o TRANSPORTE DO S02 NA CIDADE UNIVERSITARIA.

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1 885 o TRANSPORTE DO S02 NA CIDADE UNIVERSITARIA. Maria de Fátima Andrade* e Celso Orsini# *Departamento de Ciências Atmosféricas - Caixa Postal 9638, CEP #Grupo de Estudos de Poluição do Ar - Instituto de Física USP Abstract IAG USP GEPA This study describes an application of the ISCST (Industrial Source Complex Short Term) of the EPA UNAMAP (User's Network for applied Modeling of Air Pollution) system to the calculation of the S02 transport from a part of the "Marginal do Rio Pinheiros" (between the Jaguaré and Eusébio Matoso bridges). Another point that is discussed is the rate of S02 chemical transformation to sulfate (gas to particle conversion) during the transporto The S02 concentrations were measured in two points in the campus of São Paulo University, and the sulfur concentration in one of these places. Traffic flows and the number of vehicles were estimate from data of the CET (Companhia Engenharia de Trafego) and motor vehicle emissions composition were estimated from references. The conversion rate of S02 to sulfate was calculated by means of the model MARS (Model for an Aerosol Reacting System) which describes the thermodynamic equilibrium between the aqueous and gaseous phases of sulfate, nitrate and ammonium and the gas to particle conversion of S02 by H202, Os and 02 catalyzed by Mn and Fe. The comparison between calculated and measured concentrations suggested that the "Marginal Pinheiros" is not the mainly source of the S02 concentrations in the campus. 1..1nt.r..Q.duç.ãQ As concentrações de e~xofre e S02 medidas na cidade universitária motivaram um estudo sobre a origem, tranporte e transformações químicas na atmosfer~ desses poluentes. A primeira fonte poluidora a ser investigada foi o trecho da Marginal do Rio Pinheiros entre a ponte do Jaguaré e a ponte Eusébio Matoso. Considerou-se essa fonte, em virtude do alto fluxo de caminhões, que são grandes emissores de S02. Esse S02 emitido, tende a se converter para sulfato, ou na forma de sulfato de amônio ou ácido sulfúrico. Durante o SPACEX (São Paulo Atmosphere Characterization Experiment) foram realizadas várias coletas de gases, material particulado e chuva, no Instituto de Química, para serem analisadas. Para o tratamento da dispersão do S02 utilizou-se o modelo ISCST (Industrial Source Complex Short Term) da EPA UNAMAP (EPA, 1919) considerando-se a emissão da marginal como \ooa emissão tipo área com a fonte ao nível da superfície.

2 886 Durante o SPACEX, que consistiu em um experimento com a participação de pesquisadores do Brasil e do exterior, foram medidos vários compostos presentes na atmosfera e na água de chuva. Esse experimento foi centralizado no Instituto de Química da USP. A concentração de S02 foi medida pela CETESB no período de 21 a 30107/89. A concentração dos elementos-traço presentes nos aerossóis atmosféricos foi determinada pelo Grupo de Estudos de Poluição do Ar do lfusp, com medidas realizadas de 19/06 a 08/08/ Co.le..t..a...dQ.s da.dq.fl..me.t.e_or.o~.ógko...6 Os dados meteorológicos de superfície, vento, temperatura, pressão e umidade relativa foram obtidos junto à estação climatológica do IAG, e às estações medidoras de poluição do ar da CETESB. Foram utilizados, ainda, os dados de radiosondagens realizadas no aeroporto. Segundo dados da CET (Companhia Engenharia de Tráfego do Município de São Paulo), circulam 200 carros e 32 caminhões por minuto, no trecho da marginal entre as pontes do Jaguaré e ponte Eusébio Matoso, entre às 8 e 20 horas. A taxa de emissão de S02 típica de veículos foi extraída de um relatório do Banco Mundial (Faiz, 1990). A dispersão do S02 foi calculada por meio do modelo ISCST com os seguintes parâmetros de entrada: taxa de emissão da fonte e parâmetros meteorológicos. O cálculo das emissões foi realizado considerando-se o trecho da marginal dividido em 51 quadrados 90 m 2 cada. Com os dados de número de veículos, perfil da fonte e área emissora obtevemos uma emissão aproximada de x10-4 g/s/m 2. A evolução da camda de mistura durante o dia foi estimada a partir da variação diurna da temperatura º-.e..s.:t.ud.Q_...d.a...G.Qnv..e.r..s.ão._...d.Q...S'O.2...P.a.r.a...s.:u.l.f.a.t.o... A conversão do S02 para sulfato em fase aquosa (conversão gás-partícula) foi calculada através do Modelo MARS (Saxena et. al.,1986). Neste modelo é considerada a oxidação do S02 através de reações com o H202, Os e 02 (catalizada pelo Fe 3 + e Mn2 +). Na atmosfera, o crescimento das partículas e as transformações químicas ocorrem através das interações gásaerossol e aerossol-aerossol. A interação gás-partícula inclue a condensação de moléculas com baixa pressão de vapor e a difusão de gás para a partícula. Nos processos atmosféricos a única interação importante partícula-partícula é a coagulação entre as partículas finas (Seigneur et ai., 1984). O sulfato inorgânico possui uma baixa volatilidade e assim tende a ficar na fase de partícula. O sulfato produzido na fase gasosa é

3 887 transferido para a fase de partícula através da nucleação de H2S04.H20, reação entre o H2S04 e NHs, ou a condensação do H2S04 sobre as partículas existentes. Na atmosfera, soluções aquosas suspensas estão presentes na forma de aerossóis, nuvens, neblina e chuva. 3. Resultados e DisQ~ Na tabela 1 temos os resultados da simulação dos modelos para o período de 23/07 a 30/07/89. E na figura 1 temos as isolinhas de concentração do S02 calculadas a partir da aplicação do modelo de dispersão para o S02 levando-se em conta a taxa de oxidação estimada pelo MARS para o dia em estudo. : Tabela 1. Resultados do cálculo da dispersão do S02 para o : trecho entre a ponte do Jaguaré e a ponte Eusébio Matoso da : Marginal Pinheiros. Os valores calculados pelo modelo de : dispersão para o IQ são apresentados juntamente com os valores : medidos. São apresentadas também, a taxa de oxidação do S02 por : metais e por H202 para os dias estudados e a direção :predominante do vento. : Dia Conc. (ug/in S ) Calco Medido ISCST Vento Taxa de Oxidação (%/h) Metais H202 :23/ NNE :24/ NW :25/07 :26/ NW NW :27/07 O 22.0 WNW :28/ NW 3 2 :29/ SE 22 4 :30/ WNW I.I 1.. Os valores apresentados na tabela 1 nos mostram que em função da direção do vento, o transporte do S02 da marginal para a Cidade Universitária é responsável somente por uma pequena parte da concentração medida. Mesmo considerando-se a grande incerteza nesse cálculo, observa-se através da figura 1 que a maior parte do poluente é transportado para a direção sudeste. Para o dia 23/07 como temos vento da direção NNE o transporte se torna mais acentuado na direção sudoeste comparativamente a figura para o dia 30/07. Os maiores problemas nas estimativas realizadas são: o cálculo da emissão da fonte e a estimativa da evolução diurna da camada limite, além dos problemas bastante discutidos sobre as aproximações consiredas em modelos tipo pluma gaussiana. A maior parte do S02 é oxidada através de reações com o 02 catalizadas pelos metais. Essa taxa de oxidação é alta em função da alta umidade relativa e da alta concentração de metais. Para os dias 23 e 24 não temos oxidação na fase aquosa em função da baixa umidade relativa, 45% e 39% respectivamente.

4 Rd.e.r..ê.nc..i.as Faiz, A., Sinha, K., Walsh, M., Varma, A. (1990) Automotive Air Pollution. Issues and Options for Developing Countries. Infrastructure and Urban Development Departament-The World Bank. EPA (1979) Industrial source complex (ISC) dispersion modelo User's guide. EPA-405j C. H.E. Cramer Co, Inc. Salt Lake City, UT. EPA (1986) Guideline on air quality models (revised),. EPA-PB 450/ R. Research Triangle Park, NC Saxena, P., Hudischewskyj, A.B., Seigneur, comparative Study of equilibrium approaches to characterization of secondary aerosols. Atmos. N o 7, C. (1986) A the chemical Environ. 20, Seigneur C., formation in Saxena, P. (1984) A study of atmospheric acid different environments. Atmos. Environ. 18, N 10,

5 S02 (ug/m3) Marginal 23/07/ (ug/m3) - marginal - 30/07/ _ ~ f- ~ \ _ '.,..,,~,,(...c..37(0)1~~r~'''''''''''\\\1-4~ ~ [ ~ '\. ~~~\.j co co -... '\.. '-...,'''' \ _,"''\..'\.1 \.O I I I I I I I I I I I I \ I/I I" I I I I I I I I '>J...c;:;;:.; lj!:>o.oo -1l ~O ~.OO lloo.oo OC - I I I I I I I I I I I I I I I I I I \ I I I I r:::t-=l - I Figura 1. Dispers~o do 50 2 emitido pelo trecho da Marginal Pinheiros entre as Pontes do Jaguaré e Eusébio Matoso.