201737 16034 Apostila Poluicao atmosferica +PRINCIPIOS+GERAIS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
NOTAS DE AULA
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
Profa. Aline Sarmento Procópio
2011
Notas de aula: POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA Profa. Aline Sarmento Procópio 2
1 A ATMOSFERA
1.1 Composição e características
Atmosfera é a denominação dada à camada gasosa que envolve a Terra, constituída
originalmente por inúmeros gases e partículas, sendo os constituintes mais abundantes o
nitrogênio (N2) e o oxigênio (O2). A tabela 1.1 destaca os principais elementos
naturalmente presentes na atmosfera terrestre. Além de gases, a atmosfera também
apresenta como constituintes o vapor d’água e materiais particulados orgânicos (pólen,
bactérias, etc.) e inorgânicos (areia muito fina, subprodutos da combustão, etc.). Sua
composição química básica é praticamente uniforme em todo o planeta, assim como a
proporção dos gases que a constituem. Os constituintes que apresentam maiores alterações
são o vapor d’água e o dióxido de carbono (CO2), cujas concentrações podem sofrer
grandes variações de uma região para outra. As concentrações de ozônio (O3), dióxido de
enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NO e NO2, doravante denominados NOx) e monóxido
de carbono (CO) também podem variar bastante de local para local, em função da
existência ou não de atividades antrópicas.
Tabela 1.1- Distribuição percentual média dos constituintes da atmosfera terrestre.
Constituintes %
Principais
gases:
Nitrogênio (N2) 78,11
Oxigênio (O2) 20,95
Argônio (Ar) 0,093
Dióxido de carbono (CO2) 0,033
Outros gases:
Neônio (Ne), Hélio (He), Hidrogênio (H2),
Ozônio (O3), Dióxido de enxofre (SO2), Metano
(CH4), Óxidos de nitrogênio (NOx), Monóxido
de carbono (CO), dentre outros
0,814
Vapor d’água 0,02% em volume nas regiões áridas e 4% em regiões úmidas
Material
particulado
material particulado orgânico (pólens, bactérias, etc.) e inorgânico
(areia, subprodutos de combustão, etc.).
Do ponto de vista ecológico, os dois componentes mais importantes do ar são o
oxigênio e o dióxido de carbono, que estão envolvidos nos processos de respiração e de
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fotossíntese. O CO2 forma-se naturalmente no processo de respiração dos seres vivos e na
decomposição da matéria orgânica. Apesar do CO2 ser um reagente do processo
fotossintético realizado pelos vegetais, a sua produção excessiva a partir da atividade
humana causa problemas ao meio ambiente (aquecimento global), como será visto adiante.
Destaca-se como o fator de maior contribuição humana para o aumento do CO2
atmosférico a queima de combustíveis fósseis (derivados de petróleo, gás natural e carvão
mineral).
A atmosfera não possui limite exterior definido, rarefazendo-se gradualmente até
desaparecer no espaço, sendo que mais de 80% dos gases atmosféricos são mantidos pela
gravidade nos primeiros 20 km acima da Terra.
A atmosfera pode ser dividida em cinco camadas, ilustradas na figura 1.1:
 a TROPOSFERA, que compreende a camada de ar que se estende da
superfície até aproximadamente 10 a 15 km de altitude, dependendo da latitude e da época
do ano. A temperatura decresce com a altura numa taxa aproximada de 6,5 oC/km. Entre
80% e 90% da massa total de ar presente na atmosfera se encontra na troposfera,
juntamente com as nuvens e o vapor d’água. Apenas a troposfera tem contato direto com
os seres vivos, sendo ela a fonte do oxigênio presente no ar, do dióxido de carbono, do
nitrogênio e da umidade, elementos indispensáveis à vida. É aqui que entram em ação
todos os protagonistas da meteorologia: ventos, chuvas, tempestades, neve, granizo,
nevoeiros etc. Vale a pena destacar a importância que a atmosfera exerce sobre todos os
sistemas de suporte de vida na Terra, pois envolve todos os elementos da biosfera;
 a ESTRATOSFERA, que se estende da tropopausa até aproximadamente 45-
55 km de altitude. A temperatura é constante na baixa estratosfera, mas aumenta com a
altitude devido à absorção de radiação solar (ultra-violeta) pelo ozônio;
 a MESOSFERA, que se estende da estratopausa até 80-90 km, camada em
que a temperatura decresce com a altitude e atinge a temperatura mais baixa da atmosfera,
aproximadamente -90 oC;
 a TERMOSFERA, onde a densidade das móleculas no ar é da ordem de 1013
moléculas/cm3, comparada com 2,5x1019 moléculas/cm3 ao nível do mar. Caracterizada por
altas temperaturas, devido a absorção de onda curta pelo oxigênio e pelo nitrogênio. A
radiação ultravioleta é intensa nesta região e a temperatura pode exceder 700 oC. A
IONOSFERA é a região da alta mesosfera e baixa termosfera, onde íons são produzidos por
fotoionização;
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 A EXOSFERA, região mais alta da atmosfera terrestre (acima de 500 km),
onde moléculas de gases com energia suficiente podem escapar do campo gravitacional
terrestre.
Figura 1.1- Perfil de temperatura da atmosfera terrestre (Fonte: Braga et al., 2005).
1.2 A radiação solar
A fonte fundamental de energia que rege o sistema climático terrestre é o Sol. O
Sol emite radiação eletromagnética como um corpo negro de temperatura aproximada de
5.700 oC, nas regiões do ultravioleta (comprimentos de onda entre 0,2 m e 0,4 m), do
visível (comprimentos de onda entre 0,4 m e 0,7 m), e do infravermelho próximo
(comprimentos de onda entre 0,7 m e 3,5 m), sendo que o pico de energia ocorre no
espectro visível, próximo do comprimento de onda de 0,5 m. Quanto menor o
comprimento de onda, maior a energia emitida, por isso o ultravioleta é tão prejudicial à
saúde (emite grande quantidade de energia, causando danos à pele e olhos).
A Terra absorve a radiação do sol e também emite radiação como um corpo negro,
porém com temperatura bem menor, por volta de 27 oC, emitindo em comprimento de
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ondas maiores, a partir de 4 m, sendo que o seu pico de energia é próximo a 10 m, na
região do infravermelho térmico (comprimentos de onda entre 3,5 m e 100,0 m).
Enquanto a radiação solar percorre seu caminho do topo da atmosfera até atingir a
superfície terrestre, nota-se uma diminuição da energia incidente na superfície em
alguns comprimentos de onda. Em determinados intervalos, denominados bandas de
absorção, vários gases e partículas presentes na atmosfera absorvem a radiação solar
em seu caminho à superfície. Os comprimentos de onda onde os constituintes da
atmosfera permitem a transmissão de radiação são denominados “janelas
atmosféricas”. O oxigênio (O2) e o ozônio (O3), presentes nas altas camadas da
atmosfera, absorvem praticamente toda a radiação solar de comprimentos de onda
inferiores a 0.3 m, altamente energéticas, nos protegendo. Já o dióxido de carbono
(CO2) afeta principalmente a radiação infravermelha terrestre, absorvendo-a, sendo por
isso o principal responsável pelo aumento do efeito estufa observado no ultimo século.
1.3 Balanço de energia do sistema atmosfera-superfície
A energia radiante instantânea incidente perpendicularmente a uma unidade de área
localizada a uma distância média entre o Sol e a Terra é denominada constante solar (S0).
Existe uma pequena variação nos valores de S0 adotados por diferentes pesquisadores,
avaliados entre 1350 Wm-2 a 1370 Wm-2. A fração média de irradiância (energia por
unidade de área, por unidade de tempo) solar recebida pela Terra no topo da atmosfera ao
longo do ano a cada 24 horas é de aproximadamente ¼ de S0, ou seja, 343 Wm-2.
Em torno de 31% deste valor é refletido de volta para o espaço. Esta fração é
denominada albedo planetário e contribuem para ela os efeitos das nuvens (~17%), da
superfície terrestre (~6%) e das moléculas e partículas naturalmente presentes na atmosfera
(~7%). Outros 26%, aproximadamente, são absorvidos naatmosfera pelas moléculas e
partículas (~22%) e pelas nuvens (~4%). Os 44% restantes são absorvidos pela superfície
terrestre, aquecendo-a. A superfície terrestre retorna este calor para a atmosfera, parte em
forma de radiação infravermelha, parte em forma de calor sensível e parte em forma de
calor latente. A figura 1.2 apresenta uma ilustração esquemática destas interações entre as
radiações solar e terrestre com as nuvens, a atmosfera e a superfície. É essa troca de
energia que garante que a temperatura global média próxima da superfície fique em torno
de 14oC. Para que o clima se mantenha estável é necessário um balanço entre as radiações
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absorvida e emitida pelo sistema. Isto significa que a atmosfera (gases de efeito estufa,
nuvens e alguns tipos de aerossóis) e a superfície terrestre precisam emitir em torno de 235
Wm-2 de volta para o espaço, circunstância que ocorre quando há equilíbrio no sistema.
Qualquer desequilíbrio no balanço de energia gera uma mudança climática, levando
a Terra a um novo estado de equilíbrio que pode resultar em aquecimento ou resfriamento
do planeta. Perturbações externas impostas no balanço de energia radiativa do sistema
climático terrestre podem causar uma mudança líquida da irradiância solar no topo da
atmosfera, denominada forçante radiativa do clima. A forçante radiativa é medida em
Watts por metro quadrado (Wm-2) e é uma ferramenta que pode ser utilizada na estimativa
dos impactos climáticos causados pelo desequilíbrio do balanço de energia radiativa.
Algumas atividades antropogênicas, em particular as que envolvem queima de biomassa e
de combustíveis fósseis, produzem grandes quantidades de gases de efeito estufa e
partículas, afetando a composição natural da atmosfera e alterando o balanço radiativo.
Mudanças do uso do solo, como conversões de florestas em pastagens, alteram a
refletância da superfície e também provocam um desequilíbrio radiativo.
Figura 1.2- Ilustração esquemática do balanço médio global de energia da Terra. O lado
esquerdo da ilustração mostra as interações da radiação solar incidente com a atmosfera, as
nuvens e a superfície terrestre. O lado direito mostra como ocorre a emissão de radiação de onda
longa.
Na última década houve um aumento significativo no interesse científico sobre os
efeitos dos aerossóis (partículas) no clima. O efeito líquido dos aerossóis no clima é o
resfriamento da superfície, mas dependendo de suas propriedades óticas eles podem
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simultaneamente aquecer a atmosfera. As alterações nos fluxos de radiação causadas pelos
aerossóis podem modificar a temperatura da superfície e, conseqüentemente, alterar os
fluxos de calor sensível e latente nas camadas mais baixas da atmosfera. Isto pode
modificar o perfil vertical de temperatura da atmosfera, podendo afetar a estabilidade
atmosférica, a altura da camada limite, a circulação regional e as taxas de evaporação, de
formação de nuvens e de precipitação.
Seria presumível que houvesse uma redução do aquecimento causado pelos gases
estufa devido ao resfriamento causado pelos aerossóis, porém deve-se levar em
consideração a natureza e os efeitos de cada um separadamente, devido à grande
variabilidade na distribuição geográfica, sazonal e temporal existente. Os gases de efeito
estufa atuam durante o dia e a noite, e os aerossóis operam essencialmente durante o dia,
porque seus efeitos possuem uma relação direta com a radiação solar. Os gases de efeito
estufa estão distribuídos globalmente de maneira mais uniforme na atmosfera, enquanto
que a distribuição geográfica dos aerossóis é altamente heterogênea devido principalmente
ao curto tempo de vida dessas partículas na atmosfera.
2 A POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
A poluição do ar tem sido um tema extensivamente pesquisado nas últimas décadas e
atualmente caracteriza-se como um fator de grande importância na busca da preservação
do meio ambiente e na implementação de um desenvolvimento sustentável. A poluição
atmosférica é decorrente principalmente das atividades humanas, destacando-se as
atividades relacionadas ao crescimento populacional, industrial e econômico. As inovações
tecnológicas do século XX, aliadas à rápida industrialização e ao aumento populacional,
aumentaram significativamente a quantidade de resíduos lançados no ar, aumentando os
níveis de poluição atmosférica. As maiores fontes atuais de poluição atmosférica provêm
do uso intensivo de combustíveis fósseis (o petróleo, em indústrias e veículos automotores,
e o carvão mineral, em termelétricas). Nas áreas metropolitanas o problema da poluição do
ar tem-se constituído numa das mais graves ameaças à qualidade de vida de seus
habitantes. Os veículos automotores são os principais causadores dessa poluição em todo
mundo: suas emissões carregam diversas substâncias poluentes que, em contato com o
sistema respiratório, podem produzir vários efeitos negativos sobre a saúde.
Considera-se poluente qualquer substância presente no ar e que, pela sua
concentração e tempo de residência na atmosfera, possa torná-lo impróprio, nocivo ou
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ofensivo à saúde, causando inconveniente ao bem estar público, danos aos materiais, à
fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades
normais da comunidade. O nível de poluição atmosférica é medido pela concentração
destas substâncias poluentes presentes no ar. O recurso natural ar, assim como o solo e a
água, possui capacidade finita de assimilação, portanto, para aumentar as chances de uma
boa qualidade do ar devemos minimizar a geração de resíduos, controlar a emissão de
poluentes e desconcentrar núcleos urbanos. É bem claro que a poluição do ar em áreas
largamente populadas irá requerer um investimento econômico substancial e algumas
mudanças nos padrões de vida e no uso de energia.
Seria idealismo falar-se em ar não poluído, pois é impossível eliminar
completamente todo o tipo de poluição emitida pelo homem na atmosfera. É mais razoável
falarmos em redução da poluição a um certo ponto, no qual os efeitos nocivos associados à
presença de poluentes na atmosfera seriam eliminados.
2.1 Um breve histórico de episódios de Poluição do Ar
Episódios de poluição do ar são situações caracterizadas por altas concentrações de
poluentes durante um período determinado, de pequena duração (de minutos a dias), e que
ocorrem principalmente devido à condições desfavoráveis à dispersão atmosférica
(presença de inversão térmica, ausência de chuvas, ventos calmos, topografia desfavorável
e emissão contínua de poluentes). Vários eventos de grande conseqüência ocorreram
durante o século XX, demonstrando que a poluição atmosférica é uma grave ameaça à
saúde pública. Alguns destes principais episódios agudos de poluição do ar são citados
abaixo:
 Vale do Mosela, Bélgica (1930): 60 mortes num evento de duração de 5 dias, em
região com indústrias metalúrgicas, devido à ocorrência de inversão térmica e ausência de
ventos;
 Donora, Pensilvânia, EUA (1948): 18 mortes e cerca de 5.000 doentes num
evento de duração de 5 dias, em região com indústrias metalúrgicas e químicas, devido à
ocorrência de inversão térmica e ausência de ventos;
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 Los Angeles, EUA (década de 40): nessa década ocorreram os principais smogs
fotoquímicos na região, ressaltando-se que Los Angeles possuía a maior densidade de
veículos por habitantes nos EUA;
 Poza Rica, México (1950): 22 mortes e 320 hospitalizações num evento de
duração de 25 minutos, devido ao vazamento de sulfeto de hidrogênio (ou gás sulfídrico:
H2S), em uma indústria de petróleodevido à falha operacional em planta de remoção de
H2S em gás natural (a exposição por 2 minutos a uma concentração maior que 700 ppm de
H2S pode matar);
 Bauru, São Paulo (1952): 9 mortes e 150 casos de doença respiratória aguda,
devido à emissão de poeira do processamento de mamona por uma indústria local;
 Londres, Inglaterra (1952): o mais clássico e grave dos episódios de poluição do
ar, com cerca de 4.000 mortes, principalmente entre idosos, num evento de duração de 5
dias que ocorreu devido à altas concentrações de material particulado e dióxido de enxofre
na atmosfera, devido à ocorrência de inversão térmica e ausência de ventos;
 Londres, Inglaterra (1957 e 1962): cerca de 800 e 700 mortes, respectivamente,
em situação semelhante à de 1952;
 Nova Iorque, EUA (1966): 168 mortes num evento de duração de 7 dias, devido
a altas concentrações de particulados e dióxido de enxofre;
 Tóquio, Japão (início da década de 70): uma série de eventos fizeram com que a
população exigisse providências das autoridades;
 São Paulo, capital (1972): ocorre o primeiro smog fotoquímico na cidade,
causado principalmente pelas emissões veiculares, inversão térmica e ausência de ventos;
 Santo André, São Paulo (1976): não se tem informações sobre possíveis mortes,
mas foram registradas várias internações hospitalares envolvendo problemas respiratórios,
visto que durante uma semana ocorreu um episódio crítico de poluição atmosférica,
causado principalmente devido à presença de material particulado e dióxido de enxofre na
atmosfera (indústrias siderúrgicas e fundições), aliados à inversão térmica e ausência de
ventos e chuvas ;
 Cubatão, São Paulo (década de 80): o parque industrial de grande porte registra
altos níveis de poluição atmosférica, principalmente pela presença de material particulado.
O “estado de atenção” vira rotina, o de “alerta” ocorre muitas vezes e, algumas vezes,
chega-se ao “estado de emergência”;
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 Bhopal, Índia (1984): cerca de 2.000 mortes num acidente onde houve liberação
de isocianato de metila, composto químico de alta toxicidade, em uma fábrica de
agrotóxicos;
 Lago Nyos, Camarões, África (1986): 1.700 mortes, causadas pela emissão
natural de um gás proveniente de um lago, supostamente dióxido de carbono liberado
rapidamente a partir de acumulações de hidratos de gás1, de acordo com uma equipe
internacional que pesquisou o evento;
 Cidade do México, México (janeiro e fevereiro de1987): poluição severa do ar,
provocada por emissão veicular e condições meteorológicas desfavoráveis à dispersão.
2.2 Principais fontes de poluição do ar
 Estacionárias ou fixas: Processos de combustão;
Processos e operações industriais;
Queima de resíduos sólidos; etc.
 Móveis: Veículos a álcool, gasolina, diesel, aviões, motocicletas,
barcos, locomotivas, etc.
2.3 Classificação dos poluentes atmosféricos
A variedade das substâncias que podem ser encontradas na atmosfera é muito
grande, o que torna difícil a tarefa de estabelecer uma classificação. Para facilitar esta
classificação, os poluentes são divididos da seguinte maneira:
a) Formação:
 Poluentes Primários: aqueles emitidos diretamente pelas fontes de emissão.
1 Hidrato de gás ou clatrato, é um composto cristalino no qual as moléculas de água, associadas
umas às outras com ligações de hidrogênio, encapsulam moléculas de gás como o metano e
dióxido de carbono. O tipo de ligação intermolecular é parecido com a estrutura do gelo
comum, mas o arranjo geométrico produz cavidades que cercam os gases originalmente em
solução na água. A desestabilização dos hidratos pode permitir que o gás escape
catastroficamente.
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 Poluentes Secundários: aqueles formados na atmosfera através da reação
química entre poluentes primários e componentes naturais da atmosfera (ex: ozônio,
aldeídos, ácidos orgânicos, nitratos orgânicos, aerossol fotoquímico, etc.).
b) Origem:
 Poluentes naturais: aqueles gerados em processos naturais. Ex: poeiras
levantadas do solo, erupções vulcânicas (material particulado, dióxido de enxofre e gás
sulfrídico), esporos fúngicos, pólen, emissão biogênica (compostos orgânicos), sal
marinho, produção de metano em pântanos, terpenos e isoprenos de florestas, etc.
 Poluentes antropogênicos: aqueles gerados pela ação do homem. As fontes
antropogênicas podem ser móveis ou estacionárias (fixas). As principais fontes móveis são
os veículos automotores, as motocicletas, os aviões, os barcos e as locomotivas. Dentre as
fontes estacionárias destacam-se os processos industriais e a incineração de resíduos
sólidos. Percebe-se que os processos de combustão estão fortemente associados à emissão
de poluentes, tanto em fontes móveis, quanto em fontes fixas.
2.3.1 Poluentes Particulados
Origem e formação:
Também chamados de aerossóis, o material particulado (MP) são partículas sólidas
ou líquidas, com exceção da água pura, em suspensão na atmosfera. Essas partículas são
introduzidas na atmosfera através de processos naturais ou atividades antropogênicas,
podendo ser resultantes da emissão direta de partículas na atmosfera (emissão primária) ou
produto da conversão de gases em partículas (produção secundária). Esses poluentes
podem ser provenientes de fontes naturais (poeira, sal marinho, vulcões), de fontes
antropogênicas (combustão, desgaste de pneus e freios, queimadas, incineração de resíduos
sólidos, dos resíduos de processos industriais que utilizam material granulado e de obras
viárias ou que movimentam terra, areia, etc...).
Os aerossóis não constituem uma espécie química definida, mas um conjunto de
partículas constituídas de:
 Poeiras;
 Fumos (vapores de metais e óxidos metálicos que condensam e secam na
atmosfera);
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 Fumaça (partículas muito pequenas de origem secundária, resultantes da
combustão incompleta, constituídas predominantemente de carbono ou outro
material combustível);
 Cinzas (material não combustível residual de processo de combustão);
 Fuligem (pequenas partículas de carbono de origem primária, o black
carbon, isoladas ou impregnadas com cinzas, resultantes da combustão
incompleta do combustível); e
 Todo o tipo de material sólido e líquido que se mantém suspenso na
atmosfera por causa de seu pequeno tamanho.
Composição Química:
Os aerossóis troposféricos podem conter sulfato ( -24SO ), amônio ( 4NH ), nitrato (
-
3NO ), sódio (Na+), cloro (Cl-), metais (V, Cu, Zn, Pb), material carbonáceo (carbono
orgânico e carbono elementar), elementos de solo (Al, Si, Ca) e água. Os aerossóis urbanos
são normalmente dominados pelas espécies orgânicas e black carbon (ou negro de fumo)
da combustão ineficiente de combustíveis fósseis. Outros produtos da queima de
combustíveis, como o nitrato e o sulfato, também encontrados nas atmosferas urbanas. Os
aerossóis provenientes de queima de biomassa também são ricos em espécies orgânicas e
black carbon. Sobre os oceanos, predomina o sal marinho.
Um importante tipo de partícula primaria é a fuligem, emitida pela combustão de
combustíveis que contêm carbono. A fuligem é composta por black carbon contendo
material que não foi totalmente oxidado no processo de combustão, freqüentemente
misturado com metais. As partículas de fuligem são muito pequenas, com diâmetros entre
5 e 20 nm, por isso devem ser controladas, pois entram profundamente no nosso sistema
respiratório.
Muitas partículas finas na atmosfera urbana consistem predominantemente de
compostos inorgânicos de enxofre e nitrogênio. Elas têm origem nos gases SOx e NOx, que
se oxidam para formar ácidos sulfúricos (H2SO4) e nítricos (HNO3), que podem causar
chuvaácida. Estes ácidos são transportados na atmosfera como aerossóis de gotículas
pequenas, devido à afinidade com as moléculas de água, e frequentemente entram em
contato com amônia gasosa ( 3NH ) liberada através dos processos de decomposição
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biológica na superfície. Assim, ocorre uma reação ácido-base e ocorre a transformação
para os sais nitrato de amônia e sulfato de amônia (exemplo abaixo), inicialmente na forma
aquosa. A evaporação da água pode dar origens a partículas sólidas.
(aq)SO)(NH(g)NH2(aq)SOH 424342 
sulfato de amônio
Distribuição de tamanho dos aerossóis:
Na natureza, são observadas partículas de aerossóis com diâmetros que variam desde
poucos nanômetros (nm) até cerca de 1 mm (gotículas de chuva). Partículas menores que 1
micrômetro (m) geralmente tem concentração variando de dezenas a milhares de
partículas por cm3. Já as partículas maiores que 1 m geralmente apresentam concentração
menor que uma partícula por cm3.
Para fins de monitoramento ambiental são classificadas como:
- Poeira Total em Suspensão (PTS), definida como sendo todo o material particulado
composto de partículas com Dp < 100 m.;
- Material Particulado Inalável (PM-10), composto de partículas com Dp < 10 m.
Para uma melhor compreensão das suas propriedades físico-químicas, o material
particulado inalável pode ainda ser dividido em duas classes: partículas da moda grossa (2
< Dp < 10 m) e partículas da moda fina (Dp < 2 m).
Remoção das partículas de aerossóis
A remoção das partículas de aerossóis da atmosfera se dá por deposição seca ou
úmida. A deposição seca pode ocorrer por difusão (agitação térmica das partículas ou por
processos turbulentos da atmosfera) e sedimentação (ação da gravidade). A deposição
úmida pode acontecer dentro das nuvens (formação de gotas ou cristais de gelo por meio
da nucleação de partículas) e abaixo delas (interceptação das partículas pelas gotas durante
eventos de precipitação).
A difusão é o mecanismo dominante na remoção de partículas com Dp < 0,1,
processo que passa a ser menos eficiente com o crescimento da partícula. Partículas
grossas (Dp > 2 µm) se depositam por ação da gravidade, processo que passa a ser menos
eficiente com a diminuição do tamanho da partícula. Entre 0,1 < Dp < 2 µm, a remoção
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seca é muito lenta, e neste intervalo de tamanho as partículas apresentam maior tempo de
residência ma atmosfera. Essas partículas são removidas principalmente pelo seu
crescimento para gotas de nuvens e subseqüente remoção por precipitação.
2.3.2 Poluentes Gasosos
a) Monóxido de carbono (CO)
O monóxido de carbono é um gás incolor, inodoro e tóxico. Na atmosfera, sua
concentração pode ser reduzida através da oxidação a CO2 por radicais hidroxila e da
remoção por microrganismos do solo. Sua concentração vem aumentando a uma taxa
aporximada de 0,5 ppm ao ano. Possui vida média na atmosfera de 2,5 meses.
As principais fontes de CO são: combustão incompleta do carbono presente nos
combustíveis, queimadas/incêndios florestais, incineração de resíduos sólidos e formação
natural pela oxidação de CH4. A maior fonte de emissão de CO nas atmosferas dos centros
urbanos são os veículos automotores, sendo, portanto, um poluente encontrado em áreas
com tráfego intenso.
b) Dióxido de carbono (CO2)
O dióxido de carbono é o principal composto resultante da combustão completa de
combustíveis fósseis e de outros materiais combustíveis que contenham carbono, além de
ser gerado no processo de respiração aeróbica dos seres vivos, que utilizam o oxigênio para
poder liberar a energia presente nos alimentos que são ingeridos.
c ) Óxidos de enxofre (SOx)
O enxofre nos combustíveis é um dos piores poluentes existentes, devido à corrosão
que causa (smog industrial), à formação de chuvas ácidas e aos problemas respiratórios
que causam na população. O enxofre nos combustíveis pode estar presente nas formas de
mercaptanas (ex: metil mercaptano, CH3SH), sulfetos (ex: sulfeto de sódio, Na2S),
dissulfetos, polissulfetos, tiofenos (C4H4S) e gás sulfídrico (H2S). Nos carvões minerais o
enxofre aparece freqüentemente associado como pirita ou seus derivados.
Na atmosfera, o enxofre encontra-se nas seguintes formas: OCS (carbonil sulfeto),
CS2 (disulfeto de carbono), (CH3)2S (dimetilsulfeto), H2S, SO2, SO42-. O SO2 tem vida
média na atmosfera de 2 a 4 dias, e reage fotoquimicamente ou cataliticamente com outros
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componentes para produzir SO3, H2SO4 e seus sais.
As principais fontes de emissão de SOx são as fontes estacionárias: refinarias de
petróleo, fornos e caldeiras à óleo e à carvão e metalúrgicas de não ferrosos. O SO2
também pode ser gerado em processos biogênicos naturais, tanto no solo quanto na água.
d) Óxidos de nitrogênio (NOx)
Os NOx são formados na queima de combustíveis a partir do nitrogênio do ar usado
na queima e a partir do nitrogênio eventualmente contido no combustível. Assim, mesmo
combustíveis isentos de compostos nitrogenados, tais como gás natural, GLP (gás
liquefeito de petróleo) e gasolina, formam NOx ao serem queimados.
A outra rota de formação do NOx é devida aos compostos nitrogenados presentes no
combustível. Não há uma regra geral para se calcular esta distribuição. Entretanto, nos
óleos combustíveis pesados e em carvões minerais, geralmente, a conversão do nitrogênio
orgânico em óxidos de nitrogênio é menor que 50%. Observe que, óleos com teores de
nitrogênio orgânico altos, levam a emissões de NOx também altas.
Também existem fontes naturais de NOx como: relâmpagos, atividade microbiana no
solo, oxidação da amônia e processos fotolíticos ou biológicos nos oceanos.
e) Hidrocarbonetos
Os hidrocarbonetos são gases e vapores resultantes da queima incompleta dos
combustíveis, bem como da evaporação desses combustíveis e de outros produtos voláteis
como, por exemplo, os solventes orgânicos. O tipo mais abundante de hidrocarbonetos em
combustíveis fósseis são os alcanos (genericamente designados como 22nn HC  ), sendo o
metano (CH4) o mais abundante na atmosfera terrestre. Estes combustíveis também contêm
benzeno (C6H6) e seus derivados como o tolueno ou metilbenzeno (C6H5CH3) e xilenos ou
dimetilbenzeno (C6H4CH32). A decomposição fotoquímica dos hidrocarbonetos produz
átomos de oxigênio altamente oxidantes, o que conduz à formação de diversos oxidantes,
tais como o ozônio (O3).
Principais fontes de Hidrocarbonetos:
Naturais: fontes biológicas (CH4), áreas geotérmicas, gás natural e petróleo, terpenos
e isoprenos produzidos por plantas.
Antropogênicas: Os veículos podem ser apontados como principais fontes devido à
combustão incompleta nos motores e à evaporação no tanque de combustível, o que pode
Notas de aula: POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA Profa. Aline Sarmento Procópio 16
ser minimizado com o uso de catalisadores automotivos. Outras fontes são indústrias
(principalmente refinarias) e a incineração de resíduos sólidos (sem controle adequado).
f) Ozônio (O3)
O ozônio não é emitido diretamente para o ar, é um oxidante fotoquímico
classificado como poluente secundário. Oxidante fotoquímico é a denominação dada à
mistura de determinados poluentes que, combinados com oxigênio e forte incidência de luz
solar, sofrem uma reação fotoquímica e produzem poluentes secundários.
O ozônio é formado através de reações fotoquímicas complexas entre os óxidos de
nitrogênio (NOx), hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos voláteis. Essas reações
são estimuladas pela luz solar e pela temperatura de modo que picos de concentração de O3
ocorrem durante os dias quentes e ensolarados. Como exemplo (abaixo) tem-se a
decomposiçãodo NO2 por ação da luz solar produzindo átomos de oxigênio altamente
oxidantes, o que conduz à formação de diversos produtos, tais como o ozônio (O3).
Ainda pouco conhecida, a poluição por ozônio tem características próprias. Enquanto
a de outros poluentes está relacionada diretamente com a emissão das fontes, a do ozônio
tem forte relação com fatores climáticos, tendo a sua formação favorecida pela incidência
de luz solar e períodos longos de calmaria (falta de vento).
g) Amônia (NH3)
É produzida em indústrias químicas e de fertilizantes, principalmente naquelas à base
de nitrogênio, além dos processos biogênicos naturais que ocorrem na água e no solo.
h) Dioxinas
Nome genérico de compostos de hidrocarbono e cloro, liberados na atmosfera
quando da produção de algumas substâncias conservantes de madeira e pesticidas e quando
da incineração de alguns tipos de plástico (PVC’S) e pneus.
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2.4 Efeitos adversos dos principais poluentes atmosféricos
a) Danos à saúde humana
Uma pessoa ativa inala cerca de 15 kg ar/dia. Uma pessoa em exercício inala 30 kg
ar/dia. Os efeitos dos poluentes na saúde dependem do tipo e quantidade de poluentes,
duração da exposição, estado de saúde, idade e nível de atividade da pessoa exposta.
Alguns poluentes provocam dor de cabeça, cansaço, náuseas, irritação nos olhos, nariz e
garganta. Poluentes podem fazer com que o sistema respiratório fique mais sensível à
asma.
MATERIAL PARTICULADO:
Os efeitos do material particulado na saúde variam muito em função de sua natureza
química e de suas dimensões. Partículas grossas são retidas nas vias superiores do aparelho
respiratório, enquanto que as partículas menores podem atingir os alvéolos pulmonares e se
acumular nos pulmões, ocasionando pneumoconiose (doenças pulmorares causadas pela
inalação de poeiras). Entre os sintomas relacionados com a inalação do MP estão as
alergias, asma e bronquite crônica, além de irritação nos olhos e garganta e redução da
resistência às infecções.
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GASES:
- Monóxido de carbono (CO)
Seu efeito na saúde está associado à capacidade de transporte de oxigênio no sangue.
A afinidade da hemoglobina pelo CO é aproximadamente 200 vezes maior que sua
afinidade pelo oxigênio. Quando uma molécula de hemoglobina recebe uma molécula de
monóxido de carbono forma-se Com a formação da carboxiemoglobina, composto
resultante da reação da hemoglobina com o CO, reduz-se a possibilidade do sangue
transportar o oxigênio a todas as células do organismo.
Estudos experimentais têm demonstrado que baixos níveis de carboxihemoglobina já
podem causar diminuição na capacidade de estimar intervalos de tempo e podem diminuir
os reflexos e a acuidade visual da pessoa exposta. Por esta razão, altos índices de
monóxido de carbono em áreas de tráfego intenso têm sido apontados como causa
adicional de acidentes de trânsito. Os sintomas de intoxicação são: desconforto físico,
náuseas, dor de cabeça, tontura, perda de concentração, dependendo da intensidade da
exposição pode levar à morte em poucas horas ou minutos.
- Óxidos de enxofre (SOx)
Os efeitos do SO2 sobre a saúde humana estão associados a sua solubilidade nas
paredes do aparelho respiratório. O SO2 se dissolve na secreção úmida do aparelho
respiratório humano, chegando a atingir as vias inferiores, provocando espasmos dos
bronquíolos mesmo em pequenas concentrações. Em quantidades maiores, provoca
irritação em todo o sistema respiratório, causando danos aos tecidos pulmonares. Existem
evidências de que o SO2 agrava as doenças respiratórias já existentes e também contribui
para seu aparecimento. Exposições prolongadas a baixas concentrações de SO2 têm sido
associadas ao aumento da morbidade cardiovascular em pessoas idosas. A Organização
Mundial da Saúde – OMS – determina que a concentração máxima de SO2 na atmosfera
não ultrapasse 80 g/m3.
- Óxidos de nitrogênio (NOx)
O monóxido de nitrogênio (NO) é um gás extremamente irritante, capaz de produzir
irritação dos olhos e nariz, além de provocar enfisema pulmonar. Já o dióxido de
Notas de aula: POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA Profa. Aline Sarmento Procópio 19
nitrogênio (NO2) é uma substância altamente tóxica. O NO2 é um gás marron, irritante das
mucosas do aparelho respiratório. Além disso, ao penetrar no organismo, pode levar à
formação de compostos carcinogênicos.
- Hidrocarbonetos
Os efeitos dos hidrocarbonetos na saúde são sonolência, irritação nos olhos, nariz,
pele e trato respiratório superior. Diversos hidrocarbonetos como o benzeno são
cancerígenos e mutagênicos, não havendo uma concentração ambiente totalmente segura.
- Ozônio (O3)
O ozônio é um gás extremamente tóxico, pode causar sérios efeitos mesmo em baixa
concentração. Provoca irritação dos olhos, nariz e garganta, envelhecimento precoce da
pele, náusea, dor de cabeça, tosse, fadiga, aumento do muco, diminuição da resistência
orgânica às infecções e agravamento de doenças respiratórias. Os efeitos da exposição ao
ozônio são mais pronunciados durante exercícios físicos, quando pode ocorrer uma
sensível redução da capacidade respiratória. Por esta razão, em dias muito poluídos não é
recomendável praticar exercícios, principalmente entre às 13h00 e 16h00.
- Gás Sulfídrico (H2S)
É bem mais tóxico que o CO (2 a 4 vezes mais), causando a morte em concentrações
menores. Por apresentar um odor característico de ovo podre, é mais fácil de ser detectado.
b) Efeitos sobre o meio ambiente
MATERIAL PARTICULADO:
A presença de material particulado na atmosfera provoca o aumento da turbidez do
ar, o que causa redução da visibilidade. São ainda responsáveis pela acidificação das
chuvas, do solo e degradação de monumentos (chuva ácida).
GASES:
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O SO2 é o principal contribuinte da chuva ácida, acidificando solos recursos
hídricos e degradando monumentos.
O NO2 é também é contribuinte da chuva ácida, acidificando solos recursos
hídricos e degradando monumentos.
Vários poluentes se depositam e penetram nas plantas através da respiração normal
ou pelas raízes, provocando a destruição da clorofila e a interrupção da fotossíntese,
ocasionando alteração do crescimento e da produtividade da planta, colapso foliar,
envelhecimento precoce, descoloração, clorose e outras alterações da cor e necrose do
tecido foliar. São considerados fitotóxicos severos: SO2, eteno, O3; fitotóxicos menos
severos: cloro, HCl, amônia, Hg, NO2.
c) Efeitos sobre os materiais
Alguns fenômenos podem ser identificados no processo de danos da poluição do ar
sobre os materiais:
1. Abrasão (partículas grandes a velocidades elevadas);
2. Deposição seguida de remoção (efeito anti-estético, danos no processo de
limpeza);
3. Ataque químico direto (poluente solubiliza e ataca a superfície. Ex.: SO2 em
superfície de calcário);
4. Ataque químico indireto (poluente penetra no material e reage com
componentes do mesmo);
5. Corrosão eletroquímica (ataques químicos formam micro anodos e catodos em
superfícies metálicas).
Além destes fenômenos, fatores ambientais também influenciam, como a umidade
relativa, temperatura, luz solar e velocidade do ar. A tabela 2.1 relaciona alguns materiais e
os danos causados por determinados poluentes.
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Tabela 2.1 - Danos provocados pela poluição do ar em materiais.
MATERIAL POLUENTE FATORAMBIENTAL
MANIFESTAÇÃO TÍPICA
DO DANO
Vidros SO2 e substâncias ácidas Umidade Alteração da aparência
Metais SO2 e substâncias ácidas Umidade etemperatura
Dano à superfície, perda do
metal, embaçamentoMateriais de
construção
SO2, substâncias ácidas e
partículas Umidade Descoloração
Pintura
SO2, substâncias ácidas e
partículas. H2S reage
com pigmentos à base de
chumbo das tintas.
Umidade e
fungos Descoloração
Couro SO2 e substâncias ácidas Desintegração da superfície,enfraquecimento
Papel SO2 e substâncias ácidas Luz solar Torna-se quebradiço
Tecidos SO2 e substâncias ácidas
Umidade, luz
solar e
fungos
Redução da resistência à
tensão, formação de
manchas
Corantes NO2, SO2 e oxidantes Umidade eluz solar Desbotamento
Borracha Oxidantes (O3, NOx,PAN) Luz solar
Formação de fissuras ou
trincas, redução da
resistência,
enfraquecimento