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POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL Ciências do Ambiente – 1703103 Turma 01 – Quinta 09:00 às 12:00 Prof. Leonardo Vieira Soares 2 Composição atual da atmosfera Fonte: MORAN, J. M.; MORGAN, M. D.;WIERSMA, J. H. Introduction to Environmental Science, 1986. Adaptado por Prof. Mierzwa (EP/USP). 3 Camadas da Atmosfera Fonte: Notas de Aula Prof. Mierzwa (EP/USP). Mesosfera Ionosfera (Aurora) Tropopausa Camada de Ozônio Terra Troposfera Estratosfera 10.000 Km A tm o sf er a Su p er io r B ai xa A tm o sf er a Estudo da Poluição do Ar 4 “Modificações sofridas pela atmosfera natural, que possam, direta ou indiretamente, causar prejuízos ao homem, criando condições nocivas à sua saúde, segurança e bem estar, prejuízos à fauna e à flora e, ainda, prejuízos aos demais recursos naturais em todas as suas utilizações consideradas normais.” Definição de Poluição Atmosférica Componente Ar normal Ar poluído Nitrogênio 78,08% 78,08% Oxigênio 20,95% 20,95% Argônio 0,93% 0,93% Dióxido de Carbono 0,031% 0,055% Monóxido de Carbono 0,00009% 0,036% Dióxido de Enxofre 0,00002 ppm 0,03 ppm Dióxido de Nitrogênio 0,0005 - 0,02 ppm 0,12 – 0,25 ppm ppm: parte por milhão. Quando a quantidade de poluentes não é grande, pode haver uma dispersão dos mesmos no ar sem maiores problemas “Condições de Autodepuração do Ar” 5 A poluição do ar pode originar-se de fontes naturais e antrópicas (interferência do homem). Fontes naturais: 1. Vulcões (SO2); 2. Florestas (queimadas = SO2, NOx e CO2); 3. Decomposição anaeróbia de matéria orgânica (H2S e CH4); 4. Desnitrificação por bactérias (NOx). Fontes de Poluição Atmosférica 6 As principais fontes antrópicas de poluição do ar, ou seja, resultantes das atividades humanas, são: 1. Indústrias; 2. Meios de transporte; 3. Destruição e queima da vegetação; 4. Queima de combustíveis; 5. Queima do lixo; 6. Aplicação de agrotóxicos; 7. Fermentação de resíduos (dejetos, lixo etc); 8. Uso de “sprays”, refrigeração, fabricação de espumas plásticas e solventes; 9. Compostos radioativos. Fontes de Poluição Atmosférica Fonte estacionária Fonte móvel 7 Principais poluentes atmosféricos, suas origens e consequências. Principais Poluentes Atmosféricos 8 Principais poluentes atmosféricos, suas origens e consequências. Principais Poluentes Atmosféricos 9 Temperatura (Estabilidade Atmosférica) Características Ambientais e a Poluição do Ar Resfriamento adiabático •A condição meteorológica desejável para dispersar poluentes no ar é a instabilidade térmica, porque os gases devem subir, expandir-se e espalhar-se. 10 Inversão térmica • Devido à mudanças meteorológicas (velocidade do vento, turbulência atmosférica, isolação térmica, precipitação etc), essa situação pode alterar-se, de modo que a temperatura aumente em vez de diminuir, com a altitude. Características Ambientais e a Poluição do Ar • Nessas Condições, é dificultado o movimento do ar para cima, não ocorrendo a dispersão vertical dos poluentes, que tendem a concentrar-se na superfície da Terra, agravando a poluição. 11 Características Ambientais e a Poluição do Ar 09.07.2007 - Márcia Foletto - RI - Inversão térmica deixa a cidade encoberta com uma névoa. 12 Precipitação Características Ambientais e a Poluição do Ar • Poluentes ficam retidos na precipitação, sejam quando as gotas estão em formação ou quando elas caem. Partículas grandes são eliminadas com grande eficiência por esse processo. • A aglutinação e as reações químicas removem ainda outras partículas, assim como algumas moléculas de gás são removidas por adsorção às partículas. • A poluição do ar se transfere parcialmente ou totalmente ao solo e as águas. 13 Velocidade e direção dos ventos • Os ventos favorecem a dispersão de poluentes no ar, arrastando-os para locais mais afastados de suas fontes. • “” Velocidade do vento “” a capacidade de diluir e dispersar poluentes. • A direção do vento indica as áreas que serão alcançadas pelos poluentes emitidos em uma fonte. • Cidades com ventilação vantajosa, espaços abertos em volta e brisas frequentes favorecem a dispersão dos poluentes. • Cidades localizadas em fundo de vales tendem a sofrer mais pelas consequências da poluição. • Ventos fortes geram turbulências que impedem a ocorrência de Inversão Térmica. Características Ambientais e a Poluição do Ar 14 Condições Topográficas A topografia refere-se às irregularidades ou às configurações da superfície de um terreno. Estas irregularidades podem ser: • Naturais: colinas, montanhas, serras etc. • Artificiais: edificações. A presença de um vale é geralmente desfavorável à dispersão de poluentes. Com relação às barreiras artificiais, uma brisa contra os edifícios pode criar turbulência e favorecer a mistura e diluição dos poluentes. Características Ambientais e a Poluição do Ar 15 Uma vez liberado o poluente na atmosfera, eles se dispersão influenciados por suas próprias características, pela altura da fonte e pelo grau de turbulência da atmosfera ambiente. Autodepuração da Atmosfera Grau de turbulência do ambiente CO2, CO, NO2 etc Altura da fonte Topografia Temperatura Vento 16 Consequências da Poluição do Ar As consequências podem resultar em impactos locais, regionais e globais. 17 Consequências da Poluição do Ar Impactos Locais São aqueles verificados nas áreas próximas às fontes de poluição, compreendendo: 1.DANOS À SAÚDE HUMANA: desconforto, odor desagradável, doenças do aparelho respiratório (asma, câncer, etc), asfixia, irritação dos olhos, garganta e mucosas. 2. DANOS À VEGETAÇÃO: redução da fotossíntese, ataque a folhagem, alterações no crescimento e produção de frutos. 3. DANOS AOS ANIMAIS: diretamente, a partir dos poluentes atmosféricos, ou pela ingestão de vegetais contaminados. 18 Consequências da Poluição do Ar Impactos Locais 4. REDUÇÃO DA VISIBILIDADE: pode ocasionar acidentes. 5. DANOS AOS MATERIAIS: sujeira, desgaste, corrosão, deterioração da borracha e produtos sintéticos, alteração na aparência dos prédios e monumentos. 6. DESFIGURAÇÃO DA PAISAGEM. 7. ALTERAÇÕES DAS CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS: maior precipitação, redução da radiação e da iluminação, aumento da temperatura. 19 Consequências da Poluição do Ar Consequências sobre os seres vivos e materiais 20 Consequências da Poluição do Ar Smog Industrial Típico em regiões frias e úmidas; Problemas mais acentuados ocorrem no inverno; Resultante da queima de carvão e óleo combustível; Predomina em regiões industrializadas ou nas próximas de termoelétricas; Principal componentes são o dióxido de enxofre e o material particulado. CHUVA ÁCIDA 21 • Os gases nitrogenados e sulfonados, produzidos por uma série de atividades da sociedade moderna, reagem com o vapor de água na atmosfera produzindo ácidos (nítrico e sulfúrico), que se precipitam no solo e nas águas superficiais pela ação da chuva. • É considerada ácida a chuva que apresenta valores de pH menores do que 5,6. Fonte: Notas de aula do Prof. Mierzwa (EP/USP) CHUVA ÁCIDA 22 Fo n te : M o ta ( 2 0 0 6 ). CHUVA ÁCIDA 23 Principais consequências: 1.queda de produtividade na agricultura, proveniente da acidificação dos solos; 2. intoxicação e mortandade da fauna e destruição da vegetação; 3. prejuízos à qualidade dos mananciais de abastecimento de água e produção de energia elétrica; 4. prejuízos a monumentos e edificações (corrosão de metais). Floresta Negra, Alemanha 1970 e 1983. Reação dos ácidos com a pedra de mármore. CHUVA ÁCIDA 24 Casos reais: conflitos entre países 1. No leste do Canadá, estima-se que 50% de sua chuva ácida tem origem nos Estados Unidos. 2. A Escandinávia tem reclamado com razão da emissão de dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio pela Alemanha e Inglaterra. Caso brasileiro: • Caso mais marcante foi o da Região da Serra do Mar, causada pelas indústrias de Cubatão. Nesta região, ocorre um fenômeno muito grave, a morte na floresta Atlântica que recobre a serra. As árvores de maior porte morrem devido à poluição. Foto: Magda de Conto Efeito Estufa 25 • Responsável por manter a temperatura média do planeta em torno de 15oC (sem ele, viveríamos em uma eterna era glacial). • Pelos efeitos catastróficos previstos, tornou-se um dos assuntos preferidos da comunidade técnica internacional. “A emissão dos gases de efeito estufa aumenta a quantidade de energia que é mantida na atmosfera em decorrência da absorção do calor refletido ou emitido pela superfície do planeta, o que provoca a elevação da temperatura da atmosfera.” Efeito Estufa 26 • A causa deste desequilíbrio é atribuída a certos gases que são emitidos para atmosfera: • CO2: queima de petróleo e do carvão (para o transporte, geração de energia etc), desmatamento, queima da biomassa. • CH4: fermentação dos lixos, dejetos etc. • CFCs: substâncias artificiais utilizadas em sistemas de refrigeração, “sprays”, e outros usos. • O3: produzido em reações que envolvem hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio, liberados na queima de combustíveis fosseis. Contribuição proporcional dos principais gases do efeito estufa estimada desde a era pré-industrial até o presente. Fonte: Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC). Efeito Estufa 27 • Quantidade de CO2 emitida para a atmosfera no ano de 1999, segundo Organização Meteorológica Internacional (WMO). Efeito Estufa 28 • Curva de Keeling – Medição da concentração de CO2 Fonte: Agência de Administração de Oceanos e Atmosfera dos Estados Unidos (NOAA) http://www.esrl.noaa.gov 1 ppm (volume) → 1 mL de soluto em 1 m3 de solução. Charles Keeling (1928- 2005), químico norte- americano. Efeito Estufa 29 • Variação de temperatura na superfície da Terra de 1860 a 2004. Fonte: IPCC (2007). Efeito Estufa – Algumas previsões 30 1. 1,1 a 6,5 °C. De acordo com estimativas feitas pelo IPCC, em 2007, essa é a faixa de elevação que pode sofrer a temperatura média global até o final deste século. 1. 2.000 quilômetros quadrados. Todo ano, áreas desse tamanho se transformam em deserto devido à falta de chuvas. 2. 40% das árvores da Amazônia podem desaparecer antes do final do século, caso a temperatura suba de 2 a 3 graus. 3. 2050. Cientistas calculam que, quando chegarmos a esse ano, milhões de pessoas que vivem em deltas de rios serão removidas, caso seja mantido o ritmo atual de aquecimento. 4. a calota polar irá desaparecer por completo dentro de 100 anos. 5. de 9 a 58% das espécies em terra e no mar vão ser extintas nas próximas décadas, segundo diferentes hipóteses. Efeito Estufa – Medidas de controle 31 • O controle do efeito estufa passa, necessariamente, pelo controle da emissão de CO2. Portanto, a solução é diminuir a emissão resultante da queima de combustíveis (petróleo e carvão mineral). • E como reduzir a emissão de CO2? 1. Uso de fontes alternativas de energia; 2. Melhorando a eficiência do sistema de transporte coletivo e individual; 3. Controle nas emissões gasosas nas indústrias; 4. Controle do desmatamento mundial etc. Efeito Estufa – Medidas de controle 32 • Protocolo de Quioto (1997) 3ª Convenção Internacional sobre Melhoria Climática da ONU. → Criou o chamado Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL): leva em consideração o elevado nível de emissão de gases de efeito estufa pelos países industrializados e a capacidade daqueles em desenvolvimento de absorvê-los por processos naturais (Mercado do Carbono). → Estabeleceu que os países industrializados devem estabilizar suas emissões em níveis correspondentes aos de 1990 entre 2008 e 2012. • COP-15, 15ª Conferência das Partes, realizada pela UNFCCC – Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima, de 7 a 18 de dezembro de 2009, em Copenhague (Dinamarca). 33 Destruição da camada de ozônio Diminuição da concentração de ozônio encontrado na atmosfera (15 a 30 km); Resultado da degradação catalítica pelos Clorofluorcarbonos (CFCs). Importância do ozônio: reduz a intensidade de radiação ultravioleta que chega à superfície do Planeta, principalmente UVB e UVC. 34 Fonte: Notas de aula do Prof. Mierzwa (EP/USP) Destruição da camada de ozônio 35 Implicações: 1. Danos à saúde humana: câncer de pele, enfraquecimento do sistema imunológico do organismo, incidência de catarata; 2. Danos às plantas: redução do crescimento, diminuição do tamanho das folhas, maior suscetibilidade às pragas, doenças e pestes, qualidade inferior das sementes; 3. Destruição do fitoplâncton, com impactos sobre a cadeia alimentar marinha. Destruição da camada de ozônio 36 • A limpeza completa do ar é impossível pelos níveis de concentrações de poluentes e pelo tipo de vida das população (uso de meios de transporte poluentes, fontes de energias não renováveis etc.); • Como solução, pode-se REDUZIR os níveis de poluição a valores não mais nocivos aos seres vivos. Como melhorar a qualidade do ar? • 1º Passo: Investigar o problema: levantamento geral das fontes poluidoras e dos poluentes; identificação dos padrões de qualidade do ar a serem atingidos. • 2º Passo: Adotar medidas de controle 37 • O levantamento ou identificação das fontes poluidoras pode ser feito através de: estudos de relatórios antigos sobre poluição do ar; informações coletadas junto á comunidade, no departamento de transito da cidade, das indústrias etc. Levantamento das fontes poluidoras • Uma vez identificadas as fontes de poluição, preparam-se mapas que indiquem as fontes, seus principais poluentes e prováveis níveis durante determinados períodos de tempo. 38 • Estabelecimento de um plano de amostragem: Objetivo: quantificação de poluentes em determinados locais e em intervalos de tempo previamente estabelecidos. • Para estimativa correta das exposições, deve-se responder a três questões básicas: Levantamento das fontes poluidoras 1. O que? Definir o poluente a ser medido e o meio para coletá-lo. 2. Onde? Preferencialmente, as medições devem ser feitas em locais (pontos) de exposição crítica. 3. Quando? Identificação dos momentos de baixa e alta concentração (variação temporal). 39 • Observações quanto a correta amostragem de ar: 1. Registrar as condições meteorológicas quando as amostras de ar foram tomadas (temperatura, intensidade solar, umidade do ar, precipitação, velocidade e direção dos ventos etc) 2. Data e hora da amostragem; e 3. Localização horizontal e vertical da amostragem (coordenadas xyz) com o auxílio de instrumentos de posicionamento geográfico (GPS). Levantamento das fontes poluidoras 40 • As normas brasileiras de controle de poluição do ar seguem as americanas; • Os padrões de qualidade para o ar visam: 1. Proteger os grupos mais sensíveis, como crianças, idosos e pessoas com problemas respiratórios; 2. Garantir uma condição que não resulte em efeitos adversos sobre o bem estar da população em geral e sobre o meio ambiente. Padrões de qualidade do ar 41 • NORMAS DE CONTROLE DA POLUIÇÃO DO AR Resolução CONAMA no 18 de 06/05/1986 “Institui o Programa de Controle de Poluição por Veículos Automotores – PROCONVE.” Resolução CONAMA no 03 de 28/06/1990 “Estabelece padrões de qualidade do ar.” Resolução CONAMA no 08 de 06/12/1990: “Estabelece os limites máximos de emissão de poluentes do ar para processos de combustão externa em fontes novas fixas.” Padrões de qualidade do ar 42 • Resolução CONAMA no 03 de 28/06/1990 Define padrões de qualidade do ar como as concentrações de poluentes atmosféricos limites que, ao serem ultrapassadas, poderão afetar a saúde dos seres vivos e modificar as características do meio ambiente em geral. Esses padrões serão o objetivo a ser atingido mediante a estratégia de controle fixada pelos padrões de emissão e deverão orientar a elaboração de Planos Regionais de Controle da Poluição do Ar. Os padrões podem ser classificados em primários e secundários: Padrões Primários: referem-se às concentrações de poluentes que, ultrapassados, poderão afetar a saúde da população; e Padrões Secundários: são as concentrações de poluentes abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem estar da população, fauna, flora, materiais e meio ambiente em geral. Padrões de qualidade do ar 43 Padrões de qualidade do ar (Resolução CONAMA no 03 de 1990) Padrões de qualidade do ar Fonte: Notas de aula do Prof. Mierzuwa 44 • As medidas de controle da poluição do ar podem ser agrupadas em três categorias: 1. Disciplinamento do Uso e Ocupação do Solo (Planejamento territorial e zoneamento); 2. Redução ou eliminação das emissões; e 3. Controle das emissões. • A medida a ser adotada deve ser selecionada somente depois de um exame completo dos benefícios e custos de todas as ações possíveis. • Medidas preventivas devem ser adotadas onde a poluição não existe e providências corretivas devem ser implantadas em locais onde a poluição do ar já ocorre. • É fundamental que haja participação constante do Governo e das empresas particulares sobre o problema. Controle da poluição do ar 45 PLANEJAMENTO TERRITORIAL • Pode ser usado no sentido de minimizar a poluição do ar, através de medidas como: Localização adequada das fontes poluidoras em relação às outras áreas. Por exemplo: zonas industriais devem situar-se afastadas de áreas residenciais ou de outros usos sensíveis à poluição atmosférica, observando o sentido predominante dos ventos. Controle da poluição do ar Uso do solo visando a qualidade do ar. Fonte: Mota (2006). 46 PLANEJAMENTO TERRITORIAL • Pode ser usado no sentido de minimizar a poluição do ar, através de medidas como (continuação): Utilização de barreiras naturais ou artificiais, à propagação dos poluentes. Controle da poluição do ar Barreiras à propagação de poluentes. Fonte: Mota (2006). 47 PLANEJAMENTO TERRITORIAL • Pode ser usado no sentido de minimizar a poluição do ar, através de medidas como (continuação): Distribuição adequada de edificações, de forma a garantir a circulação do ar e, consequentemente, a dispersão dos poluentes. Melhoria da circulação dos veículos, através de um sistema viário adequado. A emissão de poluentes, de um modo geral, decresce com o aumento da velocidade média dos veículos. Melhoria e incentivo ao uso do transporte coletivo. Conservação de áreas verdes de lazer próximas dos centros urbanos. Controle da poluição do ar Vegetação protetora. Fonte: Mota (2006). 48 REDUÇÃO OU ELIMINAÇÃO DAS EMISSÕES A redução ou eliminação das emissões poluidoras pode ser conseguida, através de: • utilização de matérias primas e combustíveis com baixo potencial poluidor como o álcool, combustíveis de baixo teor de enxofre, gás combustível; • uso de energia elétrica para o transporte urbano (Metro); • operação e manutenção adequada de equipamentos e processos industriais; e • controle meteorológico, com paradas ou redução das atividades poluidoras durante os períodos de condições meteorológicas desfavoráveis ao transporte e difusão do poluente. Controle da poluição do ar 49 CONTROLE DAS EMISSÕES As principais medidas recomendadas para controle das emissões são: • diluição dos poluentes mediante o uso de chaminés altas. Isso pode ser conseguido através do uso de modelos matemáticos que determinam a altura da chaminé em função das condições de dispersão dos poluentes; e • a destruição ou coleta dos poluentes através de equipamentos adequados (tratamento de resíduos gasosos). Principais técnicas: 1. Filtração; 2. Separação; 3. Adsorção com carvão ativado. Controle da poluição do ar 50 FILTRAÇÃO • A técnica de filtração é indicada para a remoção de partículas em suspensão que se encontram nas emissões gasosas. • O processo está baseado na interceptação das partículas presentes na corrente gasosa, quando esta atravessa um meio poroso. • São aplicadas para correntes gasosas secas; • Devem ser selecionadas em função do diâmetro da partícula que se deseja remover. • Os principais equipamentos de filtração são: filtros de manga ou de tecido; filtros cerâmicos; filtros metálicos; filtros absolutos (HEPA). Controle da poluição do ar 51 Filtro de manga ou de tecido • Esse equipamento remove até 99,9 % das partículas, incluindo as finas. Nesse caso, os gases passam por filtros (sacos) de tecidos localizados em um grande edifício. Periodicamente os filtros são trocados para que o sistema não perca o seu rendimento. Controle da poluição do ar Fo n te : N o ta s d e au la d o P ro f. M ie rz u w a Fonte: Braga et al. (2005). 52 SEPARAÇÃO • Aplica-se a remoção de materiais particulados de qualquer corrente gasosa seca ou úmido; • O tipo de processo a ser utilizado depende do diâmetro das partículas presentes; • Os dispositivos de separação podem ser ativos ou passivos (atração entre partículas); • As principais técnicas de separação disponíveis incluem: Separador gravitacional; Separador tipo ciclone; Precipitador eletrostático; Eliminador de umidade. Controle da poluição do ar 53 Precipitadores eletrostáticos • Remove até 99,5% da massa total de partículas. • O precipitador cria um campo eletrostático que carrega as partículas que estão presentes nos gases, as quais são posteriormente atraídas por placas eletrizadas, ficando presas a elas. Em seguida, as partículas são retiradas das placas para deposição no solo. Controle da poluição do ar Fo n te : N o ta s d e au la d o P ro f. M ie rz u w a Fonte: Braga et al. (2005). 54 Separador tipo ciclone • Remove de 50 a 90% das partículas grandes, mas muito pouco do material médio e fino. • A fumaça é forçada a passar por um duto na forma de parafuso, e a perda de carga gerada permite a deposição do material, que é recolhido na base do equipamento (força centrífuga). Controle da poluição do ar Fonte: Braga et al. (2005). 55 ADSORÇÃO COM CARVÃO ATIVADO • Efluentes com compostos voláteis, hidrocarbonetos e solventes orgânicos, podem ser submetidos a este tipo de processo. • Na adsorção em carvão ativado, os contaminantes são retidos no carvão por processos físicos e químicos; • Após a exaustão, o carvão exaurido deverá ser gerenciado de forma adequada, podendo ser regenerado ou incinerado; •Na incineração, os gases contendo os contaminantes voláteis são convertidos em substâncias menos tóxicas, podendo ocorrer a recuperação de energia. Controle da poluição do ar 56 CAPÍTULO 13 de Araújo, Selma Maria de. Introdução às Ciências do Ambiente para Engenharia. Universidade Federal da Paraíba, Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil. Apostila. 1997. 168 p. CAPÍTULO 10 de Braga, B. P. F., Hespanhol, I., Conejo, J. G. L., Mierzwa, J. C., Barros, M. T. L. de, Spencer, M., Porto, M., Nucci, N., Juliano, N., Eiger, S. Introdução à Engenharia Ambiental. 2ª Edição. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 318 p. CAPÍTULO 6 de Mota, S. Introdução à Engenharia Ambiental. 4ª Edição. Rio de Janeiro: ABES, 2006. 388 p. BIBLIOGRAFIA