Dra. Daniela Montanari Migliavacca Osório Universidade Feevale, Curso Superior de Tecnologia em Gestão Ambiental

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1 AVALIAÇÃO DO MATERIAL PARTICULADO GROSSO E FINO EM ÁREAS URBANAS E SEMI-URBANAS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO DOS SINOS, RIO GRANDE DO SUL, BRASIL QUALIDADE AMBIENTAL GESTÃO E MONITORAMENTO AMBIENTAL Darlan Daniel Alves darlandaniel@gmail.com Universidade Feevale - Programa de Pós Graduação Mestrado em Qualidade Ambiental RS-239, 2755 CEP Novo Hamburgo - Rio Grande do Sul Rosieli da Silva Leites rosieli_leites@hotmail.com Universidade Feevale - Engenharia Química Dra. Daniela Montanari Migliavacca Osório danielaosorio@feevale.br Universidade Feevale, Curso Superior de Tecnologia em Gestão Ambiental Resumo: A composição do ar vem sofrendo alterações significativas, principalmente em função das elevadas taxas de urbanização e do desenvolvimento industrial. O processo de alteração da qualidade do ar, causado por fontes de emissão fixas e móveis é denominado poluição atmosférica e pode conferir ao ar, características que o tornem impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde. Entre os principais poluentes atmosféricos, o material particulado (MP) destaca-se em função de suas características químicas e morfológicas. Constituído por partículas sólidas e líquidas em suspensão, é capaz de absorver e transportar uma grande variedade de componentes tóxicos, como metais, compostos orgânicos, íons, gases reativos, entre outros. Este trabalho teve como objetivos a avaliação da qualidade do ar, através da determinação da concentração do MP grosso e fino em três pontos de amostragem, localizados em municípios com diferentes índices de urbanização, ao longo dos trechos médio e inferior da Bacia Hidrográfica do Rio dos Sinos, no Rio Grande do Sul (Brasil). As coletas do MP (MP 10 e MP 2,5-10 ) foram realizadas, utilizando-se um amostrador sequencial (amostrador de material fino e grosso - AFG) de pequeno volume. A amostragem foi realizada a cada 15 dias, por 24 horas, no período de janeiro a julho de Os resultados mostraram que as diferentes frações de MP na atmosfera estão relacionadas às suas principais fontes de emissões, com a concentração de partículas finas mais significativa em locais mais afastados das possíveis fontes de emissões. Palavras-chave: Emissões atmosféricas, material particulado, qualidade do ar.

2 ASSESSMENT OF FINE AND COARSE PARTICULATE MATTER IN URBAN AND SEMI-URBAN AREAS OF RIO DOS SINOS HYDROGRAPHIC BASIN, RIO GRANDE DO SUL, BRAZIL ENVIRONMENTAL QUALITY ENVIRONMENT MANAGEMENT AND MONITORING Abstract: The air composition air is undergoing significant changes, mainly due to high rates of urbanization and industrial development. The process of change in air quality, caused by stationary and mobile emission sources, is called air pollution and confers upon the air, characteristics that make it unsuitable, harmful or injurious to health. Among the major air pollutants, particulate matter (PM) stands out because of their chemical and morphological characteristics. Consisting of solid and liquid suspended particles, pm is capable of absorbing and transporting a wide variety of toxic components such as metals, organic compounds, ions, reactive gases, among others. This study aimed to evaluate the air quality by determining the concentration of fine and coarse pm in three sampling points, located in places with different levels of urbanization along the middle and lower stretches of the Sinos River Basin, Rio Grande do Sul (Brazil). Collection of the particulate matter (MP 10 e MP 2,5-10 ) was carried out using a sequential sampler (fine and coarse matter sampler - FCS) of small volume. Sampling was performed every 15 days, for 24 hours, from January to July, The results showed that different fractions of pm in the atmosphere are related to their major sources of emissions, with the concentration of fine particles more significant in locations away from possible sources of emissions. Keywords: Air quality, atmospheric emissions, particulate matter. 1. INTRODUÇÃO A composição do ar vem sofrendo alterações significativas, principalmente em função das elevadas taxas de urbanização e do desenvolvimento industrial. O processo de alteração da qualidade do ar, causado por fontes de emissão fixas e móveis é denominado poluição atmosférica e pode conferir ao ar, características que o tornem impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde. Entre os principais poluentes atmosféricos, o material particulado (MP) destaca-se em função de suas características químicas e morfológicas. Constituído por partículas sólidas e líquidas em suspensão, é capaz de absorver e transportar uma grande variedade de componentes tóxicos, como metais, compostos orgânicos, íons, gases reativos, entre outros (Castanas e Kampa, 2008). O MP presente na atmosfera pode ser originado a partir de fontes naturais, como a poeira transportada pelo vento, os sprays marinhos, partículas emitidas por vulcões, entre outros, ou resultantes das atividades antrópicas, como a queima de combustíveis. O MP está associado às partículas compreendidas em uma faixa de tamanho que varia entre alguns nanômetros (nm) a dezenas de micrômetros (µm), chegando a aproximadamente 100 µm de diâmetro aerodinâmico. Podem ser emitidas diretamente como partículas (aerossóis primários) ou formadas na atmosfera por processos de conversão gás-partícula (aerossóis secundários). Quando o diâmetro das partículas atinge cerca de 100 µm, ocorre a precipitação e consequente remoção da atmosfera (deposição seca). Além desse mecanismo de deposição, as partículas podem incorporar-se a nuvens durante a formação das precipitações (deposição úmida). Partículas geradas a partir da combustão, como as

3 resultantes da queima de combustível por automóveis, geração de energia e queima de madeira, podem chegar a 1 µm de diâmetro aerodinâmico, enquanto que as partículas de poeiras transportadas pelo vento, como pólens, fragmentos de plantas e o sal do mar apresentam, geralmente, diâmetro aerodinâmico superior a 1 µm (SEINFELD; PANDIS, 2006). Os riscos a saúde e as características das fontes de emissão do MP fino (diâmetro aerodinâmico < 2,5 µm) e grosso (2,5 < diâmetro aerodinâmico < 10 µm) são distintos. Admite-se que o impacto das partículas finas é maior do que o das grossas, pois podem se aprofundar mais no trato respiratório e se depositar sobre este, o que afeta a função pulmonar (BOUROTTE et al., 2007). Portanto, o tamanho das partículas influi decisivamente em seu potencial de contaminação. A legislação ambiental brasileira, através da Resolução Nº 003/1990, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), estabelece padrões de qualidade do ar para material MP, sob a forma de partículas totais em suspensão (PTS) e partículas inaláveis (PI), sendo as últimas, caracterizadas por apresentar diâmetro aerodinâmico menor do que 10 μm, ou seja, ainda não prevê a fragmentação das PI em material particulado grosso (PM 10 ) e fino (PM 2,5-10 ) e consequentemente os padrões de qualidade para estes parâmetros (CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE, 2013). Assim, a caracterização química e a determinação das diversas fontes emissoras de MP para a atmosfera são pré-requisitos para estudos mais aprofundados deste tipo de poluição. Além disso, esses dados contribuem como fonte de informação para o desenvolvimento de políticas públicas mais eficazes, que considerem a capacidade de suporte do meio ambiente e que desenvolvam e adotem tecnologias econômicas e tecnicamente viáveis de controle das emissões de poluentes. 2. OBJETIVO Este trabalho teve como objetivo a avaliação da qualidade do ar, através da determinação da concentração do MP grosso e fino em três pontos de amostragem, localizados em municípios com diferentes índices de urbanização, ao longo dos trechos médio e inferior da Bacia Hidrográfica do Rio dos Sinos, no Rio Grande do Sul (Brasil). 3. METODOLOGIA 3.1. Caracterização da Área de Estudo A Bacia Hidrográfica do Rio dos Sinos está situada a nordeste do estado do Rio Grande do Sul, entre os paralelos 29 e 30 sul. Possui uma área de km 2, correspondendo a 4,5% da Bacia Hidrográfica do Guaíba e 1,5% da área total do Estado, com uma população aproximada de habitantes, sendo que 90,6 % ocupam as áreas urbanas e 9,4 % estão nas áreas rurais. Esta bacia é delimitada a leste pela Serra Geral, pela bacia do Caí à oeste e ao norte, e ao sul pela bacia do Gravataí (FEPAM, 2009). As amostragens foram realizadas nos municípios de Campo Bom, São Leopoldo, e Canoas. Esses municípios estão localizados nos trechos médio e inferior da Bacia Hidrográfica do Rio dos Sinos e apresentam, níveis distintos de urbanização, sendo o ponto Campo Bom o menos urbanizado, São Leopoldo o intermediário e Canoas o ponto mais urbanizado. Campo Bom apresenta população de habitantes, área territorial de 60 Km 2, sendo 23 km 2 (38,33%) de área urbana e 37 km 2 (61,66%) de área rural. A localização do ponto de amostragem neste município ( , ) foi definida em função de seu afastamento de vias movimentadas, a fim de se diminuir a amostragem de MP proveniente das atividades antropogênicas (Figura 1).

4 Figura 1 Ponto de Amostragem de MP em Campo Bom São Leopoldo possui uma população de habitantes, área territorial de 102,31 km 2, sendo 69,87 km 2 (68,29%) de área urbana e 14,84 km 2 (14,50%) de área rural. Neste município, a definição da localização do ponto de amostragem ( , ) foi feita de forma obter-se um ponto onde a taxa de urbanização fosse intermediária entre os outros dois pontos (Campo Bom e Canoas). Ainda assim, é possível observar-se a proximidade deste ponto (Figura 2) com uma rodovia de tráfego intenso (BR 116). Figura 2 Ponto de Amostragem de MP em São Leopoldo Canoas apresenta uma população de habitantes e área territorial de km 2, constituída apenas por área urbana. Neste município, o ponto de amostragem está localizado a aproximadamente 50m da rodovia BR 116 ( , ), conforme pode ser

5 observado na Figura 3: 3.2. Coleta de Material Particulado Figura 3 Ponto de Amostragem de MP em São Leopoldo As coletas do MP (MP 10 e MP 2,5-10 ) foram realizadas utilizando-se um amostrador sequencial (amostrador de material fino e grosso - AFG) de pequeno volume, construído com base nos estudos experimentais de Hopke et al., O equipamento é composto por um holder onde são fixados os filtros, uma tubulação de silicone que possibilite que o holder seja fixado a 1,5 m de altura da superfície do solo e uma bomba de vácuo com capacidade de fluxo de pelo menos 16 L m -1. A amostragem foi realizada a cada 15 dias, por 24 horas, no período de janeiro a julho de No início e no fim de cada coleta, a vazão de ar (L m -1 ) foi determinada com auxílio de um rotâmetro e, para fins de cálculo, foi considerada a média das duas medições. Foram utilizados filtros de policarbonato (Millipore), nas porosidades de 2 µm para MP fino e 10 µm para MP grosso, ambos com diâmetro de 47 mm. A massa do MP foi determinada por método gravimétrico Determinação da Concentração de MP Após as coletas, a massa do MP foi determinada por método gravimétrico, em balança analítica (Bel Equipamentos Eletrônicos), com precisão 100 μg. Os filtros foram estabilizados por 24 horas (no mínimo) em dessecador a temperatura ambiente (25 C e 30-40% de umidade), antes e após as coletas. Para o cálculo da concentração de MP (C MP ), a massa do MP fino e grosso (µg) foi dividida pelo volume de ar amostrado (m 3 ) durante as 24 horas de coleta, para obter a concentração em µg m -3, conforme equação: C MP = (1) C MP = Concentração de Material Particulado (µg m -3 )

6 mf = massa final do filtro (g) mi = massa inicial do filtro (g) Fi = fluxo inicial de ar (L m -1 ) fi = fluxo final de ar (L m -1 ) T = tempo de amostragem (h) 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 4 apresenta as concentrações médias de MP fino e grosso dos três pontos de amostragem, no período de janeiro a julho de 2013 para as áreas semi-urbanas e urbanas. Conforme pode ser observado, as concentrações médias de MP grosso decrescem em relação aos pontos de coleta, partindo-se do ponto com menor taxa de urbanização (Campo Bom) para os pontos mais urbanizados (Canoas e São Leopoldo, respectivamente). Este decréscimo nos resultados pode estar relacionado a fatores como a poluição do ar por materiais de origem biológica, como o pólen de plantas e a ressuspensão de particulados do solo, como já demonstrado por autores como Hopke et al. (2011) em estudos similares. Outro fator importante é que em Canoas não foi detectado MP grosso, o que pode ser explicado pela proximidade do ponto de coleta com a principal fonte de emissão de partículas finas, as emissões veiculares. Vários estudos identificam que as emissões veiculares são as principais fontes de MP em áreas urbanas, podendo ser detectadas longe da provável fonte de emissão (COLVILE et al., 2001; HIEU e LEE, 2010; KARANASIOU et al., 2011; TEIXEIRA et al., 2009). E ainda, as emissões dos veículos a gasolina e diesel podem contribuir para um maior número total de partículas, em torno de 90%, especialmente de partículas finas (MORAWSKA et al., 2008; PEY et al., 2009). Figura 4 Média aritmética das concentrações de MP fino e grosso de áreas semi-urbanas e urbanas A concentração média do MP fino foi maior no ponto menos urbanizado (Campo Bom), menor no ponto intermediário (São Leopoldo), apresentando uma maior concentração em Canoas. Valores elevados na concentração de MP fino estão normalmente associados a fontes antropogênicas de poluição, como o tráfego e a queima de biomassa (HOPKE et al., 2011; HIEU e LEE, 2010). Os resultados obtidos nos pontos São Leopoldo e Canoas indicam que a poluição destes locais pode estar relacionada ao tráfego de veículos, pois este é mais intenso em Canoas, visto que o local de coleta situa-se a aproximadamente 50 m de uma rodovia de trânsito intenso (BR 116).

7 5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os resultados mostraram que as diferentes frações de MP na atmosfera estão relacionadas às suas principais fontes de emissões, com a concentração de partículas finas mais significativa em locais mais afastados das possíveis fontes de emissões. Entretanto, as partículas grossas podem estar associadas a fontes naturais, como a ressuspensão do solo, e também a fontes antrópicas como a construção civil. Salienta-se a importância das análises químicas e a correlação com os dados meteorológicos de superfície para determinar os principais componentes presentes em cada uma das frações, no sentido de se identificar as possíveis fontes de emissão. Agradecimentos Agradecemos a Universidade Feevale, ao CNPq (Projeto Universal 014/2011 Processo /2011-6) e a FAPERGS pelo suporte financeiro e auxílio de bolsas (IC) para o desenvolvimento da pesquisa. REFERÊNCIAS BATHMANABHAN, S., SARAGUR MADANAYAK, S. N. Analysis and interpretation of particulate matter PM 10, PM 2.5 and PM 1 emissions from the heterogeneous traffic near an urban roadway, Atmospheric Pollution Research 1, 1 (3), , BOUROTTE, C., BRAGA, A., CURI AMARANTE, A. P., FORTI, M. C., LOTUFO, P. A., PEREIRA, L. A. A. Association between ionic composition of fine and coarse aerosol soluble fraction and peak expiratory flow of asthmatic patients in São Paulo city (Brazil). Atmospheric Environment, 41 (10), , CASTANAS, E., KAMPA, M. Human health effects of air pollution. Environmental Pollution, 151 (2), , CHITHRA, V. S., NAGENDRA, S. M. S. (2013) Chemical and morphological characteristics of indoor and outdoor particulate matter in an urban environment. Atmospheric Environment, 77 (27), COLVILE, R. N., HUTCHINSON, J. S., MINDELL, J. S., WARREN, R. A. The transport sector as a source of air pollution. Atmospheric Environment, 35 (9), , CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução CONAMA Nº 003, de 28 de junho de Diário Oficial da União, Brasília, DF, 22 ago Disponível em: < Acesso em: 01 jun DALLAROSA, J., MEIRA, L., TEIXEIRA, E. C., WIEGAND, F. Study of the chemical elements and polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric particles of PM 10 and PM 2.5 in the urban and rural areas of South Brazil. Atmospheric Research, 89 (1-2), 76-92, FUNDAÇÃO ESTADUAL DE PORTEÇÃO AMBIENTAL HENRIQUE LUIZ HOESSLER (FEPAM). Qualidade das águas da bacia hidrográfica do Rio dos Sinos

8 HIEU T. N., LEE, K. B. Characteristics of particulate matter and metals in the ambient air from a residential area in the largest industrial city in Korea. Atmospheric Research, 98 (2-4), , HOPKE, P. K., XIE, Y., RAUNEMAA, T., BIEGALSKI, S., LANDSBERGER, S., MAENHAUT, W., ARTAXO, P., Cohen, D. Characterization of the gent stacked filter unit PM 10 sampler. Aerosol Science and Technology, 27 (6), , HOPKE, P. K., WIMOLWATTANAPUN, W., PONGKIATKUL, P. Source apportionment and potential source locations of PM 2,5 and MP at residential sites in metropolitan Bangkok. Atmospheric Pollution Research 2, 2 (2), , KARANASIOU, A., MORENO, T., AMATO, F., LUMBRERAS, J., NARROS, A., BORGE, R., TOBÍAS, A., BOLDO, E., LINARES, C., PEY, J., RECHE, C., ALASTUEY, A., QUEROL, X. Road dust contribution to PM levels e Evaluation of the effectiveness of street washing activities by means of Positive Matrix Factorization. Atmospheric Environment, 45 (13), , MIGLIAVACCA, D. M. Estudo do processo de remoção de poluentes atmosféricos e utilização de bioindicadores na região metropolitana de Porto Alegre RS. Tese de doutorado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, MORAWSKA, L., RISTOVSKI, Z., JAYARATNE, R., KEOGH, D. U., LING, X. Ambient nano and ultrafine particles from motor vehicle emissions: characteristics, ambient processing and implications on human exposure. Atmospheric Environment, 42 (35), , PEY, J., QUEROL, X., ALASTUEY, A., RODRÍGUES, S., PUTAUD, J. P., VAN DINGENEN, R. Source apportionment of urban fine and ultrafine particle number concentration in a Western Mediterranean city. Atmospheric Environment, 43 (29), , SEINFELD, J. H.; PANDIS, S. N. Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to climate change. New York: John Wiley & Sons, p. TEIXEIRA, E. C., MEIRA, L., SANTANA, E. R. R. de., WIEGAND, F. Chemical Composition of PM 10 and PM 2.5 and Seasonal Variation in South Brazil. Water, Air and Soil Pollution, 199 (1-4), , UNITED ESTATES OF AMERICA. Environmetal Protection Agency, EPA. (2013) National Ambient Air Quality Standards (NAAQS). Disponível em: < Acesso em: 01 jun WORLD HEALTH ORGANIZATION (WHO). Air quality guidelines: global update 2005: particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. Disponível em: < data/assets/pdf_file/0005/78638/e90038.pdf > Acesso em: 01 jun