CP – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global
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Engenharia do Ambiente Poluição do Ar Luís Miguel Nunes Universidade do Algarve Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente Portugal Poluição do Ar 1.Definições 2.Transformação de Unidades C.P. - Definições Aerossóis - partículas sólidas ou líquidas em suspensão num meio gasoso, com uma velocidade de queda irrelevante e cujo tamanho excede normalmente o de um colóide (de 1 nanómetro a 1 micrómetro); Chaminé - conduta de direcção ou controlo da exaustão de fumos ou aerossóis de estabelecimentos industriais; Concentração excessiva - concentração provocada por efeitos aerodinâmicos criados pela fonte emissora ou por obstáculos, naturais ou artificiais, que seja, pelo menos superior em 40% à concentração verificada na ausência dos referidos efeitos aerodinâmicos; Emissão difusa - qualquer emissão de poluentes para a atmosfera que não é feita através de um dispositivo preparado para dirigir ou controlar; Fonte de emissão - ponto de origem, fixo ou móvel, de poluentes atmosféricos; Fumos - efluentes gasosos que contenham emissões sólidas, líquidas ou gasosas, exprimindo-se o respectivo caudal volúmico em metros cúbicos por hora (Nm3/h), às condições de temperatura e de pressão normais, 0C e 101,3 kPa, após dedução do teor de vapor de água; C.P. - Definições Mediana - corresponde, numa série ordenada de N valores de concentração de um dados poluente, arredondado ao micrograma por metro cúbico mais próximo, ao valor de ordem K calculado a partir de K = inteiro (0,5 N) + 1; Normas de emissão - normas que estabelecem os valores máximos de emissão de poluentes atmosféricos provenientes de fontes de emissão fixas ou móveis; Normas da qualidade do ar - normas que estabelecem os valores limites e valores guias das concentrações de poluentes atmosféricos no ar ambiente; Percentil - corresponde, numa série de N valores de concentração de um dado poluente, arredondado ao micrograma por metro cúbico mais próximo e ordenados por ordem crescente, ao valor de ordem K calculado a partir de K = inteiro (P / 100 N) + 1, em que P é o percentil; Poluentes atmosféricos - substâncias ou energia que exerçam uma acção nociva susceptível de pôr em risco a saúde humana, de causar danos aos recursos biológicos e aos ecossistemas, de deteriorar os bens materiais e de ameaçar ou prejudicar o valor recreativo ou outras utilizações legítimas do ambiente; Próxima - a distância que se encontra num raio de até cinco vezes a menor dimensão (altura ou largura) de uma estrutura, desde que não seja superior a 500 m; C.P. - Definições Valor guia da qualidade do ar - concentração no meio receptor de um determinado poluente atmosférico, a qual serve como ponto de referência para estabelecer regimes específicos em determinadas zonas, com vista à protecção, a longo prazo e com uma suficiente margem de segurança, da saúde humana, do bem-estar das populações da qualidade do ambiente; Valor limite de emissão - concentração ou massa de poluentes contidos nas emissões provenientes das instalações, que não deve, durante um período determinado, ser ultrapassada; Valor limite da qualidade do ar - concentração máxima no meio receptor para um determinado poluente atmosférico, cujo valor não pode ser excedido durante períodos previamente determinados, com vista à protecção da saúde humana e preservação do ambiente. Condições Standard para Volumes de Gases - Um metro cúbico normal (Nm3) é a expressão métrica do volume de um gás nas condições standard de pressão e temperatura, i.e., a 0 ºC e 1 atmosfera (101,3 kPa). C.P. – Conversão de unidades As concentrações de poluentes gasosos na atmosfera são expressas, quer como massa por unidade de volume (e.g., mg/m3), quer como volume por unidade de volume (e.g., ppm ou ppmv). A determinação da massa por unidade de volume deve levar em consideração a temperatura e a pressão - ambas fazem variar o volume. As relações que permitem a interconversão entre as unidades de massa por volume e volume por volume são as seguintes: ppmv M = V0 T0 P 10 6 T P0 mg m -3 V0 ppmv = M P0 T 106 T0 P mg m -3 em que M é a massa molar, V0 o volume molar de um gás ideal, 22,4 x 10-3 m3 mol-1 (a 273 K e 101,3 kPa); T0 = 273,15 K. Tenha sempre em atenção que a massa molar do gás deve ser representada nas mesmas dimensões das da concentração, por forma a manter a expressão homogénea. C.P. – Conversão de unidades Exemplo: Considere-se a conversão de 20 mg/m3 de NO2 para ppmv a 25 ºC e pressão constante. A massa molar do NO2 é de 46,01 g/mol. Vem, então mg m 3 20 mg / m3 22,4 x10 3 m3 / mol 273,15 25,0 ppmv : 106 3 273,15 46,01 x10 mg / mol 10,6 x10 6 106 10,6 ppmv Para converter de g m-3 para ppbv é suficiente usar unidades homogéneas nas expressões e alterar o expoente no último termo para 9. É evidente que para qualquer outra conversão entre unidades basta alterar o valor do expoente, desde que se mantenham unidades homogéneas. C.P. – Efeito da altitude A concentração de um poluente expresso em massa por unidade de volume de ar atmosférico ao nível do mar decrescerá com o aumento da altitude, como consequência do decréscimo da pressão (a evolução da temperatura não é tão regular, como veremos mais tarde). A variação da pressão com a altitude é dada pela expressão Pa a 0,9877 100 em que a é a altitude em metros. A concentração a uma dada altitude, Ca, pode então ser calculada pela expressão, Ca C desde que se mantenham as restantes condições. a 0,9877 100 C.P. – Efeito da altitude Pa = 0,9887 a/100 Ca C 12000 a 0,9877 100 10000 Altitude (m) 8000 6000 4000 2000 0 0 0.2 0.4 0.6 C(a)/C(0) 0.8 1 1.2 C.P. – Corrigir para gás seco Se uma emissão é feita num efluente húmido com uma fracção de água, em volume, igual a w, então, Cs Ch 1 (1 w) Em que Cs e Ch são a concentração equivalente para o gás seco, e a a concentração para o gás húmido, respectivamente. Por exemplo: Um efluente emitido com uma concentração de 40 ppmv num gás com 10%, em volume, de vapor de água tem Cs = 40 / (1-0,1) = 44,44 ppmv C.P. – Converter para teor em O2 Se uma emissão é feita num efluente com uma percentagem de volume de oxigénio, m, e se pretende converter para uma outra percentagem, r, então: Cr Cm (20,9 r ) (20,9 m) Com Cm e Cr as concentrações para m e r % de O2 no gás efluente, respectivamente. Por exemplo: Converter a concentração 45 ppmv (gás seco) de NOx num efluente com 5% de O2 para 8% de O2 (como exigido na legislação). C8% = 45 . (20,9-8)/ (20,9-5) = 36,51 ppmv C.P. – Escalas de trabalho Micro-escala (0-1 km) Escala local (1-10 km) Escala regional – mesoescala (10-1000 km) Escala global (>1000 km) C.P. – Estrutura vertical da atmosfera EXOSFERA Atmosfera muito rarefeita com moléculas de gases escapando à gravidade da Terra TERMOSFERA Ionosfera A temperatura sobe novamente a +500 ºC, por vezes mais MESOPAUSA MESOSFERA ESTRATOPAUSA Ozonoesfera ESTRATOSFERA Avião supersónico TROPOPAUSA TROPOSFERA Aviões de médio e longo curso Fenómenos atmosféricos Superfície C.P. – Tipo de fontes e emissões Fontes estáticas e móveis Tipo de geometria (pontual, área, volume, linha) Fontes compostas Fontes directas e indirectas Emissões permanentes e instantâneas C.P. – Tipo de fontes Estáticas Móveis C.P. – Tipo de fontes Pontuais C.P. – Tipo de fontes Área/volume C.P. – Tipo de fontes Linha C.P. – Tipo de fontes Compostas C.P. – Tipo de fontes Directas x indirectas C.P. – Tipo de fontes Permanentes x Instantâneas C.P. – Tipo de fontes - emissões In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02 C.P. – Fontes/receptores A concentração de um poluente no receptor depende de: Quantidade emitida Dispersão mecânica e difusão molecular Alterações químicas Interacções atmosféricas Qualidade do ar Emissões Fontes Receptores C.P. – Poluentes atmosféricos Comuns em ambientes urbanos dióxido de enxofre matéria particulada monóxido de carbono hidrocarbonetos óxidos de azoto oxidantes fotoquímicos nitratos sulfatos chumbo fluoretos odores mat. org. polinuclear Particularmente perigosos chumbo mercúrio cádmio asbestos Fonte específica arsénio cloro (g) ácido clorídrico cobre manganés níquel vanádio zinco bário boro crómio selénio pesticidas subst. radioactivas C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos Saúde humana e efeitos nos materiais Depleccção do ozono estratosférico Deposição ácida . Gases vestigiais Diminuição da visibilidade Nevoeiro fotoquímico Efeito de estufa C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos Gás Concentração média actual Tempo de residência médio Efeito de estufa Depleção do ozono estratosférico CO2 350 ppm 100 anos + +/- CH4 1,7 ppm 10 anos + +/- NOx 10-3 - 103 ppb dias N2O 310 ppb 170 anos + SO2 0,03 - 50 ppb dias a semanas - CFCs 3 ppb (Cl) 60 - 100 anos + O3 20 - 100 ppb dias + + COVs 1 - 100 ppb dias + + +/- Nevoeiro fotoq. Dep. ácida Diminuição da visibilidade + + + + + +/- + C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos Constituinte O3 NO2 Aerossóis PAN Outras espécies Características Constituinte primário. Gás incolor com cheiro forte. Gás castanho claro com odor a lixívia. Causa primária do nevoeiro acastanhado. Partículas suspensas no ar, líquidas ou sólidas, de tamanho da ordem do mícron. A composição não é constante e normalmente não é completamente conhecida. Causa primária de redução da visibilidade em dias de nevoeiro. Família de cinco compostos encontrados em concentrações reduzidas na atmosfera (ordem de algumas ppb quando comparado com 100 ppb do ozono). Acroleína, formaldeído, e um grande conjunto de outras espécies ainda não separadas nem caracterizadas. Efeitos na Saúde Humana e Materiais Irritante das mucosas das membranas a baixas concentrações, pode provocar tosse, fatiga, e interferência com a função pulmonar quando em concentrações elevadas. Danos graves nas plantas, ruptura da borracha, e corrosão dos metais ferrosos. Irrita os olhos e nariz e pode causar aumento da susceptibilidade a doenças infecciosas. Restringe o crescimento das plantas. Responsáveis pelo transporte de outros poluentes para o sistema respiratório (e.g., gases absorvidos). Provocam danos graves nas plantas. Algumas espécies provocam irritação da vista. Os efeitos na saúde pública não são conhecidos, mas são provavelmente importantes e detrimentais. C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos Tetraclorometano O3 Tricloroeteno H2S SO2 NH3 CO2 Aquecimento global C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV Os cinco gases de origem antropogénica que mais contribuem para o aumento do efeito de estufa, e as respectivos contributos. Gás de estufa Contribuição relativa (%) CO2 55 CH4 26 O3 troposférico 9 CFCs 8 N2O 2 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV Principais gases raros, as suas características e impactes futuros no aquecimento global C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global (cont.) C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV Tendências de evolução da temperatura ambiente nos últimos 100 anos In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV Tendências de evolução da precipitação nos últimos 100 anos In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV In: "Climate Change 2001: The Scientific Basis”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/, em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV In: “Analysis and comparison of national and EU-wide projections of greenhouse gas emissions. Topic report No 1/2002”. Martin Cames, Wolf Garber, Ann Gardiner, Jelle van Minnen, Bernd Strobel, Peter Taylor and Detlef van Vuuren European Topic Centre on Air and Climate Change. European Environment Agency. EEA, Copenhagen 2002 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV Previsões para acréscimos da temperatura ambiente entre o período 1961-1990 e 2071-2100 In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV Previsões para acréscimos da temperatura ambiente entre o período 1961-1990 e 2071-2100 In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global CO2, CH4, N2O, CFC, O3, COV Previsão para o número de espécies de vertebrados ameaçadas de extinção por alteração do habitat In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global: Consequências em Portugal Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Evolução da temperatura média em Portugal continental nos últimos 70 anos Climate Change in Portugal. Scenarios, Impacts and Adaptation Measures" (SIAM) - Recursos hídricos, In: "Alterações Climáticas em Portugal Cenários, Impactos e Medidas de Adaptação", 2006, Gradiva, ISBN: 989-616-081-3. Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Evolução da temperatura média no sul de Portugal (Évora e Beja) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Evolução sazonal da precipitação Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Evolução sazonal da precipitação - frequência Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Razão entre a precipitação no período 1961-1990 e 1931-1960 Inverno Verão Anual Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Índice 4.00 e acima 3.00 a 3.99 2.00 a 2.99 0,50 a 1.99 0,49 a –0,49 -0,50 a –1,99 -2,00 a –2,99 -3,00 a – 3,99 -4,00 ou menos Descrição Período de pluviosidade extrema Período de pluviosidade severa Período de pluviosidade moderada Período de pluviosidade ligeira Período de pluviosidade normal Período de seca ligeira Período de seca moderada Período de seca severa Período de seca extrema Índice de severidade da seca de Palmer (PDSI) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Exemplo do valor PDSI para o ano 2005 Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Modelos de previsão: Modelo à escala global (HadCM) Modelo à escala regional (HadRM) Had: Hadley Centre for Climate Prediction and Research, UK Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Modelo à escala global (HadCM) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da temperatura máxima de Verão: HadCM (2071-2100) ºC Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da temperatura na Península Ibérica: incerteza Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da precipitação no Verão: HadCM (2071-2100) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Modelo à escala regional (HadRM) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da temperatura máxima de Verão: HadRM (2080-2100) (1961-1990) (2080-2100) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da temperatura mínima de Inverno: HadRM (2080-2100) (1961-1990) (2080-2100) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução do número de dias com T>35 ºC: HadRM (2080-2100) Nº de dias (1961-1990) (2080-2100) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da anomalia na precipitação: HadRM (2080-2100) versus (1961-1990) (Inverno) (Verão) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da precipitação em pontos de Portugal: Anomalias na precipitação Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsões para a evolução da precipitação: HadRM (2080-2100) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Impactes previstos: Floresta e biodiversidade Recursos hídricos Agricultura Energia Saúde humana Zonas costeiras Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Produção primária líquida (g C/m2.ano) (Actual) (Cenário futuro) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Bioclimas Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Risco de incêndios O valor do SSR (Seasonal severity ratings). O valor deste indicador Quando superior a 7 indica um potencial de condições de fogo extremo muito elevado. O SSR ratio indica a razão entre o valor futuro deste indicador face ao actual. Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsão para o número de espécies de vertebrados ameaçadas de extinção por alteração do habitat (global) In: "Climate Change and Biodiversity. IPCC Technical Paper V”. Painel Intergovernamental das Nações Unidas para as Alterações Globais. Descarregado de: http://www.ipcc.ch/pub/tpbiodiv.pdf em 12/09/02 Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Previsão do número de espécies afectadas (apenas Reserva Natural do Estuário do Sado) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Vulnerabilidade das áreas protegidas às alterações climáticas Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Recursos hídricos Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Recursos hídricos: Bacias hidrográficas Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Escorrências superficiais previstas para os anos 2050 e 2100: HadCM3 A alimentação das barragens será seriamente comprometida; Os caudais ecológicos nos rios poderão não ser mantidos Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Recargas de aquíferos previstas para os anos 2050 e 2100: HadCM3 (2050) (2100) Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100 Quaternário de Aveiro Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100: HadCM3 Bacia do Sado Efeitos dos poluentes atmosféricos – aquecimento global Níveis piezométricos previstos para os anos 2005 e 2100: HadCM3 Aquífero Querença-Silves Ozono estratosférico C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – rarefacção da camada de ozono estratosférico Principais clorofluorcarbonetos e outros halocarbonetos que afectam a camada de ozono estratosférica por fotodissociação e libertação de Cl desemparelhado Exemplos das reacções químicas básicas que ocorrem na camada de ozono estratosférico C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – rarefacção da camada de ozono estratosférico C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – rarefacção da camada de ozono estratosférico In: “Ozone Bulletin and data”. Descarregado de: http://www.wmo.ch/web/arep/ozone.html em 12/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – rarefacção da camada de ozono estratosférico Ozono estratosférico no hemisfério sul Qualidade do ar troposférico C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico In: “Fact sheet: Air Quality Term 2001”. Eupean Environment Agency. Descarregado de: http://themes.eea.eu.int/ all_factsheets_box Em 12/02/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico Directivas Comunitárias In: “Fact sheet: “Air Quality Term 2001”. Eupean Environment Agency. Descarregado de: http://themes.eea.eu.int/all_factsheets_box Em 12/02/02 Ozono troposférico C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico - ozono C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico - ozono C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico - ozono Valores de referência para a qualidade do ar na UE - ozono No 5º Programa de Acção na Área do Ambiente da União Europeia (5º EAP) ficou estabelecido que a UE seguiria os valores estabelecidos pela Organização Mundial de Saúde para a qualidade do ar. Os valores apresentados abaixo já reflectem as últimas actualizações desta organização. Description Criteria based on Value WHO Protection of public health maximum of floating 8-h average concentration 120 g.m-3 Protection of agricultural crops of yield loss of 5% accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 3 months (May-July) 3 ppm.h Protection of natural and semi-natural vegetation accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 3 months (May-July) 3 ppm.h Protection of forest trees accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 6 months (Apr-Sept) 10 ppm.h Evaluation of ecological risk AOT40 values for receptor specific annual time periods should be average over 5 years receptor specific values Protection of sensitive species from short-term acute effects accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 5 days when vapour pressure deficit > 1.5 kPa 0.5 ppm.h Protection of sensitive species from short-term acute effects accumulated ozone dose above a cut-off of 40 ppb (AOT40) for daylight hours (i.e. >50 W.m-2 potential global radiation) over 5 days when vapour pressure deficit < 1.5 kPa 0.2 ppm.h In: “Tropospheric Ozone in EU - The consolidated report. Topic report No 8/1998”. EEA (European Environment Agency) Valores de referência para a qualidade do ar na UE - ozono Threshold value set by Excesso de ozono troposférico a cima dos 75 ppb C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico - ozono In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico - ozono Concentrações médias de ozono na troposfera e estratosfera In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02 Nevoeiro fotoquímico C.P. – Alterações químicas Formação e oxidantes - Modelo Simplista. 1 NO2 + Luz NO 2 O + O2 O3 3 O3 + NO NO2 4 O + HC HCO- 5 HCO- + O2 HCO3- 6 HCO3- + HC Aldeídos, cetonas, etc. 7 HCO3- + NO 8 HCO3- + O2 9 HCO3- + NO2 + O + O2 HCO2- + NO2 O3 + HCO2- PAN C.P. – Alterações químicas formação de ozono Formação de oxidantes - Mecanismo detalhado de 15 reacções em cadeia. 1 NO2 + hv NO + O 9 HO2 + NO OH + NO2 2 O + O2 + M O3 + M 10 HO2 + NO2 HNO2 + O2 3 O3 + NO NO2 + O2 11 HC + O RO2 4 O3 + NO2 NO3 + O2 12 HC + OH RO2 5 NO3 + NO2 2 HNO3 13 HC + O3 RO2 6 NO + NO2 2 HNO2 14 RO2 + NO NO2 + OH 7 HNO2 + hv OH + NO 15 RO2 + NO2 PAN 8 CO + OH CO2 + HO2 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico – nevoeiro fotoquímico Concentração de sulfato na forma de aerosol na Europa em 21 Julho 1990 (µg S/m3); In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – Qualidade do ar troposférico – nevoeiro fotoquímico Visibilidade (km)na Europa em 21 Julho 1990, 12.00 GMT In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02 Precipitação ácida C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida Emissões Deposição Partículas Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001. Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02 Efeitos Situação na Europa – previsão obtida por modelação C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida Tolerânca de alguns animais ao pH da água Trutas Percas A Percas B Sapo Salamandras Ameijoas Lagostim Caracóis Mosca de água ord.Ephemeroptera C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida Unidades: moles de Ca /ha-ano Absorção de Ca pelas plantas Ca disponível no solo Entrada de Ca A partir da chuva e neve Ca perdido para águas superficiais Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001. Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02 Ciclo do cálcio – efeito da acidificação (exemplo no Nordeste dos EUA) C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida Efeito da acidificação O Ca e o Mg são lixiviados do solo Perda de cálcio pelas membranas das folhas O Al é mobilizado e assimilado pela planta Diminuição da tolerância ao frio Aumento da gravidade das lesões pelo gelo Alterações graves das funções de nutrição e radiculares Alumínio Cálcio e magnésio Adptado de: “Acid Rain Revisited”, Science Links, 2001. Descarregado de: http://www.hbrook.sr.unh.edu/hbfound/report.pdf, em 13/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida Efeito da precipitação ácida em monumentos Estátua alemâ em calcário, datada de 1702 fotografada em 1908 (esquerda) e 1969 (direita). Fotografia: Westfäliches Amt für Denkmalpflege. C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida Emissões Europeias (em Megatoneladas) In: “Europe's Environment - The Dobris Assessment - Chapter 4”, EEA, 2001. Descarregado de http://reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004new.html , em 13/09/02 C.P. – Efeitos dos poluentes atmosféricos – precipitação ácida Modelação C.P. – Transporte – gradiente vertical de temperatura Transporte convectivo vertical O gradiente de temperatura na atmosfera é o principal determinante do transporte convectivo vertical. O gradiente de temperatura é representado por =- T z em que é o gradiente térmico, T a temperatura, e z a altura em metros. Gradientes térmicos Gradiente adiabático real, real, gradiente efectivo na atmosfera, normalmente entre 4 e 7 C/km; Gradiente adiabático seco, seco, história da temperatura percorrida por uma parcela de ar seco quando ascende ou desce na atmosfera devido a forças de flutuação e momento, igual a 9,8 C/km; Gradiente pseudoadiabático (ou adiabática saturada), sat, idêntico ao anterior para uma parcela de ar saturada de vapor de água, igual a 6 C/km. Como se verifica na figura seguinte, gradiente térmico predominante na atmosfera é positivo. Isto é, a temperatura decresce com a altitude na baixa atmosfera (0-5 km). C.P. – Transporte – gradiente vertical de temperatura À medida que uma parcela de ar sobe na atmosfera a temperatura altera-se como consequência dos seguintes factores: Transferência de calor - a diferença de temperatura entre a parcela e o meio promove a transferência de energia da parcela para o meio. Ceteris paribus (os restantes factores iguais), a temperatura da parcela diminui. Expansão - pressão atmosférica diminui com a altitude, como resultado a parcela expande, enquanto sobe. Ceteris paribus, a expansão provoca a diminuição da temperatura. Condensação - à medida que a temperatura decresce a humidade na parcela condensa para manter as condições de saturação. A condensação é acompanhada por uma libertação de energia equivalente à entalpia de condensação. Ceteris paribus, a libertação de energia reduz a velocidade de diminuição da temperatura. C.P. – Transporte – gradiente vertical de temperatura Inversão térmica Altitude (m) 1200 real 1000 2ª camada de mist ura seca 800 Camada de inversão 600 Altura de mistura 400 Profundidade 1ª camada de mist ura 200 de mistura 0 0 5 10 15 Temperatura (ºC) 20 25 30 C.P. – Transporte – gradiente vertical de temperatura Perfis verticais de temperatura (GRACE Mission. GFZ,UCAR and NCEP). GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ). GFZ Potsdam, Division 1 Registo vertical horário de temperatura, humidade relativa, pressão, velocidade e direcção do vento na estação de Tampa, Florida (NOAA) C.P. – Transporte – modelos Tipo de modelos Gaussiano Numérico Estatístico Físico Modelo físico de uma pluma C.P. – Transporte – modelos Gaussianos Modelo Gaussiano Pressupostos Emissão contínua Conservação de massa Condições de regime permanente Os gradientes de concentração ao longo e perpendiculares ao eixo de escoamento seguem uma distribuição Gaussiana (normal) (18) C.P. – Transporte – modelos Gaussianos Modelo Gaussiano y 2 H z 2 H z 2 Q ( x , y , z; H ) exp 2 exp exp 2 2 2u y x 2 2 2 y z z = Concentração do poluente, g m-3 Q = Caudal emitido, g s-1 u = velocidade do vento no topo da chaminé, m s-1 y = desvio padrão da distribuição de concentração na direcção perpendicular ao escoamento, à distância x z = desvio padrão da distribuição de concentração na direcção vertical, à distância x = 3.1415926 H = Altura efectiva de emissão C.P. – Transporte – modelos Numéricos Examplo de modelos numéricos ISCST3/PRIME AERMOD CALPUFF Regime permanente; simula o transporte e dispersão a partir de fontes múltiplas em área ou volume, em orografias simples ou complexas;usa as classes de estabilidade de Pasquill-Guiford;até aos 50 km;simula deposição seca e húmida Regime permanente; simula o transporte e dispersão a partir de fontes múltiplas em área ou volume, em orografias simples ou complexas; usa a teaoria da camada limite; até aos 50 km Multi-camada, multiespécies, não permanente; simula o transporte, dispersão e transformação a partir de fontes múltiplas em área, volume ou linha, em orografias simples ou complexas; usa a teaoria da camada limite; até aos 700 km C.P. – Transporte – modelos Factores do emissor Localização geográfica Características do local Concentração do poluente e características Densidade do gás, velocidade, temperatura e pressão Altura e diâmetro da chaminé Monitorização C.P. – Dispositivos para medição de emissões princípios Espectro electromagnético – possibilidade de interferências C.P. – Dispositivos para medição de emissões princípios Métodos para análise de emissões Extractivos In situ C.P. – Dispositivos para medição de emissões princípios Laguns métodos analíticos usados em métodos extractivos Espectroscopia de absorção Luminescência Outros Infra-vermelho Ultra-violeta Fluorescência Quimioluminescência Cromatografia em fase gasosa Espectroscopia de emissão atómica C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Infra-vermelho (IV) não dispersivo - absorção (Hg-Cd, MCT, PbS, As2Se3 Lei de Beer-Lambert Tr=I/I0=e-(l). c. l I (N ou Ar) I0 I0 I0 c=1/((l). l) log(1/Tr) (desde que se use o comprimento de onda em que se verifique absorvância zero como referência) Tr: transmitância da luz através do gás; I0: intensidade da luz afluente /s I: intensidade da luz efluente /s (l): coeficiente de absorção molecular (f(g)); c: concentração do poluente; l: distância que a luz atravessa C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Ultra-violeta (UV) não dispersivo - absorção Lei de Beer-Lambert Tr=I/I0=e-(l). c. l c=1/((l). l) log(1/Tr) Tr: transmitância da luz através do gás; I0: intensidade da luz afluente /s I: intensidade da luz efluente /s (l): coeficiente de absorção molecular (f(g)); c: concentração do poluente; l: distância que a luz atravessa C.P. – Dispositivos para medição de emissões Qualidade ambiente - UV O3 Aplicações: • Qualquer 1008 UV (Amko Systems Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões Qualidade ambiente – Fluorescência UV SO2, H2S Aplicações: • Qualquer 4108 UV (Amko Systems Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Fluorescência pelo UV (SO2) SO2 + hv (210 nm) SO2* (excitado) SO2 + hv´ (240-410 nm) C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Quimioluminescência pelo Ozono (NO) – 1º passo NO + O3 NO2* + O2 NO2* NO2 + hv (600-900 nm) C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Quimioluminescência pelo Ozono (NO+NO2) – 2º passo O dióxido de azoto é convertido cataliticamente (aquecimento) a NO; são medidos NO + NO2 (na forma de NO): NOx. O NO2 é determinado pela diferença NOx - NO C.P. – Dispositivos para medição de emissões Qualidade ambiente – Quimiofluorescência UV NOx Aplicações: • Qualquer CLD 700 AL (Amko Systems Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Cromatografia – ionização à chama ( para compostos orgânicos) C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Cromatografia – fotoionização ( para compostos orgânicos) R + hv R+ + eEm que R é um composto orgânico e hv é normalmente emitida por uma lâmpada UV (eV entre cerca de 8 e 12). eV Como diferentes quantidades de energia são necessárias para ionizar diferentes comspostos orgânicos é possível analisar diferentes classes de compostos, bastando para tanto alterar a intensidade da radiação emitida C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Cromatografia – fotoionização relativa de alguns gases C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Espectrometria de massa C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Cromatografia em fase gasosa com espectrómetro de massa (a cromatografia gasosa em conjunto com espectrometria de massaGCMS) C.P. – Dispositivos para medição de emissões – princípios – métodos extractivos Espectrometria de massa (Metais) C.P. – Dispositivos para medição de emissões Ionização à chama Hidrocarbonetos voláteis Aplicações: Model 10 (Vig Industries, Inc.) • Qualquer C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ - IV SO2, NO, NO2, NH3, T Aplicações: Centrais termo-eláctricas; Incineradoreas de RSUs; Indústria de vidro, papel; Petroquímicas; Cimenteiras; GM 31 MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER (Amko Systems Inc.) Etc. C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ - UV HCl Aplicações: • Incineradoreas de RSUs; • Indústria de vidro e alumínio; • Indústria química; • Cimenteiras. GM 920 HCL (Amko Systems Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ – infra-vermelho CO Aplicações: • Centrais termo-eléctricas; • Indústria metalúrgica; • Indústria química; GM 921 CO (Amko Systems Inc.) • Cimenteiras. C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ – infra-vermelho CO2, H2O Aplicações: • Centrais termo-eléctricas; • Incineradoras de RSUs; • Indústria de papel e textil. GM 500 (Amko Systems Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ – IV Partículas Aplicações: • Cimenteiras; • Unidades produtoras de asfalto; • Centrais termo-eléctricas; • Indústria vidreira; • Indústria metalúrgica; OMD 41 (Amko Systems Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ – IV Partículas Aplicações: • Qualquer OMD 41 (Amko Systems Inc.) P5B (ESC, Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ – Portátil Multiparamétrico: O2, CO, NOx, SO2 Aplicações: • Qualquer ECOM-A+ 2.5 (Amko Systems Inc.) C.P. – Dispositivos para medição de emissões In situ – Emissões automóveis Multiparamétrico: Hidrocarbonetos totais, CO, CO2, O2, NO/NOx, HC, N2O, SO2, CH4 Aplicações: • Gases de escape MEXA 7000 V2 (HORIBA) Controlo de emissões C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Filtros de mangas – unidades móveis Trunkline (TM) (Air Cleaning Technologies Inc.) (Adwest Technologies Inc.) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Filtração C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Filtração – efluente húmido C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Venturi Mystaire Venturis (Misonix Inc.) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Scrubbers Mystaire Waterweb® (Misonix Inc.) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Scubbers de alta eficiência Sonimist pretreatment chamber (Misonix Inc.) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Colunas de adsorção Mystaire MVS (Misonix Inc.) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Precipitadores electroestáticos (Environmental Elements Corporation) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Filtros de mangas (Environmental Elements Corporation) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Ciclones (Adwest Technologies Inc.) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Incineração/oxidação Retox RTO (Adwest Technologies Inc.) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Incineração Consumat (R) (Consultech Systems) C.P. – Dispositivos para controlo de emissões Oxidação catalítica Dispersão horizontal Distância a sotavento (km) Dispersão vertical Distância a sotavento (km)
