Ciências do Ambiente - Cap 3 - Meio atmosférico: Características e poluição

Universidade Estadual do Maranhão
Engenharia de Produção
Ciências do Ambiente
Meio Atmosférico
Características e Poluição
Me. Elon Vieira Lima
São Luis – 2014-2

2
Introdução
Poluição do Ar
Emissão
Atmosfera
Receptores
Interações físicas (diluição)
Interações químicas (reações)
Poluentes  Poluição

3
Introdução
Gestão da Qualidade do Ar
Emissão
Controle de
Emissão
Atmosfera
Receptores
Monitoramento
Poluentes e suas fontes
Efeitos da poluição
Mudanças climáticas
Composição e estrutura
Meteorologia
Transporte e Dispersão
Métodos e Equipamentos
Sistemas de Controle
Padrões de
qualidade
Métodos e
Equipamentos

4
Atmosfera
Definição
 É uma camada fina, gasosa, presa à Terra pela força da
gravidade.
 E um grande “cobertor” do planeta que protege a Terra
do hostil espaço cósmico.

5
Atmosfera
Composição
 Composição da atmosfera seca e limpa (ASSUNÇÃO, 2004)
 Vapor d’água: de 0,02% a 4%
 Partículas sólidas e líquidas em suspensão.
Constituinte Fórmula % em volume ppm
Nitrogênio N2
78,08 780800
Oxigênio O2
20,95 209500
Argônio Ar 0,93 9300
Dióxido de Carbono CO2
0,0358 358*
Neônio Ne 0,0018 18
Hélio He 0,00052 5,2
Metano CH4
0,00017 1,7
Kriptônio Kr 0,00011 1,1
Hidrogênio H2
0,00005 0,5
Óxido Nitroso N2
O 0,00003 0,3
Ozônio O3
0,000004 0,04

6
Atmosfera
Funções
 Proteger os organismos da exposição a níveis arriscados da
radiação ultravioleta;
 Camada de ozônio
 Regular a temperatura média do planeta;
 Efeito estufa
 Contém os gases necessários para os processos vitais de
respiração celular e fotossíntese;
 Fornece a água necessária para a vida.
 Ciclos biogeoquímicos

8
Camada de Ozônio
Características gerais
 Protege os organismos da
exposição a níveis arriscados
da radiação ultravioleta;
 Escudo solar natural da
Terra

9
Camada de Ozônio
Características gerais
 Situada na Estratosfera
 Maior concentração: entre 25 e 35 km
 85 a 90% do O3 total da atmosfera

10
Camada de Ozônio
Espectro da luz solar

11
Camada de Ozônio

12
Camada de Ozônio
 UV-A (315-400 nm)
 Tem os comprimentos de onda mais longos e é a menos
prejudicial.
 Causa queimaduras solares e está relacionada às causas de
envelhecimento prematuro da pele e alguns tipos de câncer.
 UV-B (280-315 nm)
 Pode causar câncer de pele e uma série de doenças da vista.
 Causa queimaduras solares.
 Próximos a comprimentos de onda de 280 nm são
intensamente absorvidas pelas proteínas e, freqüentemente,
alterando as sua funções.
 Pode interferir na fotossíntese de alguns tipos de culturas.
 São necessárias para sintetizar a vitamina D na pele dos seres
humanos.

13
Camada de Ozônio
 UV-C (100-280 nm)
 É o membro mais perigoso da família.
 Os comprimentos de onda ao redor de 260 nm são
absorvidos pelo DNA e, invariavelmente, quase todas as
formas de vida são irremediavelmente danificadas por
esse tipo de radiação.

14
Camada de Ozônio
Absorção da luz pelas moléculas
 As substâncias diferem enormemente em sua tendência a
absorver luz de um determinado comprimento de onda.

15
Camada de Ozônio
Absorção da luz pelas moléculas
 As substâncias diferem enormemente em sua tendência a
absorver luz de um determinado comprimento de onda.

16
Camada de Ozônio
Reações fotoquímicas
 Quando a energia de um fóton de luz é igual à energia
requerida para haver uma reação, isto é, a entalpia padrão
de reação (DHº), ocorre uma reação fotoquímica.
 O pesquisador inglês Chapman, em 1930, propôs as
reações para a formação e destruição do O3 na estratosfera
(conhecido por Ciclo de Chapman):
 Formação:
 Destruição:
2 3O O M O M calor    
 2 2241 2O fóton nm O O 
   
 3 2320O fótonUV nm O O   
3 22O O O 

17
Camada de Ozônio

18
Camada de Ozônio
Proteção
 A camada de ozônio pode absorver:
 100% dos raios UV-C (200 – 280 nm)
 70 a 90% dos raios UV-B (280 – 320 nm)
 Menos de 10% dos raios UV-A (320 – 400 nm)

19
Depleção da Camada de Ozônio
Buraco na camada de ozônio
 Mecanismo descoberto por Rowland e Molina em 1974/75
 Entre setembro e novembro, primavera, há uma queda natural na
concentração de O3 na Antártida
 A partir da década de 80, notou-se um acentuado e contínuo decréscimo
da concentração de O3

20

21
 BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO: diminuição da concentração de
(O3 );
 Tecnicamente, o buraco não significa ausência total de O3 , mas sim
que a concentração de O3 é muito pequena

22
Causas
 Provocada pelos CFC’s (compostos orgânicos feitos de átomos de
Carbono, Flúor e Cloro)
 Característica:
 Em geral, se referem a compostos orgânicos;
 Possuem propriedades refrigerantes, propelentes e solventes;
 São compostos altamente estáveis;
 Outros Compostos:
 CFCs = clorofluorcarbonetos
 HBFCs = hidrobromofluorcarbonetos
 Halon
 Tetracloreto de carbono
 Brometo de metila
 Mecanismo catalítico
 Um átomo de cloro é responsável pela destruição de cerca de
100.000 moléculas de ozônio

23
Causas
 Mecanismo catalítico
CCl3F (CFC-11) + hν → CCl2F· + Cl·
Cl· + O3 → ClO· + O2
ClO· + O· → Cl· + O2
Balanço: O + O3 → O2 + O2

24
Causas

25
Efeitos

26
Efeitos
 Destruição da camada implica que mais raios ultravioleta-B
chegam à superfície
 Problemas relacionadas:
 vermelhidão e queimaduras de pele
 câncer de pele (90% relacionados ao UV-B);
 cataratas nos olhos;
 sistemas imunológicos mais fracos;
 rendimentos menores na produção agrícola;
 danos nos ecossistemas oceânicos e redução nas pescas;
 efeitos adversos nos animais;
 danos em materiais como os plásticos.

27
Ações para mitigação
 Protocolo de Montreal (1987):
 Começou a impor limites e a
restringir o uso dos
principais poluentes;
 Há diferenças nos prazos de
cumprimento entre países
desenvolvidos e menos
desenvolvidos.

28
Ações para a mitigação
 Substitutos:
– HCFCs = hidroclorofluorcarbonetos
– HFCs = hidrofluorcarbonetos
 No Brasil:
 CONAMA 267: recolhimento, acondicionamento e envio de
gases CFC para reciclagem;
 5a nação que mais reduziu o consumo de CFC’s;
 O consumo caiu de 10.525 t (1995) para 478 t em 2006.
 Problemas
 substitutos: HFCs são gases de efeito de estufa;
 contrabando entre países menos desenvolvidos e mais
desenvolvidos

29
Efeito Estufa
Balanço de energia na Terra
 Da luz incidente total envolvendo todos os comprimentos de
onda que chegam até a Terra:
 45 - 50% alcança a superfície, onde é absorvida;
 20 - 25% são absorvidas por gases e gotículas de água;
 UV: ozônio estratosférico e oxigênio diatômico
 IR (infravermelho): CO2 e H2O
 25 - 30% são refletidos de volta ao espaço pelas nuvens,
pelo gelo, pela neve, pela areia e por outros corpos
refletores, sem que ocorra absorção.
 A quantidade de energia que o planeta absorve e aquela
liberada para o espaço devem ser iguais para que a
temperatura se mantenha constante.

30
Efeito Estufa

31
Efeito Estufa
 A energia emitida pela superfície da Terra se encontra na
região do infravermelho (4 a 50 µm). Essa região é chamada
de infravermelho térmico porque a energia é uma forma de
calor.

32
Efeito Estufa

33
Efeito Estufa
 Deste modo, uma parte do IR térmico é direcionada de volta
em direção à superfície, sendo reabsorvida e
conseqüentemente causando um aquecimento adicional
tanto na superfície como do ar  Efeito estufa.
 O efeito estufa é responsável pelo fato da temperatura média
da superfície da Terra ser de aproximadamente 15°C.

34
Efeito Estufa
 Os principais gases do efeito estufa (GEE) são:
 Vapor d’água e dióxido de carbono (CO2);
 Metano (CH4), óxido nitroso (N2O), ozônio (O3) e CFC’s.

38
Gases do Efeito Estufa (GEE’s)
Dióxido de carbono (CO2)
 Ciclo do carbono:
 Respiração:
 Fotossíntese:
 As principais fontes antropogênicas de emissão de CO2 são:
 Queima de combustíveis fósseis e produção de cimento
(75%)
 Petróleo, carvão e gás natural
 Diretamente: veículos e aquecimento de domicílios.
 Indiretamente: transporte, indústria, aquecimento e
resfriamento de instalações comerciais, produção e
refino do petróleo, etc.
 Desmatamento (25%)

39

40
 O único sumidouro permanente para o CO2 é a sua deposição em águas
profundas do oceano e/ou sua precipitação na forma de carbonato de
cálcio insolúvel.
 O carbono recém enviado à atmosfera só será depositado após
várias décadas ou séculos (50 a 200) anos.

41
Metano (CH4)
 As fontes significativas de metano atmosférico são:
 Zonas alagadas naturais (decomposição anaeróbica de
matéria orgânica vegetal)
 Combustíveis fósseis
 Aterros sanitários
 Animais ruminantes
 Áreas de cultivo de arroz
 Queima de biomassa
 Tempo médio de permanência na atmosfera: 10 a 15 anos.

42
Aquecimento Global
Efeito estufa intensificado
 Após a Segunda Guerra Mundial, tem se observado um
grande aumento da temperatura média da Terra.

43
Aquecimento Global
 Há 3 fatores principais que influenciam diretamente
o balanço de energia na Terra:
 O fluxo dos raios solares que chegam, dependendo
da distância do sol e da atividade solar;
 Albedo (fração de luz solar refletida por uma
superfície), ou reflexões dos raios solares da Terra
de volta para o espaço;
 A composição química da atmosfera.

45
Aquecimento Global
 Aumento da concentração de gases traço no ar, que
absorvem luz IR térmica  Efeito Estufa Intensificado

46
Aquecimento Global
 Albedo
 Certos tipos de particulados em suspensão no ar refletem um pouco
da luz solar que retorna para o espaço, logo, possuem um
significativo valor de albedo.

47
Aquecimento Global
 Balanço energético
 As mudanças são
expressas como uma
força radioativa que é
usada para comparar
como uma gama de
fatores humanos e
naturais influencia o
aquecimento ou o
resfriamento do clima
global.

48
Aquecimento Global

49
Aquecimento Global

50
Poluição do Ar na Troposfera
Introdução
 Poluição do ar:
 Quando há uma ou mais substâncias em concentrações suficientes
para causar danos em seres humanos, animais, vegetais ou
materiais.
 Essas concentrações dependem do clima, da topografia, da
densidade populacional, do nível e do tipo das atividades industriais
locais.
 Para cada poluente, é importante conhecer sua origem (fonte) e seus
impactos ao meio.
 Muitos destes poluentes estão vinculados a fenômenos de poluição.

51
Principais poluentes
 Monóxido de Carbono (CO): combustão incompleta de combustíveis
fósseis ou que contenham carbono;
 Dióxido de Carbono (CO2): combustão completa, além de ser gerado
no processo de respiração aeróbica dos seres vivos;
 Óxidos de Enxofre (SO2 e SO3): queima de combustíveis que
contenham enxofre, além de serem gerados em processos biogênicos
naturais, tanto no solo quanto na água;
 Óxidos de Nitrogênio (NOx): processos de combustão e processos de
descargas elétricas na atmosfera;
 N2 + O2 → 2 NO·(óxido nítrico)
 Hidrocarbonetos: queima incompleta dos combustíveis; evaporação
desses combustíveis e de outros materiais como, por exemplo, solventes
orgânicos;
 Asbestos: gerado durante a etapa de mineração do amianto ou nos
processos de beneficiamento desse material;

52
 Oxidantes Fotoquímicos: são compostos gerados a partir de outros
poluentes (hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio), que foram lançados
à atmosfera por meio da reação química entre esses compostos,
catalisada pela radiação solar. Dentre os principais destacam-se o
ozônio e o peroxiacetilnitrato (PAN);
 Material Particulado (MP): partículas de material sólido e líquido
capazes de permanecer em suspensão (poeira, fuligem, partículas de
óleo, pólen). Podem ter origem nos processos de combustão ou ocorrem
em conseqüência de fenômenos naturais;
 Metais: MP associados aos processos de mineração, combustão de
carvão e processos siderúrgicos;
 Gás fluorídrico (HF): processos de produção de alumínio e fertilizantes,
bem como em refinarias de petróleo;
 Amônia (NH3): fontes como indústrias químicas e de fertilizantes,
principalmente aquelas à base de nitrogênio, além dos processos
biogênicos naturais que ocorrem na água ou no solo;

53
 Pesticidas, Herbicidas (organoclorados, organofosforados e
carbamatos): fontes são as indústrias que os produzem, bem como os
agricultores pelos processos de pulverização nas plantações e no solo;
 Gás Sulfídrico (H2S): subproduto nos processos desenvolvidos em
refinarias de petróleo, indústria química, tratamento de efluentes,
indústria de celulose e papel etc. Também produzido por processos
biogênicos naturais;
 Substâncias radioativas: fontes são os depósitos naturais, usinas
nucleares, testes de armamento nuclear e queima do carvão;
 Som: associado ao nosso estilo de vida e industrial.
 Calor (poluição atmosférica por energia): emissão de gases a alta
temperatura, geralmente nos processos de combustão;

54
SMOG = SMOKE (fumaça) + FOG (neblina)
Smog Fotoquímico
Aspectos gerais

55
Smog Fotoquímico
Aspectos gerais
 Manifesta-se em forma de neblina de tonalidade amarela-amarronzada
que se deve à presença no ar de pequenas gotas d’água contendo
produtos derivados de reações químicas que ocorrem entre os poluentes
no ar.
 Com frequência apresenta um odor desagradável devido a alguns de
seus componentes.
 Os produtos intermediários e finais das reações que ocorrem no smog
afetam a saúde humana de maneira séria e podem causar danos às
plantas, aos animais e a alguns materiais.
 O processo de formação do smog abrange centenas de reações
diferentes, envolvendo um número indeterminado de substâncias
químicas.
 O principal produto destas reações fotoquímicas é o ozônio.

56
 Além do ozônio, outros produtos finais do smog são o ácido
nítrico e compostos orgânicos parcialmente oxidados (e, em
alguns casos, nitratos).
Smog Fotoquímico
Compostos orgânicos
O3
HNO3
COV’s
NO.
O2
Luz solar

57
Smog Fotoquímico

58
Smog Fotoquímico
Características
 A cor amarela da atmosfera de uma cidade envolvida pelo smog deve-se
à presença do dióxido do nitrogênio, pois esse gás absorve um pouco de
luz visível próximo ao limite do violeta e, consequentemente a luz solar
transmitida através da névoa parece amarela.
 Condições para a ocorrência dos smogs:
 Tráfego de veículos substancial para que hajam emissões
suficientes de NO., hidricarbonetos, e outros COV’s no ar;
 Temperaturas moderadamente elevadas e luminosidade solar
abundante, fundamentais para as reações, algumas delas
fotoquímicas, ocorram a uma velocidade elevada;
 Pouco movimento relativo de massa de ar para que os poluentes
não sejam diluídos.
 Principais casos: Los Angeles, Denver, México, Tóquio, Atenas,
São Paulo e Roma.

59
Smog Fotoquímico
Efeitos
 Problemas respiratórios
 Danos às plantas

60
Smog Industrial
Aspectos gerais
 Principais componentes: queima de carvão e de óleo
combustível (aquecimento doméstico, geração de energia
elétrica)  SO2 e MP
 Outros poluentes: compostos de flúor, de mercúrio e asbestos.
 Típico de regiões frias e úmidas;
 Picos de concentração ocorrem exatamente no inverno, em
condições climáticas adversas para a dispersão dos poluentes
(inversão térmica).

61
Smog Industrial
Aspectos gerais

62
Smog Industrial
Aspectos gerais

63
Smog Industrial
Aspectos gerais

64
Smog Industrial
Consequências
 Monóxido de carbono: causa disfunções do miocárdio;
 Dióxido de enxofre: problemas respiratórios.
 Particulados inaláveis: prejudicam a circulação vascular do corpo
humano, ampliando as chances, por exemplo, de aumento da pressão
arterial.
 Segundo estudos da USP, cerca de oito pessoas morrem por dia na
região metropolitana de São Paulo por causa de consequências
indiretas da poluição atmosférica.

65
Chuva ácida
Aspectos gerais
 O termo genérico chuva ácida, também conhecida como
deposição ácida, abrange vários fenômenos, como a neblina
ácida e a neve ácida, todos relacionados a precipitações
substanciais de ácido.

66
Chuva ácida
Aspectos gerais

67
Chuva ácida
Aspectos gerais

68
Chuva ácida
Efeitos
 Saúde
 Problemas cardíacos e respiratórios
 Águas superficiais
 Quando a chuva ácida quebra a cadeia alimentar, a biodiversidade se
reduz.
 Pode provocar eutrofização.

69
Chuva ácida
Efeitos
 Solo
 Perda de produtividade.
 Materiais
 Degradação

70
Material Particulado
Aspectos gerais
 Particulados são partículas finas de sólidos ou líquidos que se
encontram suspensas no ar, em geral invisíveis, individualmente,
a olho nu.
 As partículas suspensas em uma dada massa de ar não são todas
do mesmo tamanho ou forma, e tampouco apresentam a mesma
composição química.
 Embora apenas algumas partículas suspensas apresentem forma
exatamente esférica, é conveniente e convencional tratar a
totalidade das partículas como se apresentassem esta forma 
diâmetro.

71
Aspectos gerais
 Tamanho
 Partículas grandes (> 10 µm): depositam no solo, não
provocando sérios danos ao homem;
 Partículas médias (1-10 µm): permanecem em
suspensão;
 Partículas finas (< 1 µm): permanecem no ar, percorrem
diversas regiões e causam sérios problemas respiratórios.
 Tipos:
 Poeira e fuligem  sólidos
 Névoa e neblina  líquidos
 Aerossol  conjunto de particulados (sólidos ou líquidos)
dispersos pelo ar. São partículas menores que 100 μm.

73
Aspectos gerais
 Índice MP  quantidade de material particulado presente
em um dado volume (µg/m3).
 Quanto menores as partículas, maiores os efeitos nocivos
provocados.
 Classificação:
 PTS  Particulados Totais em Suspensão. Menores que
50 µm;
 MP10  concentração total de todas as partículas de
diâmetro menor que 10 µm  Partículas Inaláveis. Ficam
retidas na parte superior do sistema respiratório
 MP2,5 Partículas Respiráveis. Podem atingir os alvéolos
pulmonares;
 FMC fumaça  Provenientes dos processos de
combustão.

75
Comportamento das partículas no ar

76
Qualidade do ar
Padrões de qualidade
 Os padrões de qualidade do ar definem legalmente o limite
máximo para a concentração de um poluente na atmosfera,
que garanta a proteção da saúde e do meio ambiente.
 Os padrões de qualidade do ar são baseados em estudos
científicos dos efeitos produzidos por poluentes específicos e
são fixados em níveis que possam propiciar uma margem de
segurança adequada.
 Os padrões nacionais foram estabelecidos pelo IBAMA e
aprovados pelo CONAMA através da Resolução CONAMA
03/90.

77
Qualidade do ar
 Entende-se como poluente atmosférico 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:
 I - impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde;
 II - inconveniente ao bem-estar público;
 III - danoso aos materiais, à fauna e flora.
 IV - prejudicial à segurança, ao uso e gozo da
propriedade e às atividades normais da comunidade.

78
Qualidade do ar
Padrões nacionais de qualidade do ar
(Resolução CONAMA nº 03 de 28/06/90)
Poluente
Tempo de
Amostragem
Padrão
Primário
µg/m³
Padrão
Secundário
µg/m³
Método de
Medição
partículas
totais em
suspensão
24 horas1
MGA2
240
80
150
60
amostrador de
grandes volumes
partículas
inaláveis
24 horas1
MAA3
150
50
150
50
separação
inercial/filtração
fumaça
24 horas1
MAA3
150
60
100
40
refletância
dióxido de
enxofre
24 horas1
MAA3
365
80
100
40
pararosanilina
dióxido de
nitrogênio
1 hora1
MAA3
320
100
190
100
quimiluminescência
monóxido
de
carbono
1 hora1
8 horas1
40.000
35 ppm
10.000
9 ppm
40.000
35 ppm
10.000
9 ppm
infravermelho não
dispersivo
ozônio 1 hora1
160 160 quimiluminescência
1 - Não deve ser
excedido mais que
uma vez ao ano.
2 - Média geométrica
anual.
3 - Média aritmética
anual.

79
Qualidade do ar
Critérios para episódios agudos de poluição do ar
(Resolução CONAMA nº 03 de 28/06/90)
Parâmetros Atenção Alerta Emergência
partículas totais em suspensão
(µg/m3
) - 24h
375 625 875
partículas inaláveis (µg/m3
) - 24h 250 420 500
fumaça (µg/m3
) - 24h 250 420 500
dióxido de enxofre (µg/m3
) - 24h 800 1.600 2.100
SO2 X PTS (µg/m3
)(µg/m3
) - 24h 65.000 261.000 393.000
dióxido de nitrogênio (µg/m3
) - 1h 1.130 2.260 3.000
monóxido de carbono (ppm) - 8h 15 30 40
ozônio (µg/m3
) – 1h 400* 800 1.000

80
Qualidade do ar
Índice de qualidade do ar (IQA)
 O índice de qualidade do ar é uma ferramenta matemática desenvolvida
para simplificar o processo de divulgação da qualidade do ar. Para cada
poluente medido é calculado um índice. Através do índice obtido, o ar
recebe uma qualificação.
 Para efeito de divulgação utiliza-se o índice mais elevado, isto é, a
qualidade do ar de uma estação é determinada pelo pior caso.

81
Qualidade do ar
Índice de qualidade do ar (IQA)

Ciências do Ambiente - Cap 3 - Meio atmosférico: Características e poluição

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