Aula 7 e 8 Poluição Atmosférica

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PHA 3001 - ENGENHARIA E MEIO 
AMBIENTE
Conceitos básicos, poluentes atmosféricos, poluição do ar e meteorologia e 
transporte de poluentes e tratamento de emissões gasosas.
Aula 7 e 8 – Poluição Atmosférica
Formação da Atmosfera
 Processo evolutivo ocorrido 
há milhões de anos;
 Após o Big Bang, agregado 
de poeira e meteoritos 
envoltos por hélio e 
hidrogênio;
 Atividade geológica e 
emissão de gases (CO2, SO2; 
vapor d’água e NOx);
 Resfriamento e formação de 
rios e oceanos;
 Surgimento da primeira 
planta marinha e ocorrência 
de fotossíntese.
2
Composição Atual da Atmosfera
Gás Composição(% v/v)
ppm
(base volumétrica)
Nitrogênio 78,08 780.840,0
Oxigênio 20,95 209.500,0
Argônio 0,93 9.340,0
Dióxido de Carbono 0,03 340,0
Neônio 0,0018 18,0
Hélio 0,00052 5,2
Metano 0,00015 1,5
Criptônio 0,00010 1,0
Óxido Nitroso 0,00005 0,5
Hidrogênio 0,00005 0,5
Ozônio 0,000007 0,07
Xenônio 0,000009 0,09
3Fonte: MORAN, J.M; MORGAN, M.D; WIERSMA, J.H. Introduction to environmental science, 1986
Tmédia = 15,5 ºC
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Distribuição 
Global da 
Radiação Solar 
no Planeta
5
Perfil de Temperatura da Atmosfera em função da 
Altitude
Poluentes Atmosféricos
 Poluentes Primários:
◦ Substâncias lançadas diretamente na atmosfera:
 CO; NOx; SO2; Hidrocarbonetos e material particulado;
 Poluentes Secundários:
◦ Formados em decorrência da reação entre as 
substâncias presentes na atmosfera em condições 
adequadas;
 SO3 (reação entre SO2 e O2)
 Ácido Sulfúrico (reação entre o SO3 e vapor d’água);
 Ozônio (reação entre óxidos de nitrogênio e oxigênio na 
presença de luz solar);
 Ruído e calor também são considerados 
poluentes.
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Poluição Natural
ERUPÇÃO VULCÂNICA EM 
PAPUA NOVA GUINÉ
EMISSÃO DE GASES DO 
VULCÃO KILAUEA (HAVAÍ)
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Poluição Causada pelo Homem
EMISSÃO VEICULAR EM 
ÁREAS URBANIZADAS
PROCESSOS DE 
INCINERAÇÃO
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Efeitos ou Escala da Poluição 
Atmosférica
 Os efeitos da poluição podem ser:
◦ Locais:
 Os problemas de poluição limitam-se a uma 
região muito pequena, nas proximidades da fonte 
ou na cidade.
◦ Globais:
 Podem envolver regiões bastante extensas, como 
várias cidades, estados e até países;
 Em um sentido mais amplo, os problemas globais 
de poluição afetam toda a ecosfera. 
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Efeitos Locais da Poluição
 O homem e o meio ambiente são afetados;
◦ Efeitos sobre o Homem:
 Problemas de saúde, principalmente doenças 
respiratórias;
 Plantas e animais dos quais ele depende são afetados.
◦ Efeitos sobre o meio ambiente:
 Fauna  atinge os animais da mesma forma que atinge o 
Homem;
 Flora  a absorção de poluentes pode resultar em 
desfolhamento e morte;
 Materiais  problemas estruturais ou estéticos em 
edificações, monumentos culturais e automóveis;
 Atmosfera  diminuição da visibilidade.
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Efeitos dos Poluentes Atmosféricos 
sobre a Saúde Humana
Poluente Efeito da Exposição
CO
Dores de cabeça, náusea, fraqueza, tontura e 
alucinações, exposições prolongadas podem 
resultar em morte.
SO2
Irritação das mucosas dos olhos, nariz e garganta, 
coriza, tosse e brônquio constrição.
NO2
Irritação das mucosas dos olhos, nariz e garganta, 
dispnéia, edema pulmonar, diminuição da funções 
pulmonares, bronquite crônica, dores no peito e 
taquicardia.
O3
Irritação das mucosas dos olhos, nariz e garganta, 
edema pulmonar doenças crônicas do sistema 
respiratório.
11
Fonte: U.S. Department of Health and Human Services, Pocket guide to chemical hazards. NIOSH, 1994.
12
MI – Meta intermediária; PF – Padrão Final; MAA – Média Aritmética Anual; MGA – Média Geométrica Anual 
Fonte: CETESB, 2016
Smog Industrial
 Típico de regiões frias e úmidas;
 Problemas mais acentuados ocorrem no 
inverno;
 Resultante da queima de carvão e óleo 
combustível;
 Predomina em regiões industrializadas ou 
nas proximidades de usinas termelétricas;
 Principais componentes são o SO2 e 
Material particulado;
13
Smog Industrial
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Smog Fotoquímico
 Típico em cidades ensolaradas, quentes e 
de clima seco;
 Resulta da emissão de:
◦ Hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e 
monóxido de carbono.
 Na presença de luz solar dão origem a 
novos poluentes:
◦ Ozônio e Peroxiacetil nitrato (PAN).
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16
Perfil de Formação do Smog
Fotoquímico
17
Formação do Peroxiacetil Nitrato
18
Inversão Térmica
 Fenômeno natural, que afeta as condições 
de dispersão de poluentes;
 Mudança da tendência de variação da 
temperatura da atmosfera com a altitude;
 Pode ser devida a três fatores distintos:
◦ Subsidência de camadas de ar mais quente;
◦ Resfriamento rápido da superfície do Planeta;
◦ Fluxos de massa de ar próximos à encostas.
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Processos de Inversão Térmica
20
21
Dispersão de 
Poluentes
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Número de inversões térmicas, abaixo de 200 m, na 
RMSP de 1985 a 2009 
Dispersão de Poluentes
 Refere-se ao processo pelo qual a concentração dos 
poluentes varia após o seu lançamento na atmosfera; 
 A massa de poluentes lançada na atmosfera pode ser 
imaginada como sendo um balão de ar quente;
 Caso este balão seja lançado na atmosfera e não ocorra 
troca de calor (sistema adiabático), a temperatura do gás 
contido no mesmo irá diminuir;
 Nesta condição, a variação de temperatura será de – 1 °C 
para cada 100 m de elevação;
 Este perfil de variação de temperatura é conhecido como 
adiabático seco, sendo utilizado como referência para a 
dispersão;
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Dispersão Vertical dos Poluentes
24
TemperaturaTT - 10
1
Perfil 
Adiabático
Perfil
Subadiabático
Perfil
Super adiabático
Peso
Empuxo
Resultante
(Estável)
(Instável)
R = 0 ou R < 0
R > 0
Dispersão de Poluentes
 Caso a temperatura do balão diminua mais 
rápido que a da atmosfera, não haverá 
dispersão;
 Caso a temperatura da atmosfera diminua mais 
rápido que a do balão, haverá tendência do 
deslocamento ascendente do poluente;
 Além disso os deslocamentos horizontais podem 
favorecer a mistura e dispersão dos poluentes;
 Os fenômenos de inversão térmica desfavorecem 
a dispersão.
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Efeitos da Estabilidade do Ar na 
Dispersão de Poluentes
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Normas para o Controle da 
Poluição Atmosférica
 Normas brasileiras de controle de poluição 
do ar seguem as americanas;
 Nestas normas são estabelecidos padrões 
de qualidade para o ar visando:
◦ Proteger os grupos mais sensíveis, como 
crianças, idosos e pessoas com problemas 
respiratórios;
◦ Garantir uma condição que não resulte em 
efeitos adversos sobre o bem estar da 
população em geral e sobre o meio ambiente.
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Normas de Controle da Poluição 
do Ar
 Federal:
◦ Resolução CONAMA n° 18, 06/05/1986:
 Institui o Programa de Controle de Poluição por 
Veículos Automotores – PROCONVE.
◦ Resolução CONAMA n° 03, 28/06/1990:
 Estabelece os Padrões de Qualidade do Ar.
◦ Resolução CONAMA n° 08, 06/12/1990:
 Estabelece os limites máximos de emissão de 
poluentes do ar para processos de combustão externa 
em fontes novas fixas.
 Estado de São Paulo:
◦ Decreto 8.468/1973 (Título III – Poluição do Ar)
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Índice de Qualidade do Ar
29
40
80
120
200
Atende ao Padrão 
de Qualidade
Não Atende ao 
Padrão de 
Qualidade
N1 - BOA
N3 - RUIM
N4 – MUITO RUIM
N5 - PÉSSIMA
N2 - MODERADA
Significado do Índice de Qualidade 
do Ar
 Utilizado para relacionar as condições de 
qualidade do ar com os possíveis efeitos sobre a 
saúde humana e medidas de controle;
 Baseado no indicador americano (Pollutant
Standard Index – PSI);
 Relaciona a concentração do poluente na 
atmosfera e o seu padrão primário de qualidade.
30Tabela do Índice de Qualidade do Ar da CETESB
31
Efeitos Globais da 
Poluição Atmosférica
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Chuva Ácida
 Problema relacionado à emissão de óxidos 
de nitrogênio e de enxofre para a 
atmosfera;
 Estes compostos reagem com o oxigênio e 
água presentes na atmosfera e dão 
origem à substâncias ácidas;
 Implicações:
◦ Atingem águas superficiais;
◦ Diminuem a capacidade de produção das 
florestas;
◦ Provoca problemas de corrosão de metais.
33
34
35
Modelo tradicional de controle 
da poluição
Empresa A
Empresa B
Empresa C
Padrões x emissões
Padrões x emissões
Padrões x emissões
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Modelo tradicional de 
controle da poluição (cont.)
 Todas as empresas devem atender aos 
padrões estabelecidos;
 Controle individualizado pelos órgãos 
fiscalizadores;
 Maior dificuldade na obtenção de 
conformidade com padrões de qualidade 
ambientais;
 Custos associados ao controle da poluição 
e fiscalização dos empreendimentos.
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Modelo tradicional de controle da 
poluição (cont.)
 Relação de dependência entre empresas e 
órgãos de controle ambiental;
 Dentro de uma mesma instalação podem 
existir várias fontes de emissão;
 Dificuldade da avaliação do efeito conjunto 
das emissões individuais. 
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Solução
 Estados Unidos da América:
◦ Clean Air Act 1990;
◦ Title IV – Acid Deposition Control.
 Estabelece um novo conceito para o 
controle das emissões de SO2 e NOx, 
responsáveis pela ocorrência da chuva 
ácida;
 Baseada em um estudo de 10 anos para a 
avaliação das causas e efeitos relacionados 
à chuva ácida.
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Prerrogativas
 Presença de compostos ácidos e 
precursores na atmosfera:
◦ Ameaça aos recursos naturais, ecossistemas, 
materiais , visibilidade e saúde pública.
 Queima de combustíveis fósseis como 
principal fonte de compostos ácidos e 
precursores;
 Disponibilidade de estratégias e 
tecnologias para controle de precursores e 
da deposição ácida.
40
Prerrogativas (cont.)
 As gerações atuais e futuras serão afetadas de 
maneira adversa pelo adiamento de medidas de 
remediação;
 A redução da carga total de SO2 e NOx irá 
melhorar a proteção da saúde pública, bem estar 
da população e o meio ambiente;
 Medidas de controle para reduzir as emissões de 
precursores pelas unidades de geração de vapor e 
eletricidade devem ser iniciadas sem demora.
41
Finalidade
 Reduzir a emissão, em base anual, de SO2
em 10 milhões de toneladas, a partir dos 
níveis de 1980;
 Reduzir a emissão, também em base 
anual, de NOx em 2 milhões de toneladas, 
a partir dos níveis de 1980. 
42
Emissões de SO2 nos EUA
 1973  pico de 33 milhões de toneladas;
 1980  25,9 milhões de toneladas;
 1990  Proposta para reduzir em 10 
milhões de toneladas em relação a 1980;
 1995  Estabelecido o teto de emissão de 
8,7 milhões de toneladas para os maiores 
emissores.
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Mecanismo para 
redução das emissões
 Limitar a emissão por fontes afetadas, 
por meio de um programa específico;
 O atendimento às exigências definidas 
pode ser obtido:
◦ Por métodos alternativos aos de controle 
da poluição;
◦ Criação de um sistema de alocação e 
transferência de emissões. 
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Mecanismo para redução 
das emissões (cont.)
 Estratégias de longo prazo:
◦ Encorajar métodos de conservação de 
energia;
◦ Adotar tecnologias alternativas;
◦ Implantar programas de prevenção da 
poluição;
 Início de vigência do programa em 1995, 
com previsão de implantação até 2010.
45
Permissões Negociáveis
 Trata-se de um conceito no qual as fontes de 
emissão são consideradas em conjunto;
 Estabelecimento de um limite anual de 
emissão para poluentes específicos (Teto):
◦ Toneladas por ano;
 Emissão de permissões para as empresas 
envolvidas no programa;
 Uma permissão equivale à uma determinada 
quantidade de poluentes que pode ser emitida 
no ano;
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Permissões Negociáveis (cont.)
 As permissões são distribuídas de acordo com a 
capacidade de produção de cada instalação;
 Considerando-se o controle da emissão pelo setor 
elétrico, deve-se considerar a produção de 
energia por todas as empresas envolvidas;
 No final do período cada empresa apresenta ao 
órgão de controle, uma quantidade de permissões 
equivalentes a quantidade de poluentes emitidos.
47Bases para o Programa
48
Permissões Negociáveis
 Na prática, o que ocorre é o 
estabelecimento de um limite máximo de 
emissão para todas as empresas:
◦ No exemplo da figura anterior, 20.000 
toneladas;
 Cada empresa teve o limite de emissão de 
10.000 toneladas, redução de 50% das 
emissões em relação à condição anterior.
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Atendimento dos limites 
estabelecidos
 A estratégia para atingir os níveis de emissão 
estabelecidos deve ser desenvolvida pela 
indústria;
 Geralmente isto é feito com base em avaliações 
econômicas, levando-se em consideração:
◦ O custo necessário para atingir os níveis de emissão 
estabelecidos;
◦ A redução de poluentes obtida.
 Com base na análise do custo para controle da 
emissão, pode-se optar em comprar permissões 
de empresas onde o custo marginal de 
abatimento seja menor. 
50
Eficiência econômica para controle da poluição
51
Minimização de custos com a comercialização das 
permissões
52
Fonte: EPA, 2003. Tools of the trade: A guiding for designing and operating a CAP and Trade 
program for pollution control. EPA430-B-03-002.
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Medidas para controle da 
emissão
 O controle da emissão pode ser feito:
◦ Diretamente no ponto de emissão;
◦ Na cadeia produtiva de insumos utilizados 
(Controle Upstream);
◦ Na cadeia dos usuários (Downstream).
 Caso as empresas ultrapassem os limites 
de emissão alocados, elas são 
penalidades.
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Possibilidades de atuação para atender os limites de emissão
55
Resultados nos EUA
 Com a implantação do programa de permissões 
negociáveis houve uma significativa redução das 
emissões;
 Dados relacionados à qualidade do ar têm 
mostrado um declínio na concentração de SO2;
 Somente os benefícios relacionados à saúde, 
estimados para 2010 podem chegar a valores 
variando de 17 a 70 bilhões de dólares anuais.
56Tendências regionais para a concentração de SO2
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Tendência para a deposição 
úmida de SO4-2.
Depleção da Camada de 
Ozônio
 Diminuição da concentração de ozônio 
encontrado na atmosfera (15 a 30 Km);
 Resultado da degradação catalítica pelos 
Clorofluorcarbonos (CFC’s);
 Importância do Ozônio:
◦ Reduz a intensidade de radiação ultravioleta 
que chega à superfície do Planeta, 
principalmente UVB e UVC.
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Tipos de Radiação Ultravioleta
Tipo de 
Radiação
Comprimento 
de Onda (nm) Observações
UVA 320 – 400
Comprimento de onda muito 
próximo da luz visível, não é 
absorvida.
UVB 280 – 320
Apresenta vários efeitos 
prejudiciais, podendo causar 
danos ao DNA, que pode resultar 
em câncer aumento de índice de 
catarata e danos à materiais 
poliméricos. A camada de ozônio 
é efetiva para a sua atenuação.
UVC ~100 - 280
Extremamente prejudicial, mas é 
completamente absorvida pela 
camada de ozônio e pelo 
oxigênio da atmosfera.
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Implicações da Redução da 
Camada de Ozônio
 Aumento do índice de câncer de pele;
 Aumento do índice de catarata;
 Danos à materiais poliméricos, plantas e 
organismos matinhos.
60
Mecanismos de Atenuação
61
Degradação Catalítica pelo CFC
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Mudanças Climáticas (“Efeito Estufa”)
 Processo pelo qual a temperatura do Planeta é 
mantida constante;
 Em decorrência de um desequilíbrio no balanço 
térmico, maior acúmulo de energia, existe uma 
tendência na elevação da temperatura; A causa deste desequilíbrio é atribuída a certos 
gases que são emitidos para a atmosfera:
 CO2; CH4 e Óxidos de nitrogênio, entre outros.
63
“Efeito Estufa” (Mudança Climática)
 Atribui-se ao CO2 a maior responsabilidade pela 
ocorrência do efeito estufa;
 Justificativas baseada nos estudos elaborados na 
Antártica, que possibilitou relacionar a variação 
da temperatura do Planeta com a concentração 
de CO2;
 As evidências encontradas conduziram ao 
desenvolvimento de um acordo internacional, 
para reduzir as emissões de CO2 para a 
atmosfera;
64
65
66
Correntes atmosféricas no Planeta
67
Fonte: http://eesc.columbia.edu/courses/ees/climate/lectures/radiation/ (Figs. 09 e 10)
Implicações das Mudanças 
Climáticas
 Aumento da temperatura média do 
Planeta;
 Aumento na taxa de evaporação de água 
e aumento da precipitação;
 Diminuição da umidade do solo em várias 
regiões e aumento em outras;
 Aumento do nível dos oceanos;
 Alterações no equilíbrio do ecossistema.
68
Medidas de Controle
 Protocolo de Quioto para a redução das 
emissões de CO2;
 Reduzir as emissões aos níveis de 1990;
 Mecanismo de Desenvolvimento Limpo;
◦ Cria-se o conceito de crédito de emissão;
 Países industrializados por meio de compensações 
financeiras à países em desenvolvimento ganham 
créditos para ultrapassar a cota estabelecida;
 Os investimentos podem ser feitos em projetos de 
reflorestamento.
69
Controle da Poluição do Ar
 Medidas Preventivas:
◦ Melhora da qualidade dos combustíveis;
◦ Uso de combustíveis com baixo teor de 
enxofre;
◦ Substituição de combustíveis fósseis por fontes 
alternativas;
◦ Manter programas de avaliação dos sistemas 
de combustão;
◦ Manter programas de manutenção preventiva 
nos sistemas relacionados à combustão.
70
71
Tratamento de Emissões Gasosas
 As principais técnicas para tratamento de 
resíduos gasosos envolvem:
◦ Transferência do contaminante para uma fase 
sólida ou líquida;
◦ Conversão para espécies com menor potencial 
de risco;
 Em muitos casos a dispersão dos 
poluentes gasosos é o procedimento mais 
utilizado;
72
Fonte: 
http://www.cntdespoluir.org.br/Downloads/A%20Fase%20P7%20do%20Proconve%20e%20os%20seus%20impactos%2
0no%20Setor%20de%20Transporte.pdf
73
74
Melhorias nos 
Veículos 
Automotores
Tratamento de Resíduos Gasosos
 Como principais alternativas para 
tratamento de resíduos gasosos 
destacam-se:
◦ Filtração;
◦ Separação;
◦ Remoção de gases ácidos;
◦ Controle de NOx;
◦ Adsorção em carvão ativado ou incineração.
75
76
A - Filtração
 Indicada para a remoção de partículas em
suspensão presentes nas correntes
gasosas;
 Os principais equipamentos de filtração 
incluem:
◦ Filtros de manga;
◦ Filtros cerâmicos;
◦ Filtros metálicos;
◦ Filtros absolutos (HEPA).
77
A - Filtração
 O processo está baseado na interceptação
das partículas presentes na corrente
gasosa, quando esta atravessa um meio
poroso;
 São aplicadas para correntes gasosas
secas;
 Devem ser selecionadas em função do
diâmetro da partícula que se deseja
remover.
78
Filtro de 
Manga Pulsado
79
https://youtu.be/1jEOIVQeilE
B - Separação
 Aplica-se a remoção de materiais particulados de 
qualquer corrente gasosa (seca ou úmida);
 O tipo de processo de separação a ser utilizado 
depende do diâmetro das partículas presentes;
 Os dispositivos de separação podem ser ativos 
ou passivos;
 As principais técnicas de separação disponíveis 
incluem:
◦ Separador gravitacional;
◦ Separador tipo ciclone;
◦ Precipitador eletrostático;
◦ Eliminador de umidade.
80
Separador tipo 
ciclone
81
https://youtu.be/oZoweO_UX6s
Precipitador
Eletrostático
82
https://youtu.be/iUXHzYLgrB0
C – Remoção de Gases Ácidos
 Pode ser obtida em lavadores de gases ou pelo 
processo a seco;
 Os lavadores de gases aplicam-se a remoção de 
material particulado, SO2 e HCl;
 Gases e material particulado são absorvidos em 
uma solução adequada, geralmente alcalina;
 A remoção dos gases ácidos a seco é feita pela 
adição de um material absorvedor que irá reagir 
com o gás, dentro do próprio dispositivo de 
combustão;
 O material gerado será coletado nos sistemas de 
separação existentes;
83
D – Controle de NOx
 O controle de efluentes gasosos contendo 
NOx pode ser realizado por um dos seguintes 
processos:
◦ Controle da temperatura de combustão e relação 
ar/combustível;
◦ Redução catalítica seletiva;
◦ Redução não catalítica (adição de NH3 como agente 
redutor).
◦ Redução catalítica não seletiva;
◦ Decomposição direta com catalisador;
◦ Oxidação e lavagem (NO  NO2);
◦ Quelação e lavagem.
84
D – Controle de NOx
 Só os lavadores de gases não são capazes 
de promover a remoção dos vapores de 
NOx presentes nos gases de combustão;
 Isto se justifica em razão da maior fração 
de NOx (90 a 95 %), estar na forma de 
NO, o qual não é efetivamente capturado.
85
86
Lavador de gases 
tipo Venturi
https://youtu.be/BRNPgPBEzfM
E – Adsorção em Carvão Ativado ou 
Incineração
 Efluentes com compostos voláteis,
hidrocarbonetos e solventes orgânicos, podem
ser submetidos a este tipo de processo;
 Adsorção em carvão ativado:
◦ Contaminantes são retidos no carvão por processos 
físicos e químicos;
◦ Após a exaustão o carvão exaurido deverá ser 
gerenciado de forma adequada, podendo ser regenerado 
ou incinerado;
 Incineração os gases:
◦ Contaminantes voláteis são convertidos em substâncias 
menos tóxicas;
◦ Pode ser feita a recuperação de energia.
87