Emissões atmosféricas e qualidade do ar

Centro Estadual de Educação Profissional de Curitiba – CEEP Curso de Técnico de Química Industrial Disciplina de Análise Ambiental Professor Giovanni Teixeira

QUALIDADE DO AR E EMISSÕES ATMOSFÉRICAS

Trabalho apresentado à disciplina de Análise Ambiental ao professor Giovanni Teixeira, pelos alunos Fabiana Oliveira, Fernando Henrique Gonçalves, José L. Romero e Monik da Silva, da turma 4QSN1.

Curitiba, Fevereiro/2016.

Fabiana Oliveira Fernando Henrique Gonçalves José L. Romero Monik da Silva

QUALIDADE DO AR E EMISSÕES ATMOSFÉRICAS

Curitiba, Fevereiro/2016.

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SUMÁRIO Página 1. 2. 3. 4. 5. 6.

OBJETIVO -------------------------------------------------------------------------------- 4 INTRODUÇÃO ---------------------------------------------------------------------------- 5 EMISSÕES ATMOSFÉRICAS -------------------------------------------------------- 6 QUALIDADE DO AR -------------------------------------------------------------------- 8 CONCLUSÃO ----------------------------------------------------------------------------- 16 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ------------------------------------------------- 17

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1. OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo apresentar aspectos e padrões a serem seguidos para emissões de poluentes do ar, os tratamentos aplicáveis e as medições de qualidade que devem ser aplicados pelas indústrias.

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2. INTRODUÇÃO A atmosfera é uma mistura de gases cujas concentrações são relativamente constantes, mas algumas concentrações variam diariamente, sazonalmente ou sob a influência das atividades humanas. Essa mistura se torna poluída quando a ela é adicionada “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 impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e flora, prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade” (Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, 1990).

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3. EMISSÕES ATMOSFÉRICAS Os poluentes podem ser introduzidos na atmosfera de forma natural (erupções vulcânicas, queimadas de florestas, erosão do solo, processos de decomposição de animais e plantas, emissão de compostos orgânicos voláteis pela vegetação, dentre outros) ou pela ação antrópica (queima de materiais orgânicos ou inorgânicos, queima de combustíveis de origem fóssil, processos industriais, por exemplo). As principais fontes antrópicas de emissão de poluentes atmosféricos são os processos industriais (fontes fixas) e os veículos automotores (fontes móveis), que em decorrência do processo de combustão, liberam diversos poluentes no ar. A qualidade do ar é o resultado da interação dos poluentes presentes na atmosfera com as condições meteorológicas. Naturais Cinzas e gases de emissões vulcânicas; Tempestades de areia e poeira; Decomposição de animais e vegetais; Partículas e gases de incêndios florestais; Poeira cósmica; Evaporação natural; Odores e gases da decomposição de matéria orgânica; Maresia dos mares e oceanos. Antropogênicas Fontes industriais; Fontes móveis (veículos a gasolina, álcool, diesel e gnv); Queima de lixo a céu aberto e incineração de lixo; Comercialização e armazenamento de produtos voláteis; Queima de combustíveis na indústria e termoelétricas; Emissões de processos químicos. Efeitos da Poluição Atmosférica Na saúde humana: Irritantes pulmonares – atacam pulmões e o trato respiratório (Ox, SOx, Clx, Nox); Asfixiantes – causam asfixia quando em grandes quantidades (CO, HxS); Cancerígenos – câncer no pulmão (amianto, alcatrão), câncer no nariz (cromo). Na vegetação: Alteram a fotossíntese e destroem folhas (NOx, SOx, particulados). Nas edificações: Corroem metais, atacam mármores e paredes (SOx, Clx, NOx). Efeito Estufa – Durante o dia, a Terra é aquecida pelo sol e à noite perde calor armazenado, tendo como consequência a redução de temperatura. O gás carbônico e outros poluentes, quando em grandes quantidades, formam um filtro na atmosfera, retendo o calor, provocando um aumento na temperatura média. A 6

este fenômeno dá-se o nome de Efeito Estufa. Estudos mostram que se nada for feito, na metade deste século a temperatura média poderá elevar-se de 1,5 a 4,5ºC, tendo como consequência modificação no regime de chuvas, alterando significativamente o clima no planeta. Chuva Ácida – Nos gases produzidos por fábricas e motores são liberados para atmosfera óxidos de enxofre (SOx) e nitrogênio (NOx) que reagem com o vapor de água (umidade do ar) produzindo ácido sulfúrico (HxSOx) e ácido nítrico (HNOx), que dão origem a precipitações ácidas. Este tipo de chuva, quando frequente, provoca acidificação do solo, prejudicando também plantas e animais, a vida dos rios e florestas. Da mesma forma edificações presentes na área são prejudicadas, podendo haver corrosão nas estruturas das mesmas. SMOG – Os gases oriundos da queima de combustíveis fósseis e carvão, para a geração de energia, aquecimento, alimentação e transporte nas grandes cidades, podem sob certas condições se combinar e formar uma névoa denominada de SMOG cujos ingredientes mais importantes são luz solar, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos. Os principais produtos são: ozônio, peroxiacetil nitrato (PAN) e aldeídos.

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4. QUALIDADE DO AR Um homem adulto inspira cerca de 10.000 litros de ar por dia, consumindo em média 400 litros de oxigênio; esses valores variam em função da atividade física de cada um, como também em função da qualidade do ar inspirado. Em geral não é necessário, nem possível, corrigir a composição do ar que respiramos e essa é a principal diferença entre o consumo de ar e de água. A água passa por um tratamento prévio, que a torna um produto industrial, o ar, ao contrário, deve ser consumido in natura. Sendo assim torna-se de fundamental importância medidas de preservação da qualidade do ar, que devem ser tomadas por toda a sociedade. O ser humano interage com o meio ambiente e produz resíduos, parte dos quais causam problemas de poluição do ar. Tais problemas resultam das chamadas fontes de poluição fixas e fontes móveis. Fontes fixas - As indústrias são as fontes mais significativas ou de maior potencial poluidor, no entanto, devemos ainda destacar a crescente demanda por usinas termoelétricas, utilizadoras de carvão ou óleo combustível, bem como de incineradores de resíduos, os quais também se destacam por seu elevado potencial poluidor. Fontes móveis - Os veículos automotores, trens, aviões e embarcações marítimas, constitui-se conjuntamente nas chamadas fontes móveis de poluição do ar. Os veículos se destacam como as principais fontes, e podem ser divididos em leves, que utilizam gasolina ou álcool como combustível, e pesados que utilizam óleo diesel. Indicadores da Qualidade do Ar Considera-se poluente qualquer substância presente no ar e que, pela sua concentração, possa torna-lo impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade. Temos no Brasil padrões de qualidade do ar estabelecidos pela Resolução CONAMA 03/90. As substâncias poluentes monitoradas são aquelas de maior incidência, e recebem o nome de indicadores, são elas: Partículas Totais em Suspensão, Fumaça e Partículas Inaláveis: Dióxido de Enxofre - SO2; Monóxido de Carbono – CO; Ozônio - O3; Dióxido de Nitrogênio -

NO2;

No Brasil, os padrões de qualidade do ar são definidos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), que também determina os cálculos do Índice de Qualidade do Ar (IQAr). Este índice, por sua vez, nada mais é que uma ferramenta que realiza a conversão das concentrações de poluentes na 8

atmosfera, traduzindo-as em uma escala definida como qualidade “boa”, “regular”, “inadequada”, “má”, “péssima” e “crítica”. Existe um limite máximo para a concentração de cada uma dessas substâncias, sendo que a proporção delas determina os padrões de qualidade do ar utilizados atualmente. Em geral, quando esses limites são ultrapassados, podem ocorrer problemas para a saúde e bem-estar da população, além de diversos danos ao ambiente. Métodos de medição Método do Amostrador de Grandes Volumes (HI-VOL); Separadores inerciais; Método da pararosanilina; Método Quimioluminescente; Medições de refletância; Equipamentos de medição Sempre que possível, busca-se a minimização da geração de poluente, quando isto não é possível, ou economicamente muito desvantajoso, busca-se o tratamento destes poluentes. No caso deste trabalho, estuda-se a minimização da emissão de material particulado. São os principais equipamentos de controle de poluição do ar que minimizam a emissão de material particulado da corrente gasosa: precipitadores eletrostáticos, filtros de mangas, separadores inerciais (inclusive ciclones), lavadores úmidos (inclusive tipo Venturi) e lavadores secos. A seguir, descrição de equipamentos de controle para a poluição do ar, com vantagens e desvantagens de cada um. Precipitadores eletrostáticos Precipitadores eletrostáticos removem material particulado de uma corrente gasosa através da criação de alto diferencial de voltagem entre eletrodos. Quando o gás com partículas passa entre os eletrodos, as moléculas gasosas ficam ionizadas, resultando em cargas nas partículas. Estas, carregadas, são atraídas para o prato de carga oposta e removidas enquanto o gás prossegue. Durante a operação, os pratos são limpos periodicamente para tirar a camada de pó que fica sobreposta. O resíduo é coletado e disposto adequadamente de acordo com suas características perigosas. Vantagens: Alta eficiência de coleta de material particulado (fino e grosso), e consumo de energia relativamente baixo; Coleta e disposição dos resíduos a seco; Baixa perda de carga (menos que 13 mmca); Capacidade de operação contínua com mínima necessidade de manutenção. Custo de operação relativamente baixo; Habilidade para trabalhar tanto a altas pressões (10 atm) quanto em condições de vácuo. 9

Desvantagens: Custo de capital alto (projeto, engenharia e instalação); Dificuldade de remoção de algumas partículas devido a propriedades resistivas extremas (muito altas ou muito baixas); Necessidade de espaço relativamente grande para instalação; Risco de explosão quando trata gases ou partículas combustíveis; Necessidade de precauções especiais para proteger pessoal dos riscos de alta voltagem; Produção de ozônio pelo eletrodo negativo durante a ionização do gás; Manutenção relativamente sofisticada e personalizada; Incapacidade de controle das emissões de poluentes gasosos; Alta sensibilidade às oscilações das condições da corrente de gás (em particular, nas taxas de fluxo, temperaturas, composição do gás e material particulado); Pouca flexibilidade das faixas de operação. Filtros de mangas Filtros de mangas removem o pó da corrente de gás passando a corrente gasosa carregada de material particulado por tecido poroso. As partículas de pó formam uma torta de porosidade maior, menor ou igual à da manga (tecido poroso). Em geral, é esta torta a responsável pela filtração. Há dois métodos de limpeza: chacoalhando as mangas ou soprando ar limpo em corrente contrária. O pó então é recolhido para ser reciclado ou disposto adequadamente. Vantagens: Alta remoção de material particulado grosso e fino (submicrons); Capacidade de operar com grande diversidade de pós; Relativamente insensível a flutuação da vazão de gás. Eficiência e perda de carga são pouco afetadas devido a grandes variações de carregamento de cinzas para filtros continuamente limpos; Possibilidade de recirculação da saída de ar do filtro pela planta para conservação de energia; O material coletado é seco, para subsequente processamento ou disposição; Não há problemas de disposição de resíduos líquidos, poluição de águas ou congelamento de líquidos, fator existente nos lavadores úmidos; Em geral, corrosão e ferrugem não são problemas. Desvantagens: Temperaturas muito além que 300°C necessitam refratário mineral, especial ou mangas metálicas que estão ainda em estágio de desenvolvimento e são muito caras; Alguns pós podem requerer tratamento especial das mangas para reduzir a infiltração de pó, ou, em outros casos, ajuda na remoção do pó coletado; Concentrações de um pouco de pó no coletor podem representar risco de fogo ou explosão se uma faísca ou chama é introduzida por acidente, as mangas podem 10

queimar se pó oxidável já tiver sido coletado; Custos de manutenção relativamente altos (troca das mangas, etc.).

Separadores inerciais Separadores inerciais têm como princípio básico a separação inercial, na qual o gás carregado de material particulado é forçado a mudar de direção. A inércia das partículas faz com que as mesmas sigam em frente enquanto o gás muda de direção, separando as partículas do gás. Ciclones são os separadores inerciais mais comuns, nos quais o gás é forçado a girar em vórtex através de um tubo. Vantagens: Baixo custo de capital e de manutenção; Possibilidade de ser simples ou múltiplo; Capacidade de prolongar a vida útil dos filtros quando usado para fazer a limpeza prévia; Habilidade de remoção de partículas grandes e médias com alta eficiência; Construção relativamente simples. Lavadores úmidos Lavadores úmidos é um nome genérico para equipamentos de controle de poluição que usam o processo de absorção em líquido para separar os poluentes da corrente gasosa. A absorção pode ser entendida como um íntimo contato dos gases com o líquido de absorção, o que permite que os gases poluentes fiquem dissolvidos no líquido. O principal fator responsável pela performance é a solubilidade dos gases no líquido absorvedor. As partículas aerosóis são transferidas da suspensão da corrente gasosa para o líquido de lavagem via mecanismos de impacto inercial, sedimentação gravitacional, difusão Browniana, eletrostática, difusividade térmica e transporte de massa. A taxa e a extensão da absorção são comumente acompanhadas por reação química. São vários os tipos de lavadores, podendo ser citados os tipos Venturi, tipo torre, de pulverização axial em cone, ou ainda com spray e chicanas, dentre outros. Vantagens: Não gera fonte secundária de pó; Necessita de espaço relativamente pequeno; Coleta gases e material particulado; Oferece possibilidade de trabalhar com correntes gasosas de altas temperaturas e umidade; Tem custo de capital baixo (desconsiderando o tratamento de efluentes líquidos). Desvantagens: Possibilidade de geração de problemas de poluição de águas; Necessidade de alto custo de perda de carga para remover material particulado 11

fino com alta eficiência. Sistemas de absorção (colunas de prato e de recheio) No caso específico de lavadores úmidos, do tipo coluna, são vantagens e desvantagens: Vantagens: Perda de carga relativamente baixa; A padronização em construção com fibra reforçada de vidro permite operação em atmosferas altamente corrosivas; Capacidade de oferecer coeficientes de troca de massa relativamente altos; Variação de altura ou tipo de recheio ou do número de pratos pode otimizar o coeficiente de transporte de massa sem requisição de um novo equipamento; Custo de capital relativamente baixo. Desvantagens: Provável geração de efluentes líquidos; Resíduos coletados úmidos; O depósito de material particulado pode tampar o recheio ou os pratos; Quando usada fibra reforçada com vidro, é sensível a temperatura; Custos de manutenção e operação relativamente altos. Lavadores tipo Venturi Os lavadores tipo Venturi são, por serem utilizados como equipamentos experimentais. Remove materiais particulados da corrente gasosa por impactação. Os poluentes são então transferidos para a água. Vantagens: Alta eficiência de remoção de material particulado; Trabalha em processo via úmida. Desvantagens: Alto consumo de energia devido à alta perda de carga; Consumo de água relativamente elevado. Adsorvedores Durante a adsorção, os poluentes gasosos são removidos da corrente de gás aderindo na superfície de um sólido. As moléculas gasosas são chamadas de adsorvante, o sólido recebe o nome de adsorvedor. O sólido é altamente poroso. A adsorção ocorre em uma série de etapas: primeiramente, os poluentes passam da corrente gasosa para a superfície externa da partícula adsorvedora. Na segunda etapa, as moléculas dos poluentes migram para a superfície interna porosa, bem maior que a externa, do adsorvedor. São exemplos de adsorventes: bicarbonato de sódio, carvão lignitíco (subbetuminoso) e carvão ativo adsorvedores. 12

Vantagens: Reaproveitamento do adsorvedor é possível; Controle e resposta para mudanças de processo excelentes; Não há problemas de disposição química quando o adsorvedor é recuperado e retorna ao processo. Desvantagens: A recuperação do adsorvedor pode requerer exótica e cara destilação e extração; A capacidade de adsorção vai diminuindo progressivamente conforme vai aumentando o número de ciclos do processo; A adsorção regenerativa necessita de fonte de vapor ou vácuo. 4. Custo de capital relativamente alto. Condensadores Condensadores são trocadores de calor, que promovem mudança de fase dos poluentes gasosos, possibilitando a remoção desses. Vantagens: Produto de condensação puro (em caso de condensadores de contato indireto). Desvantagens Eficiência relativamente baixa na remoção dos poluentes gasosos (para as aplicações de controle de poluição do ar). Removedores de Névoas Removedores de névoas são recheios dos mais diversos tamanhos e formatos, que atuam baseados em princípio de inércia, separando as gotículas de líquido, inclusive água, arrastadas da corrente gasosa. Vantagens: Capturam gotas finas de líquidos finamente divididas (de pequeno diâmetro); Custo de capital relativamente baixo. Desvantagens: Se a porosidade do recheio do removedor de névoas for pequena, pode ocorrer entupimento devido ao acúmulo de material particulado nos poros, ocasionando em grandes aumentos de perda de carga. Lavadores a seco Lavador a seco é uma inovação na qual cal virgem (CaO) ou hidróxido de cálcio (CaOH) é injetado no vapor dos gases de exaustão e é então capturada por filtro de mangas, formando uma camada de cal. Os gases ácidos, principalmente HCl, são neutralizados por esta camada de cal, formando água (que evapora) e cloreto de cálcio. Lavadores a seco podem ser muito eficientes e 13

são usados em muitos incineradores de resíduos municipais e em alguns incineradores de resíduos perigosos. Literaturas recentes sugerem que o melhor controle de metais é feito através de sistema de lavagem a seco e filtros de mangas, o qual inclui injeção de cal virgem (CaO) e injeção de carbono ou carvão, ao invés de sistemas de lavagem via úmida. O tipo de filtro usado é muito importante porque deve ser hábil para capturar partículas extremamente finas de material particulado na qual muito da massa do metal é adsorvida. A injeção de cal virgem (CaO) ou hidróxido de cálcio (CaOH) ajuda a neutralização de gases ácidos e promove remoção de material particulado mais eficiente devido à formação de camada filtrante mais densa. Mercúrio pode existir na forma de vapor abaixo de 27°C. Injeção de carbono ou carvão ativado ajuda a adsorver mercúrio muito eficientemente, como é demonstrado na Finlândia, Dinamarca, Suíça e Alemanha. A mistura de carvão ou carbono com cal virgem ou hidróxido de sódio também ajuda a controlar orgânicos clorados, especialmente dioxinas e furanos (desde que o filtro de mangas não seja operado aquecido). Em um filtro de mangas à quente, dioxinas e furanos que foram coletados na torta do filtro podem revolatizar e serem emitidos para a atmosfera. Vantagens: Não gera efluente líquido; Captura particulado fino; Neutraliza gases ácidos; É muito eficiente para remoção de metais, inclusive mercúrio; Remove eficientemente dioxinas e furanos, quando a temperatura é baixa. Desvantagens: Forma cloreto de cálcio junto com cinzas, aumentando o volume total de resíduos para disposição adequada. Sistemas in situ Analisam o gás existente no duto ou chaminé (sem extração ou modificação do fluxo gasoso) por meio de espectrometria. São equipamentos portáteis e medem por meio sonda eletroquímico O2, CO, SO2, NOx, H2S; infravermelho CO2 e HC por catalítico. Amostradores Isocinéticos Obtém a amostra de material particulado suspenso em uma corrente gasosa, sem a separação mecânica do material particulado, usando: sonda, bomba, medidores de gás seco e controlador. A amostra é tomada na mesma velocidade de saída dos gases na chaminé. São recomendados de 8 a 25 pontos a serem amostrados. Outros equipamentos: Filsorção: a filsorção é uma nova tecnologia que combina filtração + adsorção + 14

reação química. É uma tecnologia desenvolvida pela ABB; Catalisadores; Incinerador de Gases e Vapores;

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5. CONCLUSÃO As quantidades de poluentes emitidos diariamente na atmosfera provem de diversas vertentes que podem ser naturais ou emitidas pelo ser humano. Para que esses poluentes não afetem tanto a saúde do ser humano e de outros seres vivos existem leis que são empregadas para o monitoramento do que se está emitindo e a quantidade de poluentes que não são tratados. Existem diversos equipamentos para o monitoramento da qualidade do ar e vários padrões de tolerância de determinada substancia química que pode estar presente no ar, porém, para que se possa monitorar a qualidade do ar, deve-se levar em consideração várias influencias, sejam elas climáticas ou não. O monitoramento de poluentes no ar é de extrema importância pois pode-se verificar se determinada região é propicia para determinada atividade, seja ela comercial, industrial, residencial, etc., e também em termos de saúde pública, pois se a qualidade do ar em determinada região não está de acordo com as leis, podese ter uma estimativa da quantidade de seres humanos que possam estar adoecendo em função da poluição no ar.

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6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://ar.cetesb.sp.gov.br/, Data da pesquisa: 13/01/2016 http://www.mma.gov.br/cidades-sustentaveis/qualidade-do-ar, Data da pesquisa: 13/01/2016 http://www.iap.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=639, Data da pesquisa: 13/01/2016 http://www.jctm-hidromet.com.br/equipamentos/qualidade-do-ar/, Data da pesquisa: 14/01/2016

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