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CAPÍTULO 3 Gestão da Poluição atmosférica A partir da perspectiva do saber fazer, neste capítulo você terá os seguintes objetivos de aprendizagem: 3 Conhecer e analisar os processos de geração, transporte, tratamento e monitoramento dos poluentes atmosféricos. 3 Relacionar e classificar os principais poluentes atmosféricos e os padrões de qualidade do ar. 3 Diferenciar e discutir as fontes e efeitos da poluição atmosférica. 3 Apontar e diferenciar os métodos de controle da poluição. 114 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 114 115 Gestão da Poluição atmosférica 115 Capítulo 3 contextualização Caro aluno, a poluição atmosférica pode ser causada por qualquer substância que gere alterações em sua composição e prejudique o meio ambiente ou os seres vivos das mais diversas formas. Estes poluentes podem reduzir a visibilidade e a intensidade da luz, causar problemas respiratórios ou, ainda, provocar odores desagradáveis. As fontes de poluição atmosférica podem ser naturais ou de origem antrópica e apresentar características físicas e químicas das mais diversas. De maneira geral, podemos dividir estes compostos poluentes em alguns grupos principais: os materiais particulados, compostos orgânicos voláteis e compostos halogenados. Apesar do ser humano ter o conhecimento da existência da poluição atmosférica há muito tempo, ela aumentou de forma significativa no século XX, período em que tem afetado de forma mais efetiva a população e, consequentemente, despertado maior interesse da comunidade técnico-científica para buscar alternativas para o tratamento deste tipo de resíduo. Este aumento significativo da poluição atmosférica no último século se deve a alguns fatores como o crescimento e a concentração populacional, bem como o crescimento industrial e a mudança nos hábitos de consumo da população. Aqui já podemos perceber que temos um compromisso enorme com o meio ambiente, pois estes fatores são os mesmos que influenciaram o aumento da poluição dos resíduos sólidos e efluentes líquidos. Durante muito tempo a atmosfera foi capaz de diluir no ambiente as emissões antropogênicas, contudo, é possível observar que estamos esgotando a capacidade de autodepuração do nosso planeta. Vamos abordar algumas questões relativas à poluição atmosférica para que possamos conhecer um pouco mais sobre ela. comPosição e estrutura da atmosfera Para iniciarmos os estudos sobre poluição atmosférica devemos primeiro conhecer um pouco mais sobre a nossa atmosfera. A atmosfera é a camada de gases que envolve o planeta Terra e a sua composição tem um papel importante no planeta, pois, de certa forma, conecta todos os espaços da Terra de forma rápida, interagindo com os oceanos, solos, plantas e animais. Logo, emissões naturais ou de fontes antrópicas lançadas na atmosfera são facilmente transportadas para diversas regiões (Figura 46). Devido à grande interação e as reações que podem ocorrer entre a atmosfera Durante muito tempo a atmosfera foi capaz de diluir no ambiente as emissões antropogênicas, contudo, é possível observar que estamos esgotando a capacidade de autodepuração do nosso planeta. 116 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 116 e seus constituintes, as substâncias lançadas podem afetar as diferentes camadas do planeta, influenciando na composição química do ar, afetando o ambiente e alterando até mesmo o clima. Figura 46 – Esquema dos processos que interligam a atmosfera aos diversos ambientes terrestres Fonte: Adaptado de Albritton et al. (2003). Um exemplo dessas interações é o efeito do lançamento de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Com lançamento excessivo de CO2 no ambiente há um acúmulo deste gás, pois a atmosfera leva mais de 100 anos para conseguir removê-lo do ambiente e, consequentemente, o efeito do seu acúmulo pode persistir por décadas. A atmosfera pode ser dividida em diferentes camadas, separadas pelas suas características para cada altitude. Estas camadas estão listadas a seguir: 117 Gestão da Poluição atmosférica 117 Capítulo 3 • A Exosfera, de 600 a 1.000 km de altitude, é a camada mais externa da atmosfera, a qual liga a atmosfera terrestre ao espaço interplanetário. • A Termosfera ou Ionosfera, de 80 a 600 km de altitude. Nesta camada é onde ocorre um grande aumento da temperatura e é constituída por gases rarefeitos. • A Mesosfera, que está entre 50 e 80 km e se caracteriza por atingir temperaturas muito baixas. As temperaturas nesta região reduzem significativamente porque esta camada não absorve energia solar. • A Estratosfera, de 12 a 50 km, é a camada na qual a temperatura se mantém relativamente constante até os 25 km e aumenta nos 25 km superiores, devido à presença do ozônio, o qual absorve grande parte da radiação ultravioleta e protege a Terra dos efeitos negativos desta radiação. • A Troposfera, que é a camada mais baixa e está presente a partir do nível do mar até 7 km nos pólos e 13 km no equador. É nesta camada que se processam todos os fenômenos meteorológicos. Na troposfera a temperatura diminui com a altitude e decresce, em média, 6,5 ºC para cada 1.000 m. A figura 47 apresenta um gráfico com o perfil de temperaturas da atmosfera, o qual é fortemente influenciado pelos compostos presentes nas diferentes camadas. Figura 47 – Perfil de temperatura da atmosfera Fonte: Adaptado de NationalWeather Service. Layers of the Atmosphere. Online School for Weather., 2007. Disponível em: <http://www.srh. noaa.gov/jetstream/atmos/layers.htm>. Acesso em: 10 jul. 2009. 118 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 118 A parte da atmosfera em que iremos prestar mais atenção é a camada de espessura de, aproximadamente, 40 km, correspondente a Troposfera e Estratosfera. É válido destacar que a maior parte da massa da atmosfera está localizada nos primeiros 11 km de altitude, ou seja, a maior parte dos gases está presente até esta altitude. Dentre os principais constituintes da atmosfera estão o nitrogênio, o oxigênio e o argônio. Além destes três, existem diversos outros gases e o dióxido de carbono representa uma grande parte destes. A figura 48 apresenta a distribuição percentual da composição básica da atmosfera. As ações do homem vêm alterando a quantidade de outros gases na atmosfera, dentre eles o CO2, o qual é um dos responsáveis pelo aquecimento global. Figura 48 – Composição básica do ar atmosférico. Fonte: Adaptado de Physlink air composition (2009). Disponível em: <http:// www.physlink.com/reference/AirComposition.cfmr>. Acesso em: 10 jul. 2009. Diversas pesquisas têm demonstrado que as partículas atmosféricas ou aerossóis podem causar resfriamento ou aquecimento no sistema climático do planeta, dependendo, principalmente, das características físicas e químicas de suas camadas (IPCC, 2001). Podemos citar, por exemplo, os aerossóis compostos por sulfatos, os quais provocam resfriamento da atmosfera. Já os compostos de carbono são responsáveis por provocar o aquecimento global, sendo os mais conhecidos o dióxido de carbono e o gás metano. A figura 49 apresenta um gráfico de diversos gases, conhecidos por produzir o efeito de aquecimento ou resfriamento da atmosfera. Observe que os gases estão listados da esquerda para direita conforme o nível de conhecimento que temos sobre eles e seus efeitos no planeta. É válido destacar que a maior parte da massa da atmosfera está localizada nos primeiros 11 km de altitude. 119 Gestão da Poluição atmosférica 119 Capítulo 3 Atividade de Estudos: 1) Outros gases têm grande potencial de aquecimento devido à contribuição para o efeito estufa. Busque informações sobre o óxido nitroso, ele é responsável por auxiliar no resfriamento ou no aquecimento do planeta? ________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ Figura 49 – Gráfico dos gases mais conhecidos e seus efeitos na temperatura do planeta Fonte: Adaptado de Albritton et al. (2003). 120 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 120 Os aerossóis são partículas em suspensão no ar que podem estar na forma líquida ou sólida e podem ser resultado da queima de combustíveis fósseis ou vegetação. classificação dos Poluentes Os poluentes podem ser classificados de diversas formas, em nosso estudo iremos abordar duas delas: a classificação de acordo com a origem dos poluentes e de acordo com a composição química destes. A classificação de acordo com a origem prevê dois grupos. São os poluentes primários aqueles que estão presentes na atmosfera por serem liberados diretamente das fontes de emissão, sendo os principais compostos os óxidos de enxofre (SOX), o sulfeto de hidrogênio (H2S), os óxidos de nitrogênio (NOX), a amônia (NH3), o monóxido de carbono (CO), o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4). Além dos carbonetos, um grande problema é o lançamento de material particulado, que corresponde às partículas em suspensão. Estas partículas podem conter, além dos aerossóis emitidos pela combustão, elementos tóxicos, como o arsênio, o chumbo, o cobre e o níquel. (FREEDMAN, 1995). Logo, dentre os poluentes primários podemos destacar os gases e as partículas em suspensão. Dentre elas, estão as partículas sólidas e as partículas líquidas. Os poluentes secundários são formados na atmosfera através de reações químicas entre os poluentes primários que podem ser formados, ou não, devido à fotoativação. Dentre eles, podemos citar o peróxido de hidrogênio (H2O2), o ácido sulfúrico (H2SO4), o ácido nítrico (HNO3), os nitratos (NO3-), os sulfatos (SO4-2), o ozônio (O3) e o peroxiacetilnitrato (PAN). Dentre os poluentes citados, alguns formam radicais livres e são muito prejudiciais à população e à vegetação. (FREEDMAN, 1995). Fotoativação é o desenvolvimento de uma reação química ou biológica proporcionada pela luz. Um dos exemplos mais conhecidos é a ativação da clorofila das plantas pela luz do sol durante a fotossíntese. Os poluentes secundários são formados na atmosfera através de reações químicas entre os poluentes primários. São os poluentes primários aqueles que estão presentes na atmosfera por serem liberados diretamente das fontes de emissão. 121 Gestão da Poluição atmosférica 121 Capítulo 3 Poluentes atmosféricos, como é o caso de alguns óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio, quando estão presentes na atmosfera podem reagir com a água e formar a chuva ácida, que causa prejuízos à vegetação e corrosão de materiais. (figura 50). Figura 50 – Geração de poluição primária e secundária Fonte: Adaptado de Chuvas Acidas (2009). Disponível em: <http:// netxplica2006.no.sapo.pt/>. Acesso em: 13 ago. 2009. A outra forma de classificação destes poluentes é quanto a sua composição química. Podemos fazer uma classificação em função dos elementos presentes nos poluentes. Os compostos de enxofre na atmosfera podem ser de origem natural ou gerados por ação antrópica. As fontes naturais de compostos de enxofre são a degradação biológica que ocorre na natureza e as emissões vulcânicas. As fontes antropogênicas mais importantes na geração dos óxidos de enxofre são a queima de combustíveis fósseis, a oxidação de minerais sulfurosos, os processos para o refinamento de petróleo, a indústria de celulose e as estações de tratamento de esgoto. Dentre os gases odorantes, o H2S ou sulfeto de hidrogênio, também formado em estações de tratamento de efluentes, é um gás tóxico e corrosivo. O SO4-2 é produzido a partir da oxidação do SO2 e é um dos responsáveis pela produção da chuva ácida. A outra forma de classificação destes poluentes é quanto a sua composição química. 122 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 122 Os compostos que contêm carbono, também denominados de COV (compostos orgânicos voláteis), incluem ácidos, cetonas, aldeídos, alcoóis, compostos halogenados e hidrocarbonetos. Dentre os gases, alguns são mais conhecidos, como é o caso do monóxido de carbono, o qual é um gás incolor e inodoro e quando inalado, entra nos pulmões, misturando-se ao oxigênio. Essa mistura reage com a hemoglobina, substituindo o oxigênio, o que pode provocar a morte por asfixia. Outro composto é o dióxido de carbono, um gás ligeiramente tóxico, inodoro, incolor e de sabor ácido, obtido como subproduto de algumas combustões. Os compostos de nitrogênio normalmente apresentam odor ofensivo e, muitas vezes, característico, como o cheiro de amônia. Os óxidos de nitrogênio são produzidos por fontes naturais, como a atividade microbiana no solo, e processos fotolíticos ou biológicos nos oceanos. Também são gerados por fontes antropogênicas, como a queima de combustíveis fósseis e de biomassa, processos químicos industriais e estações de tratamento de esgoto. Esta distribuição é muito simples e divide os poluentes em compostos de nitrogênio, compostos de enxofre e compostos de carbono. Contudo, existem outros compostos que não se enquadram em nenhum destes três conjuntos, por isso, fique atento a outros tipos de poluentes. Atividade de Estudos: 1) Após chegar a esta etapa do estudo, sugiro que você busque maiores informações sobre os poluentes atmosféricos mais comuns. Acesse a internet no seguinte endereço, http://www.epa. gov/air/urbanair/ e descubra quem são eles. ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ 123 Gestão da Poluição atmosférica 123 Capítulo 3 Padrões de Qualidade do ar Os padrões de qualidade do ar definem o limite máximo de concentração de um determinado poluente na atmosfera. Estes valores devem ser seguidos para, assim, garantir a proteção da saúde dos seres vivos e a preservação do meio ambiente. Os padrões de qualidade no Brasil são regulamentados pelo Conselho Nacional de Meio Ambiente, por meio da Resolução CONAMA no 03/90. Você irá verificar que são estabelecidos padrões de qualidade primários e secundários. Contudo, é importante não confundir esses padrões com a classificação dos poluentes apresentada no item anterior. Aqui, os padrões primários de qualidade do ar são as concentrações estipuladas para determinados poluentes que, ao serem ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população. Ou seja, são os níveis máximos toleráveis de concentração dos poluentes atmosféricos. Os 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 à fauna, à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral. Contudo, nem todos os poluentes estão descritos nesta resolução.Os parâmetros regulamentados são os seguintes: partículas totais em suspensão, fumaça, partículas inaláveis, dióxido de enxofre, monóxido de carbono, ozônio e dióxido de nitrogênio. Os valores limites para os padrões nacionais de qualidade do ar estão apresentados na tabela 13. Tabela 13 – Valores de concentração do parâmetros regulamentados para qualidade de ar no Brasil Fonte: Adaptado da Resolução CONAMA nº 03, de 28/06/1990. 124 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 124 A resolução estabelece, também, os critérios para eventos críticos de poluição do ar. Foram estabelecidos os níveis de atenção, alerta e emergência. Estes níveis foram definidos para permitir a elaboração de um plano de emergência para episódios críticos de Poluição do Ar. O objetivo é que sejam tomadas providências pelos governos de Estado e dos Municípios, assim como de entidades privadas e comunidade em geral para prevenir riscos graves e iminentes à saúde da população. Para definir a quantidade de poluente na atmosfera, o Conama se refere à unidade de microgramas por metro cúbico (µg/m³). Para a atmosfera, valores muito baixos de poluentes são extremamente problemáticos. Por exemplo, se falarmos em 1.000.000 µg/m³, isso quer dizer que para cada metro cúbico de ar (aproximadamente uma caixa de 1000 L) teremos apenas 1 grama de poluente. Agora retorne à tabela 13 e reveja os valores estabelecidos, perceba como nosso ambiente é sensível. O nível de atenção, alerta ou emergência será declarado quando, prevendo-se a manutenção das emissões, bem como condições meteorológicas desfavoráveis à dispersão dos poluentes nas 24 (vinte e quatro) horas subsequentes, for atingida uma ou mais das condições a seguir enumeradas na tabela 14. Tabela 14 – Valores de referência para declarar nível de atenção, alerta ou emergência Fonte: Adaptado da Resolução CONAMA nº 03, de 28/06/1990. Além da resolução CONAMA n° 03/1990, existe uma série de resoluções que define requisitos legais sobre lançamento de poluentes atmosféricos. A lista destas resoluções esta apresentada na tabela 15. A resolução estabelece, também, os critérios para eventos críticos de poluição do ar. Foram estabelecidos os níveis de atenção, alerta e emergência. 125 Gestão da Poluição atmosférica 125 Capítulo 3 Tabela 15 – Lista das resoluções CONAMA com os requisitos legais sobre lançamento Fonte: Adaptado de Lisboa (2008). Se for do seu interesse aprofundar seus conhecimentos sobre as exigências para os lançamentos de poluentes na atmosfera, sugiro que você navegue pelo site do Ministério do Meio Ambiente (http://www.mma.gov.br/). Lá você terá acesso a todas as resoluções citadas na tabela 15 e poderá conhecê-las com mais detalhe e, ainda, poderá buscar outras resoluções correlatas. fontes e efeitos da Poluição atmosférica Agora que você já sabe que existe uma grande quantidade de poluentes atmosféricos cada um com suas características, vamos aprender um pouco sobre as fontes de poluição atmosférica. Dentre as fontes poluidoras do ar com origem antropogênica, um dos principais agentes é a combustão de combustíveis fósseis. Podemos destacar que este tipo de poluição é gerada, principalmente, na produção industrial, no transporte, na produção de energia elétrica e no aquecimento residencial e industrial. Contudo, além da poluição gerada pela queima dos combustíveis fósseis, temos outras fontes de poluição do ar, as quais não são tão evidentes, como a vaporização de líquidos contaminantes, operações industriais de atrito, como a perfuração e moagem de rochas, a combustão de resíduos sólidos, entre outros. Uma das características da poluição atmosférica de origem antropogênica é que, normalmente, está concentrada em regiões específicas. As fontes antropogênicas podem, também, ser classificadas como móveis ou fixas. (SALES; CAVALCANTI; FRANCO NETO, 2004). Uma das características da poluição atmosférica de origem antropogênica é que, normalmente, está concentrada em regiões específicas. 126 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 126 A eructação ou arroto dos bois libera quantidades significativas de metano. Veja a foto e acesse a internet para ver a reportagem. Pesquisadores argentinos encontraram resultados muito interessantes sobre a quantidade de metano lançado na atmosfera devido à criação de bovinos. Fonte: Disponível em: <http://noticias.terra.com.br/ciencia/ interna/0,,OI2998739-EI8278,00.html>. Acesso em: 13 ago. 2009. A poluição natural é originada de fenômenos biológicos e geoquímicos. Dentre as fontes naturais, podemos citar a decomposição biológica de matéria orgânica, a erosão eólica, os aerossóis marinhos, os vulcões, entre outros. Uma das características desta fonte de poluição é que ela está distribuída pelo mundo. Atividade de Estudos: 1) Busque informações sobre a poluição provocada pela erupção de um vulcão e compare com os valores de emissões provocadas por ações antrópicas, nós poluímos mais do que a erupção de um vulcão? ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ 127 Gestão da Poluição atmosférica 127 Capítulo 3 As diversas fontes de poluição, assim como a classificação dos tipos de fontes poluidoras, foram organizadas na tabela 16. As informações apresentadas nesta tabela são apenas um resumo simplificado de toda a gama de poluentes que podem ser lançados na atmosfera. Tabela 16 – Classificação dos poluentes de acordo com sua fonte Fonte: Adaptado de Maioli e Nascimento (2005). Dentre os compostos listados nesta tabela, cada um pode ter diferentes efeitos na saúde com diferentes concentrações. A seguir iremos listar as principais características e os principais efeitos dos poluentes atmosféricos. Os óxidos de enxofre são normalmente encontrados em regiões mais industrializadas e são provenientes da combustão de óleos e carvão. Também podem ser encontrados nos aerossóis marinhos e erupções vulcânicas. O enxofre liberado na queima destas substâncias se combina com o oxigênio do ar para formar compostos como o SO2, SO3 e o H2SO4. A inalação do dióxido de enxofre (SO2), mesmo em concentrações muito baixas, provoca espasmos passageiros dos músculos lisos dos bronquíolos pulmonares. Em concentrações mais elevadas o SO2 causa o aumento da secreção da mucosa nas vias respiratórias superiores, inflamações graves da mucosa e redução do movimento ciliar do trato respiratório, podendo aumentar a incidência de rinite, faringite e bronquite. O dióxido de enxofre lançado na atmosfera pode combinar-se com o hidrogênio presente na atmosfera sob a forma de vapor de água e, assim, gerar as chuvas ácidas. As águas da chuva, geada ou neblina ficam carregadas de ácido sulfúrico. Ao entrarem em contato com a superfície, alteram a composição química do solo e das águas, podendo destruir florestas (figura 51) e lavouras, danificar estruturas, monumentos e edificações. Os óxidos de enxofre são normalmente encontrados em regiões mais industrializadas e são provenientes da combustão de óleos e carvão. 128 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 128 Figura 51 – Efeitos da chuva ácida em uma floresta Fonte: National Geographic. Disponível em:<http://environment.nationalgeographic. com/environment/ /enlarge/mitchellacidtrees.html/>. Acesso em: 4 set. 2009. Para você obter mais informações sobre a chuva ácida e seus efeitos, acesse o site: http://oceanworld.tamu.edu/resources/ oceanography-book/acidrain.html. Os óxidos de nitrogênio também são característicos de instalações industriais e da combustão por motores de veículos. Os principais compostosde nitrogênio na atmosfera são o N2O, NO e o NO2. Dentre eles, os contaminantes atmosféricos mais importantes são o monóxido de nitrogênio (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2). O primeiro é um gás inodoro, sendo a combustão de comburentes em altas temperaturas sua principal fonte emissora. O NO2 é um gás de coloração marrom e odor característico, emitido em menor quantidade que o NO, e sua maior fonte é a oxidação do próprio NO. Em dias de intensa radiação, o NO é oxidado a NO2, que é altamente tóxico ao homem. Dentre os principais efeitos para a saúde do ser humano estão: a redução da capacidade pulmonar, tosse, aumento de ataques de asma, dores de cabeça e irritação nos olhos. Assim como outros oxidantes, causa aceleração na deterioração de materiais como borracha, têxteis e corantes. Além dos danos à saúde, os NOx também são responsáveis pela chuva ácida, na forma de ácido nítrico, e do smog fotoquímico. 129 Gestão da Poluição atmosférica 129 Capítulo 3 O smog fotoquímico é a reação de hidrocarbonetos com gases presentes na atmosfera, O3, NO e NO2. O smog se caracteriza pela formação de uma espécie de neblina composta por poluição, vapor de água e outros compostos químicos e se forma, principalmente, em locais onde a poluição do ar é elevada. O material particulado é composto por substâncias presentes na atmosfera em estado sólido ou líquido (exceto as provenientes da condensação da água). As partículas totais em suspensão (PTS) formam um grupo especial de material particulado que se distingue por ter dimensões superiores a 10 µm. As partículas menores que 10 µm (PM10), emitidas pelos veículos, principalmente os movidos a diesel, representam um problema mais grave à saúde, pois penetram mais profundamente no aparelho respiratório e não são retidas pelas defesas do organismo (mucosas). Estas partículas causam irritação nos olhos e garganta, reduzindo a resistência às infecções e, ainda, provocando doenças crônicas como pneumoconiose. (BRAGA; AMADOR; SALDIVA, 2002). Partículas de 2,5 µm ou menores afetam a traquéia e partículas de 1 µm ou menores afetam os alvéolos. (KHARE, 2007). Atividade de Estudos: 1) A silicose é um tipo de pneumoconiose, ela é uma doença profissional que se desenvolve em pessoas que inalaram pó de sílica durante muitos anos. Quais os efeitos na saúde que podemos esperar? ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ O material particulado é composto por substâncias presentes na atmosfera em estado sólido ou líquido. 130 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 130 Os hidrocarbonetos têm origem, principalmente, na combustão incompleta de combustíveis e da sua evaporação. São gases com odor desagradável e podem provocar irritação aos olhos, pele e trato respiratório superior. Diversos hidrocarbonetos são considerados carcinogênicos e mutagênicos. O monóxido de carbono (CO) é um dos contaminantes mais abundantes nas camadas mais baixas da atmosfera em cidades devido ao grande consumo de combustíveis, tanto pela indústria como pelos veículos automotores. O problema deste composto se deve a sua afinidade com a hemoglobina do sangue ser muito maior que a do oxigênio. O CO ao ocupar o lugar do oxigênio pode causar a morte de seres vivos de sangue quente por asfixia. Contudo, se as concentrações no sangue não forem muito elevadas e a exposição ao composto for interrompida os efeitos cessarão. (BRAGA; AMADOR; SALVADINA, 2002). A concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera aumentou cerca de 0,3% ao ano, nos últimos 100 anos, devido à utilização de petróleo e seus derivados, carvão e à destruição das florestas. A concentração de outros gases que contribuem para o efeito de estufa, tais como o metano e os clorofluorcarbonos, também aumenta rapidamente. A Terra necessita de um manto de gases para evitar que se torne muito fria (-20 ºC) e inviabilize a vida. O efeito estufa é o modo pelo qual a Terra mantém sua temperatura constante. De toda a radiação solar que recebemos na superfície da Terra cerca de 35% é refletida de novo para o espaço e os outros 65% são absorvidos e transformados em calor. Contudo, somente parte da radiação deixa a Terra, pois os gases como o CO2, CH4, CFC e O3, presentes na atmosfera, têm uma ação refletora sobre os raios infravermelhos e retêm a radiação na Terra, proporcionando seu aquecimento. O grande problema é que com a ação humana tem ocorrido o aumento acelerado da concentração destes gases e, consequentemente, estamos aumentando a capacidade de reter calor da atmosfera. 131 Gestão da Poluição atmosférica 131 Capítulo 3 Figura 52 – Esquema do funcionamento do efeito estufa sobre a superfície da Terra Fonte:Disponível em: <http://www.aceav.pt/blogs/jmjesus/trabalho/ Trabalhos%2010%20ano/>. Acesso em: 20 ago. 2009. O ozônio, na estratosfera, é produzido naturalmente pela ação fotoquímica dos raios ultravioleta sobre as moléculas de oxigênio. Esses raios são suficientemente intensos para separar os dois átomos que compõem a molécula de O2, produzindo, assim, o oxigênio atômico, que, na presença de um catalisador, reage com o O2 e produz O3. A camada de ozônio protege a Terra de vários tipos de radiação. Com o desenvolvimento industrial e a utilização de produtos que emitem clorofluorcarbono, a camada de ozônio começou a ser destruída. Sem essa camada, a incidência de radiação ultravioleta se torna cada vez mais intensa, aumentando as chances de as pessoas desenvolverem câncer. Devemos atentar para o fato de que apesar de ser um gás importante para a Estratosfera, o ozônio presente no nível do solo, mesmo em baixa concentração, pode causar irritação dos olhos, nariz e garganta, dor de cabeça, náuseas, além de levar ao envelhecimento precoce da pele e possuir forte ação corrosiva, reduzindo a vida útil dos materiais. Siga o link abaixo e veja uma reportagem sobre uma pesquisa em que um grupo de cientistas nos Estados Unidos avaliou os efeitos de três plantas comuns nos níveis de ozônio em ambientes fechados, para controle deste tipo de poluição. http://www.agencia.fapesp.br/materia/11036/plantas-para- cortar-ozonio-interno.htm 132 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 132 Os gases geradores de odores podem ter as mais diversas fontes. Existe uma grande variedade de substâncias capazes de gerar odores desagradáveis, tanto na indústria quanto nas estações de tratamento de efluentes. Dentre os diversos gases, um se destaca por apresentar grande capacidade de gerar odor, mesmo em pequenas concentrações, além de prejuízos a saúde quando presente em concentrações mais elevadas. Este é o gás sulfídrico (H2S). A tabela 17 lista alguns compostos geradores de odor com a concentração, a partir da qual podemos sentir o cheiro e a que tipo de odor ele está associado. Como podemos observar, alguns compostos, mesmo em concentrações muito reduzidas, já podem ser detectados pelo nosso olfato. Tabela 17 – Compostos odoríferos Fonte: Adaptado de WEF, 1995. Disponível em: <WEF. WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Odor Control in Wastewater Treatment Plants – WEF Manual of Practtice n. 22. Library of Congress. 282 p. 1995>. Acesso em: 11 ago. 2009. A ocorrência da inversão térmica pode acentuar os problemas de poluição atmosférica, advinda das diversas formas de poluição apresentadas, pois pode impedir a diluição de compostos prejudiciais à saúde.A inversão térmica é uma condição meteorológica que ocorre quando uma camada de ar quente se sobrepõe a uma camada de ar frio, impedindo o movimento ascendente do ar (figura 53), uma vez que o ar abaixo dessa camada fica mais frio, portanto, mais pesado. A inversão térmica, em si, não é um problema, ela se torna inconveniente quando ocorre em uma região com grande número de indústrias e circulação de veículos, como é o caso das grandes cidades. Como ela impede o movimento ascendente do ar, faz com que os poluentes se mantenham próximos da superfície e, assim, proporciona o aumento da concentração de poluentes, podendo ocasionar problemas de saúde, como pneumonia, bronquite, enfisemas, agravamento de doenças cardíacas, mal estar e irritação dos olhos. Alguns compostos, mesmo em concentrações muito reduzidas, já podem ser detectados pelo nosso olfato. A ocorrência da inversão térmica pode acentuar os problemas de poluição atmosférica. 133 Gestão da Poluição atmosférica 133 Capítulo 3 Figura 53 – Esquema de um ambiente normal e outro com ocorrência de inversão térmica Padrão normal Inversão térmica Fonte: Disponível em: <http://www.pollution-china.com/images/ / stories/20070613-thermal%20inversion.jpg>. Acesso em: 16 ago. 2009. Atividade de Estudos: 1) O que você acha que podemos fazer quando ocorre a inversão térmica? Pense sobre o assunto e anote suas observações. ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ 134 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 134 métodos de controle da Poluição Agora já conhecemos diversos poluentes que podem ser gerados de maneiras diferentes e causar efeitos prejudiciais à saúde humana, aos materiais e ao meio ambiente. Para o gerenciamento deste problema, devemos proporcionar a minimização ou tratamento destes resíduos. Para isto, podemos abordar o controle da poluição atmosférica de duas formas distintas, através de medidas indiretas e medidas diretas. medidas indiretas As medidas indiretas são as primeiras ações a serem tomadas no controle da poluição atmosférica e objetivam a redução da poluição através da adaptação dos processos e equipamentos, substituição de insumos e combustíveis, diluição do poluente, segregação ou afastamento e desodorização de poluentes. A seguir, vamos comentar sobre as medidas indiretas mais usuais: • Mudança de processos e equipamentos: uso de sistemas completamente fechados, reutilização de vapores, processos úmidos ao invés de secos, utilização de equipamentos modernos (figura 54), etc. Figura 54 - Substituição de equipamentos antigos por equipamentos modernos Fonte: OLD ENGINE (2009, 2005) e BMW_M512 (2009). Disponível em: <http:// jasonwertz.com/images/Old%20Engine.jpg>.Acesso em: 16 ago. 2009. • Substituição de insumos e combustíveis: evitar combustíveis com alto teor de enxofre, trocar combustíveis líquidos por gasosos, utilizar energia proveniente de fontes renováveis (figura 55), etc. Para o gerenciamento da poluição atmosférica de duas formas distintas, através de medidas indiretas e medidas diretas. 135 Gestão da Poluição atmosférica 135 Capítulo 3 Figura 55 – Exemplo de usina de energia fotovoltaica Fonte: Disponível em: <http://cheapergreener.wordpress.com/2008/01/09/ electricity- provider-offers-fixed-price-on-green-energy/solar-farms/>. Acesso em: 16 ago. 2009. Contudo, é importante saber que, com a tecnologia disponível atualmente, em alguns casos não é possível a utilização de energias renováveis quando comparados a fontes de energia tradicionais, devido a custos, quantidade de energia que pode ser gerada, demanda necessária, etc. • Diluição através de chaminés elevadas (figura 56): Neste caso, deve ser feita avaliação criteriosa, considerando-se o tipo de poluente a ser diluído e as questões meteorológicas para se subsidiar com estudos e informações os órgãos ambientais. Figura 56 – Foto de uma chaminé elevada. Fonte:CHEMINEE (2009). Disponível em: <http://www.fixator-lift.com/ images/FCKeditor/Image/Cheminee.jpg/>.Acesso em: 16 ago. 2009. 136 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 136 • Desodorização de poluentes através do uso de produtos que irão mascarar o odor através da mistura com cheiros mais agradáveis. medidas diretas As medidas diretas são ações que visam a reduzir o lançamento de poluentes através de retenção física, química ou biológica dos compostos presentes no ar. Segundo Lisboa (2008), os equipamentos utilizados para o controle da poluição podem ser classificados em relação ao estado físico do poluente ou em relação ao uso ou não de água ou outro líquido no processo. Independente de que medida direta será utilizada, é necessário evitar a dispersão dos poluentes e encaminhá-los para o sistema de tratamento antes que o ar seja lançado na atmosfera. Para o encaminhamento e concentração do ar a ser tratado, é necessária a utilização de sistemas de exaustão (figura 57). Estes sistemas nada mais são do que equipamentos que irão coletar partículas, gases ou vapores de um determinado ambiente e encaminharão para o sistema de tratamento. Figura 57 – Foto de um exaustor centrífugo industrial Fonte: Disponível em: <http://www.infotechfrance.com/london/ upload/photo_2852.jpg/>. Acesso em: 21 ago. 2009. Após coletados, é necessário fazer a retenção ou tratamento dos compostos através de uma determinada tecnologia. A tabela 18 apresenta um resumo das tecnologias mais usualmente utilizadas. Em seguida, faremos algumas considerações sobre as principais tecnologias existentes, utilizadas no controle de poluentes atmosféricos. 137 Gestão da Poluição atmosférica 137 Capítulo 3 Tabela 18 – Equipamentos de controle de poluição através do uso de medidas diretas Fonte: O autor O Coletor mecânico gravitacional, como o próprio nome já destaca, é um coletor que se baseia na força gravitacional para a retenção física de partículas e está entre os coletores classificados como secos. Estes equipamentos são muito utilizados devido a sua simplicidade, porém, conseguem reter apenas partículas suspensas relativamente grandes, com diâmetros maiores que 50 µm, e apresentam uma eficiência reduzida para partículas menores. (EPA, 2003a). O esquema deste tipo de unidade pode ser visto na figura 58. Existem algumas variações deste tipo de equipamento, porém a teoria de funcionamento é a mesma. Figura 58 – Esquema de um coletor mecânico gravitacional. Fonte: Disponível em: <http://www.solerpalau.pt/images/formacion/ Ffitxa26_ilus_1.gif>. Acesso em: 24 ago. 2009. O Coletor mecânico gravitacional, como o próprio nome já destaca, é um coletor que se baseia na força gravitacional para a retenção física de partículas. 138 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 138 Os coletores mecânicos centrífugos ou ciclones também pertencem à classe dos coletores secos, considerados como equipamentos de pré-tratamento, pois podem ser associados a outros equipamentos, dependendo do material que se deseja reter. (EPA, 2003b). Utilizam basicamente a força centrífuga para proporcionar a separação de partículas e do ar. Estes equipamentos são utilizados para remoção de material particulado de até 10 µm. A figura 59 apresenta um esquema simplificado de um separador ciclônico. Figura 59 – Esquema de um separador ciclônico Fonte: Disponível em:<http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons//a/a2/SeparadorCiclonico.jpg>. Acesso em: 24 ago. 2009. O filtro com tecido funciona com a passagem do ar no qual as partículas ficam retidas. Ao longo da operação, as partículas vão se acumulando no seu interior e, em intervalos de tempo, é necessário realizar a troca ou limpeza destes tecidos para evitar o excesso de resíduos e o aumento significativo da perda de carga no filtro. O intervalo de tempo é definido em função do tempo de uso, das características das partículas e do tipo de material filtrante utilizado. (EPA, 2003c). Os filtros são classificados pelo seu formato e os dois mais usuais são o filtro tipo manga e o envelope (figura 60). Estes filtros podem operar sob pressões positivas ou negativas. Os coletores mecânicos centrífugos ou ciclones utilizam basicamente a força centrífuga para proporcionar a separação de partículas e do ar. 139 Gestão da Poluição atmosférica 139 Capítulo 3 Figura 60 – Esquema de um filtro com tecido Fonte: Disponível em: <http://cache-media.britannica.com/eb- media/99/27099-004-1D079347.gif>. Acesso em: 26 ago. 2009. Os precipitadores eletrostáticos são equipamentos utilizados na retenção de material particulado de gases e funcionam carregando eletrostaticamente as partículas. Depois capturam-nas pela atração eletromagnética (figura 61). Apresentam custo elevado e consumo energético importante se comparados a outros sistemas. Contudo, estes equipamentos podem apresentar eficiência entre 99% e 99,9% para partículas com dimensões da ordem de até 2,5 µm. (EPA, 2003d). Figura 61 – Foto de um precipitador eletrostático Fonte: Disponível em: <http://img.alibaba.com/photo/214722368/ Electrostatic_Precipitator_for_DOP_Oil_Fume_Industrial_ Oil_Mist_Collection.jpg>. Acesso em: 4 set. 2009. 140 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 140 Dentre os coletores úmidos podemos citar os lavadores ou scrubbers. Estes equipamentos têm como princípio básico a absorção do material através do contato com o meio líquido. Estes lavadores podem ser utilizados para o controle de material particulado (pó) e para o controle de gases (dióxido de enxofre) e vapores. Podem, ainda, ser utilizados para gases em altas temperaturas. A umidade do material a ser retido não impede a utilização destes equipamentos e, quando bem projetados, podem obter ótima eficiência. Podemos citar como a principal desvantagem deste tipo de processamento a geração de resíduo líquido ou sólido úmido ao qual deverá ser dado o destino ou tratamento adequado. (EPA, 2003e; EPA, 2003f; EPA, 2003g). Existe uma série de variantes para os lavadores, a figura 62 apresenta um exemplo. Figura 62 – Esquema em corte com exemplo de um lavador (scrubber) Fonte: Adaptado de Scrubber. Disponível em: <http://oceanworld.tamu.edu/resources/ oceanography-book/Images/ 20051208_scrubber.jpg>. Acesso em: 4 set. 2009. 141 Gestão da Poluição atmosférica 141 Capítulo 3 Os equipamentos denominados de absorvedores são equipamentos similares aos lavadores, com a principal diferença de que são utilizados para o tratamento de partículas líquidas e dispõem de alguns itens internos distintos dos lavadores. O funcionamento destes consiste na transferência de um composto (absorbato) presente no gás ou vapor a ser removido para um líquido (absorvente). Ou seja, a absorção é um processo de transferência de massa que ocorre pela diferença de concentração entre os meios em questão. Além da retenção de material particulado, estes equipamentos são utilizados no controle de compostos orgânicos voláteis, compostos de enxofre (EPA, 2003h), compostos de nitrogênio e hidrocarbonetos leves. Dentre os absorvedores existentes, Lisboa (2008) destaca os mais comuns: as torres de enchimento, torres de pratos, lavadores venturi e as torres de aspersão. Os adsorvedores são equipamentos utilizados para remoção de compostos presentes em gases e vapores em baixas concentrações. Estes equipamentos são muito utilizados na remoção de odores e recuperação de solventes. O processo de adsorção se dá pela retenção do adsorbato na superfície do adsorvente, que é composto por materiais extremamente porosos. Alguns dos materiais adsorventes mais conhecidos são o carvão ativado, a sílica em gel e a alumina ativada. Estes materiais apresentam grande área superficial, chegando a várias centenas de metros quadrados de superfície para cada grama de material. Este processo permite a obtenção de eficiências da ordem de 100 % de remoção dos compostos presentes na corrente gasosa. Os incineradores ou oxidantes térmicos (figura 63) são utilizados para a destruição de compostos odoríferos, COV e alguns tipos de hidrocarbonetos. (EPA, 2003j; WEF, 1995). A maioria das aplicações desta tecnologia é vista em atuações industriais, através da indústria de petróleo, de alimentos e de papel. O princípio de funcionamento deste equipamento é o processo de combustão que depende de diversas interações químicas e físicas para o bom funcionamento destes sistemas. As temperaturas para permitir a combustão de diversos poluentes são da ordem de 1.000ºC. A eficiência destes equipamentos varia de 98% a 99,99% quando bem projetados e operados. 142 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 142 Figura 63 – Esquema de um oxidante térmico. Fonte: Adaptado de THERMAL-OXIDIZER. Disponível em: <http://www.engineersedge.com/manufacturing/images/ thermal-oxidizer.jpg>. Acesso em: 2 set. 2009. O tratamento biológico ou biofiltros utiliza microorganismos, incluindo bactérias e fungos imobilizados em um biofilme, os quais viabilizam a degradação de compostos poluentes. Segundo Belli et al. (2001), a desodorização de gases através do uso de reatores biológicos reproduz processos realizados naturalmente no solo e na água. Os biofiltros funcionam basicamente transferindo-se os compostos orgânicos voláteis e odorantes para a fase líquida e, então, estes compostos são degradados através da ação de microrganismos. Dentre os compostos que podem ser removidos através da utilização de biofiltros (figura 64) estão os alcoóis, ésteres, ácidos orgânicos, aminas, mercaptanas, óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre, entre outros. Os sistemas biológicos são mais complexos de serem mantidos, pois exigem controle delicado da umidade, pH, temperatura, tempo de contato e concentração dos compostos. Contudo, se bem operados, podem ser muito eficientes, além de representarem economia no que se refere aos gastos com produtos químicos para sua operação. A EPA (2003i) apresenta as tecnologias denominadas de biofiltros, filtros percoladores, biolavadores entre outras tecnologias. 143 Gestão da Poluição atmosférica 143 Capítulo 3 Figura 64 – Esquema simplificado de um biofiltro Fonte: Adaptado de Biofilter. Disponível em: <http://encoco. co.kr/images/Biofilter.jpg>. Acesso em: 02 set. 2009. monitoramento de Poluentes atmosféricos Cabe aos Estados a competência para realizar o monitoramento da qualidade do ar e também é deles a responsabilidade pela declaração dos diversos níveis de poluição. Dentre os Estados brasileiros, São Paulo, através da Cetesb, tem um sistema de monitoramento de qualidade do ar que pode servir de exemplo para aplicação em outros Estados. A Cetesb correlaciona os resultados do monitoramento dos parâmetros através da utilização do índice de qualidade do ar. Este índice é uma ferramenta matemática desenvolvida para simplificar o processo de divulgação da qualidade do ar. A Cetesb disponibiliza no seu site a qualificação do ar em relação a diversos parâmetros. Para cada poluente medido é feita uma correlação com um índice, através do qual o ar recebe uma qualificação, feita conforme apresentado na tabela 19. Cabe aos Estados a competência para realizar o monitoramento da qualidade do ar e também é deles a responsabilidade pela declaraçãodos diversos níveis de poluição. 144 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 144 Tabela 19 – Valores de referência para aviso do nível de atenção, alerta ou emergência Fonte: Disponível em:<http://www.cetesb.sp.gov.br/Ar/ ar_indice_padroes.asp>. Acesso em: 15 ago. 2009. Observe que este índice é o utilizado pela Cetesb. Contudo, existem diversos outros índices utilizados pelo mundo. Visite o site http://airnow.gov/ e conheça outra metodologia de classificação da poluição atmosférica. Para efeito de divulgação, a Cetesb utiliza o índice mais elevado, ou seja, o pior caso de uma determinada estação de monitoramento. Esta qualificação do ar está associada aos efeitos prováveis sobre à saúde da população, conforme apresentado na tabela 20. Tabela 20 – Efeitos na saúde em função do índice obtido Fonte: Adaptado de CETESP. Disponível em: <http://www.cetesb. sp.gov.br/Ar/ar_indice_padroes.asp>. Acesso em: 15 ago. 2009. 145 Gestão da Poluição atmosférica 145 Capítulo 3 Atividade de Estudos: 1) No Brasil existem outras ações de monitoramento. Busque na internet informações sobre este monitoramento. _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ alGumas considerações No decorrer do texto, foi possível perceber como nossas ações interferem na atmosfera, devido aos diversos compostos que lançamos diariamente. Pudemos conhecer os poluentes mais comuns, verificando seus efeitos na atmosfera e a concentração a partir da qual começam a nos afetar. Também fomos apresentados a algumas ações e métodos de controle que podem nos auxiliar na definição de formas de gerenciamento dos poluentes atmosféricos. Agora que chegamos ao final do caderno, gostaria de perguntar sobre a sua percepção dos três capítulos. Você pôde perceber como é vasto o número de poluentes e também de alternativas para seu controle? E como todos os resíduos sólidos, efluentes líquidos e a poluição atmosférica estão intimamente conectados? Acredito que, com as informações aqui adquiridas, foi possível proporcionar uma pequena contribuição para o seu crescimento intelectual, fornecendo uma visão ampla de diversos fatores envolvidos nas questões de geração e controle de poluentes. 146 Gestão de Resíduos: Sólidos, Líquidos e Atmosféricos 146 Caro aluno, espero que você tenha aproveitado as informações e o conhecimento que foi disponibilizado para você. O que foi estudado neste caderno é apenas uma breve introdução sobre o assunto. Você deverá buscar constantemente o aperfeiçoamento e a ampliação dos seus conhecimentos nesta área para poder subsidiar suas decisões e, assim, tornar-se um excelente gestor ambiental. Desejo sucesso para você! referências ALBRITTON, Daniel L. et al. Strategic Plan for the Climate Change. 2003. Disponível em: <http://www.climatescience.gov/Library/stratplan2003/final/ ccspstratplan2003-chap3.htm>. Acesso em: 12 ago. 2009. BELLI, P. et al. Pós Tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios. 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