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GNE 156 - INTRODUÇÃO AO CONTROLE AMBIENTAL POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA Aula 2 Prof. Ronaldo Fia 1 Definições principais Poluição atmosférica refere-se a mudanças da atmosfera susceptíveis de causar impacto a nível ambiental ou de saúde humana, através da contaminação por gases, partículas sólidas ou liquidas em suspensão, material biológico ou energia. 2 Poluente atmosférico é qualquer substância no ar que pode causar danos aos seres humanos ou ao meio ambiente. Os poluentes podem ser naturais (tropogênicos) ou provocados pelo homem (antropogênicos) e podem assumir a forma de partículas sólidas, de gotículas de líquidos ou gases (EPA, 2011). Poluição atmosférica: causas naturais antropogênicas Quando foi intensificada? assentamentos urbanos de alta densidade demográfica revolução industrial (carvão fonte de energia) século XX Uso derivados de petróleo 3 Fontes de poluição - emissões de gases provocadas por erupções vulcânicas; - emissões de geysers; - decomposição de vegetais e animais; - suspensão de poeira do solo pelos ventos; - formação de gás metano em pântanos; - aerossóis marinhos; - formação de ozônio devido a descargas elétricas na atmosfera; - incêndios naturais em florestas; - polens de plantas. Fontes Naturais: 4 Fontes de poluição Fontes Antrópicas: - A queima de resíduos urbanos, industriais e agrícolas; -Veículos automotores; - Queimada florestal; O Brasil é o quarto emissor de gás carbônico do mundo (1 bilhão ton/ano); e 75 a 60% das emissões vem das queimadas, o que representa cerca de 3% das emissões mundiais. - Queima de resíduos de explosivos, resinas, tintas, plásticos, pneus; - O uso de fertilizantes e a concentração agropecuária; - As indústrias petroquímicas, a siderurgia e a mineração. 5 Tipos de poluentes 1. Óxidos de carbono - O CO é considerado como sendo o principal poluente atmosférico dessa família. - O CO2 é um constituinte natural da atmosfera, além de ser considerado um gás relativamente não tóxico. Entretanto, ele é reconhecido por seu grande potencial em “aprisionar” calor na atmosfera contribuindo assim para a alteração climática global. 8000 6000 4000 2000 0 Emisiones de CO2 (miles ton/año) 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 6 Tipos de poluentes SO2 SO3 H2SO4 2. Compostos de enxofre - O dióxido de enxofre (SO2) é reconhecido como o principal poluente atmosférico primário da família SOx. - Gás sulfídrico (H2S) – Mau cheiro e corrosão de estruturas. 7 Tipos de poluentes 3. Composto de nitrogênio (NOx) - óxidos de nitrogênio (óxido nítrico (NO), o dióxido de nitrogênio (NO2) e o óxido nitroso (N2O)). Estão envolvidos na formação de névoas oxidantes e também no processo de formação da chuva ácida. - amônia (NH3) – Tóxica e irritante para as mucosas. 4. Hidrocarbonetos (HC) - Podem se apresentar sob várias formas, tais como em cadeias simples ou ramificadas, cíclicas ou associadas a compostos cíclicos. -Exemplos de HC gasosos são o metano (CH4), butano (C4H10) e o propano (C3H8). - Na atmosfera, os hidrocarbonetos podem reagir com outras substâncias, formando aldeídos, ácidos, alcoóis, éteres, cetonas e ésteres. - Existem muitos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HAPs), os quais são formados pela combustão incompleta de material orgânico. São carcinogênicos. 8 Tipos de poluentes 5. Oxidantes fotoquímicos - Oxidantes fotoquímicos são formados na atmosfera como resultado de reações químicas envolvendo poluentes orgânicos, oxigênio e luz solar. - Este conjunto de fatores resulta em uma névoa oxidante denominada smog. - Oxidantes fotoquímicos são constituídos principalmente de ozônio (O3) e dióxido de nitrogênio, com menores quantidades de peroxiacilnitratos (PANs). Existem dois tipos de Smogs: -Tipo Los Angeles (surge por reação de ozônio de origem fotoquímica com hidrocarbonetos insaturados) - Tem caráter oxidante; - Para formação: - irradiação solar intensa; - ausência de ventos ou inversões térmicas ou pressões atmosféricas elevadas. 9 Tipos de poluentes -Tipo Londres: - tem caráter redutor; - Para formação: - Umidade; - Contaminação por SO2 da queima de combustíveis fósseis. - Em dias frios massas de ar úmido formando "nevoeiros”; - Por ação da luz solar e presença de O2, o SO2 é convertido em SO4; - O nevoeiro converte-se num autêntico aerossol de ácido sulfúrico. 10 Tipos de poluentes Material particulado (MP) O material particulado é uma mistura de partículas líquidas e sólidas em suspensão no ar. O material particulado segundo o método de formação pode ser dividido em quatro classes: - Poeiras – partículas sólidas formadas geralmente por processos de desintegração mecânica. Tamanho na faixa de1 µm. EX: as poeiras de cimentos e amianto, partículas de solo em suspensão; 11 Tipos de poluentes Material particulado - Fumos – partículas sólidas formadas por condensação ou sublimação de substâncias gasosas originadas da vaporização/sublimação de sólidos. EX: Fumos metálicos (chumbo, zinco, alumínio) e fumos de cloreto de amônia. -Fumaça – partículas principalmente sólidas, formadas na queima de combustíveis fósseis, materiais asfálticos ou madeira. Contém fuligem (partículas líquidas) e no caso de madeira e carvão, uma fração mineral (cinzas). 12 Tipos de poluentes Material particulado - Névoas – partículas líquidas produzidas por condensação ou por dispersão de um líquido (atomização). EX: névoas de pulverização de pesticidas, névoas de tanques de tratamento superficial (galvanoplastia), névoas de pintura, névoas de ácido sulfúrico. 13 Poluente Fontes Processos Efeito Óxidos de Enxofre (SOx) Antropogênicas Combustão (refinarias, centrais térmicas, veículos diesel) Processos Industriais Afeta o sistema respiratório Chuvas ácidas Danos em materiais Naturais Vulcanismo Processos biológicos Óxidos de Nitrogênio (NOx) Antropogênicas Combustão (veículos e indústria) Afeta o sistema respiratório Chuvas ácidas Naturais Emissões da vegetação Compostos Orgânicos Voláteis (COV) Antropogênicas Refinarias Petroquímicas Veículos Evaporação de combustíveis e solventes Poluição fotoquímica Incluem compostos tóxicos e carcinogénicos Monóxido de Carbono (CO) Antropogênicas Combustão (veículos) Reduz a capacidade de transporte de oxigénio no sangue Naturais Emissões da vegetação Dióxido de Carbono (CO2) Antropogênicas Combustão Efeito de estufa Naturais Fogos flosrestais Chumbo (Pb) Antropogênicas Gasolina com chumbo Incineração de resíduos Tóxico acumulativo Anemia e destruição de tecido cerebral Partículas Antropogênicas Combustão Processos industriais Condensação de outros poluentes Extração de minerais Alergias respiratórias Vector de outros poluentes (metais pesados, compostosorgânicos carcinogénicos) Naturais Erosão eólica Vulcanismo CFC‘s Antropogênicas Aerossóis Sistemas de refrigeração Espumas, sistemas de combate a incêndios Destruição da camada de ozonio Contribuição para o efeito de estufa 14 1. Impactos na saúde: humana três vias de penetração dos agentes poluentes no organismo são: respiratória cutânea digestiva. vítimas da poluição do ar não morre em episódio crítico; contraem doença respiratória/outro sintoma associado a poluição do ar; enfraquecimento gradual – morte; doenças prováveis: alergias, pneumonia, coração, câncer, intoxicação (inalação, ingestão) e geram crianças com defeitos de nascença. 15 Impactos na saúde: humana trato respiratório-afetado pela poluição do ar. 16 sistema respiratório humano - Londres (1952)- 4.000 mortes – SO2 e CO2; - Roza Rica no México (1955) – 22 mortes - H2S - Bhopal na Índia (1984) -16.000 mortos - isocianeto de metila Impactos na saúde: poluição do ar: aguda ou crônica; aguda - locais e épocas especificas, situação insuportável, causar até a morte; Ex: Bauru, SP, agosto/1952 – emissão de pó de mamona, indústria de extração de óleos vegetais, duração de 1 semana – 150 casos de doenças respiratórias aguda e 9 óbitos crônica - menor impacto, porem é prejudicial poluição diária - não causa danos imediatos EX: “smog”: doenças respiratórias, como a bronquite crônica. Efeitos da poluição 17 Impactos na saúde: Efeitos da poluição 18 Consumo Ar: 15 kg dia-1 Água: 2 kg dia-1 Alimento: 1,5 kg dia-1 Tolerância de restrição de: Alimento: 5 semanas ou mais Água : 5 dias Ar: 5 minutos Impactos na saúde: normas brasileiras para controle da poluição atmosférica seguem as normas americanas (que se baseiam no índice padrão de poluentes – PSI); bem estar da população em geral e ao meio ambiente; normas seguem resoluções do CONAMA - buscam estabelecer padrões de qualidade o ar, limites máximos de emissão de poluentes do ar para processos de combustão externa. Efeitos da poluição 19 Efeitos sobre a vegetação prejudica o desenvolvimento da planta, duas formas: Direta – deposição seca de SO2, chuvas acidas e O3 – destruição do tecido da folha- redução fotossintética Indireta – acidificação do solo – redução de nutrientes, menor produtividade e maior suceptividade as pragas e doenças Efeitos sobre materiais Deposição de partículas (poeira e fumaça) Descoloração, corrosão, enfraquecimento e decomposição do material construído. Ex: Edificações, monumentos 20 Efeitos da poluição Impactos ambientais: “Smog” (Redução de visibilidade) “smog” - “smoke” (fumaça) e “fog” (nevoeiro) Impacto - âmbito local; urbano-industriais; combinação entre fumaça e nevoeiro; formação ocorre pelos focos de poluição; aumentam o número de núcleos de condensação (poeiras ou partículas diversas) na atmosfera saturada ou quase saturada; “Smog” industrial e fotoquímico. Efeito "Smog" 21 Efeitos da poluição Impactos ambientais: Smog : industrial típico de regiões frias e úmidas - inverno; queima de carvão e óleo combustível; principais componentes - SO2 e material particulado característica - cor cinza; predomina - regiões industriais e/ou regiões de intensa queima de óleo para aquecimento doméstico e/ou geração de energia elétrica; fenômenos meteorológico agravante inversão térmica 22 Efeitos da poluição Impactos ambientais: “Smog”: fotoquímico centros urbanos de clima quente e seco; picos - dias quentes e ensolarados; emissão – hidrocarnonetos (HC), NOx e CO e na presença de luz solar originam outros poluentes, como O3; característica principal - cor avermelhada ou marrom. 23 Efeitos da poluição Impactos ambientais: chuva ácida âmbito regional; medição – concentração H+ (íons e hidrogênio) em unidade de pH; valor de pH abaixo de 5,5 unidades; dois principais ácidos: sulfúrico (H2SO4) e o nítrico (HNO3); H2SO4 e HNO3 - combinação do SO2, NOx, oxigênio e o vapor de água contido nas nuvens; produtos da queima desses combustíveis fósseis - afetam também regiões distantes das fonte poluidoras de origem; Efeitos da poluição 24 Tabela 2. Gases responsáveis pela chuva ácida e suas origens 25 POLUENTE ORIGEM Dióxido de enxofre (SO2) - fabricação de fertilizantes; - aquecimento de minérios do grupo de sulfatos; - fabricação de celulose e ácido sulfúrico; - combustão do carvão e derivados de petróleo, em veículos, usinas termelétricas, indústrias, altos-fornos, etc.; Óxidos de nitrogênio (NOx) - combustão do carvão vegetal; - combustão dos derivados de petróleo (especialmente em veículos); - indústrias de ácido nítrico e ácido sulfúrico; - fumaça de cigarros; Ácido clorídrico - indústrias de fertilizantes; - indústrias eletroquímicas; - processos de esmaltação da porcelana; - combustão de materiais contendo cloro; Ácido fluorídrico - fundições de metais pesados e de alumínio; - indústrias de fertilizantes; - indústrias de vidro, esmalte e porcelana; 26 EFEITOS DA POLUIÇÃO 2. Chuva Ácida - Efeitos 27 28 Camada de Ozônio. Esboço da distribuição do ozônio e da temperatura na atmosfera. FONTE: Adaptado de Colbeck e Farman (1990). Impactos ambientais: redução da camada de ozônio Efeitos da poluição Impactos ambientais: destruição da camada de ozônio em escala global; ozônio - poluente do ar -tóxico e perigoso, contribuindo para a formação da chuva ácida e “smog”; ozônio - concentra-se nas camadas mais elevadas da atmosfera e age como um “escudo protetor” para a vida na Terra; anos 70 - medido a redução da concentração de ozônio em locais específicos da atmosfera ("buracos do ozônio" nas regiões Antártica e Ártica; emissões globais de clorofluorcarbonetos (CFC's) e os Halons, podem deteriorar a camada de ozônio; 29 Efeitos da poluição EFEITOS DA POLUIÇÃO 3. Redução da Camada de Ozônio 30 Impactos ambientais: redução da camada de ozônio constante destruição da camada de ozônio, conduz a um aumento de raios ultravioletas altamente energéticos que atingem a superfície do planeta; estes raios ao atingirem a Terra - graves riscos nocivos para saúde do homem e meio ambiente; Desde 1999 – uso em equipamentos de Hidrofluorcarbono (HFC) e Hidroclorofluorcarbono (HCFC) Atentos as problemáticas - mais de 100 países; proteção da camada de ozônio - Convenção de Viena; proteção da camada de ozônio - Protocolo de Montreal. Efeitos da poluição 31 Impactos ambientais: efeito estufa poluição em âmbito global; atmosfera – gases não transparentes à radiação térmica; gases do efeito estufa - vida na Terra; efeito estufa – problemático devido a interferência humana crescimento das atividades humanas - grande concentração de gases foi lançada na atmosfera acumulando-se de forma muito rápida. 32 Efeitos da poluição Impactos ambientais: efeito estufa 33 Efeitos da poluição Impactos ambientais: efeito estufa Atividades do mundo moderno causam a emissão dos gases do efeito estufa: meio rural - preparação do solo para plantio, libera óxido nitroso, pulverizações com pesticidas; criações intensivas de animais - produzem CH4; incêndios florestais - liberam CO2; combustíveis fósseis - industriais e veiculares - os derivados do petróleo, como o diesel, gasolina carvão, gás natural. 34 Efeitos da poluição Impactos ambientais: efeito estufa Contribuição dos principais gases do efeito estufa estimada da era pré- industrial até o presente (Fonte: IPCC, 2007). CH4 - poder de aquecimento global vinte cinco vezes maior que CO2 35 Efeitos da poluição EFEITOS DA POLUIÇÃO 4. Aquecimento Global e Mudanças Climáticas 36 EFEITOS DA POLUIÇÃO 4. Aquecimento Global e Mudanças Climáticas Verde: Países que ratificaram o protocolo. Amarelo: Países que ratificaram, mas ainda não cumpriram o protocolo. Vermelho: Países que não ratificaram o protocolo. Cinzento: Países que não assumiram nenhuma posição no protocolo. Protocolo de Quioto (1997) 37 Medidas de controle da poluição atmosférica Medidas preventivas: •estabelecimento de limites de qualidade do ar ambiente; •licenciamento das fontes poluidoras; •penalizações para as poluidores que não estiverem de acordo com a legislação; •incentivo à utilização de novas tecnologias (tecnologias limpas); •controle do processo de combustão; •investimentos nas fontes alternativas de energia e naelaboração de novos tipos de combustíveis. 38 Medidas de controle da poluição atmosférica Tamanho dos principais poluentes atmosféricos e formas de controle 39 Medidas de controle da poluição atmosférica 1. Filtros absolutos • Instalação – caixas terminais em sistema de ventilação e exaustão de ar. • Elemento filtrante – papel microfibra de vidro plissado. • atender diversos propósitos, como clarificação de bebidas e perfumes, a esterilização de fluidos sensíveis à menores temperaturas, para remoção de gostos e odores indesejados da água, para padronização de produtos, etc. 40 Medidas de controle da poluição atmosférica 2. Precipitadores ou filtros eletrostáticos • Processo de funcionamento: o ar passa pelos condutores carregados com voltagens opostas e são ionizados; • Removem material particulado, óxidos metálicos e névoas ácidas. 41 Medidas de controle da poluição atmosférica 2. Precipitadores ou filtros eletrostáticos Vantagens: • tratar grandes vazões e altas temperaturas; • alta eficiência de coleta para partículas pequenas; • baixo custo operacional e manutenção. Desvantagens: • custo inicial elevado; • requer grande espaço físico. 42 Medidas de controle da poluição atmosférica 3. Filtros de manga • elemento filtrante: mangas de tecidos (sacos); • finalidade: separar as partículas existente em um fluxo de gás • removem material particulado. 43 Medidas de controle da poluição atmosférica 3. Filtros de manga Vantagens: • alta eficiência (até 99.9%) • perda de carga não excessiva; • resistência a corrosão Desvantagens: • grande espaço físico • alto custo • baixa resistência a altas temperaturas • possível entupimento 44 Medidas de controle da poluição atmosférica 4. Lavadores de gases Tipo Venturi - elemento filtrante: líquido pulverizado, água - são usados para capturar partículas finas ou aumentar o tamanho de aerossóis, facilitando sua separação. - vantagem: removem névoas ácidas e tem baixo custo inicial. - desvantagem: gerar águas residuárias, grande consumo de água e baixa eficiência para partículas < 1mm. 45 Medidas de controle da poluição atmosférica 4. Lavadores de gases Torre de spray ciclônica e torre de spray 46 Medidas de controle da poluição atmosférica 5. Ciclones - fumaça é forçada por um duto na forma de parafuso e a velocidade tangencial gerada permite a deposição do material que é recolhido na base do equipamento. - vantagens: baixo custo; resistência a corrosão e temperatura e manutenção simples - desvantagens: ineficientes na remoção de partículas médias e finas e possível entupimento pelas partículas menores 47 Medidas de controle da poluição atmosférica 6. Incinerador de gases • Processo: gás é aquecido e queimado, e os poluentes convertidos em formas menos tóxicas. • Controlador de gases e vapores orgânicos • Vantagens: operação simples e eficiente coletor • Desvantagens: alto custo; perigo de explosão e combustão incompleta 48 Medidas de controle da poluição atmosférica 7. Catalisadores • colméia metálica ou cerâmica • 1,5 g metais preciosos: paládio-ródio ( veículo gasolina); paládio-molibdênio (álcool) • instalado no cano de escape do automóvel • Transformam poluentes em compostos menos prejudiciais à saúde 49 Legislação aplicada à poluição atmosférica Os limites máximos de poluentes presentes no ar, estabelecidos pela a Resolução CONAMA nº 03 de 1990: - Padrões Primários de Qualidade do Ar - são as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população mais sensível. - 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. 50 Legislação aplicada à poluição atmosférica Poluente Tempo médio Padrões Primário (mg m-3) Secundário (mg m-3) Material particulado 24 horas* 240 150 MG anual 80 60 SO2 24 horas* 365 100 MA anual 80 40 CO 1 hora* 40.000 40.000 8 horas* 10.000 10.000 O3 1 hora* 160 160 Fumaça 24 horas 150 100 MA anual 60 40 Partículas inaláveis (< 10 mm) 24 horas 150 150 MA anual 50 50 NO2 1 hora* 320 190 MA anual 100 100 Padrões de qualidade do ar no Brasil segundo a Resolução CONAMA nº 03 de 1990 * não pode ser excedido mais que uma vez ao ano; MG = média geométrica; MA = média aritmética 51 Legislação aplicada à poluição atmosférica - RESOLUÇÃO CONAMA nº 18, de 6 de maio de 1986 - Dispõe sobre a criação do Programa de Controle de Poluição do Ar por veículos Automotores – PROCONVE. Art. 1º - Ficam estabelecidos os seguintes limites máximos de emissão de poluentes, provenientes do escapamento de veículos automotores leves de passageiros, de uso rodoviário, para a fase do PROCONVE L6: I - monóxido de carbono (CO): 1,30 g/km; II - hidrocarbonetos totais (THC), somente p/ veículos a gás natural: 0,30 g/km; III - hidrocarbonetos não metano (NMHC): 0,05 g/km; IV - óxidos de nitrogênio (NOx): 0,08 g/km; V - aldeídos (CHO) p/ ciclo Otto: 0,02 g/km; VI - material particulado (MP) p/ ciclo Diesel: 0,025 g/km; e VII - monóxido de carbono em marcha lenta p/ ciclo Otto: 0,2% em volume. RESOLUÇÃO Nº 415, DE 24 DE SETEMBRO DE 2009 Resolução CONAMA Nº 342/2003 - "Estabelece novos limites para emissões de gases poluentes por ciclomotores, motociclos e veículos similares novos”. 52 Índice de Qualidade do Ar (IQAr) - É obtido dividindo-se a concentração de um determinado poluente pelo seu padrão primário; - O cálculo é feito separadamente para cada poluente, sendo apresentado o IQAr para o que apresentar o maior resultado. 53 54 Amostrador de grandes volumes Monitoramento Ambiental • determinar a concentração de material particulado (MP); • fatores meteorológicos e possiveis influencias na carga do MP respirável suspenso no ar • caracterizar o MP • estudo estatístico das prováveis fontes de emissão 55 Variação da concentração de poluentes atmosféricos ao longo do ano. 1) Branco 2) 16/10/97, C=24 mg m-3 3) 06/11/97, C=27 mg m-3 4) 11/11/97, C=15 mg m-3 5) 12/02/98, C=18 mg m-3 6) 10/03/98, C=35 mg m-3 7) 30/06/98, C=51 mg m-3 8) 23/07/98, C=63 mg m-3 56
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