA, L.F.P.G., 1997: Estudo de Dimensionamentoda Rede de Qualidade do Ar da Cidade do Rio de Janeiro Parte II: Dimensionamento Qualitativo, Quantitativo e Definição Locacional da Rede de Monitoramento. Universidade Federal do Rio de Janeiro/Secretaria Municipal de Meio Ambiente da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 57p. MAIA, L.F.P.G., 1997: Estudo de Dimensionamentoda Rede de Qualidade do Ar da Cidade do Rio de Janeiro Parte III: Análise Econômico-Finaceira.. Universidade Federal do Rio de Janeiro/Secretaria Municipal de Meio Ambiente da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 20 p. MAIA, L.F.P.G. & Washington, D. C., 1997: Estudo de Dimensionamentoda Rede de Qualidade do Ar da Cidade do Rio de Janeiro Parte I: Estudo Dinâmico- Climatológico. Universidade Federal do Rio de Janeiro/Secretaria Municipal de Meio Ambiente da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 174p. VON BAER, D.; MARDONES, C; NAVARRO, F; OYOLA, P., 1996: Monitoreo de SO 2 en Aire Ambiental Mediante Tubos Pasivos v Cromatografia Ionica. In: VI Congresso Latinoamericano de Cromatografia, Caracas, Venezuela. 23-F10. Figura 1 Esquema do Tubo de Difusão utilizado para a análises de concentrações de SO2 e NO2.