PRIMEIRO DIAGNÓSTICO DA QUALIDADE DO AR
EM MACAÉ-RJ EMPREGANDO
O MÉTODO DOS TUBOS PASSIVOS
Prof. Luiz Francisco Pires Guimarães Maia
Universidade Federal do Rio de Janeiro
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ABSTRACT
The air quality diagnosis in Macaé, north of Rio de Janeiro State, was made first time using
“passive sampling methods (diffusion tubes)” for SO2 and NO2, during two consecutive
samplers of 30 days each, in 7 selected places near the future area of powerplant. The
objective was to verify the “hotspots” of high concentration and the background situation.
The results showed low values for both parameters. However, was possible to verify the
nucleous of relative maximum at the place designed Local 1 or a.
1. INTRODUÇÃO
Os
poluentes
gerados
numa
termelétrica são aqueles típicos dos
processos de combustão. Em geral, nas
plantas operadas a óleo diesel (mistura de
milhares de diferentes componentes
formados a partir da decomposição da
matéria orgânica) são considerados de
maior importância, tanto pela quantidade
de emissão de dióxido de enxofre e de
óxidos de nitrogênio, como pelos efeitos
destes.
As emissões de partículas
inaláveis, embora presentes, são muito
baixas em relação ao SO2 e NOx. No caso
de utilização de gás natural,
são
produzidas insignificantes quantidades de
dióxido de enxofre e de material
particulado. Seus gases de exaustão
contém primordialmente óxidos de
nitrogênio
(NOx),
embora
em
concentrações
menores
quando
comparadas nas operações utilizando óleo
combustível ou carvão. Em qualquer
situação, porém, os tipos de poluentes e
suas concentrações nos gases de exaustão
dependem da configuração da queima,
das técnicas operacionais e da
composição do combustível.
Os óxidos de nitrogênio (NOx)
possuem como principais componentes o
óxido nítrico (NO) e o dióxido de
nitrogênio (NO2). O óxido nítrico é
rapidamente convertido em dióxido de
nitrogênio através das reações químicas
com o ozônio presente na atmosfera. Os
óxidos de nitrogênio (NOx)
decaem
rapidamente quando o ar poluído se move
para longe da fonte.
O monitoramento da qualidade do ar
envolve medições das concentrações reais
dos poluentes no ar ambiente, num dado
local e durante um período estipulado.
As medições produzidas são sempre um
valor médio sobre um definido intervalo
de tempo, que pode variar de alguns
segundos a um mês. Uma variedade de
técnicas, dos mais diversos níveis de
sofisticação, existe para medir as
concentrações dos poluentes do ar, tais
como: a) amostragem passiva (por meio
de tubos de difusão ou tubos passivos), b)
amostragem ativa (por meio de filtros,
borbulhadores, etc...), c) monitoramento
automático e d) monitoramento remoto de
longo-período.
Cada
tipo
de
monitoramento apresenta características
próprias de tecnologia, método de
monitoramento e custos.
Para o caso particular, objeto do
presente trabalho, são apresentados os
resultados da aplicação do método dos
tubos passivos - adotado por suas
facilidades técnicas e baixos custos - para
avaliar a qualidade do ar na área de
influência da futura Usina Termelétrica,
denominada Rio de Janeiro (UTE-RJ),
que empregará gás natural, a ser
implantada em Cabiúnas - Macaé, ao
norte do Estado do Rio de Janeiro. Pelas
características do empreendimento, foram
selecionados para amostragens os
parâmetros NO2 - típico das futuras
emissões utilizando o gás natural como
fonte energética - e SO2 - eventualmente
a ser emitido durante situações
operacionais específicas de curtíssimoperíodo, quando da utilização de óleo
díesel. O referido monitoramento teve
como objetivos específicos: a) determinar
o “estado básico” da qualidade do ar para
NO2 e SO2, haja vista nunca ter havido
qualquer tipo de avaliação do gênero na
região; b) levantar elementos para futuras
comparações entre concentrações de NO2
e SO2 nas fases de pré-existência e
operação efetiva da UTE-RJ; e c)
subsidiar os estudos de dimensionamento
e localização de uma futura Rede
Automática de Monitoramento da
Qualidade do Ar para a região de
Cabiúnas e entorno.
2. MATERIAL E MÉTODOS
Os gases atmosféricos são coletados
através de tubos passivos, que consistem
em um pequeno cilindro de polietileno,
onde numa das extremidades é inserido
um filtro de papel Whatman 40, com
diâmetro de 13 mm, impregnado com
substâncias capazes de fixar o gás de
interesse. A outra extremidade permanece
aberta a atmosfera e é protegida por uma
tela fina de aço para impedir a passagem
eventual de material particulado. Os
gases penetram no interior do tubo por
difusão e alcançam a superfície fixadora,
que posteriormente é retirada para
extração e análise. Os gases se difundem
através do tubo proporcionalmente à sua
concentração no exterior, alcançando o
adsorvente, o qual é posteriormente
retirado para análise. O método aproveita
a Primeira Lei de Fick para relacionar a
concentração média do contaminante na
atmosfera com a quantidade adsorvida em
um tempo determinado.
O método permite uma integração da
concentração sem interrupção durante o
tempo de amostragem, que pode variar de
uma semana a um mês, dependendo da
concentração média do componente
medido. No caso particular da aplicação
do método dos tubos passivos em MacaéRJ, o período amostral foi de 30 dias,
tempo ideal entre o limite inferior de
adsorção e o limite superior de saturação
do elemento captador. A primeira
campanha
de
monitoramento
da
qualidade do ar por tubos passivos foi
realizada de 23 de maio a 22 de junho de
1998. A segunda campanha, repetindo a
primeira, foi realizada de 22 de junho a
23 de julho de 1998 e teve o objetivo de
referendar a primeira campanha
A configuração de Rede de
Amostragem Passiva, considerando os
critérios
de
localização
descritos
anteriormente, pode ser visualizada na
Figura 1. Nela, destacam-se os sete (7)
locais onde foram instalados os tubos
passivos, bem como a demarcação da área
da futura UTE-RJ.
3. RESULTADOS E CONCLUSÕES
3.1 - Cenário Meteorológico
Ao longo do período amostral total de
23 de maio a 23 de julho de 1998,
manteve-se a regularidade semanal de
entradas de frentes frias na região de
Macaé-RJ, com geração de precipitações
variáveis. Os registros meteorológicos do
período, obtidos junto a INFRAEROMacaé, mostraram-se ajustados aos
padrões climatológicos típicos da região,
como, por exemplo, a primeira e segunda
predominâncias de 030º e 300º,
respectivamente.
3.2 - Concentrações de SO2 e NO2
As análises dos tubos passivos de SO2
e NO2 foram realizadas no laboratório da
passam ag – Suiça. Na fase de análise
laboratorial a amostra de SO2 foi oxidada
a sulfato e então
analisada por
cromatografia de íons com detector de
condutividade. O NO2 foi analisado por
FIA (Flow Injection Analysis) acoplado a
um espectrofotômetro. As concentrações
(em ug/m³) para cada local, em cada uma
das duas campanhas, são mostradas na
Tabela I.
Pelos valores apresentados, verifica-se
que os níveis de concentrações de SO2
para ambas as campanhas foram muito
baixos para praticamente todos os locais.
Segundo a passam ag,
Os valores estiveram muito próximos
aos níveis mínimos de detecção, o que
significa dizer que em termos de SO2, as
contribuições por emissões do entorno
são desprezíveis.
Pode-se constatar que, embora
desprezíveis,
as
mais
elevadas
concentrações em ambas as campanhas se
deram no Local 4 ou d – interno a
Unidade de Cabiúnas da Petrobrás, à
sotavento das fontes da mesma.
Para os resultados de NO2, constata-se
que estes são superiores aos valores de
SO2 por um fator variável em torno de 6.
Isto significa dizer que as contribuições
de fontes veiculares e/ou emissões
oriundas de plantas que já utilizam gás
natural sejam os principais agentes de
NO2 para a atmosfera local. Os Locais 2
(ou b), 1 (ou a) e 7 (ou g), de modo geral,
apresentaram
maiores
valores
de
concentrações de dióxido de nitrogênio, o
que se ajusta a variabilidade de direções
mostradas nas rosas-dos-ventos e denota,
além disso, a possibilidade de distribuição
das plumas de poluição em função do
transporte e dispersão no ramo aéreo. Nas
simulações matemáticas de dispersão dos
poluentes para NO2 (não apresentado), as
maiores concentrações de davam a cerca
de 5 km à sudoeste da futura fonte da
UTE-RJ, coincidente, com o Local 1 (ou
a).
4. RECOMENDAÇÕES
O emprego de tubos passivos para o
monitoramento da qualidade do ar, mais
uma vez se mostrou uma importante
ferramenta de apoio inicial, dada suas
vantagens operacionais, técnicas e
financeiras.
Permitiu
a
validação
qualitativa de simulações matemáticas e a
definição, a seguir, de uma proposta
básica de Rede Automática de
Monitoramento, inicialmente composta
por duas Estações Automáticas com
analisadores de NOx e SO2, além de
parâmetros meteorológicos, situadas nos
Locais 1(ou a ) e 2 (ou b). Deve ser
repetido nos mesmos locais, durante os
mesmos períodos, após a implantação da
UTE-RJ.
5. BIBLIOGRAFIA
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Dioxide Diffusion Tube Network.
National Environmental Technology
Centre. United Kingdom.
ELLIOTT, P. (1996): Analysis of Small
Area Variations in Air Quality and
Health: A Methodology Study (ENV
IC EN5V0209). London School of
Hygiene and Tropical Medicine.
PETERSEN, J. & FISCHER, G. W.
(1996): Surveys of Air Pollutants
Using Passive Samplers. In:
Conference of the Clean Air Society of
Australia and New Zealand. Adelaide.
P: 319-324.
VIENNE
UNIVERSITY
OF
TECHNOLOGY (1997): Development of
Passive Samplers for SO2, NO2, O3
and NH3 and Application in Regional
Networks. Vienne. 79p.
Agradecimentos. À INFRAERO-MACAÉ, pelo
fornecimento dos dados meteorológicos horários
do período de campanha.
Figura 1 – Distribuição espacial das estações da coleta de chuva em Macaé-RJ ( a = 1, b = 2, ...)
Tabela I – Resultados das concentrações de SO2 e NO2 nas duas campanhas de
monitoramento realizadas em Macaé-RJ, empregando o tubos passivos.
Parâmetro - Campanha
Local
(1)
Local
(2)
Local
(3)
Local
(4)
Local
(5)
Local
(6)
Local
(7)
SO2 – 1ª Campanha
SO2 – 2ª Campanha
NO2 – 1ª Campanha
NO2 – 2ª Campanha
0,4
1,9
11,8
10,9
1,0
1,9
13,9
9,3
0,1
1,8
9,5
8,6
1,9
2,6
4,6
5,5
1,1
1,6
8,7
9,8
1,2
1,4
5,9
6,0
1,0
1,6
11,0
10,0