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Métodos de Medição e Monitoramento de
Contaminantes Atmosféricos
Harerton Dourado
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTOCENTRO TECNOLÓGICO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL
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IMPACTO DA POLUIÇÃO DO AR NA SAÚDE PÚBLICA
Estimativas da concentração de poluentes
Medições (monitoramento)
Modelagem numérica
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Monitoramento
• Prover informação sobre a concentração
• Meio para avaliar se os padrões foram excedidos
• Prover informações para a população
• Bases para implantação de ações de curto prazo
• Bases para construção de ações de longo prazo
• Definir os desafios e eficiência das estratégias de controle
• Validar as previsões de modelos numéricos
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Monitoramento
Razão principal:
• Proteção da saúde pública
O que é medido:
• Poluentes com maior potencial de impacto na saúde humana
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Poluentes com maior potencial de impacto na saúde humana
• Dióxido de enxofre (SO2)
• Material particulado
• Monóxido de carbono (CO)
• Óxidos de nitrogênio (NOX)
• Compostos orgânicos voláteis (COVs)
• Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs)
• Ozônio (O3)
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Dióxido de enxofre (SO2)
• Originado principalmente da combustão a carvão e combustíveis fósseis
• A monitoração objetiva principalmente determinar o impacto de políticas de controle e de assegurar que as diretrizes baseadas em aspectos de saúde não são excedidas
• A técnica de medição mais usada é a fluorescência por radiação UV
• Tempo de resposta em torno de 1 minuto
• Concentrações de 1ppb ou menos
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Dióxido de enxofre (SO2)
Esquema de um analisador de SO2 (Holgate, Samet, Koren e Maynard, 1999)
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Dióxido de enxofre (SO2)
Esquema do processo de amostragem e medição, API M101A. (ET, 2005)
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Material particulado
• Fontes naturais
– finos e poeiras provenientes do solo
– sal marinho
– cinzas vulcânicas
• Fontes antropogênicas
– cinzas de processos de combustão
– finos e poeiras gerados em processos industriais
– hidrocarbonetos não queimados (fuligem)
– Formação de sulfatos, nitratos e ácidos a partir da emissão de
NOX e SOX.
– Aglomeração de moléculas e condensação de gases na atmosfera
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Material particulado
• Inicialmente, a medição era de partículas totais em suspensão;
• Esta classificação inclui partículas com tamanho superior a 10μm, que não são relevantes em termos de prejuízo à saúde;
• Dependendo da situação estas partículas correspondem pela maior parte da massa emitida;
• Por esta razão, passou-se a medir PM10, correspondendo a partículas com massa inferior a 10μm;
• Posteriormente, passou-se a medir a concentração de partículas inferiores a 2,5μm (PM2,5), que são passíveis de acumulação alveolar.
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Material particulado – PM10• Para a medição de PM10, é utilizado um amostrador de grande volume (high volume sampler), cuja
entrada só permite a passagem de particulado com tamanho inferior a 10μm;
• O equipamento é equipado com um filtro de fibra de vidro ou quartz previamente pesado que coleta o particulado a uma taxa aproximada de 1m3 por minuto;
• Este filtro é pesado após um período e de 24 horas a fim de determinar a quantidade de material coletado.
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Material particulado – PM10Esquema do high volume sampler para PM10 (Holgate, Samet, Koren
e Maynard, 1999)
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Material particulado – PM10 e PM2,5
• Para a medição de PM2,5, é utilizado o amostrador dicótomo (dichotomous sampler), que também mede PM10;
• O fluxo é de 16,7 litros por minuto e o período de amostragem é de 24h;
• O filtro utilizado é de Teflon, por fornecer resultados mais acurados em termos de pesagem e análise química.
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Material particulado – PM10 e PM2,5
Esquema do dichotomous sampler para PM10 e PM2,5 (Holgate, Samet, Koren e Maynard, 1999)
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Material particulado – PM10 e PM2,5
• É possível a realização de monitoramento contínuo, com leituras em cerca de 15 minutos quando se usa o sistema de microbalaça com elemento cônico oscilante (TEOM);
• O ar passa por uma entrada seletiva para PM10 ou PM2,5 e é pré aquecido a 50°C a fim de eliminar a água das partículas;
• A amostra é coletada em um filtro anexado ao elemento vibratório da balança oscilatória;
• A freqüência de vibração, que é monitorada continuamente, é alterada com a concentração de partículas.
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Material particulado – PM10 e PM2,5Esquema do tapered element oscilating microbalance (TEOM) sampler (Holgate, Samet,
Koren e Maynard, 1999).
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• Neste tipo de medição, o material é coletado em um filtro cuja refletividade ou transmissividade da luz é avaliada;
• O valor da refletividade (ou trasnmissividade) será proporcional a concentração de partículas na amostra;
• Esta medição está mais relacionada ao conteúdo de carbono elementar presente no ar do que à massa total de particulados;
Material particulado – Fumaça negra
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Monóxido de carbono (CO)
• Emitido a partir da combustão incompleta de combustíveis fósseis – veículos a gasolina;
• Períodos de amostragem utilizados: 1, 8 ou 24h;
• É medido utilizando-se o instrumento de filtro de correlação de gases (gas filter correlation instrument);
• Capacidade de medir entre 0,1até 50 ppm, com tempo de resposta em torno de 2 minutos.
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Monóxido de carbono (CO)
Esquema do gas filter correlation instrument (Holgate, Samet, Koren e Maynard, 1999).
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Óxidos de nitrogênio (NOX)• Podem estar presentes na forma de óxido nítrico (NO) e dióxido de
nitrogênio (NO2);
• O NO2 apresenta maior toxicidade;
• A maior fonte é a combustão em alta temperatura, ocorrendo a combinação do nitrogênio atmosférico e do oxigênio;
• Monitorado com o analisador de quimiluminescência, que mede a emissão de luz da reação entre o óxido nítrico e o ozônio;
• Resposta de 1 minuto e resolução de 1ppb
• Também pode ser monitorado utilizando-se tecnologia barata baseada em tubo de difusão, consistindo em um tubo de 7cm de comprimento e 1cm de diâmetro, no qual o NO2 é adsorvido.
• Tempo de amostragem entre 1 e 2 semanas; impreciso e inacurado, levando a sobre estimações de até 30%
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Óxidos de nitrogênio (NOX)Esquema de um analisador de quimiluminescência (Holgate, Samet, Koren
e Maynard, 1999).
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Óxidos de nitrogênio (NOX)Esquema de um analisador de quimiluminescência (Holgate, Samet, Koren
e Maynard, 1999).
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Compostos Orgânicos Voláteis
• Poucas redes realizam o monitoramento;
• Custo elevado devido ao grande número de compostos e às baixas concentrações;
• Métodos de análise envolvem a utilização de cromatografia e espectometria de massa.
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Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs)
• Possuem ação carcinogênica
• Como são compostos semivoláteis, podem encontra-se na fase de vapor ou adsorvido na superfície de partículas;
• Tempo de amostragem de 24h;
• A coleta da amostra é feita com o amostrador de grande volume equipado com filtro e coletor de vapor, cujos conteúdos são extraídos e posteriormente analisados através de cromatografia líquida ou gasosa e espectometria de massa.
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Ozônio (O3)
• É um poluente secundário;
• Os padrões requerem médias expressas em termos de concentrações médias em 1 ou 8h, o que requer equipamento com resposta rápida e monitoração contínua;
• Monitorado com analisadores fotométricos de UV, valendo-se da propriedade do ozônio em absorver o comprimento de onda de 254nm.
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Ozônio (O3)
Esquema de um analisador fotométrico de UV (Holgate, Samet, Koren e Maynard, 1999).
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Redes de monitoramento
• Utilizadas para determinar a qualidade do ar em centros urbanos;
• Estações de monitoramento posicionadas em pontos representativos;
• Podem ser medidos diversos parâmetros
• O volume de dados adquiridos possibilita a geração de relatórios detalhados sobre a qualidade do ar da região.
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Rede automática de monitoramento da qualidade do ar
na Grande Vitória (RAMQAr)
• Implantada no ano 2000;
• Fornece dados contínuos sobre a concentração de PTS, PM10, NOX, SO2, O3, CO e HC além de parâmetros meteorológicos;
• Atualmente a rede é composta por 8 estações.
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Rede automática de monitoramento da qualidade do ar
na Grande Vitória (RAMQAr)
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Rede automática de monitoramento da qualidade do ar na Grande Vitória (RAMQAr)
Estação PTS PM10 SO2 CO NOX HC O3 Meteorolo
gia*
Estação Laranjeiras Estação Carapina
DV,VV,UR,PP,P,
T,I Estação Jardim Camburi
Estação Enseada do Suá
DV,VV
Estação Vitória Centro
Estação Ibes DV,VV
Estação Vila Velha Estação Cariacica DV,VV,T
*DV: Direção de Vento PP: Precipitação Pluviométrica
VV: Velocidade do Vento UR: Umidade Relativa
I: Insolação P: Pressão
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Rede automática de monitoramento da qualidade do ar na Grande Vitória (RAMQAr)
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Referências• HOLGATE, S. T.; SAMET, J. M.; KOREN, H. S.; MAYNARD, R. L.
Air Pollution and Health. Academic Press: London, 1999
• Espírito Santo. Secretaria de Estado de Meio-Ambiente e de Recursos Hídricos. Qualidade do Ar. Disponível em <http://www.seama.es.gov.br/scripts/sea0500.asp>. Acesso em 10/05/2005
• Espírito Santo. Instituto Estadual de Meio-Ambiente e de Recursos Hídricos. Relatória da Qualidade do Ar da Região da Grande Vitória. Ano de 2003. Cariacica, 2004.
• ENVIRO TECHNOLOGY. Model 101A. H2S Analyser for ambient air quality monitoring. Disponível em: <http://www.et.co.uk/cgi-bin/products.cgi?section=1002&product=M101A>. Acesso em 03/05/2005.