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Os resultados de um estudo sobre a qualidade do ar em ouro preto, minas gerais, no período de maio de 2002 a maio de 2003. As concentrações de pts e metais associados foram analisadas em três estações de amostragem: pilar, febem e escola de minas. Os dados obtidos foram comparados com os padrões de qualidade do ar estabelecidos pela resolução conama 03/90. O documento também apresenta as distribuições das concentrações dos metais nas estações de amostragem e as correlações entre elas.
Tipologia: Provas
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Dissertação apresentada ao Programa de Pós- graduação em Engenharia Ambiental – Uso e Conservação de Recursos Hídricos, da Universidade Federal de Ouro Preto, para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Ambiental.
M188e Magalhães, Lucas Carlúcio. Estudo do material particulado atmosférico e metais associados às partículas totais em suspensão na cidade de Ouro Preto, MG. [manuscrito]. / Lucas Carlúcio Magalhães. – 2005. xvi, 81f. : il. color., Graf., tabs., mapas. Orientador: Prof. Dr. Maurício Xavier Coutrim. Área de concentração: Saneamento Ambiental Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Ouro Preto. Instituto de Ciências Exatas e Biológicas. Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos.
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Ao Prof. Dr. Maurício Xavier Coutrim, pela oportunidade de realização deste trabalho e orientação gentil, paciente e crítica, quando necessária, na elaboração desta dissertação.
À empresa Novelis, especialmente na pessoa do Laércio Alves, pela cessão das amostras do material particulado e dos dados meteorológicos.
Ao Prof. Dr. Hermínio Arias Nalini Júnior, co-orientador de fato e de direito, pela orientação prestativa e bem-humorada e por ter disponibilizado a estrutura do Laboratório de Geoquímica Ambiental.
À Profª MSc. Janice Cardoso Pereira, pelo incentivo e valioso auxílio, especialmente nos procedimentos de preparação das amostras e análises no ICP-AES.
Aos colegas e amigos do LGqA, Celso em especial, pelo carinho com que me receberam e apoio constante.
Ao Prof. Dr. Eucler Bento Panniago e demais professores do Programa de Pós- graduação em Engenharia Ambiental, pelos conhecimentos transmitidos.
Aos colegas do curso, pelas dificuldades compartilhadas e confraternizações, que tornaram mais agradável o período do curso.
À Direção do CEFET-OP, pela aquisição de reagentes e materiais necessários ao desenvolvimento deste trabalho.
Aos professores colegas do CEFET-OP, pelas sugestões, opiniões e ajuda nos detalhes que se tornaram imprescindíveis à finalização deste trabalho. Cabe aqui um agradecimento especial ao Prof. Alair Fernandes Coimbra, pelo fundamental auxílio no tratamento dos dados e edição dos gráficos.
A todas as pessoas que direta ou indiretamente contribuíram de alguma maneira para a realização deste trabalho.
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A exposição às partículas suspensas no ar e às substâncias a elas associadas pode causar danos à saúde humana, à flora e à fauna, às edificações, de modo particular aos monumentos, dentre outros prejuízos. Portanto, o conhecimento dos seus níveis no ar atmosférico é importante para o estabelecimento de ações preventivas.
Este trabalho teve por objetivos estudar o material particulado em suspensão na atmosfera da cidade de Ouro Preto bem como os metais a ele associados, contribuindo dessa forma para a avaliação da qualidade do ar na cidade. As principais fontes de poluição atmosférica são uma fábrica de alumínio e a emissão veicular. Além dessas, uma fábrica de ferro-ligas e empresas mineradoras localizadas próximas à cidade são também potenciais fontes poluidoras.
Para a coleta de PTS utilizaram-se dois amostradores de grande volume instalados no centro histórico e um terceiro nos limites da cidade. Foram estudadas 180 amostras coletadas entre maio de 2002 e maio de 2003, em períodos de 24 horas numa freqüência de 6 dias. Em 60 das amostras coletadas determinaram-se as concentrações de 13 metais, utilizando a técnica da espectrometria de emissão atômica por plasma indutivamente acoplado (ICP-AES).
Quanto aos resultados de PTS, a média geométrica anual não ultrapassou o padrão secundário legal de 60 μg/m^3 em nenhum dos pontos amostrados. Para períodos de 24 horas, o padrão primário legal de 240 μg/m^3 foi excedido em três medições, num dos pontos. As concentrações de PTS apresentaram tendência sazonal e foram maiores nos meses de seca e menores nos meses de chuvas. Dentre os metais analisados em PTS, o alumínio apresentou maior teor em todas as estações, indicando a influência da fábrica de alumínio. As concentrações de cobre foram maiores no ponto de amostragem mais impactado por tráfego veicular. Para o ferro e o manganês, as maiores concentrações foram observadas no ponto de amostragem com menor contribuição antropogênica. As concentrações dos metais pesados cromo, cobre, manganês, níquel e chumbo não ultrapassaram os limites estabelecidos pela Agência Norte-Americana para Substâncias Tóxicas e Registros de Doenças (ATSDR) e pela Organização Mundial da Saúde (OMS).
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Airborne particles and the substances associated in them can cause damages to the human health, flora and fauna, to buildings and particularly monuments. Therefore, knowledge of the levels of these particles in the air is important for the establishment of preventive actions.
This work had as an objective to study the particles carried by the air in the city of Ouro Preto and the metals present in them, contributing in that way to an evaluation of the quality of the air in this city. The main sources of atmospheric pollution around Ouro Preto are an aluminum plant and vehicular emissions. Besides those, an iron-alloy producing plant and mining companies close to the city are also potential pollution sources.
To collect the total suspended particles (TSP) two great volume air samplers were installed in the historical city center and a third one in the city limits. A total of 180 samples were collected between May 2002 and May 2003, during 24 hours, at each 6 days interval. In 60 of the collected samples, the concentrations of 13 metals were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES).
Concerning the TSP results, the annual geometric average did not exceed the legal secondary standard limit of 60 μg/m^3 in sampling sites studied. For periods of 24 hours, in one of the sampling sites the legal primary standard limit of 240 μg/m^3 was exceeded in three measurements. The TSP concentrations presented a seasonal variation, being higher during the drought and smaller in the raining seasons. Among the metals which were analyzed, aluminum presented larger amounts in all of the sampling stations, indicating a clear influence of the aluminum producing plant. Copper concentrations were higher in the sampling points more subject to transport traffic. For iron and manganese, the largest concentrations were observed in the sampling points with smaller anthropogenic contribution. Concentrations of the heavy metals chromium, copper, manganese, nickel and lead did not exceed the limits established by both the Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) and the World Health Organization (WHO).
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The results showed that the city of Ouro Preto has a good quality atmospheric air as far as the evaluated parameters are concerned, since both the TSP and the heavy metals levels are within acceptable limits in Brazil and in the world.
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ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
ATSDR: Agency for Toxic Substances and Disease Registry
CETESB: Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo
CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente
EPA: Environmental Protection Agency
FEAM: Fundação Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais
FEBEM: Fundação Estadual do Bem Estar do Menor
FEEMA: Fundação Estadual de Engenharia de Meio Ambiente do Rio de Janeiro
FEPAM: Fundação Estadual de Proteção Ambiental do Rio Grande do Sul
HI-VOL: High Volume Sampler
HPA: Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos
IBAMA: Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e Recursos Renováveis
IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
ICP-AES: Espectrometria de emissão atômica por plasma indutivamente acoplado
LGqA: Laboratório de Geoquímica Ambiental
MEV: Microscópio eletrônico de varredura
NAAQS: National Ambient Air Quality Standards
NIST: National Institute for Science and Technology
OMS: Organização Mundial da Saúde
PFA: Perfluoralcóxi
PM 10 : Material particulado de diâmetro inferior a 10 μm
PM (^) 2,5 : Material particulado de diâmetro inferior a 2,5 μm
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Figura 1: Estratificação térmica da atmosfera. Fonte: BRAGA et al (2002). .............. 4
Figura 2: Faixas típicas para vários tamanhos de partículas. Fonte: BAIRD (2002). .................................................................................................................................. 14
Figura 3: Distribuição relativa das massas para os diferentes tamanhos das partículas em suspensão. Fonte: EPA (1999). ................................................................................... 15
Figura 4 : Tempo de residência médio para as partículas em suspensão em função do seu tamanho. Fonte: BAIRD (2002). ........................................................................... 16
Figura 5 : Locais de deposição de partículas no trato respiratório em função do seu tamanho. Fonte: EPA (1999). ...................................................................................... 18
Figura 6: Localização dos pontos de amostragem do material particulado atmosférico. ........................................................................................................................................ 25
Figura 7: Amostrador de grandes volumes com teto e porta abertos. Fonte: ENERGÉTICA (2001). ............................................................................................... 26
Figura 8: Direção do fluxo de ar dentro da casinhola de abrigo do amostrador de grandes volumes. Fonte: ENERGÉTICA (2001). ........................................................
Figura 9: Concentrações de PTS (μg/m^3 ) na estação amostradora do bairro Pilar, no período de maio de 2002 a maio de 2003, comparadas aos padrões de qualidade do ar (CONAMA, 1990). ..................................................................................................... 35
Figura 10: Precipitação pluviométrica mensal (mm) para o período de maio de 2002 a maio de 2003, medida na estação meteorológica da empresa Novelis. ....................... 37
Figura 11: Concentrações de PTS na estação amostradora da FEBEM, no período de maio de 2002 a maio de 2003, comparadas aos padrões de qualidade do ar (CONAMA, 1990)........................................................................................................................................... 38
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Figura 12: Concentrações de PTS na estação amostradora da Escola de Minas, no período de maio de 2002 a maio de 2003, comparadas aos padrões de qualidade do ar (CONAMA, 1990). ...................................................................................................... 38 Figura 13: Concentrações de PTS nas estações de amostragem do Pilar, FEBEM e Escola de Minas, no período de maio de 2002 a maio de 2003, comparadas aos padrões nacionais de qualidade do ar (CONAMA, 1990). ....................................................... 39
Figura 14 : Partículas totais em suspensão (médias geométricas anuais) amostradas nas estações de amostragem do Pilar, FEBEM e Escola de Minas e padrões primário e secundário (CONAMA, 1990). ................................................................................... 41
Figura 15: Distribuição das concentrações de Al, expressa em μg/m^3 , nas estações de amostragem. ................................................................................................................. 46
Figura 16: Distribuição das concentrações de Cr, expressa em ng/m^3 , nas estações de amostragem. ................................................................................................................. 47
Figura 17: Distribuição das concentrações de Cu, expressa em ng/m^3 , nas estações de amostragem. ................................................................................................................. 47
Figura 18: Distribuição das concentrações de Fe, expressa em μg/m^3 , nas estações de amostragem. ................................................................................................................. 48
Figura 19: Distribuição das concentrações de Mn, expressa em ng/m^3 , nas estações de amostragem. ................................................................................................................. 48
Figura 20: Distribuição das concentrações de Ni, expressa em ng/m^3 , nas estações de amostragem. ................................................................................................................. 49
Figura 21: Distribuição das concentrações de Pb, expressa em ng/m^3 , nas estações de amostragem. ................................................................................................................. 49
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Anexo 1: Especificações técnicas do amostrador de grandes volumes (ENERGÉTICA, 2001).
Anexo 2: Fotografias das placas de acrílico e do cortador de aço inoxidável utilizados para o corte dos filtros.
Anexo 3: Especificações técnicas do forno de microondas (CEM, 1997).
Anexo 4: Fotografia dos tubos de polissulfonato capacidade 30 mL.
Anexo 5: Concentrações de PTS, expressas em μg/m^3 , registradas nas estações de amostragem do Pilar, FEBEM e Escola de Minas, no período de maio de 2002 a maio de 2003.
A evolução tecnológica, o crescimento industrial e o aumento populacional têm acarretado degradações ambientais que afetam a saúde e a qualidade de vida das pessoas (PANDEY et al , 1998; HARRISON et al , 1997). As emissões antropogênicas de poluentes interferem nos ciclos da natureza e contaminam o ar, os recursos hídricos e o solo. Nas últimas décadas, tem aumentado a preocupação com a poluição do ar. Recentes estudos epidemiológicos indicam que o material particulado em suspensão na atmosfera está associado a riscos para a saúde pública, com o aumento da incidência de doenças respiratórias, cardiovasculares e câncer. As partículas em suspensão, especialmente aquelas de menor tamanho, podem ser inaladas até os alvéolos das vias aéreas inferiores dos pulmões (CHAN et al , 2001; WHO, 2003).
Poluentes atmosféricos são quaisquer substâncias presentes no ar e que, por sua concentração, possam torná-lo impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, causando inconveniente ao bem estar público, danos aos materiais, à flora e à fauna (CONAMA, 1990; CETESB, 1992; MELO, 1997). A qualidade do ar de uma região está intimamente relacionada à qualidade de seus recursos hídricos e solos, pois os poluentes presentes no ar podem ser para eles carreados através das precipitações pluviais.
Substâncias classificadas como material particulado são constituídas de poeiras, fumaças e todo tipo de material sólido e líquido que se mantém suspenso na atmosfera por causa de seu pequeno tamanho, geralmente com diâmetro de partícula inferior a 100 μm (BAIRD, 2002). O material particulado causa também redução da visibilidade, danos à vegetação, desgaste de edifícios e de monumentos. As partículas são geradas principalmente por atividades industriais e pela queima de combustíveis, sendo provenientes também da ressuspensão de poeira do solo naturalmente ou devido a atividades antrópicas (BRAGA et al , 2002).
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esse padrão poderão afetar a saúde da população, e o secundário de 150 μg/m^3 , abaixo do qual as concentrações terão mínimo efeito adverso sobre o bem estar da população, assim como o mínimo dano à flora e à fauna. Para longos períodos, foram definidas as médias geométricas anuais nos valores de 80 μg/m^3 como padrão primário e 60 μg/m^3 como padrão secundário.
Para as partículas inaláveis, de diâmetro inferior a 10 μm (PM 10 ), os padrões primário e secundário são iguais e os valores são 150 μg/m^3 e 50 μg/m^3 para períodos curtos (24h) e longos (1 ano), respectivamente. A legislação brasileira ainda não estabeleceu padrões para as partículas respiráveis, de diâmetro inferior a 2,5 μm (PM (^) 2,5 ). Nos países em que o monitoramento das emissões de poluentes é amparado por legislação mais rigorosa, como os Estados Unidos, os padrões PM (^) 2,5 foram estabelecidos em 1997 (EPA, 1999).
Atmosfera é a camada gasosa que envolve a Terra. É vital para o planeta, pois regula o clima e atua como reservatório e meio de transporte de substâncias indispensáveis à vida, como o oxigênio, dióxido de carbono e água, permitindo que tais substâncias sejam trocadas entre os seres vivos e o meio abiótico através dos ciclos biogeoquímicos. Além disso, a atmosfera protege a superfície terrestre das radiações ultravioletas provenientes do Sol e das radiações cósmicas, absorvendo-as quase inteiramente (MELO, 1997).
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A atmosfera possui massa estimada em aproximadamente 5.10^18 kg e é composta por cinco camadas, a saber: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera e exosfera. Esta estratificação é feita com base no gradiente térmico em função da altitude e está mostrada na figura 1.
Figura 1: Estratificação térmica da atmosfera. Fonte: BRAGA et al (2002).
A troposfera é a camada mais próxima da superfície da Terra, concentrando 85% da massa da atmosfera (BAIRD, 2002). Sua espessura varia de 16,5 km nas regiões equatoriais a 8 km nos pólos, alcançando aproximadamente 10,5 km em latitudes de 45º. A temperatura da troposfera decresce com a altitude a uma taxa de 6,5ºC/km. É a camada mais instável, onde ocorre a maioria das reações químicas na atmosfera. Isso é devido à intensa troca de energia térmica e significativas diferenças
