Ciências do Ambiente

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 18 O Meio Atmosférico II: Problemas ambientais e Tecnologias de Tratamento Profª Heloise G. Knapik 1

2 Poluição atmosférica

3 Fontes naturais de poluição Emissões provenientes de vulcões Ações biológicas em pântanos e solos (decomposição) Compostos provenientes de incêndios florestais naturais Libertação de compostos radioativos por rochas

4 Fontes antrópicas de poluição Fontes estacionárias e móveis: controle diferenciado da poluição Fontes fixas ou estacionárias: Indústrias (celulose e papel, petroquímica, fundição de ferro e aço, química, etc). Qualquer estabelecimento onde ocorra a queima de combustíveis fósseis Fontes móveis ou difusas: Automóveis Queimadas/ Incêndios Utilização de tintas, solventes ou outros produtos químicos

5 Poluição atmosférica: escala local e global LOCAL: quando os problemas de poluição limitamse a uma região muito pequena, nas proximidades da fonte ou na cidade GLOBAL: podem envolver regiões bastante extensas, como várias cidades, estados e até países afetam toda a ecosfera

6 Poluição atmosférica Poluentes primários: Lançados diretamente no ar Exemplos: dióxido de enxofre (SO 2 ), óxidos de nitrogênio (NO x ), monóxido de carbono (CO) e alguns particulados (poeira) Poluentes secundários: Formam-se na atmosfera por meio de reações que ocorrem em razão da presença de certas substâncias químicas e de determinadas condições físicas Exemplos: SO 3 (formado pelo SO 2 e O 2 no ar) reage com a água para produzir o ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) chuva ácida

7 Principais poluentes atmosféricos Monóxido de Carbono (CO): Composto gerado nos processos de combustão incompleta de combustíveis fósseis e outros materiais que contenham carbono em sua composição Dióxido de Carbono (CO 2 ): Composto resultante da combustão completa de combustíveis fósseis ou combustíveis com carbono Composto gerado na respiração aeróbia do seres vivos CO e CO2: Incolor e inodoro CO: gás venenoso

8 Principais poluentes atmosféricos Óxidos de Enxofre (SO 2 e SO 3 ): Produzidos pela queima de combustíveis que contenham enxofre em sua composição Gerados em processos biogênicos naturais (solo e água) SO 2 : Gás incolor, provoca asfixia intensa, forte odor, altamente solúvel em água (H 2 SO 4 ) SO 3 : Solúvel em água (H 2 SO 4 )

9 Principais poluentes atmosféricos Óxidos de Nitrogênio (NO x ): Originado nos processos de combustão (composição do ar) Gerado a partir de descargas atmosféricas na atmosfera NO (óxido nítrico): gás incolor oxida para NO 2 NO 2 : gás de cor marrom/alaranjado (principal componente da formação da névoa fotoquímica smog)

10 Principais poluentes atmosféricos Ozônio (O 3 ): Produzido principalmente durante a formação de névoa fotoquímica (smog) Perigoso para vegetações Altamente reativo

11 Principais poluentes atmosféricos Hidrocarbonetos: Resultantes da queima incompleta de combustíveis Evaporação de combustíveis e outros materiais (solventes orgânicos)

12 Principais poluentes atmosféricos Oxidantes fotoquímicos: Compostos gerados a partir de outros poluentes (hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio), lançados à atmosfera por meio de reação química entre esses compostos, catalisados pela radiação solar. Exemplos: ozônio e o peróxi-acetil nitrato (PAN)

13 Principais poluentes atmosféricos Material particulado: Material sólido e líquido capaz de permanecer em suspensão Origem em processos de combustão ou em processos naturais em razão da ação do vento Exemplos: poeira, fuligem, partículas de óleo, pólen

14 Principais poluentes atmosféricos Asbestos (amianto): Material particulado gerado na etapa de mineração e beneficiamento do amianto Resulta em graves problemas de saúde

15 Principais poluentes atmosféricos Metais: Material particulado associado aos processos de mineração, combustão de carvão e processos siderúrgicos Material liberado em automóveis juntamente com material particulado pode ocasionar problemas de saúde

16 Principais poluentes atmosféricos Gás fluorídrico (HF): Gerado no processo de produção de alumínio e fertilizantes, refinarias de petróleo Processos a alta temperatura com materiais que contenham flúor na sua composição

17 Principais poluentes atmosféricos Amônia (NH 3 ): Geração em indústrias químicas e de fertilizantes a base de nitrogênio Processos biogênicos naturais que ocorrem na água ou no solo

18 Principais poluentes atmosféricos Gás sulfídrico (H 2 S): Subproduto gerado nos processos desenvolvidos em refinarias de petróleo, indústria química e indústria de celulose e papel (presença de enxofre na matéria-prima processada) Processos biogênicos naturais

19 Principais poluentes atmosféricos Pesticidas e herbicidas: Compostos químicos organoclorados, organofosforados e carbamatos utilizados na agricultura (origem na produção e utilização)

20 Principais poluentes atmosféricos Substâncias radioativas: Depósitos naturais, usinas nucleares e testes de armamento nuclear e a queima de carvão Materiais que podem causar o rompimento de ligações químicas das moléculas que constituem o tecido vido e estrutura dos materiais

21 Principais poluentes atmosféricos Calor: Emissão de gases a alta temperatura para o meio ambiente processos de combustão Som: Emissão de energia para o meio ambiente na forma de ondas de som Associado ao estilo de vida industrial

22 Efeitos locais da poluição atmosférica

23 Poluição local Formados por episódios críticos de poluição em cidades Dependem dos poluentes gerados Função das condições climáticas existentes para a sua dispersão Smog industrial Smog fotoquímico Podem ocorrer de forma simultânea ou separadamente, em diferentes estações do ano, em uma mesma região

24 Smog industrial Nevoeiro associado a material particulado e gases, principalmente em regiões industriais ou com grande queima de óleo (geração de energia)

25 Smog industrial Típico de regiões frias e úmidas Ocorrência no inverno (condições adversas para a dispersão dos poluentes inversão térmica) Resulta da queima de carvão e óleo combustível Regiões industrializadas ou nas proximidades de usinas termelétricas Principais componentes são o SO 2 e material particulado

26 Smog fotoquímico É a poluição do ar, sobretudo em áreas urbanas, por ozônio troposférico e outros compostos originados por reações fotoquímicas (reações químicas causadas pela luz solar).

27 Smog fotoquímico Típico de cidades ensolaradas, quentes e de clima seco Ocorre devido aos veículos automotores que emitem: - Hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono Na presença de luz solar dão origem a novos poluentes: - Ozônio e peroxiacetil nitrato (PAN)

28 Controle da Poluição Atmosférica: Smog industrial e Smog fotoquímico Smog industrial Lançamentos industriais Dióxido de enxofre (SO 2 ) Material particulado Smog fotoquímico Queima de combustíveis sistema de transporte

29 Controle da Poluição Atmosférica: Smog industrial e Smog fotoquímico SMOG INDUSTRIAL Controle da emissão de SO2: Redução do consumo/utilização de alternativas Remover o enxofre antes da queima ($$) Chaminés mais elevadas Lavadores de gases (remoção de 90%): mistura de água e calcário para a formação de sulfato de cálcio

30 Controle da Poluição Atmosférica: Smog industrial e Smog fotoquímico SMOG INDUSTRIAL Controle da emissão de Material particulado: Aumentar a eficiência da combustão Substituir combustíveis/ alternativas sustentáveis Remover o material particulado: precipitadores eletrostáticos, filtros de manga, separador ciclônico, lavadores de gases

31 Controle da Poluição Atmosférica: Smog industrial e Smog fotoquímico SMOG FOTOQUÍMICO Controle das emissões no sistema de transporte: Sistemas alternativos/coletivos Motores mais eficientes e menos poluentes Controle no escapamento: queimadores e conversores catalíticos Composição do combustível

32 Efeitos globais da poluição atmosférica

33 Poluição global Efeito estufa Destruição da camada de ozônio na estratosfera Chuva ácida

34 Efeito estufa Gases de efeito estufa: - Dióxido de carbono (CO 2 ) - Metano - Óxido nitroso - Clorofluorcarbono (CFCs) Aumento da temperatura global: Alteração de biomas, biodiversidade, aumento do nível dos oceanos, intensificação de processos de desertificação, intensificação de eventos climáticos extremos

35 Destruição da camada de ozônio Funções do ozônio na estratosfera: - Atenuador da radiação ultravioleta - Utiliza a radiação UV nas reações químicas associadas aos processos de formação e destruição dele mesmo

36 Destruição da camada de ozônio Processo de destruição do ozônio: clorofluorcarbonos (CFCs) aceleram o processo (descoberto em 1974) + Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O Cl + O 2 O + O 3 2 O 2 Os CFCs são estáveis na atmosfera ordem de 100 anos Uma molécula de cloro pode destruir até 10 mil moléculas de ozônio

37 Destruição da camada de ozônio Medidas de contenção: Assinatura do Protocolo de Montreal em 1987 comprometimento de 188 países para redução das emissões de CFCs Estabelecimento de cronograma para o congelamento do consumo e banimento definitivo das substâncias responsáveis pela depleção da camada de ozônio CFCs: gases utilizados em aparelhos de ar-condicionado, refrigeração, aerossóis, equipamentos eletrônicos e de plásticos.

38 Chuva ácida Origem: - Gases nitrogenados e sulfonados reagem com o vapor de água na atmosfera produzindo ácidos nítrico e sulfúrico - Chuva com ph inferior a 5,6 (chuvas em regiões industriais da Europa chegam a apresentar ph na ordem de 3)

39 Chuva ácida Reações: Ácido Sulfúrico Ácido Nítrico

40 Chuva ácida Consequências: - Perda de produtividade agrícola (acidificação de solos), lixiviação de nutrientes - Acidificação da água (lagos e reservatórios para abastecimento e produção de energia): desgaste no concreto, tubulações, turbinas e bombas. - Alteração de ecossistemas aquáticos e destruição da vegetação - Destruição de obras civis e monumentos

41 Chuva ácida Controle: - Controle da emissão de óxidos de nitrogênio e dióxido de enxofre - Emissões locais, mas problema global mecanismos de circulação atmosférica - 50% das chuvas ácidas no Canadá são originárias de emissões nos EUA - Destruição de florestas da Escandinávia a partir de emissões geradas na Inglaterra e na Alemanha

42 Dispositivos para o controle das emissões de poluentes atmosféricos

43 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: CÂMARA GRAVITACIONAL OU CÂMARA DE SEDIMENTAÇÃO Princípio de remoção: força da gravidade

44 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: CÂMARA GRAVITACIONAL OU CÂMARA DE SEDIMENTAÇÃO (a) Câmara de expansão simples (b) Câmara de múltiplos pratos (ou bandejas) (c) Câmara inercial Remoção de partículas com diâmetro entre 50 µm e 100 µm

45 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: CICLONES Princípio de remoção: força centrífuga + força da gravidade

46 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: CICLONES

47 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: PRECIPITADOR ELETROSTÁTICO Princípio de remoção: forças eletrostáticas (campo elétrico)

48 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: PRECIPITADOR ELETROSTÁTICO

49 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: FILTRO DE MANGAS Princípio de remoção: retenção do material no meio filtrante

50 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: FILTRO DE MANGAS Filtração da corrente gasosa através de um meio material poroso (meio filtrante) que retenha o material particulado em suspensão Remoção de partículas com diâmetros menores que 0,1 µm

51 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: LAVADOR VENTURI Princípio de remoção: retenção do material no líquido

52 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: LAVADOR VENTURI Remoção de partículas com diâmetro entre 0,4 µm e 20 µm

53 Dispositivos para remoção de material particulado em suspensão: Seleção de métodos de coleta em função do diâmetro da partícula

54 Dispositivos para remoção de poluentes gasosos: CONDENSADOR Princípio de remoção: conversão do gás ou vapor em líquido

55 Dispositivos para remoção de poluentes gasosos: ABSORVEDOR Princípio de remoção: difusão entre os constituintes na fase gasosa para a fase líquida

56 Dispositivos para remoção de poluentes gasosos: ADSORVEDOR Exemplos de materiais adsorventes: Sílica gel, Carvão ativado Princípio de remoção: concentração do material sob a superfície do adsorvente

57 Dispositivos para remoção de poluentes gasosos: SEPARADOR DE MEMBRANA Princípio de remoção: escoamento tangencial

58 Dispositivos para remoção de poluentes gasosos: BIOFILTRO Princípio de remoção: decomposição microbiológica

59 Dispositivos para remoção de poluentes gasosos: BIOFILTRO Exemplo de utilização de algas para tratamento da fumaça em churrascarias (Devon s Grill)

60 Monitoramento das emissões atmosféricas

61 Monitoramento das emissões atmosféricas AMOSTRADORES PASSIVOS Amostra obtida por difusão molecular (tubo ou disco amostrador) filtro com material absorvente para um poluente específico exposto às concentrações específicas (análise posterior em laboratório)

62 Monitoramento das emissões atmosféricas AMOSTRADORES ATIVOS O ar é sugado por uma bomba, passando através de um meio coletor químico ou físico por um determinado período de tempo (24 horas) análise posterior em laboratório

63 Monitoramento das emissões atmosféricas AMOSTRADORES AUTOMÁTICOS Amostra de ar entra em uma câmara de reação medida direta da propriedade ótica do gás ou através de reação química produzindo quimiluminescência ou luz fluorescente

64 Monitoramento das emissões atmosféricas SENSORES REMOTOS Dados obtidos pela integração, ao longo de um caminho ótico, de uma fonte de luz e de receptor

65 Monitoramento das emissões atmosféricas BIOINDICADORES Capacidade da planta em acumular ou metabolizar poluentes em seu tecido (análise do tecido em laboratório)

66 Normas para o controle da poluição atmosférica

67 Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar - Pronar Limites máximos de emissão: Quantidade de poluentes que pode ser lançada por fontes poluidoras para a atmosfera. Limites em função da classificação de usos Controle mais rígido para fontes novas de poluição (empreendimentos sem Licença de Operação) Limites máximos definidos por meio de resoluções específicas do CONAMA

68 Padrões de qualidade do ar no Brasil - CONAMA Legislação brasileira segue as leis norte americanas (EPA) CONAMA 003/1990: Parâmetros regulamentados: Partículas totais em suspensão Fumaça Partículas inaláveis Dióxido de enxofre Monóxido de carbono Ozônio Dióxido de nitrogênio

69 Padrões de qualidade do ar no Brasil CONAMA 003/1990

70 Níveis para os efeitos sobre a saúde humana:

71 Normas para o controle da poluição atmosférica Dificuldade de se estabelecer padrões em função de: Grande número de poluentes atmosféricos dificuldade de identificar o efeito isolado de cada um ou o efeito combinado Difícil detecção em baixas concentrações Efeito sinérgico potencialmente perigosos Pouca informação a respeito de mortes causadas por fatores associados a poluentes atmosféricos Doenças podem ter outros fatores associados Novos poluentes... Inexistência de informações