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Professor - Claudinei de Souza Guimarães, DSc. claudinei@eq.ufrj.br ou claudinei@metalmat.ufrj.br Controle e Monitoramento de Poluentes Atmosféricos – EQB056 Departamento de Engenharia Bioquímica Escola de Química UFRJ IDENTIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARTICULADOS O material particulado total é formado por uma combinação de frações sólidas e/ou líquidas no ar ambiente As partículas primárias são emitidas diretamente pelas fontes de poluição, enquanto que As partículas secundárias, podem ser produzidas tanto por fontes antrópicas, quanto por emissões naturais proveniente, por exemplo, da água do mar, vulcões e processos de decomposição biológica Os incineradores, dessa forma, contribuem para o tipo de poluição por particulado mais perigoso para a saúde humana. Além disso, evidências recentes sugerem que as partículas que contêm metais pesados, como aquelas emitidas pelos incineradores, são de especial preocupação. Portanto, é possível dizer que a poluição do ar por material particulado causado pelos incineradores pode ser ainda mais tóxica do que, por exemplo, a causada pela usina termelétrica a carvão (ALLSOPP et al., 2001). Inúmeros compostos perigosos, como dioxinas e metais pesados, são encontrados na cinza presente no equipamento de filtração do ar e na cinza de fundo que permanece após a incineração (ALLSOPP et al., 2001). O material particulado (MP) é classificado segundo o método de formação, em quatro classes; a saber: (ASSUNÇÃO, 1998). • Poeiras: Partículas sólidas formadas geralmente por processos de desintegração mecânica. Tais partículas têm geralmente a forma não esférica, com diâmetro na faixa acima de 10µm. • Fumos: Partículas sólidas formadas por condensação ou sublimação de substâncias gasosas originadas da vaporização e sublimação de sólidos. Elas são menoresgasosas originadas da vaporização e sublimação de sólidos. Elas são menores que 0,1µm e de formato mais esférico. • Fumaça: Partículas principalmente sólidas, formada na queima de combustíveis fósseis, com tamanho de 1 µm • Névoas: Partículas líquidas formadas por dispersão ou condensação de um líquido (atomização). Apresentam tamanho em torno de 5µm. Hoje tem sido controlado basicamente o particulado total em suspensão na atmosfera, fumaça e particulado inalável (MP10). Diversos estudos relacionando efeitos da poluição na saúde mostram que a exposição ao particulado fino (<2,5µm) pode causar mortes prematuras e problemas respiratórios, pois corresponde à fração que atinge as vias respiratórias inferiores (nível alveolar), e nestas não há mecanismos eficientes de expulsão destes poluentes. Por outro lado, o particulado grosso tende a se acumular nas vias respiratórias superiores, agravando problemas como a asma, em pessoas com deficiência respiratória. Nas vias superiores existem mecanismos naturais de expulsão do particulado cuja eficiência é diferenciada entre pessoas saudáveis e com problemas respiratórios Propriedades das Partículas Há propriedades das partículas que são importantes nos processos atmosféricos. Estas incluem massa, tamanho, composição química, aerodinâmica e propriedades óticas. O tamanho da partícula é um dos parâmetros mais importante no estudo da poluição atmosférica, pois exerce influência sobre vários fenômenos associados a aerossóis, tais como, o transporte, a deposição atmosférica e a migração através do ambiente, além dos efeitos nocivos. Partículas comportam-se distintamente em diferentes faixas de tamanho, sendo também regidas por diferentes leis físicas (ALMEIDA, 1999).regidas por diferentes leis físicas (ALMEIDA, 1999). Outra importante propriedade das partículas refere-se ao seu movimento: deposição gravitacional ou difusão browniana. A primeira se refere às partículas sujeitas à força gravitacional e a segunda a um movimento randômico, aleatório das partículas no ar. Partículas de diâmetro inferior a 0,1µm são transportadas por difusão browniana, no entanto partículas maiores são depositadas por deposição gravitacional (SEINFELD, 1986; FINLAYSON-PITTS, PITTS, 2000). Velocidade de sedimentação das partículas em suspensão de acordo com o tamanho da partícula (RUVE, 1994). Diâmetro da partícula (µm) Tipo Velocidade de sedimentação do ar (cm s-1) < 0,1 Fumo Desprezível 1 Fumaça 4x10-3 10 Poeira 0,3 100 Poeira 25 �100 Grãos, partícula fina > 25 Em geral, a fração grossa é básica e a fina é ácida. Além do carbono na sua forma elementar, a fração fina apresenta em sua composição, íons como SO=4, NO=3, NH+4, H+, compostos de Pb e compostos orgânicos condensados. Uma variedade de metais também é encontrada na fração fina do MP, sob a forma de traços metálicos tais como chumbo, mercúrio, cádmio, vanádio e cromo. A presença desses metais na fração fina do MP é de fundamental importância para o campo da saúde pública, pois se trata de elementos que, uma vez depositados no trato respiratório humano, podem ocasionar severos danos à saúde (ALMEIDA, 1999). A composição química da fração grosseira do MP é muito diversificada, sendo constituída por vários tipos de partículas, como partículas ressuspensas do solo, cinzas, fuligem e pólen, entre outros. Entretanto, as partículas predominantes nessa fração são as partículas de origem mineral. Os elementos mais comumente encontrados incluem a sílica, o alumínio, o potássio, o ferro e o cálcio entre outros. Carbonatos e compostos orgânicos podem, entretanto, ser encontrados em quantidades substanciais. A expressão “metal pesado” tem sido usada para designar metais classificados como poluentes do ar, água, solo. Na lista de metais pesados estão com maior freqüência os seguintes elementos: Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Co, Ni, V, Al, Ag, Cd, Cr, Hg e Pb Os metais podem ser classificados em três grupos: elementos essenciais (sódio, potássio, cálcio, ferro, zinco, cobre, níquel e magnésio); microcontaminantespotássio, cálcio, ferro, zinco, cobre, níquel e magnésio); microcontaminantes ambientais (arsênico, chumbo, cádmio, mercúrio, alumínio, titânio, estanho e tungstênio) e elementos essenciais e simultaneamente microcontaminantes (cromo, zinco, ferro, cobalto, manganês e níquel) (AMABIS, MARTHO, 1995). Estas substâncias também se depositam no solo ou em corpos d'água de regiões distantes, devido à movimentação das massas de ar. Assim, os metais podem se acumular em todos os organismos que constituem a cadeia alimentar do homem. As populações residentes em locais próximos a indústrias ou incineradores correm maiores riscos de contaminação no caso de exposição a metais contaminantes. O chumbo, o mercúrio, o cádmio, o cromo e o arsênio são metais que não existem naturalmente em nenhum organismo. Tampouco desempenham funções - nutricionais ou bioquímicas - em microorganismos, plantas ou animais. Ou seja: a presença destes metais em organismos vivos é prejudicial em qualquer concentração. Desde que o homem descobriu a metalurgia, a produção destes metais aumentou e seus efeitos tóxicos geraram problemas de saúde permanentes, tanto para seres humanos como para o ecossistema (CHEIDA, 2002; AMABIS, MARTHO, 1995). As indústrias tradicionalmente responsáveis pela maior produção de resíduos perigosos são as metalúrgicas, as indústrias de equipamentos eletro-eletrônicos, as fundições, a indústria química e a indústria de couro e borracha (MMA, 2005). Os metais pesados são muito usados na indústria com matéria prima e produto final. Principais metais usados na indústria, suas fontes e riscos à saúde. Metais Principais Fontes Efeitos Alumínio Produção de artefatos de alumínio; serralheria; soldagem; medicamentos (antiácidos) e tratamento convencional de água. Anemia por deficiência de ferro; intoxicação crônica. Cádmio Soldas; tabaco; baterias e pilhas. Câncer de pulmões e próstata; lesão nos rins.pilhas. próstata; lesão nos rins. Chumbo Fabricação e reciclagem de baterias de autos; indústria de tintas; pintura em cerâmica; soldagem. Saturnismo (cólicas abdominais, tremores, fraqueza muscular,lesão renal e cerebral) Cobalto Preparo de ferramentas de corte e furadoras. Fibrose pulmonar (endurecimento do pulmão) que pode levar à morte. Cobre Principais metais usados na indústria, suas fontes e riscos à saúde. Metais Principais Fontes Efeitos Cobre Indústrias metalúrgicas Causa irritação no trato respiratório, doença de Wilson. Cromo Indústrias de tintas, metalúrgicas; curtição de couros, galvanoplastias Doenças cardiopulmonares; úlcera duodenal, gastrite e cólicas estomacais; leucemia;couros, galvanoplastias cólicas estomacais; leucemia; causa significante acréscimo em aberrações cromossômicas e câncer (nos pulmões é o mais comum). Dermatites, úlceras cutâneas, inflamação nasal e perfuração do septo nasal. Manganês Indústrias de tintas, metalúrgicas. Pode causar doenças do sistema nervoso. Principais metais usados na indústria, suas fontes e riscos à saúde. Metais Principais Fontes Efeitos Mercúrio Moldes industriais; certas indústrias de cloro-soda; garimpo de ouro; lâmpadas fluorescentes. Intoxicação do sistema nervoso central Manganês Indústrias de tintas, Metalúrgicas. Pode causar doenças do sistema nervoso.Metalúrgicas. sistema nervoso. Mercúrio Moldes industriais; certas indústrias de cloro-soda; garimpo de ouro; lâmpadas fluorescentes. Intoxicação do sistema nervoso central. Níquel Baterias; aramados; fundição e niquelagem de metais; refinarias. Câncer de pulmão e seios paranasais. Principais metais usados na indústria, suas fontes e riscos à saúde. Metais Principais Fontes Efeitos Zinco Indústrias metalúrgicas, tintas; indústrias recicladoras de chumbo. Sensações como paladar adocicado e secura na garganta, tosse, fraqueza, dor generalizada, arrepios, febre, náusea, vômito. Doenças cardiopulmonares.Doenças cardiopulmonares. Fumos metálicos Vapores (de cobre, cádmio, ferro, manganês, níquel e zinco) da soldagem industrial ou da galvanização de metais. Febre dos fumos metálicos (febre, tosse, cansaço e dores musculares) - parecido com pneumonia. Fonte: http://www.ambientebrasil.com.br/ POLUENTES LEGISLADOS PTS - GRAVIMETRIA M O N I T O R A M E N T O M O N I T O R A M E N T O POLUENTES LEGISLADOS PM 10 - GRAVIMETRIA M O N I T O R A M E N T O M O N I T O R A M E N T O POLUENTES LEGISLADOS PM 2,5 - GRAVIMETRIA M O N I T O R A M E N T O M O N I T O R A M E N T O – Metodologia utilizada para a determinação experimental do Material Particulado Total (MPT) e dos metais pesados As partículas de 2,5 µm (MP2,5) serão coletadas com um amostrador de grande volume (AVG – Hi-Vol) e utilizados filtros de fibra de vidro da Millipore que precisam ser aquecidos antes da amostragem a uma temperatura de 800ºC durante16 horas para purificação dos mesmos. A amostragem será realizada durante 24 horas a uma vazão na faixa de 1,05 a 1,21 m3min-1. Os níveis de MP2,5, MP10 e MPT serão determinados por gravimetria. Para a análise de vestígios de metais, os filtros devem ser extraídos por adição de 5 mL de ácido nítrico (Merck Suprapur 65%), 2 mL de ácido clorídrico (Merck Suprapur 36%) e 10 mL de água ultrapure (18 M ῼ cm-1 de resistividade específica) em um tubo Pyrex e o preparo aquecido a 95ºC durante duas horas. A solução extraída será filtrada utilizando um filtro Whatman n º 41 (WH1441-110), e avolumada a 50 mL com água ultrapure e mantidas na geladeira em frascos de polietileno pré-lavados até análise. – Análise dos metais pesados Os metais serão determinados por ICP-OES (espectroscopia de emissão óptica por plasma indutivamente acoplado) segundo o método IO-3.4. Ambos, limites de detecção e precisão do método serão determinadas segundo o método IO-3.4. Os limites de detecção serão computados como sendo a correspondente à concentração que produziria um valor do sinal medido 3 vezes maior que o nível de ruído médio medido com a solução de controle ou brando. Estes limites serão calculados posteriormente. A precisão do método será avaliada utilizando um material de referência padrão (SRM, partículas em 2783 Air Filter Media-NIST). As amostras do material de referência serão determinadas em triplicata e os resultados comparados com a concentração relatada no certificado de análise. •Sibata HVS-500 - MPT e MP10 •Filtro de fibra de vidro •Período de 6 horas •Duas vezes por semana Hi-vol - MP10 e MP2,5 •Filtro de fibra de vidro •Período de 24 horas •Todos os dias Preparo e análise das amostras (Métodos da EPA – IO-3.1 e IO-3.4) Amostras (MPT, MP10 e MP2,5) Gravimetria Extração Ácida (5 mL de HNO3, 2 mL de HCl e 20 mL de H2O Mili-Q, 2 h a ∆∆∆∆ 90°C) ICP-OES Amostra Extração com Extração com diclorometano e diclorometano e banho de banho de ultrasomultrasom Preparo e análise das amostras (HPAs) banho de banho de ultrasomultrasom (metodologia 3550B (metodologia 3550B da da U.S.U.S. EPA)EPA) Rotavapor CG-EM modo SIM Clean UP FONTES EMISSORAS veicular industrial doméstica natural MEDIDAS DE CONTROLE LEGISLAÇÃO EMISSÕES PRIMÁRIAS SO2, NOx, COV, CO, particulado, ... METEOROLOGIA dispersão, transporte, camada de mistura, radiação solar, ... REAÇÕES QUÍMICAS POLUENTES SECUNDÁRIOS ozônio, PAN, LEGISLAÇÃOozônio, PAN, formaldeído, ácido nítrico, ... MONITORAMENTO RECEPTORES humanos, vegetais, animais, materiais, ... Atmosfera Urbana Tratamento dos dados para determinar as fontes de emissão 1. Estatística descritiva. 2. Estatística multivariada. - Alguns procedimentos a serem tomados: 3. estudos de correlação e análise de conglomerados utilizando-se o software STATISTICA 7.0 com o objetivo de correlacionar os poluentes encontrados às fontes de emissão. 4. Descriminação dos metais emitidos pelos veículos leves e a diesel e pelas indústrias da região.
