POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA POLUENTES PARTICULADOS E GASOSOS Simone Lorena Eduardo Martins 1
Tipos de Poluentes 1- Óxidos de Nitrogênio 2- Ozônio 3- Óxidos de Enxofre 4- Compostos Orgânicos 5- Material Particulado 2
1- Material Particulado - MP Refere-se a partículas de material sólido ou líquido que ficam suspensas no ar, na forma de poeira, neblina, fumaça, fuligem e outras, com uma faixa de tamanho menor que 100 µm (entre 0,002 e 100µm) ; Tamanhos variados, mas diminutos o bastante para permanecerem na atmosfera. Composição variada, em geral substrato inorgânico recoberto por substâncias inorgânicas ou orgânicas. A parte orgânica é maior para as finas do que para as grossas. Classificação em função do tamanho: Grosso: > 2,5 µm MP10: < 10 µm Fino: < 2,5 µm MP2,5: < 2,5 µm 3
1- Material Particulado MP Poluentes Particulados Poeiras: partículas sólidas pequenas resultantes da desintegração mecânica de substâncias orgânicas ou inorgânicas seja pelo simples manuseio ou em conseqüência de operações de britagem, moagem, esmerilhamento, peneiramento, fundição, demolição. Não tendem a flocular espontaneamente nem se difundem, mas tendem a sedimentar por gravidade. Tamanho das partículas: 1-10.000 µm. Fumaça: partículas sólidas finas de carbono e outros materiais combustíveis resultantes da combustão incompleta de matéria orgânica (carvão, madeira, óleo diesel). Tamanho das partículas: 0,1-1 µm. 4
1- Material Particulado MP Fumos: partículas sólidas finas resultantes da condensação de vapores de metais fundidos e outros materiais ordinariamente sólidos, quase sempre acompanhados de oxidação (partículas de chumbo e de zinco). Tendem a flocular no ar. Tamanho das partículas: 0,03-10,0 µm. Cinzas: partículas sólidas finas e não combustíveis, resultantes da combustão do carvão. Têm composição mineral ou metálica. Tamanho das partículas: 1,0-1000 µm. 5
1- Material Particulado MP Névoas e Sprays: aerossóis formados por gotículas de líquidos resultantes da condensação de vapores sobre certos núcleos ou da dispersão mecânica de líquidos (smog, neblina, orvalho, névoas de ácido sulfúrico ou de tinta pulverizada, sprays de aspersão de pesticidas). Tamanho das partículas: 0,01-100 µm. Organismos vivos: os mais comuns são o pólen das flores (5-10 µm), os esporos de fungos (1-10µm) e as bactérias (0,2-5 ou mesmo até 20 µm). Em certas circunstâncias especiais, pode ocorrer a presença de vírus (0,002-0,05 µm). 6
1- Material Particulado MP Diversos e diminutos suficientes para permanecer suspensos na atmosfera. Geralmente é uma mistura complexa de compostos orgânicos e inorgânicos. 7
1- Material Particulado MP 8
1- Material Particulado MP Principais Fontes Antropogênicas: combustão: geração de vapor; aquecimento doméstico; veicular processos industriais: indústria do cimento; processos metalúrgicos desgaste de pneus e freios queimadas na agricultura mineração Preocupação: possuem mais poluentes associados que os naturais tendem a ser MP fino 9
1- Material Particulado MP Propriedades Movimento das partículas: gravitacional força gravitacional difusão browniana - movimento randômico, aleatório das partículas no ar. Partículas de diâmetro inferior a 0,1µm são transportadas por difusão browniana. Tamanho das partículas 10
1- Material Particulado - MP Tamanho X Origem As partículas mais grossas resultam quebra de partículas maiores As partículas mais finas formam-se principalmente de reações químicas e pela coagulação de espécies ainda menores, inclusive, com moléculas em estado de vapor, conforme pode ser observado na Figura. 11
1- Material Particulado MP Tamanho X Origem < 0,2 µm - recentemente emitidas ou formadas na atmosfera; estão geralmente presentes em elevadas concentrações no meio urbano. 0,2-2 µm - processos de condensação das partículas de dimensão inferior; são estáveis na atmosfera tendo tempos de vida de 7 a 30 dias. > 2 µm - poeiras do solo, "spray" marinho e poeiras de origem industrial; devido à sua dimensão têm um tempo de vida na atmosfera relativamente curto. 12
1- Material Particulado MP Tamanho X Saúde Grau de penetração das partículas no trato respiratório superior depende do tamanho das partículas da velocidade de penetração 13
1- Material Particulado MP Tamanho X Saúde Entre 2,5 e 30 µm de diâmetro - depositadas mais rapidamente, causando assim menos problemas à população - retidas na parte superior do sistema respiratório. < 2,5µm de diâmetro - capazes de permanecer em suspensão -têm maior capacidade de penetrar, podendo atingir as porções mais inferiores do trato respiratório, ou seja, atingem os alvéolos pulmonares. 14
1- Material Particulado MP Os efeitos sobre o organismo humano são logo evidenciados na alteração da capacidade do sistema respiratório de remover as partículas do ar inalado, causando infecções, como as faringites, rinites e bronquites. A mais temível das infecções é a pneumonia. A variação do tamanho do diâmetro dos MP tem implicado diretamente nas questões relacionadas à saúde pública. 15
1- Material Particulado MP MP fino 30% do total origem antropogênica alta relação com os efeitos na saúde MP grosso 70% do total origem natural pouca relação com os efeitos na saúde MP grosso + MP fino = Partículas Totais em Suspensão (PTS) 30% > 2,5 µm < 2,5 µm 70% 16
1- Material Particulado MP Composição: - sulfatos (~40%) - amônia MP grosso MP fino - carbono elementar - certos metais de transição - compostos orgânicos não-voláteis - compostos orgânicos semivoláteis - ácido nítrico - óxido de silício - óxido de alumínio - óxido de cálcio; de magnésio - óxido de ferro - partículas orgânicas biogênicas (pólen, esporos, fragmentos de plantas) 17
1- Material Particulado MP Material Particulado < 10 µm (MP10) e < 2,5 µm (MP2.5) Em 2001, foi criada a Vigilância em Saúde Ambiental relacionada à Qualidade do Ar VIGIAR. Esse programa não só considerou o MP como indicador de saúde ambiental, como também o seu nexo com morbidade e mortalidade, registrados no Código Internacional de Doenças CID 10. Atualmente, a poluição do ar por MP mata mais do que a AIDS e o trânsito juntos, apenas na cidade de SP. Nesta, as doenças provocadas pela poluição do ar causam cerca de 9 mortes por dia e custo anual de US$ 1,5 milhão para tratar as doenças provocadas por essa poluição. 18
Poluentes Associados ao Material Particulado O evento mais crítico da relação entre a poluição atmosférica e a saúde pública, está relacionado com o risco das partículas menores agregarem em sua composição compostos orgânicos, inorgânicos e biológicos, tanto tóxicos quanto patógenos. Podendo causar danos irreversíveis aos pulmões e a saúde humana. Veremos: os metais e os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs). 19
Metais e HPAs associados ao material particulado Exposição humana Metais/HPAs erosão natural de minerais atividades antrópicas 20
Metais associados ao MP TABELA Principais fontes antrópicas da poluição no ar por metais. Meio poluído Ar Fonte Mineração e processamento de minérios; Fabricação de pigmentos; Fabricação de baterias; Combustão de carvão e óleos; Incineração de resíduos. Estudo realizado no RJ em 2007 constatou correlação entre MP10, tráfego e conversores catalíticos. A presença de Mo, Pd e Rh nos filtros analisados reflete uma fonte adicional de poluição causada pela erosão e possível deterioração dos catalisadores dos automóveis (Chemosphere, 2008,71, 677). 21
Metais associados ao MP A Figura a seguir mostra a importância dos metais associados às partículas atmosféricas na contaminação global do ambiente e como ocorre o seu transporte para o organismo humano. 22
METAIS NO AR Depósito Depósito Depósito e captação Poeira Águas servidas Águas superficiais e profundas Solo Plantas Inalação Inalação Inalação Organismos aquáticos Animais Ingestão Ingestão (alimentos) Ingestão (água) Ingestão (mão na boca) Ingestão (alimentos) Ingestão (alimentos) ORGANISMO HUMANO 23
Efeitos dos metais na saúde humana A presença de metais no ar atmosférico esta associada a diferentes e diversos efeitos causados sobre a saúde da população e dos trabalhadores como: Alzheimer s, Parkinson s, anemia, osteoporose, doenças cardiopulmonares, acréscimo em aberrações cromossômicas, câncer, em especial de próstata e de pulmão, doenças do sistema nervoso, esterilidade, edema pulmonar, irritação no trato respiratório, leucemia... 24
HPAs associados ao MP Por que estudar os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs)? 1775 Grande incidência de câncer em limpadores de chaminés Estudos epidemiológicos Maior incidência de câncer em habitantes da zona urbana em relação a zona rural Grupos ocupacionais Apresentam exposição direta à HPAs 25
HPAs associados ao MP São, por definição, compostos binários formados por carbono e hidrogênio com estrutura que consiste de pelo menos 2 anéis aromáticos. São obtidos durante a combustão incompleta ou pirólise da matéria orgânica. Não há legislação brasileira que determine concentrações limites de HPAs na atmosfera. No ambiente encontram-se na fase gasosa ou adsorvida em material particulado 26
HPAs associados ao MP Naftaleno Acenaftileno Acenafteno Fluoreno Antraceno Fenantreno EPA EPA EPA EPA EPA EPA Fluoranteno Pireno Benzo[a]antraceno Criseno Benzo[b]fluoranteno Benzo[k]fluoranteno EPA EPA EPA EPA EPA EPA Benzo[a]pireno Benzo[e]pireno Perileno Benzo[g,h,i]perileno Indeno[123-cd]pireno Dibenzo[a,h]antraceno EPA EPA EPA EPA EPA: Lista da U.S. EPA : Carcinogênicos 27
HPAs associados ao MP Efeitos dos HPAs na saúde humana A presença de HPAs no ar atmosférico esta associada a diferentes e diversos efeitos causados sobre a saúde da população e dos trabalhadores como: a carcinogenicidade, mutagenicidade, genotoxidade,câncer, especialmente de pulmões. 28
HPA Carcinogenicidade Genotoxidade Mutagenicidade Classificação da IARC Fluoreno I L - 3 Fenantreno I L + 3 Antraceno N N - 3 Fluoranteno N L + 3 Pireno N L + 3 Benzofluorenos I I? nd Benzofluorantenos S I + 2B Ciclopenta[cd]pireno L S + nd Benzo[a]antraceno S S + 2A Criseno L L + 3 Benzo[e]pireno I L + nd Benzo[a]pireno S S + 2A Perileno I I + nd Indeno[1,2,3-cd]pireno S I + 2B Dibenzo[a,c]antraceno L S + nd Dibenzo[a,h]antraceno S S + 2A Dibenzo[a,j]antraceno L I + nd Benzo[g,h,i]perileno I I + 3 Antantreno L I + 3 Coroneno I I + nd Dibenzo[a,e]fluoranteno L N - nd Dibenzopirenos S I + 2B Dados disponíveis para a comprovação do efeito: S=suficientes; I=insuficientes; L=informações limitadas; N=não carcinogênico. Genotoxicidade foi avaliada através dos testes de deterioração do DNA: aberração cromossômica, mutagenicidade. Mutagenicidade (teste de Ames): + (positivo); -(negativo);? (inconclusivo) Classificação da IARC: nd=não determinado; 2A=provavelmente cancerígeno ao homem; 2B=possivelmente cancerígeno ao homem; 3=não é cancerígeno ao homem. 29
Prevenir!!! ENFIM, A MELHOR SOLUÇÃO É SEMPRE: Prevenção é sempre mais econômica e efetiva que o controle: eficiência da combustão zonas de combustão quantidades adequadas de ar combustíveis mais limpos (gás natural x óleo pesado; biodiesel) manejo de queimadas x meteorologia Se não foi possível reduzir na fonte... EQUIPAMENTOS DE CONTROLE... 30
MONITORAMENTO MATERIAL PARTICULADO 31
METODOLOGIA BASE PREPARO DO MEIO DE COLETA CALIBRAÇÃO DOS INSTRUMENTOS AMOSTRAGEM TRATAMENTO DA AMOSTRA ANÁLISE QUÍMICA CÁLCULOS 32
1. METODOLOGIA DE AMOSTRAGEM 33
Normas Segue-se as recomendações da EPA (40 CFR 58 Método IO 2.1): objetivos do monitoramento; disponibilidade de informações meteorológicas (umidade, precipitação, radiação solar, temperatura, velocidade e direção do vento e estabilidade atmosférica) e de emissões; infraestrutura do local; condições de segurança; as normas de amostragem. 34
Procedimento para Amostragem de particulado no Ar Atmosférico A) Escolha do Local de Monitoramento o amostrador deve estar de 2-7 metros do solo; a distância entre os amostradores e os possíveis obstáculos deve ser deve ser duas vezes a altura do obstáculo; o amostrador deve ficar afastado em no mínimo 20m de árvores, edifícios ou outros grandes obstáculos. 35
B) Tipos de amostradores 1) Bombas de Médio Volume (20L min -1 ) 1) Preparo dos Filtros (Método IO 3.1 EPA) equilibrados num ambiente (temperatura e umidade controlados) acondicionado por 24 horas; pôr no porta filtros, o suporte do filtro e posteriormente o filtro; ajustar esse suporte no funil que é adaptado a bomba e acoplado ao separador de partículas. 36
Amostragem 37
2) Amostrador de Grande Volume Sibata Hi-Vol (500L min -1 ) 1 Preparo dos Filtros 2 Calibração da Bomba 3 Amostragem 38
2) Amostrador de Grande Volume Sibata Amostragem 39
2) Amostrador de Grande Volume Sibata Hi-Vol (500L min-1) bomba de alto volume com vazão de 500L min - 1 ; filtro com 110mm de diâmetro e poro de 0,8 µ m; porta filtros e tripé. 40
3) Amostrador de Grande Volume Partículas Totais em Suspensão AGV-PTS 1 Preparo dos Filtros 2 Calibração da Bomba Calibrador Padrão de Vazão (CPV) - indicador de vazão, o registrador de vazão é sensível as alterações de temperatura e pressão. 41
Amostragem capacidade máxima de 1,7 m 3 min -1 ; filtros de fibra de vidro de 203 X 254 mm. 42
4) Amostrador de Grande Volume para Partículas de até 10µm AGV-PM10 1 Preparo dos Filtros 2 Calibração da Bomba capacidade máxima de 1,13 m 3 min -1 ; filtros de fibra de vidro de 203 X 254 mm. 43
5) Amostrador de Grande Volume para Partículas de até 2,5µm AGV-PM2.5 1 Preparo dos Filtros 2 Calibração da Bomba capacidade máxima de 1,13 m 3 min -1 ; filtros de fibra de vidro de 203 X 254 mm. 44
5) Amostrador de Grande Volume para Partículas de até 2,5µm AGV-PM2.5 CABEÇA DE SEPARAÇÃO (ENTRADA) Funcionando por impactação, a cabeça é dotada de um conjunto de 40 boqueiras que aceleram o ar de coleta para dentro de uma câmara de impactação, onde partículas maiores que 2,5 µm ficam retidas numa camada oleosa. A fração de ar com partículas menores que 2,5 µm (MP2,5) é carreada para fora da câmara e dirigida para um filtro de coleta (fibra de vidro ou microquartzo), onde ficam retidas as partículas. 45
6) Impactador em cascata MOUDI Impactador inercial em cascata com deposição uniforme. disponível em versões 8 e 10 estágios: 8 estágios (em µm) - 18 (inlet); 10; 5,6; 3,2; 1,8; 1,0; 0,56; 0,32 e 0,18. 10 estágios - inclui os diâmetros de corte acima e + de 0,1 µm e 0,056 µm. 46
6) Impactador em cascata MOUDI Princípio de Operação Em cada estágio o fluxo de ar atinge a placa de impactação, e partículas maiores que o diâmetro do estágio são coletadas. As partículas menores são coletas no próximo estágio onde os orifícios são menores. Ao passarem por estes orifícios menores sofrem um aumento de velocidade, fazendo com que partículas com um certo diâmetro sejam impactadas, selecionando assim um novo diâmetro de corte, assim sucessivamente até o estágio final. 47
6) Impactador em cascata MOUDI Diagrama típico do estágio do Moudi 48
2. TÉCNICAS ANALÍTICAS 49
2. TÉCNICAS ANALÍTICAS Análise de metais a) Lavagem de material material imerso 24hs Extran 5%(v/v) material imerso 48hs HNO 3 10%(v/v) material água corrente água ultrapura Milli-Q seco à 40 0 C Material descontaminado 50
b) Análise Qualitativa e Quantitativa Metais Filtros 10-20 ml de água Milli-Q 2 ml de HCl Extração 95 0 C/2hs 5 ml de HNO 3 Extrato Filtração Avolumar a 50mL água Milli-Q Amostra 51
ICP-OES (Espectrometria de emissão por plasma indutivamente acoplado) Método IO-3.4 EPA OU EAA-FG (Espectometria de absorção atômica com forno de grafite) Método IO-3.2 - EPA OU... 52
2. TÉCNICAS ANALÍTICAS Análise de HPAs a) Lavagem de material material imerso 24hs Extran 5%(v/v) material água corrente água ultrapura Milli-Q seco à 40 0 C Material descontaminado 53
b) Análise Qualitativa e Quantitativa HPAs/ Método 3550b e 8270c - EPA 50 ml de diclorometano Filtros Ultrassom 15 min Extrato Filtração Faz-se este procedimento por três vezes e no 4º ciclo adiciona-se 100 ml de CH 2 Cl 2. Concentrar até 2mL Amostra 54
Cromatógrafo de fase gasosa de alta resolução acoplado ao espectrômetro de massas (CGAR/EM). 55
... este excelente véu que nos protege, o ar, vejam só, este bravo firmamento, teto majestoso riscado pela luz dourada, não me parece mais do que uma congregação de vapores pestilentos... William Shakespeare, Hamlet, 2º ato, cena 2 56
Bibliografia BAIRD, COLIN. Química Ambiental. Bookman, 2002. BRAGA, B. e outros. Introdução à Engenharia Ambiental. Pearson Prentice Hall, 2005. FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, Jr., J. N. Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere: Theory, Experiments, and Applications. Elsevier Science & Technology, 1999. SEINFELD, J. H.; PANDIS, S. N. Atmospheric Chemistry and Physics. From Air Pollution to Climate Change. John Wiley & Sons, 1998. 57
Obrigada! slorena8@gmail.com 58