Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Controle e Avaliação da Qualidade do Ar Osmane Pessanha Ribeiro Presidência da República Federativa do Brasil Ministério da Educação Secretaria de Educação a Distância Este caderno foi elaborado pelo Instituto Federal Fluminense, a partir do modelo disponiblizado, tendo sido elaborado em parceria entre o Ministério da Educação e Universidade Federal de Santa Catarina para o Sistema Escola Técnica Aberta do Brasil e disponibilizado pela UFSC. Equipe de Elaboração Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense Professor-autor Osmane Pessanha Ribeiro / IFF Coordenadora do e-Tec / IFF Gilmara Teixeira Barcelos Peixoto / IFF Coordenador adjunto do e-Tec / IFF Anderson Alex de Souza Alves / IFF Coordenação do Curso Técnico em Segurança do Trabalho na modalidade a distância Enilce Maria Coelho / IFF Diagramação Thalita Rosário de Oliveira Moreira / IFF Revisão Regina Muniz / IFF Enilce Maria Coelho / IFF Kátia Maria Miranda / IFF Projeto Gráfico e-Tec/MEC R484c Ribeiro, Osmane Pessanha Controle e avaliação da qualidade do ar / Osmane Pessanha Ribeiro. - Campos dos Goytacazes (RJ): Essentia Editora, 2012. 110 p. : il. Desenvolvido para o Sistema Escola Técnica Aberta do Brasil. ISBN 85-99968-28-4 1. Ar - Qualidade. 2. Ar - Avaliação. Educação de jovens. 3. Ensino profissional. I. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense. II. Escola Técnica Aberta do Brasil. III. Título. CDD - 551.4 Apresentação e-Tec Brasil Prezado estudante, Bem-vindo ao e-Tec Brasil! Você faz parte de uma rede nacional pública de ensino, a Escola Técnica Aberta do Brasil, instituída pelo Decreto nº 6.301, de 12 de dezembro 2007, com o objetivo de democratizar o acesso ao ensino técnico público, na modalidade a distância. O programa é resultado de uma parceria entre o Ministério da Educação, por meio das Secretarias de Educação a Distancia (SEED) e de Educação Profissional e Tecnológica (SETEC), as universidades e escolas técnicas estaduais e federais. A educação a distância no nosso país, de dimensões continentais e grande diversidade regional e cultural, longe de distanciar, aproxima as pessoas ao garantir acesso à educação de qualidade, e promover o fortalecimento da formação de jovens moradores de regiões distantes, geograficamente ou economicamente, dos grandes centros. O e-Tec Brasil leva os cursos técnicos a locais distantes das instituições de ensino e para a periferia das grandes cidades, incentivando os jovens a concluir o ensino médio. Os cursos são ofertados pelas instituições públicas de ensino e o atendimento ao estudante é realizado em escolas-polo integrantes das redes públicas municipais e estaduais. O Ministério da Educação, as instituições públicas de ensino técnico, seus servidores técnicos e professores acreditam que uma educação profissional qualificada � integradora do ensino médio e educação técnica, � é capaz de promover o cidadão com capacidades para produzir, mas também com autonomia diante das diferentes dimensões da realidade: cultural, social, familiar, esportiva, política e ética. Nós acreditamos em você! Desejamos sucesso na sua formação profissional! Ministério da Educação Janeiro de 2010 Nosso contato etecbrasil@mec.gov.br 05 Sumário Palavra do professor-autor................................................09 Aula 1 - O ecossistema atmosférico...................................13 Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana...........29 Aula 3 - Qualidade do ar.....................................................45 Aula 4 - Mecanismos de autocontrole de poluentes ............. atmosféricos........................................................57 Aula 5 - Metodologias de controle da qualidade do ar.....79 07 Palavra do professor-autor �Há riqueza bastante no mundo para as necessidades do homem, mas não para a sua ambição�. Mahatma Gandhi O ser humano tem se manifestado, ao longo dos últimos séculos, de maneira pouco cuidadosa em relação ao seu lar � o planeta Terra. As atividades industriais e outras, como a agropecuária, a mineração e a expansão urbana proporcionaram a busca constante de recursos no ambiente, ao passo que os resíduos gerados eram lançados no meio sem quaisquer preocupações em relação à capacidade de suporte e depuração dos sistemas ecológicos. Em meados da década de 70 do século XX, movimentos ambientalistas internacionais organizados e a realização de conferências das Organizações das Nações Unidas (ONU) a partir de 1972, traçaram novos rumos em direção ao desenvolvimento sustentável. Desde então, os investimentos no aprimoramento de novas tecnologias mais limpas e menos degradantes tiveram um grande impulso, acompanhado lado a lado do aumento da conscientização ambiental das sociedades modernas. A nossa atmosfera, que vem sofrendo agressões com as emissões de poluentes desde a Revolução Industrial na Inglaterra, no século XVIII, passou a ser objeto de estudos científicos voltados para o conhecimento de sua estrutura química e das interferências quando das adições de substâncias diferentes, considerando-se sua composição original. Nesse contexto, o monitoramento da qualidade do ar e a aplicação de tecnologias no controle dos processos poluidores assumem importantes papéis, visando-se compatibilizar as necessidades de proteção dos recursos atmosféricos com a produção de bens de consumo em bases racionais e sustentáveis, a caminho de uma sociedade mais justa, menos consumista e mais cuidadosa com a nossa casa � o belo planeta azul. Professor Osmane Pessanha Ribeiro/IFF 09 1ª Etapa Aula 1 - O ecossistema atmosférico Objetivos Identificar os componentes atmosféricos e suas dinâmicas que atuam sobre a poluição do ar; Adquirir noções sobre como se desenvolveram historicamente os processos de contaminação atmosférica por substâncias geradas em atividades humanas; Identificar os tipos de ecossistemas classificados em função do grau de interferência humana; Fixar o conceito de poluição atmosférica; Identificar os tipos de poluentes do ar quanto à composição química e às fontes geradoras; Aprender a lidar com as unidades de medida dos contaminantes atmosféricos; Trabalhar a questão dos efeitos dos contaminantes do ar à saúde humana e ao ambiente. O nosso planeta é constituído, basicamente, de porções que compõem a biosfera, fina camada que recobre a superfície terrestre, representando o conjunto de todos os biomas existentes. Para que possamos ter um melhor entendimento acerca das relações entre os seres vivos e o meio que os abriga e permite seu desenvolvimento, trataremos, conceitualmente, os biomas como o grupamento de ecossistemas de características ecológicas semelhantes proporcionadas pelas condições biológicas, climáticas e geomorfológicas. Já ecossistemas são definidos como coleções de comunidades de organismos que interagem trocando matéria e energia em determinados espaços geográficos. As porções da biosfera nas quais as manifestações dos ecossistemas acontecem, com ocupação parcial, são a litosfera, a hidrosfera e a atmosfera. A litosfera é a camada sólida da superfície planetária, formada de rochas e solos, sendo estes essencialmente produtos de decomposição histórica de rochas pela ação erosiva das águas de chuvas e dos ventos. A hidrosfera é a 1.1. Importância da atmosfera para a Terra Aula 1 - O ecossistema atmosférico 13 e-Tec Brasil e-Tec Brasil 14 Aula 1 - O ecossistema atmosférico parcela líquida composta de rios, lagos, mares e oceanos,ocupando cerca de dois terços do globo terrestre. Por fim, a atmosfera é a camada gasosa que envolve e penetra, em parte, os dois outros ambientes. Os seres vivos, tanto terrestres como aquáticos, dependem do ambiente atmosférico, sejam na forma de respiração direta do ar ou através da utilização dos gases dissolvidos na água. Além do fornecimento de componentes indispensáveis à sua sobrevivência, o ar também se caracteriza como importante meio de locomoção e de disseminação dos seres vivos. O oxigênio do ar, essencial para manter a vida no planeta, é gerado, por meio do processo de fotossíntese, pelas plantas e algas verdes e é consumido no processo de respiração. Muitos outros gases que são emitidos para a atmosfera têm papel fundamental no funcionamento dos ecossistemas quando retornam às formas essenciais à vida. Não é possível afirmar se a vida sustenta a atmosfera, ou se a atmosfera a sustenta. Quando comparamos a atual composição do ar com a de eras passadas em que ainda não havia vida, percebemos o quanto hoje nosso planeta depende das relações vida/ atmosfera/ litosfera/ hidrosfera. O cientista inglês James Lovelock propôs a Teoria de Gaia nos anos 70; nela, os ecossistemas desempenham papel funcional ao criar e manter as condições ambientais do planeta, representando, portanto, a capacidade dos seres vivos de modificar e transformar o planeta sempre em busca das condições ambientais ideais à sustentação de suas existências em dados momentos. A Teoria de Gaia, por exemplo, prevê que fatores do ambiente como a temperatura média da superfície terrestre, ou seja, o conforto térmico, são controlados por mecanismos construídos e administrados pelos organismos vivos. 1.2. Componentes do ar atmosférico A atmosfera pode ser dividida em camadas: a baixa atmosfera ou troposfera, que se estende desde o contato superficial com a litosfera ou hidrosfera até, aproxima- damente, 12 a 20 quilômetros de altitude, vencendo, assim, o alcance máximo atingido pelas formas de vida. Nela, a temperatura diminui com o aumento da altitude, resultado do calor emanado da superfície do solo que se dissipa na atmosfera. Logo acima da troposfera, existe uma camada de temperatura constante denominada tropopausa. A partir desta, inicia-se a estratosfera, podendo atingir 50 quilômetros de altitude. Figura 1.1 � A atmosfera Fonte: http://es.wikipedia.org/wiki/Mesosfera Acessado em 23/11/2011. Aula 1 - O ecossistema atmosférico 15 e-Tec Brasil A estratosfera caracteriza-se pela elevação da temperatura com o aumento da altitude, fenômeno causado pela absorção de radiação ultravioleta pelo ozônio. Os níveis mais altos da atmosfera são a mesosfera e termosfera. O espaço sideral é comumente chamado de exosfera (vide Tabela 1.1). Em termos de contato direto com a crosta terrestre e, por conseguinte, com os organismos vivos, apenas a troposfera apresenta essa condição. A maioria dos estudos sobre poluição do ar está relacionada a essa camada, pois é nela que ocorre a intensa movimentação e transformação dos componentes gasosos e das partículas emitidas pela litosfera e pela hidrosfera de forma natural ou antrópica. A porção do ar apresenta a seguinte composição química em estado puro: Ao contrário do que se imagina, a atmosfera não é composta apenas por gases. Há porções sólidas (material particulado) e líquidas, formadas por poeiras e fragmentos diversos em suspensão, gotículas de vapor d'água em forma de nuvens, neblinas e outros fenômenos meteorológicos. Ambas as porções variam em concentrações em função do nível de intervenção humana no ambiente e das distintas características das variadas regiões do planeta. Embora a constituição média da atmosfera se mantenha desde o aparecimento do ser humano, principalmente quanto à concentração de nitrogênio e oxigênio, alterações na composição ocorrem nos minoritários, como o gás carbônico, por exemplo. Mesmo os minoritários possuem funções relevantes na atmosfera, tanto quanto os macroconstituintes. 1.2. Poluição do ar O ser humano, ao longo se sua jornada, conhecia as dificuldades de carência de alimentos, de água potável, mas julgava que o ar utilizado para a sua respiração e de outros seres vivos nunca deixaria de estar disponível. Sabe-se, de fato, que sempre existirá na atmosfera, independente da localização, uma mistura de gases. No entanto, quando o ar está poluído, contendo substâncias Componente % de participação Estado Físico Nitrogênio (N )2 Oxigênio (O )2 Gases nobres (argônio - Ar, neônio - Ne, hélio - He, criptônio - Kr e xenônio - Xe) Gás Carbônico (CO )2 Gasoso Gasoso Gasoso Gasoso Gasoso Gasoso Metano (CH ), hidrogênio (H ), 4 2 óxido nitroso (NO ) e ozônio (O )2 3 Gás Carbônico (CO )2 78 21 0,93 0,03 0,04 100 Tabela 1.1: Composição da atmosfera Fonte: do autor. e-Tec Brasil 16 estranhas e em quantidades elevadas com relação à composição em estado puro, essa mistura pode não ser adequada às condições de manutenção da vida. Entende-se por poluição do ar a mudança da sua composição ou de suas propriedades causada pela emissão de poluentes, de forma natural ou antrópica, tornando-o impróprio, nocivo ou inconveniente à saúde, ao bem- estar público, à vida animal e vegetal e, também, a alguns materiais. Já poluentes são compostos ou substâncias que se apresentam no ar em dado local e intervalo de tempo, cujas concentrações estão acima dos padrões de segurança preestabelecidos em normatizações. Nos últimos séculos, o ser humano tem interferido cada vez mais no equilíbrio da mistura de gases atmosféricos, sem conhecer as consequências ou desprezando em parte as que já são conhecidas. Em tempos modernos, o marco da grande interferência antropogênica na composição atmosférica foi a Revolução Industrial, quando teve início o sistema de aglomerações urbanas que presenciamos atualmente. Nos séculos XVIII e XIX, desenvolveu-se a tecnologia industrial, inicialmente, na Inglaterra, expandindo para outros países. Essa tecnologia tomou impulso de grande monta quando da invenção da máquina a vapor em 1769. Dessa maneira, o homem consegue, por fim, obter energia mecânica concentrada para mover os mais variados artefatos. Passou-se a utilizar a queima de grandes quantidades de carvão mineral, lenha e, no século XX, de óleo combustível. Os centros aglomerados urbanos, que normalmente eram situados próximos a indústrias, passaram a lançar poluentes para o ar e a desenvolver uma atmosfera insalubre, perigosa para a saúde humana. Com o surgimento da locomotiva em 1829 e, com ela, as estradas de ferro e, mais adiante, quando aparecem os veículos automotores, com disseminação de tecnologia para vários países no mundo, a questão assumiu proporções descomunais. A crescente demanda por bens de consumo pressionada pelo aumento populacional no século XX e a industrialização em massa em nível quase global, por outro lado, agravou a pressão por descarte de massa e energia na atmosfera. Diante do quadro levantado, surgiram � e ainda surgem � pontos de questionamento que necessitam de respostas urgentes. Não contamos com respostas para muitas interrogações. No entanto, precisamos prever e predizer o futuro para poder garantir a sobrevivência não só da espécie humana como dos demais indivíduos que, conosco, compartilham nosso belo planeta. Temos vagas noções sobre como diversificados mecanismos atuam para manter a estabilidade da atmosfera. Todos os mecanismos do sistema atmosférico responsáveis pela sua autodepuração, distribuindo compostos essenciais à vida, ou aqueles atuantes no controle térmico, hoje sofrem intensas interferências negativas da mão humana. Necessitamos, sem dúvida nenhuma, minimizar ou estancar as mudanças por nós impostas ao ambiente do ar no planeta.Possivelmente, assim, como recompensa, �Gaia�, gratificada, nos permitirá habitar a sua superfície por muito tempo. Aula 1 - O ecossistema atmosférico Aula 1 - O ecossistema atmosférico 17 1.3. Os tipos de ecossistema O conhecimento dos tipos básicos de ecossistemas, classificados de acordo com o nível de intervenção humana, é de suma importância para nosso estudo, pois são os ambientes que sofrem com a poluição atmosférica, seja ela causada por fatores naturais ou pela ação antrópica. Ecossistemas são definidos como o conjunto de comunidades de entidades vivas que interagem entre si e com o meio físico no qual estão inseridos. O conjunto de ecossistemas é denominado de bioma. Os ecossistemas nativos (e não naturais) são construídos pela natureza não humana e dominaram a quase totalidade da história da vida. Os ecossistemas transformados são os nativos que sofreram modificações perturbadoras ou degradadoras da ação humana coletiva. Os ecossistemas antrópicos são aqueles construídos pela atividade do ser humano sobre os ecossistemas nativos ou transformados, sem jamais perder, contudo, sua raiz natural. Examine-se o caso de uma cidade. Nela, tem-se a impressão de que a natureza foi expulsa e que, em seu lugar, implantou-se o artificial. Todavia a matéria e a energia para construí-la provêm da natureza (de onde mais poderiam vir?). No que concerne à posição dos ecossistemas no planeta, podemos também identificar três grandes conjuntos: Epinossistemas: são os ecossistemas fundamentalmente terrestres, como as Figura 1.2 � Tipos de ecossistemas. Fonte: Boletim do Observatório Ambiental Alberto Ribeiro Lamego, Campos dos Goytacazes/RJ, v. 3 n. 1, p. 51-106, jan. / jun. 2009, Arthur Soffiati. e-Tec Brasil e-Tec Brasil 18 formações vegetais nativas, por exemplo. Limnossistemas: constituem-se dos ecossistemas aquáticos continentais, que podem ser lóticos (cursos d'água como os rios) e lênticos (lagos). Talassossistemas: englobam os ecossistemas oceânicos. 1.4. As fontes de poluição atmosférica As nossas atividades do dia-a-dia nas grandes cidades e no campo geram poluição da atmosfera, mas as pessoas, de modo geral, não se dão conta dessas situações. Pensa-se muito na contribuição das atividades industriais esquecendo-se que nós, enquanto indivíduos, não tenhamos participação tão importante. Entretanto, ao refletirmos que em uma grande metrópole existem alguns milhões de veículos para centenas ou milhares de complexos industriais, julgamos que pequenas e numerosas fontes de poluição podem assumir a relevância das fontes de maiores magnitudes. Os veículos concentram-se nos locais de maior densidade populacional enquanto que as indústrias se fixam em áreas mais periféricas e isoladas. As fontes podem ser classificadas de acordo com a mobilidade, como: Estacionárias ou fixas: como os complexos industriais e as áreas agrícolas que sofrem queimadas periódicas, etc. Móveis: como os meios de transportes aéreos, marítimos e terrestres, em especial os veículos automotores. No que se refere à terminologia aplicada à poluição do ar, a Associação Brasileira de Normas Técnicas � ABNT � publicou a Norma Técnica NBR 8.969, em julho de 1985, sendo fonte de consulta permanente e obrigatória aos que se dedicam ao tema. 1.5. A expressão da composição de materiais A maneira de se exprimir a composição de substâncias é uma etapa importante na química atmosférica, pois algumas confusões podem acontecer se tais composições não forem devidamente expressas. Por exemplo, em uma indústria, erros de unidades de medida podem significar perdas de matérias-primas, reagentes e produtos obtidos fora dos padrões desejados pelo mercado consumidor. Nos laboratórios de medicamentos, erros dessa ordem podem originar remédios inócuos ou até vir a custar vidas humanas. A composição de materiais serve para conhecermos as quantidades de cada componente de um determinado produto ou substância. Exemplificando, a gasolina vendida em postos de abastecimento contém 22 % de álcool. Isso Aula 1 - O ecossistema atmosférico Aula 1 - O ecossistema atmosférico 19 significa que para cada litro de gasolina comprada, 220 mililitros são de álcool anidro. Porém dúvidas podem surgir. Será que para cada quilo de gasolina temos 220 gramas de álcool anidro? Para se evitar interpretações dúbias, nesse caso, devemos expressar a composição da gasolina como 22 % (v/v), ou seja, uma relação entre volumes. A dificuldade de expressar unidades aumenta quando tratamos de pequenas quantidades, como é o caso dos poluentes atmosféricos, sendo inconveniente expressar em percentagem (parte por cem). Sendo assim, empregamos para tais composições, partes por milhão (ppm ou miligrama por quilo), partes por bilhão (ppb) e partes por trilhão (ppt). Essas unidades facilitam o entendimento dos resultados. Para melhor esclarecimento, faremos agora uma breve discussão sobre unidades de medida, visando o emprego correto das mesmas. Um exemplo pode elucidar essa questão: a quantidade de dióxido de nitrogênio geralmente encontrada em uma atmosfera poluída é de aproximadamente 0,000000012 % (v/v). Essa quantidade é muito pequena e expressá-la em percentagem traz dificuldades de entendimento e nos parece um meio pouco elegante. Se usarmos 109 (um bilhão de unidades por volume), o resultado poderá ser dado em partes por bilhão, isto é, 12 ppbv (partes por bilhão por relação a volume), representando uma maneira mais polida e conveniente para expressar a composição do poluente em determinado ambiente. Em alguns casos, costumamos fazer referência à milésima parte do miligrama para massa, ou seja, o micrograma (símbolo µg). Em termos de tamanho, a milésima parte do milímetro é chamada de mícron (µm). Para a relação entre massa e volume, consideramos também o miligrama por litro (mg/ �). 1.6. A combustão de materiais e a poluição atmosférica Os processos de combustão geradores de energia constituem as grandes contribuições para as emissões de compostos para a atmosfera no mundo contemporâneo. Na intenção de obter energia e realizar trabalho para as atividades diárias, a sociedade moderna queima combustíveis com diversos propósitos: cozimento de alimentos, transporte em veículos, produção industrial, preparo de terrenos para agricultura, etc. Porém, como já destacamos, é nos grandes centros urbanos e nos países mais ricos que se consome a maior parte da energia produzida no mundo. É justamente nesses países que se vive a grande contradição, pois conforme se usa alta tecnologia para satisfazer as necessidades humanas, ocorre a deterioração das condições ambientais e, no caso do ar, tem resultado na mudança de sua composição original para pior. e-Tec Brasil e-Tec Brasil 20 Os combustíveis, que, ao serem queimados, geram contaminantes do ar, podem ser de origem não renovável, como os derivados de petróleo, o gás natural e o carvão mineral, ou de origem renovável, como a lenha e o álcool. Qualquer que seja o combustível orgânico utilizado no processo, gera-se energia térmica que é convertida em energia mecânica, bem como produtos finais gasosos, como dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de enxofre, monóxido de nitrogênio, também material particulado e vapor d'água, entre outros. A combustão é a queima de um material com características específicas na presença do oxigênio gasoso. A queima total de alguma substância exige condições ideais, como a disponibilidade de oxigênio atmosférico, o que ocorre na prática nas indústrias e nos motores dos veículos. Não havendo a combustão completa, sobram alguns subprodutos que constituem perigosos poluentes As partículas ou material particulado produzido apresentam vários tamanhos. As maiores são visíveis na forma de fumaça. Outras menores sãoimpossíveis de visualização pelo olho humano. Já os gases não têm cheiro ou se acham em concentrações baixas e insuficientes para serem detectados pelo odor, sendo também não visíveis ao olho humano. 1.7. Classificação dos poluentes A classificação dos poluentes é necessária quando as finalidades são a aquisição de conhecimentos das fontes geradoras voltada para o monitoramento e para a implementação de medidas de controle ambiental, bem como estudar o efeito desses poluentes sobre pessoas e/ou meio ambiente. Poluente é definido como toda e qualquer forma de matéria e/ou energia, segundo suas características, concentração e tempo de permanência no ar, capaz de causar danos aos materiais, à fauna e à flora e que seja prejudicial à segurança, ao uso e ao gozo da propriedade, à economia e ao bem-estar da comunidade (NBR 8.969/85). Consideramos poluente primário aquele que atinge o corpo receptor, ou seja, a atmosfera na forma em que foi emitido (NBR 8.969/85). Os secundários são aqueles resultantes da interação entre dois ou mais poluentes primários entre si e/ ou com os constituintes normais da atmosfera, com ou sem reação fotoquímica (NBR 8.969/85). A seguir, daremos informações básicas sobre os principais compostos químicos presentes no ar das cidades mais comprometidas pelas atividades industriais e pelos veículos automotivos, deixando para capítulo posterior a análise dos efeitos nocivos dessas substâncias no meio ambiente, como é o caso do aumento do efeito estufa, das chuvas ácidas e da destruição da cama de ozônio. Aula 1 - O ecossistema atmosférico Aula 1 - O ecossistema atmosférico 21 1.7.1. Compostos nitrogenados Os óxidos de nitrogênio são encontrados na atmosfera em diferentes combinações, sendo que somente N O, NO e NO aparecem em quantidades 2 2 significativas e têm papel considerável na química da atmosfera. O óxido de dinitrogênio (N O) é um gás incolor emitido por fontes naturais, 2 por meio de ação bacteriana sobre a matéria orgânica e por reações químicas entre o N e O na atmosfera. É considerado um gás estufa, ou seja, que atua 2 2 retendo calor na atmosfera terrestre. O óxido nítrico ou monóxido de nitrogênio (NO) é um gás incolor e inodoro, produzido naturalmente pelos microrganismos e também pela ação antropogênica através dos processos de combustão a altas temperaturas. No ar, reage com o ozônio por efeito de intensa radiação solar gerando NO .2 O dióxido de nitrogênio (NO ) em altas concentrações é um gás avermelhado, 2 de odor irritante, e um dos principais poluentes secundários presente na atmosfera dos grandes centros urbanos. Embora seja emitido como primário em pequenas quantidades, tem como principal fonte a rápida oxidação do NO no ar. Denomina-se de NOx a soma de NO e NO.2 A amônia (NH ) é um gás incolor à temperatura ambiente, possuindo um odor 3 extremamente forte, consideravelmente mais leve que o ar. Ela é considerada um constituinte básico da atmosfera por estar presente em quantidades significativas. As diversas fontes de amônia são as decomposições de matéria orgânica, a utilização de fertilizantes e a queima de biomassa. 1.7.2. Compostos sulfurosos Os compostos sulfurosos podem ser originados pela queima de combustíveis fósseis, formando-se óxidos de enxofre, principalmente o dióxido de enxofre (SO ). Este gás, ao ser ativado ao absorver radiação solar, transforma-se em 2 trióxido de enxofre (SO ), que, por sua vez, em ambientes de alta umidade, 3 passa a ácido sulfúrico (H SO ), que é fortemente corrosivo e tóxico, um dos 2 4 principais formadores da chuva ácida. O gás sulfídrico (H S) tem origem na decomposição da matéria orgânica por 2 microrganismos anaeróbicos (que retiram o oxigênio que necessitam de compostos). Uma vez na atmosfera, o H S, em combinação com o O (ozônio), 2 3 pode ser oxidado a SO , constituindo uma fonte desse poluente.2 e-Tec Brasil e-Tec Brasil 22 1.7.3. Compostos carbônicos O dióxido de carbono (CO ) é um gás comum produzido na maior parte das 2 combustões. É formado quando se queima materiais que contêm carbono em sua composição. Ressalta-se que quase todos os combustíveis empregados possuem esse elemento em suas cadeias químicas. O CO é incolor, inodoro e 2 não faz mal à saúde humana nas concentrações originais na atmosfera. Por ser um composto final já oxidado, é inerte às reações químicas, permanecendo por longos períodos na atmosfera, aumentando o efeito estufa. Um dos principais mecanismos naturais de remoção do CO ocorre via 2 fotossíntese, realizada pelos organismos verdes detentores de clorofila, presentes na superfície dos oceanos e nos continentes. Quando as combustões em motores e dispositivos industriais acontecem na presença de quantidades insuficientes de oxigênio, o resultado é a geração de monóxido de carbono (CO). Além de ser um dos mais perigosos tóxicos respiratórios, é um dos poluentes gasosos mais comumente encontrados nos grandes centros urbanos. 1.7.4. Compostos orgânicos Os compostos orgânicos são genericamente os hidrocarbonetos, os álcoois, os aldeídos, os ácidos orgânicos e diversas outras substâncias que possuem carbono como elemento básico de suas cadeias moleculares. A queima de combustíveis é responsável por uma importante parcela de lançamento desses compostos no ar. A evaporação de combustíveis e solventes, subprodutos da indústria química e farmacêutica e a decomposição de resíduos orgânicos em depósitos de lixos ou em ecossistemas aquáticos, leva à formação de gás metano (CH ), hidrocarboneto pouco tóxico, mas que 4 participa na formação de poluentes secundários, sem falar que é um gás estufa. 1.7.5. Oxidantes fotoquímicos Compostos oxidantes são espécimes químicas ávidas por elétrons, as quais, em uma reação, retiram elétrons de outro reagente. O que perde elétrons sofre uma oxidação. O aumento de átomos de oxigênio em dada molécula indica que houve oxidação. Os oxidantes são de grande relevância para a química atmosférica, pois mudam sua composição química, interferindo na qualidade do ar. No ar, com a presença de luz solar em elevada intensidade e, principalmente, de radiações ultravioletas, há condições para a ocorrência de reações Aula 1 - O ecossistema atmosférico Aula 1 - O ecossistema atmosférico 23 denominadas de fotoquímicas, responsáveis pela transformação de alguns poluentes em oxidantes. Vários oxidantes podem ser encontrados no ar ambiente, sendo os principais -o ozônio (O ), o peróxido de hidrogênio (H O ) e o radical hidroxila (HO ).3 2 2 1.7.6. Materiais particulados Denominam-se materiais particulados as partículas sólidas ou líquidas presentes no ar ambiente. A quantificação de todas essas partículas é conhecida como Material Particulado Total em Suspensão (MPTS), constituindo medida de massas total por unidade de volume (µg/m³). Muitas dessas partículas são visíveis a olho nu, como poeira, cinzas e fumaça. Outras não o são, mas não deixam de ser significativas para o ambiente. Partículas menores que 10 µm, chamadas de PM , são inaláveis e ficam 10 retidas no trato respiratório superior. Já aquelas menores que 2,5 µm atingem os pulmões e ficam retidas, causando sérios danos à saúde humana. O tamanho das partículas também influi nas propriedades atmosféricas. As partículas de tamanho entre 0,1 a 10 µm atuam como núcleos de condensação do vapor d'água, ajudando a formar nuvens. Aerossol é o sistema disperso em um meio gasoso, composto de partículas sólidas e/ou líquidas de tamanhos inferiores a 100 µm. Poeiras são entendidas como aerossóis constituídos por partículas sólidas formadas por ruptura mecânica de uma superfície. Fumaça é o aerossol constituído por partículas resultantes da combustão incompleta de materiais orgânicos, geralmente essas partículas têm diâmetros inferiores a 1 µm(NBR 8.969/85). Partículas menores do que 2,5 µm de diâmetro são classificadas como finas e as maiores do que 2,5 µm são grossas. As finas tendem a ficar por mais tempo, dias ou até semanas em suspensão, com deposição distante das fontes emissoras. As grossas possuem tempo de permanência curto na atmosfera, com tendência a depositar-se não muito distante das fontes de emissão. O material particulado pode ser lançado no ar através de fontes naturais como é o caso do aporte de cinzas e poeiras oriundas de vulcões ativos, do vento sobre o continente que suspende material sólido e do vento em superfícies líquidas que transporta pequenas gotículas d'água (sprays). Os vegetais são grandes emissores de material particulado, na forma direta de lançamento de pólen, de outras estruturas físicas e de compostos orgânicos voláteis como efeito da atividade fisiológica das plantas. Microrganismos em suspensão, como bactérias, fungos (esporos) e vírus, também são considerados como material particulado atmosférico. As fontes antrópicas incluem processos industriais, como: produção de cimento, de fertilizantes e siderúrgicas, combustão com o emprego de óleo e e-Tec Brasil e-Tec Brasil 24 carvão mineral ou vegetal, tráfego de veículos em estradas não pavimentadas, aplicações aéreas de agrotóxicos em plantações, manejo de solos nas atividades agropecuária e florestal, etc. Links interessantes www.inpe.br (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) www.inmet.gov.br (Instituto Nacional de Meteorologia) www.mma.gov.br (Ministério do Meio Ambiente) www.cetesb.sp.gov.br (CETESB) www.inea.rj.gov.br (INEA) www.ibama.gov.br (IBAMA) www.weather.com/brasil (Weather Brasil) www.cptec.inpe.br (Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos - CPTEC) www.abnt.org.br (Associação Brasileira de Normas Técnicas � ABNT) www.ens.ufsc.br/ppgea/grade/ens3126.html (Controle da Poluição Atmosférica � UFSC) Aula 1 - O ecossistema atmosférico Aula 1 - O ecossistema atmosférico 25 e-Tec Brasil Atividades Propostas 1. Fale, resumidamente, sobre as camadas da atmosfera. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Considerando-se a contextualização histórica, como o ser humano contribuiu para o aumento das concentrações de substâncias poluentes na atmosfera? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. Comente as principais diferenças entre os tipos de ecossistemas, classificados de acordo com o nível de intervenção humana: ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4. Sabemos que as concentrações de poluentes na atmosfera alcançam valores muito pequenos, mas, mesmo assim, causam inúmeros danos à saúde humana e ao ambiente. Quais são as unidades de medida usadas para se aferir a concentração dos poluentes lançados no ar? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 5. Marque a alternativa correta: a) Os combustíveis de origem não renovável geram, ao serem queimados, poucos poluentes atmosféricos. b) Poluentes primários são aqueles que sofrem transformações químicas na atmosfera após serem lançados no ar. c) O gás carbônico (CO ) pode ser considerado como uma substância terminal 2 e não reativa, mas sua presença no ar em concentrações além das originais pode levar ao aumento do efeito estufa. d) O gás carbônico (CO ) é uma substância que não absorve a radiação solar 2 difusa. 6. Marque a alternativa correta: a) Materiais particulados se caracterizam apenas pelas poeiras, cinzas e fumaça que são visíveis a olho nu. b) Oxidantes são doadores de elétrons em reações químicas, como é o caso do ozônio (O ).3 c) A queima de combustíveis fósseis pode promover o lançamento de alguns compostos orgânicos na atmosfera. d) Não existem evidências científicas, comprovando que o metano (CH ) seja 4 um gás estufa. e-Tec Brasil 26 Aula 1 - O ecossistema atmosférico Referências Bibliográficas BRANCO, S. M. & MURGEL, E. Poluição do Ar. São Paulo: Moderna, 2006. 112 p. DEMILLO, R. Como Funciona o Clima. São Paulo: Quarks Books, 1998. 226 p. DERISIO, J. C. Introdução ao Controle da Poluição Ambiental. São Paulo: Editora Signus, 2007. 192 p. LISBOA, H. de M. (Coord.) Controle da Poluição Atmosférica. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina/ Centro Tecnológico/ Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2007. 390 p. SUGUIO, K. Mudanças Ambientais da Terra. São Paulo: Instituto Geológico, 2008. 336 p. TOMINAGA, L. K. (Org.) Desastres Naturais: Conhecer para Prevenir. São Paulo: Instituto Geológico, 2011. 196 p. Aula 1 - O ecossistema atmosférico 27 e-Tec Brasil Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Os efeitos à saúde humana da presença de poluentes na atmosfera na forma de gases ou partículas são classificados basicamente, como estéticos, irritantes e tóxicos. Em capítulo posterior, falaremos sobre os efeitos da poluição do ar no ambiente. 2.1. Efeitos estéticos Efeitos estéticos são as alterações simples daaparência do ar que nos envolve, provocadas por vapores, fumaças, poeiras ou aerossóis emitidos por fontes naturais ou humanas. Estão incluídos outros efeitos que nos causam incômodos, como o mau odor produzido por certas substâncias. Pressupondo que nós desejamos um ar transparente e inodoro, os fatores meteorológicos, com certa frequência, deixam de proporcionar essas condições desejáveis. A visão de uma paisagem enfumaçada ou com presença de vapor d'água, neblinas ou com nuvens densas, para alguns, não trazem sensação de conforto e leveza. Porém, normalmente, odores fortes e desagradáveis nos causam desconforto. O fato dos efeitos estéticos acionarem de imediato nossos sentidos faz com que as pessoas lhes deem um valor maior do que aqueles mais nocivos. Nem sempre a parte visível da fumaça, principalmente obscurecida por partículas inertes, é mais prejudicial à saúde e ao ambiente do que os gases que não enxergamos, como o CO. Logicamente que as fontes que expelem fumaças negras devem ser controladas no intuito de eliminarmos as condições que fazem do ambiente um local desagradável e sujo. 2.2. Efeitos irritantes Os efeitos irritantes são proporcionados por agentes químicos e físicos que atingem dado tecido orgânico, provocando reações alérgicas, ardências, coceiras e outras manifestações de caráter passageiro. Dentre as substâncias que ocasionam esses efeitos está o aldeído fórmico, originado na queima de lenha com alto teor de umidade e no preparo de carnes defumadas; o aldeído proveniente de motores de combustão a álcool; materiais particulados inaláveis de fontes diferentes em suspensão no ar; grãos de pólen, esporos fúngicos, ácaros, etc. Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana 29 e-Tec Brasil e-Tec Brasil 30 Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Cabe ressalvar que o efeito irritante causa reações fortes para indivíduos predispostos ao desencadeamento de processos alérgicos, bem como crianças e pessoas idosas, agravando rinites, bronquites e outras doenças respiratórias mais sérias. 2.3. Efeitos tóxicos A presença de substâncias nocivas em baixas concentrações no ar que respiramos representa grande risco para a saúde humana e dos animais. A intoxicação causada por substâncias dispersas no meio � ar, para os seres terrestres, e água para os organismos aquáticos � difere da causada pela inalação de venenos em doses maiores. No caso dos poluentes, a concentração é relevante, assim como o tempo de contato com o ser vivo. Uma substância tóxica, mesmo que esteja em pequenas proporções no ar, pode tornar-se extremamente perigosa com a sua inalação constante. Um dos tóxicos atmosféricos mais comuns é o monóxido de carbono (CO) que, como já foi dito, é gerado pela queima incompleta de combustíveis. Observe a tabela em sequência para maiores detalhes sobre os efeitos no corpo humano: Outros exemplos: os gases expelidos de um alto-forno siderúrgico podem conter de 24 a 30 % de CO antes de se dissipar no ar externo. Um motor movido a gasolina em marcha lenta pode lançar de 1 a 7 % de CO, dependendo da mistura de combustível com oxigênio no carburador. Nos grandes centros urbanos, em ruas congestionadas, a concentração de CO pode alcançar 0,01 %, que, como já vimos acima, produz dores de cabeça e outros incômodos para quem o respira nessas condições ambientais. O CO ocupa os locais de troca gasosa nos alvéolos pulmonares, tomando o lugar do oxigênio que deveria ser transportado pelos glóbulos vermelhos até as células no processo de respiração celular. Tempo de exposição Efeitos Orgânicos Tabela 2.1: Efeito tóxico do Monóxido de Carbono (CO) Percentual de participação do CO em um ar ambiente 0,01% Grande Sintomas iniciais de intoxicação 0,02% Poucas horas Sintomas iniciais de intoxicação 0,04% 02 - 03 horas Fortes dores de cabeça 0,20 a 0,25% 30 minutos Perda da consciência e morte > 0,04% 02 horas Palpitações cardíacas, confusão mental e náuseas Fonte: do autor Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana 31 A destilação do carvão mineral, utilizado em vários processos industriais, leva à liberação de hidrocarbonetos aromáticos pertencentes à série do benzeno. O desprendimento desses compostos no ar ambiente causa graves problemas de intoxicações. A inalação de altas concentrações de benzeno leva à rápida perda de sensibilidade seguida de morte por asfixia. No caso de inalação em concentrações mais baixas continuamente, acontecem situações crônicas, como a falência de órgãos produtores de sangue (medulas ósseas e baço), causando anemias (perda de glóbulos vermelhos), redução da resistência às enfermidades em geral (perda de glóbulos brancos) e hemorragias (perda de plaquetas). O benzeno é empregado como matéria-prima em um sem número de operações (solventes de resinas, graxas, misturas de combustíveis, tintas para aviões, fabricação de couros sintéticos, etc.). Trata-se de composto altamente volátil, com desprendimento de vapores no ar. O dióxido de enxofre (SO ), mesmo em concentrações muito baixas, ocasiona 2 espasmos transitórios de musculatura lisa do aparelho respiratório. Em concentrações mais altas, provoca inflamações de mucosas e outras enfermidades respiratórias. O gás sulfídrico (H S) tem a capacidade de anestesiar o nosso olfato, 2 impedindo que sintamos seu cheiro quando em altas concentrações. Atua da mesma forma que o CO no organismo humano, no que se refere à respiração celular. O dióxido de nitrogênio (NO ) promove irritações nos olhos e nas mucosas em 2 geral, podendo acarretar, no desenvolvimento de enfisema pulmonar, séria doença. Pode também estimular a produção de substâncias cancerígenas, como as nitrosaminas. O ozônio (O ) liberado por reações fotoquímicas na atmosfera a partir da 3 combinação de hidrocarbonetos com os óxidos de nitrogênio é muito mais ativo que o oxigênio (O ), reagindo com vários compostos o que resulta em 2 uma série de substâncias tóxicas. O contato com ambientes possuindo altas concentrações de O pode causar 3 doenças como o câncer. O O possui alta ação oxidante, que, além de asfixiar 3 pessoas, degrada materiais resistentes, como o couro e a borracha. e-Tec Brasil Tabela 2.2: Distribuição da energia solar incidente sobre a Terra Forma de Distribuição Reflexão e espalhamento pelas nuvens e pelo material em suspensão Aquecimento da atmosfera Radiação que chega à superfície Fonte: do autor % de participação 30% 26% 44% Total 100% e-Tec Brasil 32 2.4. Efeitos dos poluentes atmosféricos no meio ambiente Nesta etapa, trataremos das questões que envolvem a emissão de poluentes primários e a formação de secundários no ar e os seus efeitos no meio ambien- te, sejam no ecossistema atmosférico, como na litosfera e na hidrosfera. Teceremos considerações inicialmente sobre o balanço térmico do planeta para depois discorrermos sobre o aumento do efeito estufa, o aquecimento global, a modificação na camada de ozônio na estratosfera e as chuvas ácidas. 2.4.1. Balanço Térmico da Terra, efeito estufa e aquecimento global. A Terra recebe cerca de 0,002 % da energia emitida pelo sol, isto é, cerca de 5,4 x 1.024 Joules/ano. Entretanto, só parte dessa energia chega à sua superfície, a saber: Chamamos de albedo a relação entre a radiação refletida e a incidente total em uma superfície. O albedo da Terra é de 0,30. A radiação que alcança a superfície planetária é composta por energia eletromagnética em vários comprimentos de onda (ultravioleta, luz visível e infravermelho), e parte desta é refletida da superfície para o ar na forma de radiação infravermelha, responsável pelo calor que sentimos. Se não houvesse a atmosfera, essa energia seria integralmente perdida para o espaço e o planeta teria uma temperatura média queinviabilizaria a existência de vida como a conhecemos. Os principais agentes responsáveis pela minimização dessas perdas estão relacionados à presença de vapor d'água e de CO na atmosfera. Para que 2 possamos entender um pouco da dinâmica térmica do ar, necessitamos fazer algumas considerações. Tanto a água como o CO possuem movimentos 2 Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana 33 vibratórios em suas moléculas que são típicos para cada substância. A radiação eletromagnética, quando interage com essas moléculas em modo vibracional, é absorvida e altera o padrão de vibração da ligação química entre os átomos constituintes. Quando a molécula deixa de receber radiação, ela acaba voltando ao estado inicial e libera a energia absorvida, obedecendo ao princípio de conservação de energia. Por exemplo, a molécula de CO absorve 2 fortemente a radiação infravermelha proveniente da superfície terrestre e a reemite novamente em forma de calor em todas as direções. Parte dessa energia retorna à superfície da Terra e, como resultado, a sua temperatura média é de 14 a 18 ºC. Os gases que possuem a capacidade de absorver infravermelho e depois devolvê-lo ao ambiente são conhecidos como gases estufa, responsáveis pelo efeito estufa. O efeito estufa mantém o planeta permanentemente aquecido, ocorrendo naturalmente segundo os princípios explanados no parágrafo anterior. O vapor d'água é o principal atuante no sentido de absorver radiação infravermelha e remiti-la para o ambiente, sendo responsável por cerca de 80% do efeito estufa. É fácil perceber a sua importância no equilíbrio térmico. Verificamos com alguma facilidade que regiões com alta umidade relativa do ar apresentam poucas variações entre as temperaturas diurna e noturna. Já os desertos e regiões continentais distantes do oceano têm características de ar seco, isto é, com baixa umidade relativa, apresentando alta amplitude térmica (dias com temperaturas altíssimas e noites muito frias). O efeito estufa sempre existiu no planeta desde o início da evolução e é considerado um dos fatores primordiais para o desenvolvimento e manutenção da vida no seu seio. Trata-se de um fenômeno natural. Entrementes, nos últimos 250 anos, estamos vivendo momentos de acréscimos de gases estufa concomitantemente à industrialização e ao aumento populacional em todo globo. A tabela a seguir elucida que o CO , segundo na hierarquia depois do vapor 2 d'água, na medida em que aumenta em concentração na atmosfera, pode contribuir no aumento do efeito estufa. O Potencial de Aquecimento Global (PAG) indica qual é o potencial com que cada substância participa no efeito estufa. Convencionou-se que o CO tem PAG = 1. O CFC-12 2 (Clorofluorcarboneto-12) tem PAG = 7.100, o que significa que 1 molécula de CFC-12 produz o mesmo efeito que 7.100 moléculas de CO .2 e-Tec Brasil e-Tec Brasil 34 O problema é que a sociedade moderna está emitindo para a atmosfera uma quantidade muito grande de gases estufa. Como produto, existe uma tendência em acreditar que o efeito estufa vá se intensificar por esses acréscimos em futuro próximo (se é que já não está acontecendo). Por conseguinte, a temperatura média planetária deverá aumentar. Porém, ainda não existe um consenso entre cientistas atmosféricos sobre as mudanças climáticas provocadas pelo ser humano. As pesquisas científicas continuadas nos darão melhor clareza a respeito de nossa influência na atmosfera. O Protocolo de Kyoto é um acordo internacional estabelecido em 1997, na cidade de Kyoto (Japão), cuja proposta foi estabelecer condições para que os países industrializados pudessem reduzir as emissões de gases estufa e garantir um suposto modelo de desenvolvimento limpo aos países não tão industrializados. Como o tema emissão de CO tem alcance e efeito globais, o controle e até a 2 diminuição dependem de entendimentos entre nações. O documento final previa que, entre 2008 e 2012, os países industrializados reduziriam suas emissões em 5,2%, caindo aos níveis de 1990. O acordo previa tratamento diferenciado para os 38 países considerados os principais emissores de CO e 2 outros 05 gases estufa importantes. Para a União Europeia, foi estabelecida uma redução de 8 % em relação aos níveis de 1990; 7 % para os EUA e 6 % para o Japão. Países em desenvolvimento, como o Brasil, Índia e México inicialmente, não tiveram níveis de redução considerados. Você sabia que os EUA são os maiores emissores de CO no mundo? Sozinhos, 2 eles são responsáveis pela contribuição de 25 % do total anual, com aproximadamente 1,49 bilhões de toneladas por ano. O Brasil está em 17º lugar na lista negra, com 0,079 bilhões de toneladas anuais. Apesar disso, os EUA recusaram-se a assinar o acordo internacional de Kyoto, assim como a Rússia. Tabela 2.3: : Principais Gases Estufa e Seus Potenciais de Aquecimento Global � Estimativas de Contribuição ao Aumento do Efeito Estufa Fonte: do autor Principais fontes antrópicas Gás PAG* Estimativa de constribuição CO2 Queima de combustíveis fósseis e de biomassa 1 55% CH4 Campos de produção de arroz, pe- cuária e produção de petróleo 11 15% NO2 Fertilizantes, queima de biomassa, atividades industriais 270 6% CFC-12 Gás para refrigeração 7.100 10% * PAG = Potencial de Aquecimento Global Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana 35 O Brasil promulgou a Lei Federal nº. 12.187, em 29 de dezembro de 2009, que instituiu a Política Nacional sobre Mudanças do Clima, regulamentada pelo Decreto Federal nº. 7.390, de 09 de dezembro de 2010, na qual diretrizes foram traçadas visando atingir os seguintes objetivos: compatibilização do desenvolvimento econômico-social com a proteção do sistema climático; redução das emissões antrópicas de gases de efeito estufa em relação às suas diferentes fontes; fortalecimento das remoções antrópicas por sumidouros de gases de efeito estufa no território nacional; implementação de medidas para promover a adaptação à mudança do clima pelas 03 (três) esferas da Federação, com a participação e a colaboração dos agentes econômicos e sociais interessados ou beneficiários, em particular aqueles especialmente vulneráveis aos seus efeitos adversos; preservação, conservação e recuperação dos recursos ambientais, com particular atenção aos grandes biomas naturais tidos como Patrimônio Nacional; consolidação e expansão das áreas legalmente protegidas e ao incentivo aos reflorestamentos e à recomposição da cobertura vegetal em áreas degradadas; estímulo ao desenvolvimento do Mercado Brasileiro de Redução de Emis- sões - MBRE. Os objetivos da Política Nacional sobre Mudança do Clima deverão estar em consonância com o desenvolvimento sustentável a fim de buscar o crescimento econômico, a erradicação da pobreza e a redução das desigualdades sociais, segundo a legislação em apreço. Voltando para a questão do aumento do efeito estufa, as suas principais consequências no planeta decorrerão da elevação de sua temperatura média, o que, segundo alguns cientistas, poderá acarretar nas seguintes mudanças: a. Elevação do nível do mar: face ao derretimento parcial de enormes massas de gelo e aumento do volume e nível de água oceânica. Calcula-se um aumento de, no máximo, 88 cm até o ano de 2100, fazendo com que ilhas e áreas litorâneas de baixa altitude possam submergir. b. Mudança global no padrão climático: o aumento na temperatura média global implicaria sérias anomalias climáticas, como tempestades e inundações em algumas regiões, aumento de ocorrência de furacões e tufões, secas em regiões de climas amenos, etc. e-Tec Brasil e-Tec Brasil 36 c. Incidência de doenças: o equilíbrioexistente das populações de insetos e microrganismos poderia ser quebrado, com deslocamento de doenças limitadas às regiões tropicais para outras ora temperadas e que se tornariam mais quentes, bem como o aparecimento de antigas e novas enfermidades que já foram erradicadas pela ciência. 2.4.2. Modificações na camada de Ozônio O ozônio (O ) é um gás altamente oxidante, de cor azul escura, que se 3 concentra na estratosfera, em uma porção a 30-50 quilômetros de altitude. A camada de O possui cerca de 15 quilômetros de espessura, funcionando 3 como um escudo protetor contra os efeitos nocivos dos raios solares. A radiação eletromagnética proveniente do sol abrange um espectro eletromagnético definido em função do comprimento de onda da radiação (�), que é inversamente proporcional à sua frequência (�), expressos normalmente em metros e hertz, respectivamente (01 hertz = 1 ciclo a cada segundo). Quanto maior o comprimento de onda, menor será a frequência e vice-versa (vide ilustração a seguir). A radiação ultravioleta (UV) tem comprimento de onda variando entre 0,1 a 0,4 µm. Subdivide-se em UVA (0,4 a 0,32 µm), uma forma de radiação que pode causar algum dano às células vivas e que não é absorvida pelo O ; em 3 UVB (0,32 a 0,28 µm), que causa danos às células vivas e é absorvida pelo O ; e 3 em UVC (0,28 a 0,1 µm), que é altamente energética e prejudicial aos seres vivos, ainda que absorvida quase que totalmente pela atmosfera. A estratosfera absorve aproximadamente 99 % de toda a radiação UV, sendo o O responsável por reter principalmente a radiação UVB.3 Para que possamos entender como acontece a fragilização da camada de ozônio na estratosfera, é necessária a apresentação da reação de sua formação e consumo: Figura 2.1: Espectro visível ao homem. Fonte: pt.wikipedia.org/wiki/Espectro_vis%C3%ADvel Acessado em 05/10/2011. Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana 37 O + (hv) O + O ( I )2 O + O O ( II )2 3 O + (hv) O + O ( III ) 3 2 O + O O + O ( IV )3 2 2 Na estratosfera, as reações II e III são muito rápidas e era de se esperar que a concentração de O deveria ser relativamente constante. Mas alguns 3 compostos com tempo de residência longo não sofrem reações secundárias na troposfera, podendo chegar à estratosfera através de mecanismos de dispersão. Outros compostos podem ingressar na estratosfera via trilhas de condensação formadas por aviões comerciais, podendo interferir no equilíbrio das reações acima descritas. Acontece que os compostos orgânicos contendo cloro, utilizados como gás refrigerante na indústria e em equipamentos domésticos e conhecidos como CFC (Clorofluorcarbonetos), atuam na decomposição do O estratosférico. A 3 -luz ultravioleta quebra as ligações dos CFC, liberando cloro iônico (Cl ), que vai reagir com O , originando óxido de cloro e O .3 2 Os compostos orgânicos halogenados (CFC), quando corretamente utilizados, mantêm o gás enclausurado em circuito fechado no equipamento, sem que este vaze para o ar. Entretanto, quando são desmontados para manutenção ou descartados, o gás é expelido atingindo a estratosfera onde promove a destruição da camada de O , de acordo com as reações químicas 3 explicitadas. A redução da camada de O foi detectada por cientistas na 3 década de 70. Em 1987, a ONU (Organização das Nações Unidas) estabeleceu um programa de ação internacional para identificação das medidas de controle das substâncias que destroem a camada de O (Protocolo de 3 Montreal). As nações signatárias assumiram compromissos para proibição da produção e comercialização desses produtos. Em 1995, o governo brasileiro instituiu o Comitê Executivo Interministerial para Proteção da Camada de Ozônio (PROZON), que coordena todas as iniciativas reativas à questão de banimento da produção e utilização dessas substâncias em solo nacional. Entretanto, ainda existem aproximadamente 36 milhões de refrigeradores em funcionamento à base de CFC no país. Tratam- se de aparelhos fabricados até 1999, ano em que o Brasil proibiu a produção desses equipamentos com CFC, quando, então, as indústrias os substituíram por outras menos agressivas à camada de O .3 e-Tec Brasil e-Tec Brasil 38 2.4.3. As Chuvas Ácidas Como já sabemos, a queima de combustíveis fósseis e outros processos industriais emitem para o ar partículas e gases, dentre eles o dióxido de nitrogênio (NO ) e o dióxido de enxofre (SO ). O tempo de residência desses 2 2 óxidos na atmosfera é normalmente curto, sugerindo a existência de sorvedouros desses compostos. Durante o dia, na presença de luz solar, o NO 2 -reage com radicais HO , formando ácido nítrico: -NO + HO HNO2 3 -De forma semelhante, o SO também reage com HO , gerando ácido sulfúrico 2 (H SO ):2 4 -SO + HO HSO2 3 HSO + O HO + SO3 2 2 3 SO + H O H SO3 2 2 4 Algumas vezes, a presença de gotículas de água no ar serve de recipiente para a reação. SO + H O H SO2 2 2 3 2 H SO + O 2 H SO2 3 3 2 4 A presença de material particulado acelera essas reações químicas de 10 a 100 vezes. Por exemplo, o tempo médio para a transformação do SO em H SO 2 2 4 em condições favoráveis é de 02 dias. Em decorrência disso, o composto formado pode ser levado pelo vento e aportar em regiões distantes das fontes de emissão primária, descendo para o solo pela ação das neblinas e chuvas ácidas. Os ecossistemas afetados pela ação englobam desde florestas nativas, passando pelos transformados e antropizados, como as áreas de exploração agropecuária e o ambiente urbano. A chuva ácida é um fenômeno decorrente da poluição atmosférica, sendo que os seus efeitos podem ser locais, mas podem atingir também outros países que não são os responsáveis pela emissão de NO e SO . Requer o 2 2 desenvolvimento de estudos que envolvam a identificação e controle das fontes primárias de emissões gasosas, como também a avaliação dos danos e a implementação de técnicas para recuperação dos ambientes afetados pela ação de poluentes ácidos. Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana 39 Atividades Propostas 1. O que são efeitos irritantes de substâncias químicas poluentes? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. Quais são os efeitos tóxicos do monóxido de carbono (CO) no organismo humano? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________ 3. O que é albedo? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4. Marque a alternativa errada: a. A radiação solar que alcança a superfície planetária é composta de energia eletromagnética de várias frequências e comprimentos de onda. b. A molécula do gás carbônico (CO ) absorve fortemente a radiação infra-2 vermelha, reemitindo-a para o ambiente sob formade calor (efeito estufa). c. A camada de ozônio (O ) situa-se a 30-50 km de altitude e funciona como 3 um escudo contra os efeitos nocivos da radiação ultravioleta. d. O governo brasileiro liberou a produção de equipamentos com CFC em 1999. e-Tec Brasil e-Tec Brasil 40 5. Marque a alternativa errada: a. As chuvas ácidas são originadas a partir do lançamento de monóxido de carbono (CO) na atmosfera. b. A recuperação dos ecossistemas terrestres degradados pelos agentes das chuvas ácidas é de vital importância para as sociedades. c. Uma das preocupações em nível mundial da intensificação do efeito estufa seria a elevação da temperatura média planetária. d. As mudanças climáticas são objetos de regulamentação específica no Brasil. Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana 41 e-Tec Brasil Referências Bibliográficas BRANCO, S. M. & MURGEL, E. Poluição do Ar. São Paulo: Editora Moderna, 2006. 112 p. DEMILLO, R. Como funciona o clima. São Paulo: Quarks Books, 1998. 226p. DERISIO, J. C. Introdução ao controle da poluição ambiental. São Paulo: Signus, 2007. 192 p. LISBOA, H. de M. (Coord.) Controle da poluição atmosférica. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina/ Centro Tecnológico/ Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2007. 390 p. SUGUIO, K. Mudanças ambientais da Terra. São Paulo: Instituto Geológico, 2008. 336 p. TOMINAGA, L. K. (Org.) Desastres naturais: conhecer para prevenir. São Paulo: Instituto Geológico, 2011. 196 p. e-Tec Brasil 42 Aula 2 - Efeitos da poluição do ar à saúde humana Saiba mais... Para pesquisa, alguns links interessantes: www.inpe.br (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) www.inmet.gov.br (Instituto Nacional de Meteorologia) www.mma.gov.br (Ministério do Meio Ambiente) www.cetesb.sp.gov.br (CETESB) www.inea.rj.gov.br (INEA) www.ibama.gov.br (IBAMA) www.weather.com/brasil (Weather Brasil) www.cptec.inpe.br (Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos - CPTEC) www.abnt.org.br (Associação Brasileira de Normas Técnicas � ABNT) http://www.ens.ufsc.br/ppgea/grade/ens3126.html (Controle da Poluição Atmosférica � UFSC) 2ª Etapa Aula 3 - Qualidade do ar Objetivos Adquirir conhecimentos sobre os Padrões Nacionais de Qualidade do Ar em nível técnico e de normatização legal; Conhecer os mecanismos de autodepuração da atmosfera com relação aos contaminantes físicos e químicos; Conhecer as variáveis meteorológicas e os fenômenos climáticos que atuam sobre a dispersão de substâncias poluentes na atmosfera; Identificar os tipos de plumas geradas em chaminés (fontes estacionárias). 3.1. Padrões Nacionais e Níveis de Qualidade do Ar Os episódios críticos de poluição atmosférica em várias partes do mundo tornaram claro aos governos e à comunidade científica que a contaminação do ar por poluentes tratava-se de um problema concreto, podendo trazer efeitos extremamente nefastos ao ser humano e ao ambiente. Em termos proporcionais, sabemos que um veículo automotor ou uma única indústria não são suficientes para proporcionar danos ambientais. Surge, então, uma pergunta: Que quantidades de substâncias podem ser lançadas no ar, sem que se caracterizem poluentes? No intuito de solucionar essa questão, diversos estudos toxicológicos foram levados a cabo com seres humanos e organismos que compõem a biota, com determinação dos variados níveis de exposição aos diversos poluentes e seus respectivos efeitos para a saúde e no ambiente. Sendo assim, para cada circunstância em especial, conseguiu-se estabelecer os padrões de qualidade do ar. Um padrão de qualidade do ar define legalmente um limite máximo de determinado componente atmosférico que garanta a saúde e o bem-estar das pessoas, bem como a integridade dos ecossistemas. Aula 3 - Qualidade do ar 45 e-Tec Brasil e-Tec Brasil 46 Aula 3 - Qualidade do ar O nível de contaminação do ar é medido pela quantificação das substâncias consideradas poluentes. Relembramos que poluente pode ser entendido como qualquer substância ou forma de energia presente no ar e que, pela sua concentração, possa torná-lo impróprio, nocivo, ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à flora, à fauna, ou prejudicial ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da sociedade (Resolução CONAMA nº. 03, de 28 de junho de 1990, que dispõe sobre os padrões de qualidade do ar no Brasil). O efeito que um poluente provoca depende de sua concentração, ou seja, pela proporção em que se apresenta no ar que respiramos. Como já vimos, a concentração do poluente é expressa em µg/ m³ (micrograma por metro cúbico) ou ppm (partes por milhão). Tão importante como a concentração é o tempo de exposição ao poluente, ou seja, o intervalo de tempo no qual ficamos a respirar um ar com determinados níveis de toxidade. Podemos suportar níveis relativamente altos de determinando poluente por intervalo de tempo curto. Porém, valores até mais baixos suportados por um tempo maior podem causar complicações à saúde humana. Assim sendo, os padrões de qualidade do ar estão sempre atrelados às concentrações máximas de poluentes suportáveis em um dado intervalo de tempo. A determinação sistemática da qualidade do ar, por questões prática e face à frequência de ocorrência e também aos efeitos negativos que provocam no ambiente, recai sobre um grupo de substâncias que servem de indicadores, internacionalmente consagrados, a saber: dióxido de enxofre (SO ), material 2 particulado em suspensão, monóxido de carbono (CO), dióxido de nitrogênio (NO ) e ozônio (O ).2 3 O Conselho Nacional de Meio Ambiente – CONAMA, órgão ligado ao Ministério do Meio Ambiente, decidiu, em 1989, promulgar através da Resolução CONAMA n°. 05, de 15 de junho de 1989, o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar. O PRONAR como é conhecido, passou a servir como um dos instrumentos básicos da gestão ambiental para a proteção da saúde e do bem-estar das populações, e melhorias da qualidade de vida com objetivo de permitir o desenvolvimento econômico e social do país de forma ambientalmente segura, pela limitação dos níveis de emissão de poluentes por fontes de poluição atmosférica, com vistas: A uma melhoria na qualidade do ar; Ao atendimento aos padrões estabelecidos; Ao não comprometimento da qualidade do ar em áreas não degradadas. Aula 3 - Qualidade do ar 47 e-Tec Brasil O PRONAR prevê também o estabelecimento de estratégias básicas a fim de limitar, em nível nacional, as emissões por tipologia de fontes e poluentes prioritários, reservando o uso dos padrões de qualidade do ar como ação complementar de controle. De acordo Resolução CONAMA nº. 03, de 28 de junho de 1990, que dispõe sobre os padrões de qualidade do ar previstos no PRONAR, ficaram estabelecidos os seguintes conceitos: Padrões Primários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população. Podem ser entendidos como os níveis máximos toleráveis de concentração de poluentes atmosféricos, constituindo-se em metas de controle de curto e médio prazos. Padrões Secundários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem-estar da população, assim como o mínimo dano a fauna, a flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral. Podem ser entendidos como os níveis desejados de concentração de poluentes, constituindo-se em metas de controle de longo prazo. Para a implementação de uma política de não deterioração significativa da qualidade do ar em todo o território nacional, suas áreas serão enquadradas de acordo com a seguinte classificaçãode usos pretendidos: Classe I: Áreas de preservação, lazer e turismo, tais como Parques Nacionais e Estaduais, Reservas e Estações Ecológicas, Estâncias Hidrominerais e Hidrotermais (Unidades de Conservação da Natureza). Nestas áreas deverá ser mantida a qualidade do ar em nível o mais próximo possível do verificado sem a intervenção antropogênica. Classe II: Áreas onde o nível de deterioração da qualidade do ar seja limitado pelo padrão secundário de qualidade. Classe III: Áreas de desenvolvimento onde o nível de deterioração da quali- dade do ar seja limitado pelo padrão primário de qualidade. Cabe salientar que o monitoramento da qualidade do ar, objeto de nosso estudo em capítulo mais adiante, faz parte das avaliações de controle previstas no PRONAR, considerando-se conhecer e acompanhar os níveis de qualidade do ar em várias regiões do país. O monitoramento permite que possamos comparar sistematicamente os níveis de qualidade do ar obtidos com os respectivos padrões estabelecidos. Falando um pouco sobre o estabelecimento de padrões, as pesquisas científicas realizadas nesse campo levam a cabo os efeitos que os poluentes possam ter sobre a saúde humana, incluindo-se os danos ambientais; fatores, tais como valores culturais e pesquisas científicas anteriores, assim como a viabilidade econômica de implantação das medidas de correção. e-Tec Brasil 48 Aula 3 - Qualidade do ar A Resolução CONAMA nº. 03/1990 nos apresenta os padrões dos principais poluentes que devem ser obedecidos em nível nacional, a saber: Fonte: Resolução CONAMA n°. 03/1990. (1) --> Não deve ser excedido mais de uma vez ao ano / (2) MGA = média geométrica anual / (3) MMA = média aritmética anual / (4) A condição de referência para as concentrações é a temperatura do ar de 25°C e pressão atmosférica de 760 mm Hg (1.013,2 milibares). Aula 3 - Qualidade do ar 49 Os métodos de amostragem e de análise dos poluentes atmosféricos devem ter a aprovação do INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), sendo que poderão ser utilizados métodos alternativos, desde que aprovados pelo IBAMA. Segundo a Resolução CONAMA n° 03/1990, o monitoramento da qualidade do ar é uma atribuição dos estados da União, sendo que, no estado do Rio de Janeiro, cabe ao INEA (Instituto Estadual do Ambiente) a responsabilidade de efetuar coletas e análises sistemáticas do ar em ambiente urbano e não urbano para efeito de acompanhamento da qualidade. A Resolução CONAMA n° 03/1990 estabelece também os níveis de qualidade do ar para elaboração de Planos de Emergência para Episódios Críticos de Poluição do Ar, visando à tomada de providências dos governos estaduais, assim como de entidades privadas e comunidade em geral, com objetivo de prevenir graves e iminentes riscos à saúde da população. Os níveis de qualidade do ar são de extrema importância caso os limites definidos na Tabela 5 sejam ultrapassados, pois caso isso aconteça, à medida que a concentração de contaminantes aumenta além dos limites estabelecidos, lentamente os sintomas de toxidade atingirão em primeiro lugar as pessoas mais sensíveis, como doentes, crianças e idosos. Segundo as diversas escalas de gravidade da contaminação, as demais não tão sensíveis e sãs passam a adquirir sintomas de enfermidades específicas para cada tipo de poluente que estiver acima dos limites legais. Até os limites admissíveis, a qualificação do ar pode ser “boa”, normalmente até metade da concentração limite, ou “aceitável”, da metade até o máximo permitido. A partir de determinadas concentrações de poluentes, os órgãos governamentais decretam estados de atenção, de alerta ou de emergência (estados inadequados). No estado de atenção, a qualificação da atmosfera é “má”. O de alerta recebe qualificação “péssima” e a qualificação do estado de emergência é considerada “crítica”. Os estados ou níveis são definidos prevendo-se a manutenção das emissões, bem como condições meteorológicas desfavoráveis à dispersão dos poluentes nas 24 horas subsequentes, quando for alcançada uma ou mais das situações a seguir elencadas: e-Tec Brasil É importante frisar que os padrões de qualidade atmosférica são regidos por leis, decretos e outras normatizações federais e estaduais. Alguns estados, como São Paulo, onde os níveis de poluentes podem ultrapassar os limites previstos com certa constância, produto da intensa atividade industrial e da grande frota automotiva, a legislação assume uma condição mais restritiva, ou seja, admitem menores valores de concentração associados aos problemas originados por um determinado poluente, quando comparada à legislação federal. e-Tec Brasil 50 Aula 3 - Qualidade do ar Fonte: Resolução CONAMA n° 03/1990. Aula 3 - Qualidade do ar 51 No estado do Rio de Janeiro, a extinta Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente (FEEMA), hoje incorporada ao INEA, elaborou em 15 de março de 1978 a NT (Norma Técnica) n° 603 R.4, constando os critérios e padrões de qualidade do ar ambiente de referência para as áreas abrangidas pelo estado. 3.2. Índices de Qualidade do Ar Os dados de qualidade do ar obtidos pelo INEA são divulgados diariamente através do portal do órgão (www.inea.rj.gov.br) e também são informados para os meios de comunicação em massa. Para simplificar o processo de divulgação dos dados, transformando-os em uma linguagem mais direta, emprega-se um Índice de Qualidade do Ar – IQA. O IQA adotado foi concebido com base em experiências acumuladas de vários anos nos Estados Unidos e Canadá principalmente. A estrutura do IQA contempla a Resolução CONAMA n° 03/1990 nos seguintes parâmetros: dióxido de enxofre, partículas totais em suspensão, partículas inaláveis, fumaça, monóxido de carbono, ozônio e dióxido de nitrogênio. Para cada poluente medido, é calculado um valor que serve de índice que é correlacionado com a qualidade do ar. Para efeito de divulgação, é utilizado o índice mais elevado, apurado em determinada estação de monitoramento, ou seja, a qualidade do ar de uma estação é determinada pelo pior caso. A partir dos dados obtidos nas estações de monitoramento da qualidade do ar, é montada a tabela de IQA. A metodologia adotada para cálculo do IQA leva em conta equações matemáticas e funções lineares cuja demonstração foge ao propósito do nosso curso. No caso do INEA (RJ), foi elaborada a seguinte Tabela: e-Tec Brasil e-Tec Brasil 52 Aula 3 - Qualidade do ar Tabela 3.3: Padrões Nacionais de Qualidade do Ar Fonte: INEA (www.inea.rj.gov.br) Acessado em 27/09/2011. - Aula 3 - Qualidade do ar 53 e-Tec Brasil Atividades Propostas Vamos verificar os seus conhecimentos? Tente resolver as questões. 1. O que é o padrão de qualidade do ar referente à determinada substância? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. O efeito de um poluente na atmosfera se caracteriza pela interação dos seguintes parâmetros: a. Concentração do poluente e sua capacidade de dispersão; b. Padrão de qualidade do ar e concentração do poluente; c. Concentração do poluente no ar e o tempo de exposição de organismos vivos a esse poluente; d. O tempo de exposição dos seres humanos ao poluente e o padrão de qualidade do ar. 3. Assinale o grupamento de substâncias internacionalmente consagradas como indicadores de poluição do ar. a. Dióxido de Nitrogênio, Dióxido de Enxofre, Amônia, Gases Nobres e Ozônio. b. Amônia, Material Particulado, Dióxido de Carbono, Vapor d'água e Ozônio. c. Dióxido
Compartilhar