poluição atmosférica – conceitos
Transcrição
poluição atmosférica – conceitos
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA – CONCEITOS Poluição do ar urbano • • • • • • • • • • • Característica física da atmosfera Composição química da atmosfera Conceito de poluição Aspectos históricos Efeitos da poluição do ar Chuva ácida Material particulado Smog fotoquímico Parâmetros e padrões de Qualidade do ar Poluição do ar em cidades brasileiras Redução da poluição urbana Poluição Ato ou efeito de poluir-se, sujar, corromper, tornando prejudicial à saúde É preciso uma referência para comparação SISTEMA QUÍMICO NATURAL O ar limpo é considerado um requisito básico para o bem estar e saúde humana. Porém, a poluição atmosférica continua a ser uma ameaça significativa para a saúde mundial (WHO, 2005). Poluição do ar “quando gases ou partículas emitidos pela ação humana, atingem concentrações suficientemente altas que causam danos diretos ou indiretos para plantas, animais, outras formas de vida, ecossistemas, estruturas ou obras de arte (Jacobson, 2002). Qualidade do ar (QA) é uma medida das concentrações de poluentes gasosos e tamanho, massa ou número de material particulado. Efeitos da poluição do ar: Saúde humana (p.ex., doenças respiratórias, câncer, alergias) Ecossistemas (p.ex., produção agrícola, perda de biodiversidade) Monumentos nacionais (esculturas, prédios, etc) Clima regional (aerossol e ozônio exibem significativa forçante climática) Organização Mundial da Saúde, OMS World Health Organization, WHO, 2002 2,4 milhões de mortes a cada ano devido efeitos diretos da poluição do ar, dos quais 1,5 milhões de mortes são devido poluição do ar “interna” (indoor air pollution). Livro CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) www.mma.gov.br/port/conama/processos/61AA3835/LivroConama.pdf Resolução CONAMA No. 3 de 28/06/1990 poluente atmosférico é “qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos, e que tornem ou possam tornar o ar impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade”. CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente Poluentes atmosféricos - fontes: Fontes antropogênicas: - queima de combustíveis fósseis (NOx, SO2, CO, HC) - processos industriais em geral (SO2, NH3, NOx, Cl, MP) - agricultura: material particulado (MP), NH3 Fontes naturais de poluentes do ar: - erupções vulcânicas - poeira, vapor de mercúrio, ácido clorídrico (HCl) e ácido sulfídrico (H2S); - emissão biogênica de compostos orgânicos reativos por florestas, grandes plantações e matas em geral. - queimadas de florestas - monóxido de carbono (CO), NOx, MP e compostos orgânicos; Poluentes atmosféricos - classificação Poluentes primários – são emitidos diretamente da fonte para o ar. Exemplos: SO2, NO, NO2, COV (compostos orgânicos voláteis), CO, material particulado. Poluentes secundários – formados a partir de reações químicas. Exemplos: H2SO4, NO2, PAN (peróxiacil nitrato), H2O2, O3. Fatores que determinam o nível da poluição do ar: 1. quantidade de poluentes entrando na atmosfera (indústrias, trafego, erupções vulcânicas, grandes queimadas) Fatores que determinam o nível da poluição do ar: 2. tamanho do espaço em que os poluentes são dispersos (vale entre montanhas, planícies, etc) The Blacksmith Institute[5] included Norilsk in its 2007 list of the ten most polluted places on Earth Galeria de Fotos de Satélite de Cubatão / SP / Brasil- Local: / a_cub_satelite_03 Pesquisado por www.portaldecubatao.com.br - Fonte: site google - 01/09/2005 Fatores que determinam o nível da poluição do ar: 3. mecanismos que removem os poluentes da atmosfera (ventos, altura da camada de mistura, chuvas). Fontes de poluição Processos atmosféricos (poluentes) Receptores (diluição, transporte e/ou reações químicas) monitoramento Inventário de emissões: são estimativas do tipo e quantidade de poluentes emitidos pelas diferentes fontes Combustão •Idealmente Combustível + ar —> CO2 + H2O + calor •Realidade Combustível + ar —> CO2 + H2O + calor + NOx + SO2 + CO + Partículas + + combustível não queimado (hidrocarbonetos) + COVs (compostos orgânicos voláteis) URBANIZAÇÃO e INDUSTRIALIZAÇÃO Poluentes atmosféricos: O3 (ozônio) SO2 (dióxido de enxofre) CO (monóxido de carbono) MP (material particulado) NOx (NO + NO2, óxidos de nitrogênio) Padrões primários de qualidade do ar - as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população. Podem ser entendidos como níveis máximos toleráveis de concentração de poluentes atmosféricos, constituindo-se em metas de curto e médio prazo. Padrões secundários de qualidade do ar - as concentrações de poluentes atmosféricos abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem estar da população, assim como o mínimo dano à fauna e à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral. Podem ser entendidos como níveis desejados de concentração de poluentes, constituindo-se em meta de longo prazo. Padrões Nacionais de Qualidade do Ar (Resolução CONAMA no. 3 de 28/06/1990) Poluente partículas inaláveis Tempo de amostragem 24 horas1 MAA3 Padrão primário g/m3 150 50 Recomendações Organização Mundial da Saúde OMS (WHO, 2005) 50 g m-3 média de 24h MP10 20 g m-3 média anual 25 g m-3 média de 24h MP2,5 10 g m-3 média anual fumaça 24 horas1 MAA3 SO2 24 horas1 MAA3 NO2 1 hora1 MAA3 CO 1 hora1 8 horas1 O3 1 hora1 150 60 365 80 320 100 40000 (35 ppm) 10000 (9ppm) 160 No Brasil não há padrão para MP2,5 SO2 NO2 24 h 20 g m-3 1 horas 200 g m-3 MAA 40 g m-3 Recomendações Organização Mundial da Saúde OMS (WHO, 2005) 50 g m-3 média de 24h MP10 20 g m-3 média anual 25 g m-3 média de 24h MP2,5 10 g m-3 média anual http://www.cetesb.sp.gov.br/ar/Informa%C3%A7%C3%B5es-B%C3%A1sicas/22- Índice geral de qualidade do ar: Qualidade Índice MP10 (µg/m3) O3 (µg/m3) CO (ppm) NO2 (µg/m3) SO2 (µg/m3) Boa 0 - 50 0 - 50 0 - 80 0 - 4,5 0 - 100 0 - 80 Regular 51 - 100 50 - 150 80 - 160 4,5 - 9 100 - 320 80 - 365 Inadequada 101 - 199 150 - 250 160 - 200 9 - 15 320 - 1130 365 - 800 Má 200 - 299 250 - 420 200 - 800 15 - 30 1130 - 2260 800 - 1600 Péssima >299 >420 >800 >30 >2260 >1600 CETESB - Relatórios de Qualidade do Ar Índice geral de qualidade do ar: Qualidade Índice Significado Boa 0 - 50 Praticamente não há riscos à saúde. 51 - 100 Pessoas de grupos sensíveis (crianças, idosos e pessoas com doenças respiratórias e cardíacas), podem apresentar sintomas como tosse seca e cansaço. A população, em geral, não é afetada. 101 - 199 Toda a população pode apresentar sintomas como tosse seca, cansaço, ardor nos olhos, nariz e garganta. Pessoas de grupos sensíveis (crianças, idosos e pessoas com doenças respiratórias e cardíacas), podem apresentar efeitos mais sérios na saúde. 200 – 299 Toda a população pode apresentar agravamento dos sintomas como tosse seca, cansaço, ardor nos olhos, nariz e garganta e ainda apresentar falta de ar e respiração ofegante. Efeitos ainda mais graves à saúde de grupos sensíveis (crianças, idosos e pessoas com doenças respiratórias e cardíacas). >299 Toda a população pode apresentar sérios riscos de manifestações de doenças respiratórias e cardiovasculares. Aumento de mortes prematuras em pessoas de grupos sensíveis. Regular Inadequada Má Péssima CETESB - Relatórios de Qualidade do Ar Localização das estações da rede automática CETESB, 2006 Localização das estações de monitoramento automáticas de qualidade do ar no Estado de São Paulo (CETESB, 2012) Localização das estações de monitoramento automáticas de qualidade do ar na Região Metropolitana de São Paulo (CETESB, 2012) Rede de monitoramento de Qualidade do Ar - CETESB Os principais objetivos do monitoramento da qualidade do ar são: • avaliar a qualidade do ar à luz de limites estabelecidos para proteger a saúde e o bem estar das pessoas; • obter informações que possam indicar os impactos sobre a fauna, flora e o meio ambiente em geral; • acompanhar as tendências e mudanças na qualidade do ar devido à alterações nas emissões dos poluentes e auxiliar no planejamento de ações de controle; • conscientizar a população sobre os problemas da poluição do ar e permitir a adoção de medidas que ajudem a reduzi-la, bem como a adoção de medidas de proteção à saúde quando necessário; • informar à população, órgãos públicos e sociedade em geral os níveis presentes da contaminação do ar; • avaliar a qualidade do ar em situações específicas; • fornecer dados para ativar ações de controle, quando os níveis de poluentes na atmosfera possam representar risco à saúde pública. CETESB - Relatório de Qualidade do Ar Medidas de mitigação Para reduzir a poluição do ar, devem ser adotadas várias medidas tais como: -Definição de normas de emissão; -Licenciamento das fontes poluidoras; -Adoção de novas tecnologias; -Controle dos locais de deposição de resíduos; -Utilização de redes de controle e monitoramento do ar; -Implementação de planos de emergência em situações de poluição atmosférica grave. POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA – EFEITOS Efeitos da poluição do ar: saúde 6 L de ar /minuto 2000 2020 Estimativas da perda de expectativas de vida por exposição ao material particulado fino (MP2,5) a partir de emissões antrópicas (EEA, 2007 – European Environment Agency). Monks et al., 2009, Atm Environ. 43, 5268-5350 Efeitos do ozônio à saúde humana Efeitos agudos Estudos experimentais Estudos epidemiológicos •Redução da função pulmonar •Sintomas respiratórios •Inflamação vias aéreas •Hiper-reatividade das vias aéreas •Aumento da permeabilidade das vias aéreas •Perda da atividade antioxidante •Redução da função pulmonar •Sintomas respiratórios •Aumento da medicação para asma •Ausência escolar •Mortalidade diária: todas as causas, respiratórias e cardiovasculares •Emergência diária nos prontos socorros – visitas por problemas respiratórios •Aumento de internações por doenças respiratórias Estudos epidemiológicos Efeitos crônicos •Redução da função pulmonar de adultos e adultos jovens •Aumento da incidência de asma? •Aumento da prevalência de asma? Estudos experimentais •Mudanças na morfologia do sistema respiratório Resultados de concentrações médias globais de O 3 em superfície do período pre-industrial e dos dias de hoje, a partir de modelos. The Royal Society Perda de visibilidade São Paulo Cidade Universitária 28/04/2003 Caio Guatelli/Folha Imagem POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA – ASPECTOS HISTÓRICOS Historicamente A preocupação com o ar que respiramos é um fenômeno antigo: “Comparing the air of cities to the air of deserts and arid lands is like comparing waters that are befouled and turbid to waters that are fine and pure” Moses Maimonides (1135-1204) smog = smoke + fog (poeira + neblina) Poluição urbana Queima de carvão (Revolução industrial) – smog sulfuroso ou londrino Eventos de excesso de óbitos associados ao “smog” Ano Lugar 1930 1948 1952 1962 Vale do Meuse, Bélgica Donora, Pensilvânia Londres Londres Número de óbitos em excesso 63 20 4000 700 Queima de combustíveis fosseis (veículos) – smog fotoquímico ou de Los-Angeles Smog sulfuroso O episódio de poluição atmosférica em Londres, 1952: relação entre concentração de fumaça e óbitos Episódio de poluição atmosférica em Londres, 1962: confirmado a presença de aerossóis contendo sais de sulfato e ácido sulfúrico Fog ou ar úmido smog industrial (cinzento) a b luz solar smog fotoquímico (castanho) SO2 e MP originados da queima de carvão óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis a) smog industrial, ou smog cinza, ocorre quando carvão é queimado e a atmosfera está úmida (ex. Londres); b) smog fotoquímico, ou fumaça castanha, ocorre em presença de luz solar agindo sobre poluentes veiculares (ex. Los Angeles e São Paulo). h SMOG FOTOQUÍMICO O3 ozônio h Poluentes secundários O3, H2O2 O oxigênio atômico H2O . NO2 HO Radical hidroxila NO CO, O2 HO2. HO2. O2 NO2 HNO3 CO2 SO2, O2 SO3 H2 O H2O2 peróxido de hidrogênio Poluentes primários NO NO2 SO2 COVs Partículas H2SO4 SO2 H2SO4 H2O2 HNO3 Ácidos carboxílicos Íons solúveis Processos e reações em atmosfera urbana poluída. Comparação entre as características gerais da POLUIÇÃO DO AR Sulfurosa (Londres) e Fotoquímica (Los Angeles, São Paulo) (Finlayson-Pitts & Pitts, 1986). Características Sulfurosa Fotoquímica (Londres) (Los Angeles, São Paulo) reconhecimento século 19 século 20 (década de 40) Poluentes primários SO2, partículas de NOx, compostos fuligem orgânicos Poluentes H2SO4, aerossóis, O3, HNO3, aldeídos, PAN secundários sulfatos, ácidos (peroxiacetil nitrato), sulfônicos, etc. nitratos, sulfatos, etc. o o Temperatura frio ( 2 C) quente ( 23 C) Umidade relativa alta, com neblina baixa, quente e seco Tipo de inversão radiação (terra) subsidência Picos de poluição início da manhã início da tarde Smog fotoquímico Smog fotoquímico em São Paulo (~1990). O gás de cor castanha, NO2, é formado quando o NO, que é um gás incolor, reage com o oxigênio do ar. (P.W. Atkins, “Atoms, Electrons, and Change”, pg. 135, 1991) Ozônio Troposférico em São Paulo h OH NO2 NO O3 Reações entre compostos orgânicos voláteis (COVs) e NOx na presença de radiação solar, produzindo ozônio. primavera RO RO2 O3 ultra-passage ofultrapassagens Numberde de O3 Número VOC 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Número mensal de ultrapassagens do padrão de qualidade do ar de ozônio (160 g m-3) na RMSP, considerando todas as estações de monitoramento, no período entre 1997 e 2004 (CETESB, 2005). O3 110 NO2 90 80 80 NO2 -3 -3 Concentration ( g m ) 90 NO WINTER 100 70 60 50 40 30 20 70 19h ~15 g m-3 60 50 40 30 20 10 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 O3 Local Time NO (h) 110 16 18 20 22 24 2 4 6 8 NO2 SPRING 100 10 12 14 16 Local Time (h) O3 NO 110 18 20 22 24 NO2 SUMMER 100 90 90 80 Concentration ( g m ) -3 Concentration ( g m ) O3 110 AUTUMN 100 Concentration ( g m ) NO 19h ~40 g m-3 80 -3 70 60 50 40 30 20 70 60 50 40 30 20 10 10 0 2 4 6 8 10 12 14 Local Time (h) 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Local Time (h) 18 20 22 24 Perfil das concentrações médias horárias trimestrais de NO, NO 2 e O3 para a estação Ibirapuera de monitoramento, entre janeiro de 2002 e dezembro de 2007 (Galichio, 2009). 360 320 280 3 Ozônio ( g/m ) 240 200 160 120 80 40 0 6/10/2002 12/10/2002 18/10/2002 23/10/2002 28/10/2002 Dias Concentração média horária de ozônio no mês de outubro de 2002, na estação Ibirapuera da CETESB. A linha vermelha corresponde ao PQAR (160 g m-3). Donora, Pensilvânia - em outubro de 1944 foi cenário de um grande desastre de poluição de ar. Smog na Cidade do México, devido localização geográfica e tráfego veicular. Concentrações médias anuais de MP10 de algumas cidades do mundo (WHO, 2005). 20 g m-3 Evolução da emissão global de black carbon (BC) a partir de 3 diferentes inventários Monks et al., 2009, Atm Environ. 43, 5268-5350 Variações das emissões de poluentes atmosféricos para a Europa continental e alguns países vizinhos, no período entre 1990-2005. Reduções: 66% SO2 39% CO 38% NMVOCs 32% NOx 23% NH3 Monks et al., 2009, Atm Environ. 43, 5268-5350 veículos termelétricas veículos Monks et al., 2009, Atm Environ. 43, 5268-5350 termelétricas Emissões anuais dos EUA a partir de diferentes inventários e observações ambientais. Evolução temporal das emissões de CO, NOx e SO2 para diferentes regiões da Ásia entre 1980 e 2003. Monks et al., 2009, Atm Environ. 43, 5268-5350 Comparação das emissões para diferentes regiões do mundo, no período entre 1990-2000. Monks et al., 2009, Atm Environ. 43, 5268-5350 Poluição atmosférica em centros urbanos Brasil Cubatão • De 1970 a 1980, Cubatão cresceu a um índice de 4,43% ao ano e chegou a 1985 com suas indústrias produzindo algo ao redor de 3% do PIB brasileiro. • Em contrapartida, em 1984, as mesmas indústrias lançavam diariamente no ar quase 1000 toneladas de poluentes, produzindo níveis de poluição absolutamente críticos. • Implementação de programa para controle da poluição industrial, com o objetivo de reduzir a poluição aos níveis aceitáveis, no prazo de 5 anos. • Conseqüência: em 1984, 62 cronogramas de atividades de controle foram estabelecidos entre indústrias e CETESB, com vistas à redução da poluição atmosférica. • Em cada um deles, especificavam-se equipamentos, instalações e procedimentos de produção para que cada fonte atendesse aos padrões estabelecidos. CETESB, 2006 Cubatão – passado (décadas de 70 e 80) Cubatão: dezenas de indústrias modernas, bilhões de cruzeiros arrecadados e a maior poluição do mundo. Vila Socó, uma favela construída sobre os dutos de combustível da Petrobrás, parcialmente destruída por um imenso incêndio em junho de 1984, quando morreram centenas de pessoas. Bairro de Vila Parisi, conhecida como o Vale da Morte. Nos bairros em torno das indústrias de Cubatão (SP) a população convive com 75 tipos diferentes de poluentes, responsáveis pela alta incidência de doenças respiratórias. http://www.novomilenio.inf.br/cubatao/ch014.htm Cubatão – hoje (anos 90 e início século 21) Instalações da Cosipa em Cubatão Foto: Cosipa, cerca de 1990. Bando de guarás vermelhos, num mangue de Cubatão (Foto: Departamento de Imprensa/Prefeitura de Cubatão - 15/5/2001). Mapa esquemático da região de Cubatão mostrando a localização das indústrias e das estações medidoras (Cetesb, 2001). Estimativa de emissão de processos industriais e queima de combustível em fontes estacionárias em Cubatão (Cetesb, 2001) Estimativas de emissão de processos industriais e queima de combustível em fontes estacionárias em Cubatão (Cetesb, 2007). Emissões de poluentes em Cubatão Emissões de poluentes (1000 t /ano), 2001 Emissões de poluentes (1000 t /ano), 2007 MP10 – Evolução das concentrações médias anuais no Interior e Cubatão MP10 – Evolução das concentrações médias anuais – Cubatão. Região Metropolitana de São Paulo 1979 -início do controle das emissões de particulados; 1982 - início do programa de controle das emissões de SO2. 1986 PROCONVE – Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores Resolução nº 18/86 do CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente. 2005 PETROBRÁS – óleo diesel S 500, com limite de 500 ppm de enxofre, substituindo o óleo diesel metropolitano com 2000 ppm de enxofre. www.cetesb.sp.gov.br Efeito da mitigação: Controle da emissão de SO2 na região metropolitana de São Paulo Observa-se nesta figura que após as políticas de controle de emissão de SO2 no início da década de 80, as concentrações médias anuais atingiram valores ~4 vezes mais baixos do que o PQAR anual para SO2 já no final dos anos 90 do século 20. Perfil da variação da concentração média anual de SO2 na Região Metropolitana de São Paulo 140 Manual Automática 100 -3 SO2 ( g m ) 120 PQAR 80 60 40 20 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Ano (1974-2005) A rede manual tem poucos pontos de amostragem comparados com a rede automática e representa regiões de intensa emissão. Perfil da variação do valor de pH médio mensal em águas de chuva na Região Metropolitana de São Paulo 6.0 pH 5.5 Águas de chuva levemente ácidas 5.0 4.5 Águas de chuva ácidas 4.0 1/31/1983 1983 1/31/1987 1987 1/31/1991 1991 1/31/1995 1995 1/31/1999 1999 1/31/2003 2003 Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) 17,2 milhões de habitantes 7,5 milhões de veículos 2000 indústrias Emissão: 1,7 milhões toneladas por ano de CO 404 mil t ano-1 de HC 371 mil t ano-1 de NOx 63 mil t ano-1 de partículas inaláveis (MP10) 38 mil t ano-1 de SOx CETESB, 2006 (http://www.cetesb.sp.gov.br) Região Metropolitana de São Paulo Emissão veicular responsável por: 97% CO 97% Hidrocarbonetos 96% NOx (NO + NO2) 40% Material Particulado 42% SOx Emissões relativas por fontes na RMSP (CETESB, 2012) Localização das estações de monitoramento e das áreas de queima de palha de cana-de-açúcar no Estado de São Paulo – 2011 (CETESB, 2012). Fonte: Comunicação de áreas de queima de palha de cana-de-açúcar/2011 – SIGAM Tráfego urbano e medidas não tecnológicas para a redução da poluição atmosférica • articulação do planejamento de uso e ocupação do solo e melhoria do sistema viário; • melhoria do sistema de transportes; • redução das emissões de veículos automotores; • inspeção de segurança e de emissões; • melhoria dos sistemas de circulação e fiscalização do tráfego; • melhoria da qualidade dos combustíveis e alternativas energéticas de baixo potencial poluidor; • instrumentos econômicos e fiscais; • desenvolvimento social. CETESB, 2006 Alguns fatores que desempenham papel importante na qualidade do ar urbano Inspeção/Manutenção Alternativas de controle • Eliminação da emissões • Alteração do processo (matérias primas e contaminantes); • Redução das emissões mediante tratamento; • Construção de uma chaminé mais alta; • Alterar parâmetros de lançamento (velocidade e temperatura) ; • Rezoneamento da ocupação do solo; • Mudança da localização da fonte de poluição. Algumas conclusões: A atmosfera é indispensável a todos os seres vivos; Devem ser adotadas, urgentemente, medidas para minimizar a sua degradação; As normas de controle de emissão dos poluentes devem ser respeitadas; É importante agir hoje, para se obterem resultados amanhã!