Ciências do Ambiente - Poluição Atmosférica (Slide do professor)

Prévia do material em texto

Prof. Renan Laughton Milo
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO
	Componentes Gasosos
	%
	Nitrogênio	78%
	Oxigênio	20,95%
	Argônio	0,93%
	Dióxido de Carbono 	0,03%
	Neônio	0,0018%
	Hélio 	0,00052%
	Metano	0,00022%
	Criptônio	0,00010%
	Óxido Nitroso 	0,00010%
	Hidrogênio	0,000050%
	Xenônio	0,0000080%
 Inversão térmica
Condição normal
Inversão térmica
Poluição do Ar
Interações entre Fontes poluentes
e
Processos atmosféricos 
(Diluição e/ou reações químicas)
Nível de qualidade do ar
Efeitos negativos sobre a saúde humana e o ambiente em geral
Outros efeitos causados pela poluição
Efeitos sobre os materiais Efeitos sobre a vegetação 
 
 
 
 Efeitos sobre a visibilidade
 
POLUENTE ATMOSFÉRICO
Poluente atmosférico é toda e qualquer forma de matéria sólida, líquida ou gasosa e de energia que, presente na atmosfera, pode torná-la poluída. 
 Os poluentes atmosféricos em forma de matéria podem ser classificados inicialmente em função do estado físico, em dois grupos: 
- material particulado; 
- gases e vapores. 
 De acordo com a sua origem, os poluentes em forma de matéria podem ser classificados em poluentes primários, emitidos já na forma de poluentes, e poluentes secundários, que são formados na atmosfera por reações químicas ou mesmo fotoquímicas.
Material Particulado 
São as partículas sólidas ou líquidas emitidas por fontes de poluição do ar ou mesmo aquelas formadas na atmosfera.
As partículas de maior interesse para a saúde pública são as chamadas partículas inaláveis, ou seja, com diâmetro aerodinâmico equivalente (diâmetro que incorpora a densidade da partícula pela comparação com a velocidade de queda de uma partícula de densidade 1 g/cm3) menor que 10 micrômetros. 
Material particulado - classificação
O material particulado pode ser classificado, segundo método de formação, em:
 POEIRAS (poeira de cimento, poeira de amianto, poeira de algodão, poeira de rua), 
FUMOS (fumos de chumbo, fumos de alumínio, fumos de zinco, fumos de cloreto de amônia)
FUMAÇA - partículas da combustão de combustíveis fósseis, materiais asfálticos ou madeira, contém fuligem, partículas líquidas e, no caso de madeira e carvão, uma fração mineral (cinzas); 
NÉVOAS - Partículas líquidas.
Gases e vapores 
São poluentes na forma molecular, quer como gases permanentes, como por exemplo, o dióxido de enxofre, o monóxido de carbono, o ozônio, os óxidos nitrosos, quer como aqueles na forma gasosa transitória de vapor, como os vapores orgânicos em geral (vapores da gasolina, vapores de solventes etc.).
Gases e vapores – Classificação complementar
Independentemente do estado físico, tem importância sub-classificações como as substâncias causadoras de odores incômodos (gás sulfídrico, mercaptanas, solventes orgânicos, etc.), e os poluentes altamente tóxicos (dioxinas, furanos, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos - HPAs, metais em geral, metais pesados, etc.)
Poluentes mundiais
Dióxido de Carbono
 Presente na combustão de produtos carbonados diversos;
 Favorece ao Efeito Estufa.
Poluentes mundiais
 Emanações de centrais elétricas, indústrias, veículos automotores e combustíveis domésticos freqüentemente carregado de ácido sulfúrico;
 Agrava as afecções respiratórias, ataca as árvores e plantas, certos tecidos sintéticos, etc.;
 Favorece ao fenômeno da chuva ácida.
Dióxido de Enxofre
Poluentes mundiais
 Resultante da combustão incompleta de materiais fósseis, como o petróleo e carvão;
 Incolor e inodoro;
 Extremamente tóxico para o homem.
Monóxido de Carbono
Poluentes mundiais
 Provêm de motores a combustão, aviões, incineradores, do emprego excessivo de certos fertilizantes, de queimadas e de instalações industriais;
 Causam nevoeiros, podem provocar afecções respiratórias e bronquites em recém-nascidos;
 Favorecem ao fenômeno da chuva ácida.
Óxidos de Nitrogênio
Poluentes mundiais
Petróleo
 Originado, principalmente, de descargas ou acidentes com navios petroleiros e da extração e do refino do petróleo;
 Poluição das águas;
 Impede a penetração de luz, o que afeta a flora.
DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
FONTES
respiração, decomposição de plantas e animais e queimadas naturais de florestas; 
queima de combustíveis fósseis, desflorestamento, queima de biomassa e fabricação de cimento
CONCENTRAÇÃO
antes 1750 - 280 ppmv (partes por milhão por volume )
em 1958 – 315 ppmv
em 1992 – 355 ppmv
DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
REDUÇÃO
Redução 60%
Criada FCCC na ECO 92
EFEITOS
Principal gás do “efeito estufa”
METANO (CH4)
FONTES
Matéria orgânica em decomposição 
Cultivo de arroz, queima de biomassa, queima de combustíveis fósseis
CONCENTRAÇÃO
Atual – 1,72 ppmv
Antes Revolução Industrial – 0,8 ppmv
REDUÇÃO
15 – 20%
EFEITOS
Pulmões
Sistema cardiovascular e sistema nervoso
METANO (CH4)
FONTES
Oceanos, florestas tropicais
Produção de nylon, ácido nítrico, atividades agrícolas, queima de biomassa e queima de combustíveis fósseis
CONCENTRAÇÃO
Em 1993 – 310 ppbv (partes por bilhão por volume)
Antes Revolução Industrial – 275 ppbv
ÓXIDOS DE NITROGÊNIO (NO, NO2)
ÓXIDOS DE NITROGÊNIO (NO, NO2)
REDUÇÃO
70 – 80%
EFEITOS
Inflamações do sistema respiratório (traqueítes, bronquites crônicas, enfisema pulmonar, broncopneumonias)
Reduz fotossíntese
HALOCARBONOS (CFCs, HCFCs, HFCs)
FONTES
Produção de aerossóis, espuma, indústria de ar condicionado 
CONCENTRAÇÃO
Em 1992 - CFC 11 – 280 pptv (partes por trilhão por volume)
 - CFC 12 – 484 pptv
 - CFC 113 – 60 pptv
REDUÇÃO
Entre 1988 – 1992 : 40%
EFEITOS
Destruição da camada de ozônio
Efeito estufa
Radiação ultravioleta (queimaduras de pele, câncer de pele)
HALOCARBONOS (CFCs, HCFCs, HFCs)
MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
FONTES
Tráfego (veículos)
Indústrias
Vegetação
CONCENTRAÇÃO
A partir dos anos 80, a emissão de CO pelos automóveis passou de 33 gramas por quilômetro rodado (gCO/Km) para 0,43 gCO/Km o que resultou numa queda progressiva na poluição, mesmo com o aumento da frota de veículos. Contudo em 2000 apresentou um pequeno crescimento.
DIÓXIDO DE ENXOFRE (SO2)
FONTES
Combustão (petróleo e carvão mineral)
Veículos à diesel 
EFEITOS
Sistema respiratório
Problemas cardiovasculares
Chuva ácida
OZÔNIO (O3)
FONTES
reação dos hidrocarbonetos e óxido de nitrogênio na presença de luz solar
CONCENTRAÇÃO
0,3 ppmv
OZÔNIO (O3)
REDUÇÃO
Controle dos veículos automotores (combustão)
EFEITOS
Irritação dos olhos e vias respiratórias
Envelhecimento precoce e corrosão dos tecidos
Padrões de Qualidade do Ar
A poluição do ar ocorre quando a alteração da composição da atmosfera resulta em danos reais ou potenciais. Dentro deste conceito, pressupõe-se a existência de níveis de referência para diferenciar a atmosfera poluída da atmosfera não poluída. 
O nível de referência sob o aspecto legal é denominado Padrão de Qualidade do Ar. 
Padrão de Emissão
Padrão de Emissão é um limite estabelecido legalmente e que deve ser respeitado para a emissão na fonte. Estes podem estar expressos em concentração (ex.: mg/Nm3 base seca a 12% de oxigênio), em taxa de emissão (ex.: kg/hora) ou em função de um parâmetro da fonte (ex.: kg/tonelada incinerada).
MÉTODOS DE CONTROLE DA POLUIÇÃO DO AR
Historicamente tem-se utilizado o termo “controle de poluição” para todas as ações que eliminam ou reduzem a geração de poluentes e para aquelas de tratamento das emissões. Dentro deste enfoque as medidas de controle da poluição do ar envolvem desde o planejamento do assentamento de núcleos urbanos e industriais e do sistema viário, até a ação direta sobre a fonte de emissão. 
Medidas para impedir a geração do poluente
Em muitos casos os poluentes podem ser eliminados totalmente através da substituição de combustíveis, matérias-primas e reagentes que entram no processo, mudança de equipamentose de processos. 
A substituição de combustíveis com enxofre por combustíveis sem enxofre elimina a formação e a emissão de compostos de enxofre à atmosfera. O gás natural é praticamente isento de enxofre e pode substituir os óleos combustíveis que contêm teores altos de enxofre.
Medidas para reduzir a geração de poluentes
A diminuição da quantidade de poluentes gerada pode ser conseguida pelas seguintes medidas:
Uso de equipamentos dentro da sua capacidade nominal;
Boa operação e manutenção adequada de equipamentos produtivos; armazenamento adequado de materiais pulverulentos e/ou fragmentados, evitando a ação dos ventos sobre o mesmo; 
Adequada limpeza do ambiente, em especial aqueles onde há possibilidade de ação de microorganismos e conseqüente geração de odor, como é o caso de diversos tipos resíduos urbanos;
Medidas para reduzir a geração de poluentes
utilização de processos, equipamentos e operações de menor potencial poluidor. 
utilização de combustíveis de menor potencial poluidor.
Ruas pavimentadas e limpas reduzem a emissão de poeira para a atmosfera, o que pode ser reduzido ainda mais pela umectação;
 evitar deixar áreas com solo sem vegetação, mantendo-as pelo menos gramadas, o que contribui inclusive para reduzir a erosão e o assoreamento.
Tratamento das Emissões
Os equipamentos de controle de poluição do ar são divididos em função do estado físico de poluente a ser considerado, ou seja, Equipamentos de Controle de Material Particulado e Equipamentos de Controle de Gases e Vapores. 
Sempre em conjunto com o equipamento de controle de poluição industrial existe um sistema de exaustão (captores, dutos, ventilador e chaminé), cuja função é captar, concentrar e conduzir os poluentes para serem "filtrados", com posterior lançamento do residual no ar.
Tratamento das Emissões
O material particulado pode ser removido do fluxo gasoso poluído por sistemas secos (coletores mecânicos inerciais e gravitacionais; coletores centrífugos, como os ciclones; precipitadores eletrostáticos secos e filtros de tecido, como, por exemplo, os filtros tipo mangas) e por sistemas úmidos (lavadores dos mais variados tipos e precipitadores eletrostáticos úmidos).
Os gases e vapores podem ser removidos do fluxo poluído através de absorvedores (lavadores de gases), de adsorvedores (carvão ativado), ou por incineração térmica ou catalítica, como os combustores catalíticos dos automóveis, por condensadores, biofiltros e por processos especiais.
Planejamento urbano
Este método consiste basicamente numa melhor distribuição espacial das fontes potencialmente poluidoras do ar, aumentando a distância fonte-receptor, diminuindo a concentração de atividades poluidoras próximas a núcleos residenciais, melhorando o sistema viário, proibindo a implantação de fontes de alto potencial poluidor em regiões críticas, localizando as fontes preferencialmente à jusante dos ventos predominantes na região, em relação a assentamentos residenciais, e controle da circulação de veículos em áreas congestionadas.
Diluição através de chaminés altas
A utilização de chaminés altas visa a redução da concentração do poluente ao nível do solo, sem a redução da quantidade emitida. Trata-se, portanto, de medida cuja eficácia fica dependente da distribuição espacial das fontes e das condições meteorológicas e topográficas da região. É uma técnica recomendável como medida adicional para melhoria das condições de dispersão dos poluentes residuais na atmosfera, mas somente após a tomada de outras medidas para reduzir a geração de poluentes ou a sua emissão.
Câmara de Sedimentação Gravitacional
Mecanismo de coleta: força gravitacional
Uso: pré-coletor para retirada de partículas grosseiras
Vantagens: baixa perda de carga (10 a 25 mmCA) e custo relativamente baixo
Desvantagens: baixa eficiência e espaço ocupado
Ciclones
Lavadores (scrubbers)
Vantagens: Não apresentam restrição quanto à temperatura e umidade dos gases, podem ser utilizados para partículas e alguns gases, podem controlar partículas adesivas, em geral são compactos, podem ser conseguidas altas eficiências de coleta.
Desvantagens: Alto consumo de energia quando se necessita eficiência alta, exigem tratamento de efluentes líquidos, vida útil em geral menor por causa da umidade, necessita água. necessitam de materiais resistentes à corrosão, no lavador e após o mesmo; formação de pluma visível nos dias frios, pela condensação da umidade; o material coletado está na forma úmida e, em geral, necessita tratamento para sua reutilização;
Exemplos: lavadores de spray, lavadores ciclônicos, torres de enchimento, lavadores de impactação, lavador venturi, lavador ejetor.
Lavadores (scrubbers)
Filtro de Tecido
Princípio de funcionamento: passagem da mistura gasosa que contém as partículas através de um material filtrante, sendo que o gás atravessa os seus poros e as partículas, na sua maioria, ficam retidas na sua superfície, que de tempos em tempos tem que ser retiradas para evitar uma camada muito espessa, que dificultaria a passagem do gás (aumento da perda da carga). No começo do processo de filtragem, a coleta se inicia com a colisão das partículas contra as fibras do meio filtrante e sua posterior aderência às mesmas. A medida que o processo continua a camada de partículas coletadas vai aumentando tornando-se então o meio de coleta e aumentando a eficiência do processo.
Filtro de Tecido
Principais Vantagens do Filtro de tecido:
 - apresenta alta eficiência de coleta
 - coleta material a seco e em forma reutilizável
 - perda de carga e custo de operação moderados
 
Principais Desvantagens:
- custo de manutenção geralmente alto
- exige controle de temperatura
- exige material filtrante ou controles especiais nos casos de possibilidade de condensação de umidade no filtro.
exige espaço médio para sua instalação
Filtro de Tecido
Precipitadores Eletrostáticos
Atividades Industriais 
As atividades industriais emitem: 
SO2 – Óxidos de Enxofre
NOx – Óxidos de Nitrogênio
MP – Material Particulado
 Emissões Veiculares 
Queima incompleta de combustíveis como a gasolina e o diesel, emitem os seguintes poluentes:
CO - Monóxido de Carbono
NOx - Óxidos de Nitrogênio
COVs - Compostos Orgânicos Voláteis
MP - Material Particulado
Evaporação e (re) distribuição de combustíveis:
COVs - Compostos Orgânicos Voláteis
 
CO
Monóxido de Carbono
Interferência na capacidade do sangue de oxigenar os tecidos e órgãos vitais como o coração e o cérebro. Danos à percepção, à acuidade visual, à atividade mental e aos reflexos.
 
SO2
Dióxido de Enxofre
Irritação às vias respiratórias, aos olhos, danos à pele e às plantas.
NOx
Óxidos de Nitrogênio
Debilita o sistema imunológico, aumentando a suscetibilidade à contaminação por vírus e bactérias, podem provocar desconforto respiratório e alterações celulares.
COV
Compostos Orgânicos Voláteis
Irritações no trato respiratório, nos olhos, nariz e pele, efeitos narcóticos, mal-estar, dor de cabeça e sonolências. Responsáveis pelo aumento de incidência de câncer no pulmão.
 
 
O3
Ozônio
Irritação nos olhos, no nariz e garganta, dores de cabeça, redução das funções pulmonares, envelhecimento precoce, diminuição da capacidade do organismo de resistir a infecções respiratórias.
MP
Material Particulado
As partículas maiores ficam retidas no nariz e na garganta, causando irritação nas vias respiratórias e facilitando a propagação de infecções virais e bacterianas. Partículas menores atingem o pulmão e podem causar alergias, asma e bronquite, aumentando as doenças pulmonares e cardíacas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Efeitos sobre a saúde
Definição de:
   Estratégias
 Limites máximos de emissão
 Adoção de padrões nacionais de qualidade do ar.
 Padrões primários: se ultrapassados poderão afetar a saúde da população.
 Padrões secundários:mínimo efeito adverso sobre o bem estar da população, assim como o mínimo dano à fauna e à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral.
 Prevenção de deterioração significativa da qualidade do ar. 
50
 
 Áreas enquadradas em Classes I (preservação, lazer e turismo); Classe II (deterioração limitada pelos padrões secundários); Classe III (padrões primários atendidos)
 Monitoramento da qualidade do ar >> Rede nacional
 Inventário Nacional de fontes e poluentes do ar
 Compete ao IBAMA o gerenciamento do PRONAR, e aos estados o estabelecimento e implementação dos programas específicos.
51
 Art.2: Padrões de qualidade do ar:
 
 Partículas totais em suspensão:
 Primário: Conc. média geométrica anual de 80 ug/m3.
 Conc. média de 24 hs de 240 ug/m3 de ar - não excedida mais de uma vez por ano. 
 Secundário: Conc. média geom. anual de 60 ug/m3.
	 Conc. média 24 hs de 150 ug/m3.
 
Resolução 03 / 1990:
52
 Fumaça:
 Primário: Conc. média aritmética anual de 60 ug/m3.
		 Conc. média 24 hs de 150 ug/m3.
 Secundário: Anual = 40 ug/m3.
		 24 hs = 100 ug/m3.
  Partículas inaláveis:
 Primário / Secundário: Anual = 50 ug/m3.
			 24 hs = 150 ug/m3.
53
 Dióxido de enxôfre:
 Primário: Anual = 80 ug/m3
 		 24 hs = 365 ug/m3.
 Secundário: Anual = 40 ug/m3.
 		 24 hs = 100 ug/m3.
 
 Monóxido de carbono:
Primário e secundário: Média de 8 hs = 10000 ug/m3 (9 ppm)
				 Média de 1 h = 40000 ug/m3 (35 ppm)
 
54
 Ozônio:
 Primário e secundário: Média de 1 h = 160 ug/m3. 
 Dióxido de nitrogênio:
 Primário: Anual = 100 ug/m3.
 		 1 h = 120 ug/m3.
 Secundário: Anual = 100 ug/m3.
			 1 h = 190 ug/m3 
 Art.4: Estabelece os métodos de amostragem e análise dos poluentes.
 Art.5: O monitoramento da qualidade do ar é atribuição dos estados.
 Art.6: Níveis de atenção, alerta e emergência.
55
Medidas para impedir a geração do poluente
Em muitos casos os poluentes podem ser eliminados totalmente através da substituição de combustíveis, matérias-primas e reagentes que entram no processo, mudança de equipamentos e de processos. 
A substituição de combustíveis com enxofre por combustíveis sem enxofre elimina a formação e a emissão de compostos de enxofre à atmosfera. O gás natural é praticamente isento de enxofre e pode substituir os óleos combustíveis que contêm teores altos de enxofre.
Medidas para reduzir a geração de poluentes
A diminuição da quantidade de poluentes gerada pode ser conseguida pelas seguintes medidas:
Uso de equipamentos dentro da sua capacidade nominal;
Boa operação e manutenção adequada de equipamentos produtivos; armazenamento adequado de materiais pulverulentos e/ou fragmentados, evitando a ação dos ventos sobre o mesmo; 
Adequada limpeza do ambiente, em especial aqueles onde há possibilidade de ação de microorganismos e conseqüente geração de odor, como é o caso de diversos tipos resíduos urbanos;
Medidas para reduzir a geração de poluentes
utilização de processos, equipamentos e operações de menor potencial poluidor. 
utilização de combustíveis de menor potencial poluidor.
Ruas pavimentadas e limpas reduzem a emissão de poeira para a atmosfera, o que pode ser reduzido ainda mais pela umectação;
 evitar deixar áreas com solo sem vegetação, mantendo-as pelo menos gramadas, o que contribui inclusive para reduzir a erosão e o assoreamento.
Tratamento das Emissões
Os equipamentos de controle de poluição do ar são divididos em função do estado físico de poluente a ser considerado, ou seja, Equipamentos de Controle de Material Particulado e Equipamentos de Controle de Gases e Vapores. 
Sempre em conjunto com o equipamento de controle de poluição industrial existe um sistema de exaustão (captores, dutos, ventilador e chaminé), cuja função é captar, concentrar e conduzir os poluentes para serem "filtrados", com posterior lançamento do residual no ar.
Tratamento das Emissões
O material particulado pode ser removido do fluxo gasoso poluído por sistemas secos (coletores mecânicos inerciais e gravitacionais; coletores centrífugos, como os ciclones; precipitadores eletrostáticos secos e filtros de tecido, como, por exemplo, os filtros tipo mangas) e por sistemas úmidos (lavadores dos mais variados tipos e precipitadores eletrostáticos úmidos).
Os gases e vapores podem ser removidos do fluxo poluído através de absorvedores (lavadores de gases), de adsorvedores (carvão ativado), ou por incineração térmica ou catalítica, como os combustores catalíticos dos automóveis, por condensadores, biofiltros e por processos especiais.
Tratamento de Gases
Princípios:
 Deposição: partículas são carregadas em uma corrente de ar. Quando a velocidade desta corrente é reduzida, as partículas se depositam no fundo do coletor.
 Forças inerciais: a direção da corrente de ar é modificada e as partículas mais pesadas tendem a continuar seguindo a trajetória anterior. As partículas colidem com as paredes do equipamento e precipitam no fundo do coletor.
 Filtração: A corrente de ar saturado com material particulado passa através de um material poroso que retém as partículas, liberando ar limpo.
 Atração eletrostática: partículas carregadas eletrostaticamente são atraídas por objetos com carga oposta e removidos da corrente de ar.
61
Parâmetros para seleção de equipamentos
 Características da partícula: tamanho, formato, densidade, viscosidade e propriedades elétricas. 
 Outras características: temperatura, concentração e fatores econômicos.
62
Fatores de Emissão
Um Fator de Emissão é um número que relaciona a quantidade de poluentes emitidos para a atmosfera relacionada com uma atividade potencialmente poluidora.
Estes fatores são, usualmente, expressos em unidades de massa de contaminante (ou poluente) dividido por unidade de comprimento, peso, distância ou duração da atividade emissora de poluentes (ex. Kg de material particulado emitido por tonelada de carvão mineral queimado).
Fatores de Emissão
Estes fatores facilitam significativamente a estimativa das emissões de vários tipos de fontes, pois contém uma grande base de dados. Por exemplo:
• Processos de combustão
• Aterros sanitários
• Perdas por evaporação em tanques de produtos voláteis
• Industria petroquímica
• Processamento de alimentos
• Mineração
• Industrias metalurgicas e siderurgicas
• e outros.
Fatores de Emissão
A equação geral para a utilização dos fatores de emissão é:
E = A x EF x (1 - ER/100)
onde:
E = Emissão
A = Taxa de execução da atividade
EF = Fator de emissão característico da atividade
ER = % de eficiência do equipamento de controle de
poluição utilizado
Exemplo
Calcule a emissão de CO de um queimador industrial, que consome 90000 litros de óleo destilado por dia.
O fator de emissão para queimadores industriais que utilizam óleo destilado é 0,6 kilogramas de CO por 10³ litros de óleo queimado. Então as emissões de CO são:
E = Fator de Emissão de CO x Volume de óleo consumido por dia
= 0,6 x 90
= 54 Kg/dia