1- Material Particulado - MP

POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
POLUENTES
PARTICULADOS E GASOSOS
Simone Lorena
Eduardo Martins
1
Tipos de Poluentes
1- Óxidos de Nitrogênio
2- Ozônio
3- Óxidos de Enxofre
4- Compostos Orgânicos
5- Material Particulado
2
1- Material Particulado - MP
Refere-se a partículas de material
sólido ou líquido que ficam suspensas
no ar, na forma de poeira, neblina,
fumaça, fuligem e outras, com uma
faixa de tamanho menor que 100 µm
(entre 0,002 e 100µm) ;
Tamanhos variados, mas diminutos o bastante para permanecerem
na atmosfera.
Composição variada, em geral substrato inorgânico recoberto por
substâncias inorgânicas ou orgânicas. A parte orgânica é maior para as
finas do que para as grossas.
Classificação em função do tamanho:
Grosso: > 2,5 µm
MP10: < 10 µm
Fino: < 2,5 µm
MP2,5: < 2,5 µm
3
1- Material Particulado – MP
Poluentes Particulados
Poeiras: partículas sólidas pequenas resultantes da desintegração
mecânica de substâncias orgânicas ou inorgânicas seja pelo
simples manuseio ou em conseqüência de operações de britagem,
moagem, esmerilhamento, peneiramento, fundição, demolição. Não
tendem a flocular espontaneamente nem se difundem, mas tendem
a sedimentar por gravidade. Tamanho das partículas: 1-10.000
µm.
Fumaça: partículas sólidas finas de carbono e outros materiais
combustíveis resultantes da combustão incompleta de matéria
orgânica (carvão, madeira, óleo diesel). Tamanho das partículas:
0,1-1 µm.
4
1- Material Particulado – MP
Fumos: partículas sólidas finas resultantes da condensação de
vapores de metais fundidos e outros materiais ordinariamente
sólidos, quase sempre acompanhados de oxidação (partículas
de chumbo e de zinco). Tendem a flocular no ar. Tamanho
das partículas: 0,03-10,0 µm.
Cinzas: partículas sólidas finas e não combustíveis, resultantes
da combustão do carvão. Têm composição mineral ou
metálica. Tamanho das partículas: 1,0-1000 µm.
5
1- Material Particulado – MP
Névoas e Sprays: aerossóis formados por gotículas de
líquidos resultantes da condensação de vapores sobre certos
núcleos ou da dispersão mecânica de líquidos (smog, neblina,
orvalho, névoas de ácido sulfúrico ou de tinta pulverizada,
sprays de aspersão de pesticidas). Tamanho das partículas:
0,01-100 µm.
Organismos vivos: os mais comuns são o pólen das flores (510 µm), os esporos de fungos (1-10µm) e as bactérias (0,2-5
ou mesmo até 20 µm). Em certas circunstâncias especiais,
pode ocorrer a presença de vírus (0,002-0,05 µm).
6
1- Material Particulado – MP
Diversos e diminutos suficientes para
permanecer suspensos na atmosfera.
Geralmente é uma mistura complexa de
compostos orgânicos e inorgânicos.
7
1- Material Particulado – MP
8
1- Material Particulado – MP
Principais Fontes Antropogênicas:
• combustão: geração de vapor; aquecimento doméstico; veicular
• processos industriais: indústria do cimento; processos metalúrgicos
• desgaste de pneus e freios
• queimadas na agricultura
• mineração
Preocupação:
• possuem mais poluentes associados que os naturais
• tendem a ser MP fino
9
1- Material Particulado – MP
Propriedades
¾ Movimento das partículas:
gravitacional – força gravitacional
difusão browniana - movimento randômico,
aleatório das partículas no ar. Partículas de
diâmetro inferior a 0,1µm são transportadas por
difusão browniana.
¾ Tamanho das partículas
10
1- Material Particulado - MP
Tamanho X Origem
•As partículas mais
grossas – resultam
quebra de partículas
maiores
• As partículas mais
finas – formam-se
principalmente de
reações químicas e
pela coagulação de
espécies ainda
menores, inclusive,
com moléculas em
estado de vapor,
conforme pode ser
observado na Figura.
11
1- Material Particulado – MP
Tamanho X Origem
„
< 0,2 µm - recentemente emitidas ou formadas na
atmosfera; estão geralmente presentes em elevadas
concentrações no meio urbano.
„
0,2 - 2 µm - processos de condensação das partículas
de dimensão inferior; são estáveis na atmosfera tendo
tempos de vida de 7 a 30 dias.
„
> 2 µm - poeiras do solo, "spray" marinho e poeiras de
origem industrial; devido à sua dimensão têm um tempo
de vida na atmosfera relativamente curto.
12
1- Material Particulado – MP
Tamanho X Saúde
Grau de penetração das partículas
no trato respiratório superior
depende
do tamanho das
partículas
da velocidade de
penetração
13
1- Material Particulado – MP
Tamanho X Saúde
•
•
Entre 2,5 e 30 µm de
diâmetro - depositadas mais
rapidamente, causando
assim menos problemas à
população - retidas na parte
superior do sistema
respiratório.
< 2,5µm de diâmetro capazes de permanecer
em suspensão - têm maior
capacidade de penetrar,
podendo atingir as porções
mais inferiores do trato
respiratório, ou seja,
atingem os alvéolos
pulmonares.
14
1- Material Particulado – MP
• Os efeitos sobre o organismo humano são logo evidenciados na
alteração da capacidade do sistema respiratório de remover as
partículas do ar inalado, causando infecções, como as faringites,
rinites e bronquites. A mais temível das infecções é a pneumonia.
• A variação do tamanho do diâmetro dos MP tem implicado
diretamente nas questões relacionadas à saúde pública.
15
1- Material Particulado – MP
MP fino
• 30% do total
• origem antropogênica
• alta relação com os
efeitos na saúde
MP grosso
•70% do total
• origem natural
• pouca relação com os
efeitos na saúde
MP grosso + MP fino = Partículas Totais em Suspensão (PTS)
> 2,5 µm
30%
< 2,5 µm
70%
16
1- Material Particulado – MP
Composição:
- sulfatos (~40%)
MP fino
- amônia
- carbono elementar
- certos metais de transição
- compostos orgânicos não-voláteis
- compostos orgânicos semivoláteis
MP grosso
- ácido nítrico
- óxido de silício
- óxido de alumínio
- óxido de cálcio; de magnésio
- óxido de ferro
- partículas orgânicas biogênicas (pólen, esporos,
fragmentos de plantas)
17
1- Material Particulado – MP
Material Particulado < 10 µm (MP10) e < 2,5 µm (MP2.5)
• Em 2001, foi criada a Vigilância em Saúde Ambiental relacionada à
Qualidade do Ar – VIGIAR.
• Esse programa não só considerou o MP como indicador de saúde
ambiental, como também o seu nexo com morbidade e mortalidade,
registrados no Código Internacional de Doenças – CID 10.
• Atualmente, a poluição do ar por MP mata mais do que a AIDS e o
trânsito juntos, apenas na cidade de SP. Nesta, as doenças
provocadas pela poluição do ar causam cerca de 9 mortes por dia e
custo anual de US$ 1,5 milhão para tratar as doenças provocadas por
essa poluição.
18
Poluentes Associados ao Material
Particulado
¾ O evento mais crítico da relação entre a poluição
atmosférica e a saúde pública, está relacionado com
o risco das partículas menores agregarem em sua
composição compostos orgânicos, inorgânicos e
biológicos, tanto tóxicos quanto patógenos. Podendo
causar danos irreversíveis aos pulmões e a saúde
humana.
¾ Veremos: os metais e os hidrocarbonetos policíclicos
aromáticos (HPAs).
19
Metais e HPAs associados ao material
particulado
Exposição humana
Metais/HPAs
erosão natural de
minerais
atividades
antrópicas
20
Metais associados ao MP
TABELA – Principais fontes antrópicas da poluição no ar por metais.
Meio poluído
Ar
Fonte
Mineração e processamento de minérios;
Fabricação de pigmentos;
Fabricação de baterias;
Combustão de carvão e óleos;
Incineração de resíduos.
Estudo realizado no RJ em 2007 constatou correlação entre MP10,
tráfego e conversores catalíticos. A presença de Mo, Pd e Rh nos
filtros analisados reflete uma fonte adicional de poluição causada
pela erosão e possível deterioração dos catalisadores dos
automóveis (Chemosphere, 2008,71, 677).
21
Metais associados ao MP
„
A Figura a seguir mostra a importância dos metais associados às
partículas atmosféricas na contaminação global do ambiente e
como ocorre o seu transporte para o organismo humano.
22
METAIS NO AR
Depósito
Depósito
Poeira
Depósito e captação
Solo
Águas
servidas
Águas
superficiais
e
profundas
Inalação
Plantas
Organismos
Inalação aquáticos
Ingestão
Inalação
Animais
Ingestão
Ingestão Ingestão Ingestão
(alimentos) (água) (mão na (alimentos)
boca)
ORGANISMO HUMANO
Ingestão
(alimentos)
23
Efeitos dos metais na saúde humana
„
A presença de metais no ar atmosférico esta
associada a diferentes e diversos efeitos causados
sobre a saúde da população e dos trabalhadores
como:
Alzheimer’s,
Parkinson’s,
anemia,
osteoporose, doenças cardiopulmonares, acréscimo
em aberrações cromossômicas, câncer, em especial
de próstata e de pulmão, doenças do sistema
nervoso, esterilidade, edema pulmonar , irritação no
trato respiratório, leucemia...
24
HPAs associados ao MP
Por que estudar os Hidrocarbonetos Policíclicos
Aromáticos (HPAs) ?
1775 – Grande incidência
de câncer
em limpadores de chaminés
ƒ Estudos
epidemiológicos
–
Maior
incidência de câncer em habitantes da
zona urbana em relação a zona rural
ƒ Grupos ocupacionais – Apresentam
exposição direta à HPAs
25
HPAs associados ao MP
„
São, por definição, compostos binários formados por
carbono e hidrogênio com estrutura que consiste de
pelo menos 2 anéis aromáticos.
„
São obtidos durante a combustão incompleta ou
pirólise da matéria orgânica.
„
Não há legislação brasileira que determine
concentrações limites de HPAs na atmosfera.
„
No ambiente encontram-se na fase gasosa ou
adsorvida em material particulado
26
HPAs associados ao MP
Naftaleno
EPA
Fluoranteno
EPA
Benzo[a]pireno
Acenaftileno
EPA
Pireno
EPA
Acenafteno
EPA
Fluoreno
EPA
Benzo[a]antraceno
EPA
Benzo[e]pireno
Perileno
Criseno
EPA
Antraceno
EPA
Benzo[b]fluoranteno
EPA
Benzo[g,h,i]perileno Indeno[123-cd]pireno
EPA
EPA
EPA: Lista da U.S. EPA
EPA
Fenantreno
EPA
Benzo[k]fluoranteno
EPA
Dibenzo[a,h]antraceno
EPA
: Carcinogênicos
27
HPAs associados ao MP
Efeitos dos HPAs na saúde humana
„
A presença de HPAs no ar atmosférico esta
associada a diferentes e diversos efeitos
causados sobre a saúde da população e dos
trabalhadores como: a carcinogenicidade,
mutagenicidade, genotoxidade,CÂNCER,
especialmente de pulmões.
28
HPA
Carcinogenicidade
Genotoxidade
Mutagenicidade
Classificação da
IARC
Fluoreno
I
L
-
3
Fenantreno
I
L
+
3
Antraceno
N
N
-
3
Fluoranteno
N
L
+
3
Pireno
N
L
+
3
Benzofluorenos
I
I
?
nd
Benzofluorantenos
S
I
+
2B
Ciclopenta[cd]pireno
L
S
+
nd
Benzo[a]antraceno
S
S
+
2A
Criseno
L
L
+
3
Benzo[e]pireno
I
L
+
nd
Benzo[a]pireno
S
S
+
2A
Perileno
I
I
+
nd
Indeno[1,2,3-cd]pireno
S
I
+
2B
Dibenzo[a,c]antraceno
L
S
+
nd
Dibenzo[a,h]antraceno
S
S
+
2A
Dibenzo[a,j]antraceno
L
I
+
nd
Benzo[g,h,i]perileno
I
I
+
3
Antantreno
L
I
+
3
Coroneno
I
I
+
nd
Dibenzo[a,e]fluoranteno
L
N
-
nd
Dibenzopirenos
S
I
+
2B
Dados disponíveis para a
comprovação do efeito:
S=suficientes;
I=insuficientes;
L=informações limitadas;
N=não carcinogênico.
Genotoxicidade foi
avaliada através dos testes
de deterioração do DNA:
aberração cromossômica,
mutagenicidade.
Mutagenicidade (teste de
Ames): + (positivo);
-(negativo);
? (inconclusivo)
Classificação da IARC:
nd=não determinado;
2A=provavelmente
cancerígeno ao homem;
2B=possivelmente
cancerígeno ao homem;
3=não é cancerígeno ao
homem.
29
ENFIM, A MELHOR SOLUÇÃO É
SEMPRE:
„
Prevenir !!!
Prevenção é sempre mais econômica e efetiva que o controle:
„
eficiência da combustão
„
zonas de combustão
„
quantidades adequadas de ar
„
combustíveis mais limpos (gás natural x óleo pesado; biodiesel)
„
manejo de queimadas x meteorologia
Se não foi possível reduzir na fonte ...
EQUIPAMENTOS DE CONTROLE...
30
MONITORAMENTO
MATERIAL PARTICULADO
31
METODOLOGIA BASE
PREPARO DO MEIO DE COLETA
CALIBRAÇÃO DOS INSTRUMENTOS
AMOSTRAGEM
TRATAMENTO DA AMOSTRA
ANÁLISE QUÍMICA
CÁLCULOS
32
1. METODOLOGIA
DE AMOSTRAGEM
33
Normas
Segue-se as recomendações da EPA (40 CFR 58 –
Método IO 2.1):
9 objetivos do monitoramento;
9 disponibilidade
de informações meteorológicas
(umidade, precipitação, radiação solar, temperatura,
velocidade e direção do vento e estabilidade
atmosférica) e de emissões;
9 infraestrutura do local;
9 condições de segurança;
9 as normas de amostragem.
34
Procedimento para Amostragem de
particulado no Ar Atmosférico
A) Escolha do Local de Monitoramento
„
o amostrador deve estar de 2-7 metros do solo;
„
a distância entre os amostradores e os
possíveis obstáculos deve ser deve ser duas
vezes a altura do obstáculo;
„
o amostrador deve ficar afastado em no mínimo
20m de árvores, edifícios ou outros grandes
obstáculos.
35
B) Tipos de amostradores
1) Bombas de Médio Volume (20L min-1)
1)
„
„
„
Preparo dos Filtros
(Método IO 3.1 EPA)
equilibrados
num
ambiente (temperatura e
umidade
controlados)
acondicionado por 24
horas;
pôr no porta filtros, o
suporte do filtro e
posteriormente o filtro;
ajustar esse suporte no
“funil” que é adaptado a
bomba e acoplado ao
separador de partículas.
36
Amostragem
37
2) Amostrador de Grande Volume – Sibata
„
Hi-Vol (500L min-1)
1 – Preparo dos Filtros
2 – Calibração da Bomba
3 – Amostragem
38
2) Amostrador de Grande Volume – Sibata
Amostragem
39
2) Amostrador de Grande Volume – Sibata
Hi-Vol (500L min-1)
bomba de alto volume
com vazão de 500L min-1;
filtro com 110mm de
diâmetro e poro de 0,8
µm;
porta filtros e tripé.
40
3) Amostrador de Grande Volume – Partículas
Totais em Suspensão – AGV-PTS
1 – Preparo dos Filtros
2 – Calibração da Bomba
„
„
Calibrador Padrão de
Vazão (CPV) - indicador
de vazão,
o registrador de vazão é
sensível as alterações
de
temperatura
e
pressão.
41
Amostragem
„
„
capacidade máxima
de 1,7 m3 min-1;
filtros de fibra de vidro
de 203 X 254 mm.
42
4) Amostrador de Grande Volume
Partículas de até 10µm – AGV-PM10
para
1 – Preparo dos Filtros
2 – Calibração da Bomba
„
„
capacidade máxima de
1,13 m3 min-1;
filtros de fibra de vidro de
203 X 254 mm.
43
5) Amostrador de Grande Volume
Partículas de até 2,5µm – AGV-PM2.5
para
1 – Preparo dos Filtros
2 – Calibração da Bomba
„
„
capacidade máxima de
1,13 m3 min-1;
filtros de fibra de vidro de
203 X 254 mm.
44
5) Amostrador de Grande Volume
Partículas de até 2,5µm – AGV-PM2.5
para
CABEÇA DE SEPARAÇÃO
(ENTRADA)
Funcionando por impactação, a
cabeça é dotada de um conjunto de
40 boqueiras que aceleram o ar de
coleta para dentro de uma câmara
de impactação, onde partículas
maiores que 2,5 µm ficam retidas
numa camada oleosa. A fração de
ar com partículas menores que 2,5
µm (MP2,5) é carreada para fora da
câmara e dirigida para um filtro de
coleta
(fibra
de
vidro
ou
microquartzo), onde ficam retidas as
partículas.
45
6) Impactador em cascata – MOUDI
„
„
„
„
Impactador inercial em
cascata com deposição
uniforme.
disponível em versões 8
e 10 estágios:
8 estágios (em µm) - 18
(inlet); 10; 5,6; 3,2; 1,8;
1,0; 0,56; 0,32 e 0,18.
10 estágios - inclui os
diâmetros de corte acima
e + de 0,1 µm e 0,056
µm.
46
6) Impactador em cascata – MOUDI
„
Princípio de Operação
Em cada estágio o fluxo de ar atinge a
placa de impactação, e partículas
maiores que o diâmetro do estágio
são coletadas. As partículas menores
são coletas no próximo estágio onde
os orifícios são menores. Ao
passarem por estes orifícios menores
sofrem um aumento de velocidade,
fazendo com que partículas com um
certo diâmetro sejam impactadas,
selecionando assim um novo diâmetro
de corte, assim sucessivamente até o
estágio final.
47
6) Impactador em cascata – MOUDI
Diagrama típico do estágio do Moudi
48
2. TÉCNICAS ANALÍTICAS
49
2. TÉCNICAS ANALÍTICAS
Análise de metais
a) Lavagem de material
material
imerso 24hs
Extran 5%(v/v)
material
água corrente
imerso 48hs
HNO310%(v/v)
material
seco à 400C
água ultrapura
Milli-Q
Material descontaminado
50
b) Análise Qualitativa e Quantitativa – Metais
Filtros
2 mL de HCl
Extração 950C/2hs
10 - 20 mL de
água Milli-Q
5 mL de HNO3
Extrato
Filtração
Avolumar a 50mL
água Milli-Q
Amostra
51
ICP-OES (Espectrometria de emissão por plasma indutivamente
acoplado)
Método IO-3.4 – EPA
OU
EAA-FG (Espectometria de absorção atômica com forno de grafite)
Método IO-3.2 - EPA
OU ....
52
2. TÉCNICAS ANALÍTICAS
Análise de HPAs
a) Lavagem de material
material
imerso 24hs
Extran 5%(v/v)
material
água
corrente
água ultrapura
Milli-Q
seco à 400C
Material descontaminado
53
b) Análise Qualitativa e Quantitativa – HPAs/ Método
3550b e 8270c - EPA
50 mL de
diclorometano
Filtros
Ultrassom 15 min
Extrato
Faz-se este
procedimento
por três vezes e
no 4º ciclo
adiciona-se 100
mL de CH2Cl2.
Filtração
Concentrar até 2mL
Amostra
54
Cromatógrafo de fase gasosa de alta resolução
acoplado ao espectrômetro de massas (CGAR/EM).
55
... este excelente véu que nos protege, o ar,
vejam só, este bravo firmamento, teto
majestoso riscado pela luz dourada, não me
parece mais do que uma congregação de
vapores pestilentos...
William Shakespeare, Hamlet, 2º ato, cena 2
56
Bibliografia
„
BAIRD, COLIN. Química Ambiental. Bookman, 2002.
„
BRAGA, B. e outros. Introdução à Engenharia Ambiental.
Pearson – Prentice Hall, 2005.
„
FINLAYSON-PITTS, B. J.; PITTS, Jr., J. N. Chemistry of the
Upper and Lower Atmosphere: Theory, Experiments, and
Applications. Elsevier Science & Technology, 1999.
„
SEINFELD, J. H.; PANDIS, S. N. Atmospheric Chemistry and
Physics. From Air Pollution to Climate Change. John Wiley &
Sons, 1998.
57
Obrigada!
[email protected]
58