UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE - FURG PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA TECNOLÓGICA TECNOLÓGICA E AMBIENTAL – PPGQTA NÍVEL: MESTRADO DISCIPLINA: DISCIPLI NA: QUÍMICA AMBIENTAL PROFESSOR FÁBIO GONÇALVES
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
Emanuele Carvalho
OS PARTICULADOS NA ATMOSFERA
O material particulado é a forma mais visível de poluição atmosférica.
As partículas tem tamanho variável, entre cerca de 1,5 mm (o diâmetro de um grão de areia ou de uma gota de chuva fina) e a dimensão de uma molécula.
São formadas por uma incrível variedade de materiais e objetos que podem ser tanto sólidos quanto gotículas líquidas Os aerossóis são partículas sólidas ou líquidas menores que 100 μm em diâmetro.
OS PARTICULADOS NA ATMOSFERA As partículas poluentes da ordem de 0,001-100 μm são encontradas em suspensão no ar, próximo a fontes de poluição: Atmosfera urbana
Autoestradas
Unidades industriais
Usinas termelétricas de energia
MATERIAL PARTICULADO
ORGÂNICO
INORGÂNICO
FONTES DE MATERIAL PARTICULADO Atmosfera urbana industrializada: - Combustão do carvão; - Sulfato secundário; - Nitrato secundário; - Aerossóis orgânicos secundários (poluentes orgânicos de diferentes origens); - Emissões diretas de veículos automotivos (motores a diesel).
FONTES DE MATERIAL PARTICULADO Origem biológica: - Vírus; - Bactérias; - Esporos bacterianos e fúngicos; - Material biológico de origem marinha
EFEITOS DOS PARTICULADOS Devido a suas propriedades poluentes, os particulados estão entre os seis chamados poluentes legislados para os quais a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos está incumbida de emitir regulamentações. Têm potencial : - de danificar materiais - de reduzir a visibilidade. - causar efeitos indesejáveis na aparência estética dos ambientes - partículas pequenas tem alto potencial de causar danos a saúde. o
o
Quando inaladas pelo aparelho respiratório: - Podem ser prejudiciais a saúde, e a exposição a elas foi vinculada a diversos efeitos negativos, como a piora na asma e a morte prematura causada por doenças cardíacas e respiratórias. o
COMPOSIÇÃO DOS AEROSSÓIS Material carbonáceo; Óxidos metálicos e vidros Espécies iônicas dissolvidas (eletrólitos) Sólidos iônicos Água Sulfatos Nitratos Nitrogênio da amônia Silício
Uma grande parcela do material particulado encontrado no ambiente vem da conversão atmosférica de gases em partículas.
PROCESSO QUÍMICO NA FORMAÇÃO DE PARTICULADO: COMBUSTÃO
Os particulados gerados por processos de combustão tem menos de 1 μm de tamanho
Partículas desse tamanho têm importância especial já que são mais facilmente transportadas para os alvéolos pulmonares.
Essas partículas são ricas em componentes mais perigosos, como metais tóxicos e arsênico.
PARTICULADOS INORGÂNICOS
Os óxidos metálicos constituem uma das principais classes de particulados inorgânicos na atmosfera. São formados sempre que combustíveis contendo metais em sua composição são queimados. O nitrogênio do amônio e dos sais de nitrato é um componente comum do material particulado inorgânico. Os sais nitrato, cloreto e sulfato de amônio na atmosfera são corrosivos, atacando metais como o ferro dos contatos em relés elétricos.
HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos - HAP Consistem em moléculas com anéis aromáticos (arila) condensados. O exemplo mais conhecido é o benzo(a)pireno, um composto que o corpo pode metabolizar para uma forma cancerígena.
Benzo(a)pireno
Muitos deles são capazes de reagir, após transformações metabólicas (bioativação prévia das enzimas do citocromo P450), com o DNA, tornando-se carcinogênicos e potencias mutagênicos.
ORIGEM E SÍNTESE
Os HAP e seus derivados são formados durante a combustão incompleta de hidrocarbonetos;
Incêndios em florestas e pastagens; Processos Antroposféricos;
Podem ser sintetizados a partir de hidrocarbonetos saturados em meios com deficiência de oxigênio Os hidrocarbonetos com massas molares muito baixas, incluindo o metano, têm a capacidade de atuar como precursores dos compostos policíclicos aromáticos.
HC com massas molares muito baixas formam HAP por pirossíntese, um processo que ocorre a temperaturas que excedem os 500 °C, em que as ligações carbono-hidrogênio e carbono-carbono são quebradas, formando radicais livres. Esses radicais sofrem desidrogenação e se combinam quimicamente com estruturas contendo o anel arila, resistentes a decomposição térmica. Os compostos insaturados são especialmente suscetíveis às reações de adição envolvidas na formação de HAP.
Os compostos HAP podem ser formados a partir de alcanos maiores presentes em combustíveis e materiais vegetais pelo processo chamado pirólise, “o craqueamento” de compostos orgânicos para formar moléculas e radicais menores e mais estáveis.
EXEMPLOS DE FONTES pirólise de madeira para produção de carvão; operações de transporte e refinação do petróleo; incineração de resíduos domésticos e industriais; queimas de matéria orgânica de campos e florestas; geração de energia via queima de combustíveis fósseis; de querosene para a formação de pirólise benzeno, tolueno e outros solventes orgânicos; emissão de motores de veículos (particularmente a diesel); fumo do tabaco; Cozinhados; Incêndios
ALGUNS DOS MAIS IMPORTANTES HAP
Benzo(a)pireno
Benzo(e)pireno
Benzo(a)antraceno
Criseno
Benzo(e)acefenantrileno 1-Indenol
IMPORTANTE HAP
Benzo(j)fluoranteno • Níveis elevados de HAP, de até cerca de 20 μg . m-3 ,
são encontrados na atmosfera. • As atmosferas urbanas e as cercanias de incêndios
naturais, como aqueles observados em florestas e pradarias, são os locais de maior probabilidade de esses níveis elevados serem encontrados.
CONCENTRAÇÃO DE HAP
O gás liberado por fornos a carvão pode conter mais de 1.000 μg . m-3 em HAP;
A fumaça do cigarro pode conter quase 100 μg . m-3 ;
Os HAP atmosféricos são encontrados quase que exclusivamente na fase sólida, sobretudo sorvidos em partículas de fuligem;
A fuligem em si é um produto com teores muito concentrados de HAP;
O benzo(a)pireno adsorvido na fuligem desaparece com muita rapidez na presença de luz, gerando produtos oxigenados. Os produtos da oxidação do benzo(a)pireno incluem epóxidos, quinonas, fenóis, aldeídos e ácidos carboxílicos.
POLUENTES ATMOSFÉRICOS ORGÂNICOS
Destilação e fracionamento global dos poluentes orgânicos persistentes
OS COMPOSTOS ORGÂNICOS BIOGÊNICOS Compreendem as substâncias produzidas por microrganismos; São abundantes na atmosfera de regiões cobertas por florestas
Fonte Animais Bactérias Vegetação
Composto orgânico biogênico 85 milhões de toneladas métricas/ano de metano metano Hidrocarbonetos: isopreno, monoterpenos e sesquiterpenos
O metano na troposfera contribui para a produção fotoquímica de monóxido de carbono e ozônio. Dois dos produtos da reação do limoneno (terpeno) com o ozônio são o formaldeído e o 4-acetil-1metilciclohexeno.
OS COMPOSTOS DE CARBONILA OS ALDEÍDOS E AS CETONAS
Importância 1) são formados pela oxidação fotoquímica de quase todos os hidrocarbonetos;
2) promovem a produção de ozônio, nitrato de peroxiacetila (PAN) e de radicais livres muito reativos e prejudiciais; 3) São agentes mutagênicos tóxicos, carcinogênicos em potencial e irritantes dos olhos, como o formaldeído, o acetaldeído e a acroleína.
O formaldeído é gerado na atmosfera como produto da reação dos hidrocarbonetos atmosféricos, começando com suas reações com o radical hidroxila. O formaldeído é o produto da reação do radical metoxila com o O2 O H3CO
+
O2
H-C-H + HOO
As carbonilas são encontradas com frequência no ar ambiente, associadas a incidentes graves de formação de smog fotoquímico. Em sua maioria, esses compostos surgem como poluentes secundários da oxidação fotoquímica de hidrocarbonetos.
Como fontes de radicais livres produzidos na atmosfera pela absorção da luz os aldeídos vem atrás apenas do NO2. O grupo carbonila é um cromóforo, um grupo molecular que absorve luz prontamente. A absorção da luz por ele é eficiente na região ultravioleta do espectro. O formaldeído fotoliticamente excitado, pode se dissociar de duas maneiras. A primeira gera um átomo de H e o radical HCO; A segunda produz H 2 quimicamente estável e CO.
Composto Produção Aplicação Químico anual Formaldeído > 1 bilhão de Produção de plásticos, quilogramas resinas, lacas, corantes e explosivos. Acetaldeído Produção de ácido acético, plásticos e matérias-primas Acetona 1 bilhão de Usada como solvente e quilogramas na produção de borracha, couro e plásticos.
CONTROLE DAS EMISSÕES DE PARTÍCULAS A remoção de material particulado das emissões de gás é o meio mais comum de controle da poluição atmosférica.
Um sistema de remoção de partículas depende: - volume de partículas presentes; - natureza das partículas (distribuição de tamanhos); - Tipo de sistema de lavagem de gás usado.
REMOÇÃO DE PARTÍCULAS: POR SEDIMENTAÇÃO E INÉRCIA
São usadas câmaras de deposição atmosférica para remover partículas de correntes gasosas pela simples ação da gravidade. Essas câmaras ocupam muito espaço físico e têm baixa eficiência de coleta.
A deposição de partículas apresenta melhores resultados quando as partículas são grandes, ocorrendo de forma espontânea por coagulação.
REMOÇÃO DE PARTÍCULAS: A FILTRAÇÃO DE PARTÍCULAS
Os filtros de tecido, ou filtros de manga, são constituídos de tecidos que permitem a passagem de gás, mas retêm o material particulado. Esses filtros são utilizados para recolher poeira em sacos de coleta contidos em estruturas chamadas coletores de poeira industriais.
Filtro de manga:
Filtro
Local onde o material particulado é coletado
REMOÇÃO DE PARTÍCULAS: OS LAVADORES DE GÁS Lavador do tipo venturi: Prevê a passagem do gás por um dispositivo que força a corrente gasosa por uma seção convergente, ou gargalo, e uma seção divergente. Gás poluído
Injeção de líquido Gás limpo Líquido sujo
Convergência
Divergência Garganta
LAVADOR VENTURI A injeção do líquido lavador perpendicularmente ao fluxo de alimentação de gás divide o líquido em gotículas muito pequenas, ideais para capturar partículas da corrente gasosa.
Pode haver também condensação do vapor a partir do líquido inicialmente evaporado no gás de exaustão, o que aumenta a eficiência na depuração.
Além de remover partículas, os coletores venturi atuam como refrigerantes, para reduzir a temperatura dos gases de exaustão.
REMOÇÃO ELETROSTÁTICA As partículas adquirem carga quando a corrente gasosa é forçada por meio de uma descarga corona de corrente contínua de alta voltagem. Devido a carga elétrica, as partículas são atraídas a uma superfície aterrada, de onde podem ser removidas mais tarde.
PRECIPITADOR ELETROSTÁTICO Ionização do ar
migração
Fio de carregamento
Cargas elétricas
Material particulado
adesão
