DIAGNÓSTICO DA QUALIDADE DO AR EM VOLTA REDONDA-RJ
A PARTIR DAS ANÁLISES DO TEOR DE BTX
Adriana Gioda
LADETEC-IQ/UFRJ
Ilha do Fundão – Rio de Janeiro – RJ
e-mail: [email protected]
Francisco Radler Aquino Neto
LADETEC-IQ/UFRJ
Ilha do Fundão – Rio de Janeiro - RJ
e-mail:: [email protected]
José Arnaldo Sales
DIAR-FEEMA/GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
Rio de Janeiro - RJ
e-mail: [email protected]
Luiz Francisco Pires Guimarães Maia
Departamento de Meteorologia-IGEO-CCMN/UFRJ
Ilha do Fundão – Rio de Janeiro
e-mail:[email protected]
Paulina Maria Porto Silva Cavalcanti
DIAR-FEEMA/GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
Rio de Janeiro - RJ
e-mail: [email protected]
Marilza F. Maia
LADETEC-IQ/UFRJ
Ilha do Fundão – Rio de Janeiro - RJ
e-mail: [email protected]
RESUMO
A cidade de Volta Redonda tem como principal fonte de economia atividades industriais ligadas a siderurgia e
metalurgia, sendo a produção de coque, a principal fonte de benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos. A
FEEMA, Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente, monitorou a qualidade do ar em vários pontos da
cidade para estabelecer estratégias de controle de poluição proveniente das indústrias, principalmente com relação a
CSN. Foram realizadas duas campanhas: uma em 95/96 e outra em 99. Foram amostradas e analisadas partículas
totais em suspensão, benzeno, tolueno, xilenos (BTX), SO2 e metais pesados. Valores extremamente altos de BTX
foram encontrados na primeira campanha (Média/Máx) B (51/1450 µg/m3); T ( 17/354 µg/m3); X (2,7/55 µg/m3).
Para a campanha de 99, os valores foram inferiores a primeira: B (20/103 µg/m3); T (3,7/13,6 µg/m3); X
(1/11µg/m3). Mais relevante, porém, foi a localização das principais fontes poluentes e a reconstituição dos regime
de ventos. Os valores para o benzeno ainda são mais altos do que as recomendações internacionais, mas a
localização da principal fonte poluidora, CSN, e o interesse da mesma em reduzir os índices de poluição, estão
melhorando a qualidade do ar na região de Volta Redonda.
2843
INTRODUÇÃO
A cidade de Volta Redonda tem crescido devido a produção de aço. A população atual é estimada em 250.000
habitantes e se destaca como o principal centro comercial do sul-fluminense.
Os problemas ambientais relacionados à poluição do ar se devem, basicamente, ao porte, tipo e localização das
atividades industriais implantadas na região. Dependendo do tipo das indústrias, partículas, dióxido de enxofre e
compostos orgânicos apresentam-se como poluentes atmosféricos principais. Como fontes principais dos poluentes
orgânicos na área monitorada apresentam-se a produção de benzeno na Usina Presidente Vargas da Companhia
Siderúrgica Nacional e o escapamento de veículos motores à gasolina (este município está situado em uma região
estratégica – a meio caminho entre São Paulo e Rio de Janeiro. Com isto, há um alto potencial poluidor do ar pelo
volume de trânsito pesado). Muitas outras indústrias foram estabelecidas na área contribuindo para aumentar a
poluição do ar. A FEEMA, Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente, monitorou a qualidade do ar em
vários pontos da cidade de Volta Redonda. Foram realizadas duas campanhas: uma em 95/96 e outra em 99. Foram
amostradas e analisadas partículas totais em suspensão, benzeno, tolueno, xilenos (BTX), SO2 e metais pesados.
A importância deste estudo está associada aos efeitos tóxicos causados pelos BTX à saúde. O envenenamento
pelos mesmos pode ocorrer através da inalação, ingestão e por rápida absorção através da pele. Os principais
sintomas são: dores de cabeça, confusão, perda do controle muscular, irritação do trato respiratório e
gastrointestinal. Maiores concentrações resultam em perda de consciência e morte(2,3).
O objetivo do trabalho, de acordo com a Feema, é atualizar as informações a respeito da qualidade do ar no
município de Volta Redonda informando a população sobre os eventuais níveis de poluição e degradação ambiental
a que está sujeita. Através das análises laboratoriais, é possível determinar com maior precisão quais as principais
fontes de emissão de poluentes. A partir destes resultados, avaliar e reestruturar a rede de monitoramento existente.
Parte experimental
“Região monitorada”
O município de Volta Redonda está localizado no trecho inferior do médio vale do rio Paraíba do Sul. Situa-se
entre as serras do Mar e Mantiqueira, entre os paralelos 22o 22’11” e 22o 38’ de latitude Sul e os meridianos 44o
09’25”e 44o 20’ de longitude Oeste, segundo o meridiano de Greenwich.
Ocupa uma área de 168 km2 que equivale a 0,4% da área do Estado do Rio de Janeiro. O perímetro urbano
ocupa uma área de 54 km2.
A altitude da área varia entre 363 m (às margens do rio Paraíba do Sul) e 707 m (na ponta nordeste) acima do
nível do mar. A altitude da área central é de 380,3 m acima do nível do mar.
Segundo estudo divulgado em 1991 pela FEEMA, pode-se classificar o clima de Volta Redonda como sendo
mesotérmico onde a temperatura média compensada é de 21oC, sendo a média máxima anual de 27,8oC e a média
mínima mensal de 16,5oC. A estação chuvosa vai de outubro a março, englobando o verão , com uma média de 130
dias de chuva por ano, sendo janeiro e fevereiro os meses de maior índice pluviométrico. A umidade relativa do ar
é alta, 77%, sendo os meses de agosto e setembro os meses menos úmidos.
De acordo com as informações meteorológicas de 4 estações do INMET e NCEP dos Estados Unidos, o regime
de ventos é do setor Leste, variando de Nordeste a Sudeste.
“Monitoramento”
O monitoramento foi realizado em 5 (cinco) estações distribuídas em locais estratégicos do município. A
escolha dos pontos para amostragem na campanha de monitoramento seguiu basicamente dois critérios: primeiro, o
de cobrir de forma representativa a região, em áreas com alta densidade de população ou de grande movimento,
2844
segundo, nos arredores das fontes emissoras principais, considerando as direções de vento predominante. Assim
sendo, foram selecionados quatro pontos de amostragem a sotavento das fontes de emissão e um ponto a
barlavento, como estação de referência. Os pontos coletas selecionados foram os seguintes: Feema, Belmonte,
Retiro, Aeroclube e Centro de Pesquisas. Porém, para este trabalho foram consideradas apenas as estações Feema e
Retiro, pois, foram as que apresentaram concentrações mais altas na campanha anterior, 1995-1996.
“Coleta das amostras”
O ar ambiente foi aspirado para o interior do amostrador, através de uma bomba, passando por um tubo de
adsorção, recheado com carvão ativado, a uma vazão de 1 a 2 l/min por um período definido. Os compostos
orgânicos ficaram retidos no tubo. Os cartuchos de vidro contendo a amostra adsorvida em carvão ativado foram
vedados nas extremidades com lã de vidro no interior e tampa de Teflon.
Foram coletadas 20 (vinte) amostras da estação Retiro e 21 (vinte e uma) amostras da estação Feema. Para cada
dia duas amostras de BTX foram coletadas por 12 horas. Foram realizadas com freqüência de dois dias, num total
de 11 dias amostrados, resultando em 152 dados.
“Definição das condições de análise”
As análises dos teores de BTX (benzeno, tolueno e xilenos) foram efetuadas por Cromatografia Gasosa de Alta
Resolução (CGAR) utilizando um cromatógrafo Hewlett-Packard 5890, Série II com detector por ionização em
chama (DIC). Este procedimento faz uso de uma coluna capilar de sílica fundida recoberta pela fase estacionária
CARBOWAX 20 M (HP-20M; 25 m x 0,2 µm df). As condições de trabalho foram as seguintes: temperatura do
injetor 250oC, temperatura do detector 250oC; programação da temperatura: 30o C/12 min e 25o C/min até 180oC;
utilização de hidrogênio como gás carreador; injeção com divisão de fluxo: 1:100; volume de injeção: 2µl; injetor
automático HP 7673.
“Preparação dos padrões”
Foram preparados padrões de benzeno (52,80 mg/l), tolueno (52,80 mg/l) etilbenzeno (52,20 mg/l), p-xileno
(51,60 mg/l) e o-xileno (51,60 mg/l).
“Abertura da amostra”
Os cartuchos, contendo a amostra adsorvida em carvão ativado, foram quebrados nas extremidades e o conteúdo
total foi transferido para um frasco de 3,7 ml. A cada frasco foram adicionados 2 ml de CS2 e os mesmos colocados
em banho-maria por 10 min. As amostras ficaram em repouso por 24 horas em congelador para decantação. Então,
com o auxílio de uma seringa foi transferida a parte líquida para os frascos do amostrador automático e as amostras
foram injetadas.
Os cálculos foram efetuados com base em três cromatogramas, com seus picos devidamente identificados.
Empregou-se o conceito de análise de BTX em fase estacionária polar, simplificando a resolução dos
hidrocarbonetos aromáticos e reunindo os demais hidrocarbonetos em um único pico largo, no início do
cromatograma. Isso, juntamente com o uso de dissulfeto de carbono como solvente, viabiliza o emprego de
detecção por ionização em chama.
2845
RESULTADOS
As Tabelas 1 e 2 apresentam os resultados médios dos níveis de BTX obtidos a partir das duas coletas realizadas
a cada dia para as estações Retiro e Feema, no município de Volta Redonda, respectivamente.
Tabela 1. Resultados obtidos para os níveis de BTX na estação Retiro.
Período
Benzeno
Tolueno
Etilbenzeno
(µg/m3)
(µg/m3)
(µg/m3)
17.04
65,7
4,5
3,22
19.04
19,2
3,6
21.04
19,5
2,6
23.04
21,0
4,3
1,4
25.04
15,3
2,6
27.04
18,0
2,9
29.04
19,5
3,2
1,5
01.05
48,9
5,3
03.05
26,0
4,3
05.05
10,5
3,6
(-) concentração < 1,0 µg/m3
p-Xileno
(µg/m3)
2,04
-
o-Xileno
(µg/m3)
1,32
-
Tabela 2. Resultados obtidos para os níveis de BTX na estação Feema.
Período
Benzeno
Tolueno
Etilbenzeno
3
3
(µg/m )
(µg/m )
(µg/m3)
17.04
19.04
18,0
2,9
21.04
13,7
1,3
23.04
58,5
1,7
25.04
15,1
2,9
1,32
27.04
12,1
2,6
2,7
29.04
13,9
3,0
2,7
01.05
18,6
4,4
1,5
03.05
15,4
4,2
1,4
05.05
18,2
12,6
7,6
07.05
16,1
8,5
3,5
(-) concentração < 1,0 µg/m3
p-Xileno
(µg/m3)
1,9
2,1
1,2
5,6
1,5
o-Xileno
(µg/m3)
0,9
0,8
3,6
0,7
As Tabelas 3, 4 e 5 apresentam os valores médios dos níveis de concentração para cada composto com os
valores máximos e mínimos encontrados em cada estação durante todo o período de amostragem. Na mesma tabela
estão listados os valores obtidos na campanha anterior realizada pela Feema.
2846
Tabela 3. Resultados médios, mínimos e máximos obtidos para benzeno e tolueno nas estações Retiro e Feema com
os valores correspondentes obtidos na campanha anterior.
Benzeno (µg/m3)
Tolueno (µg/m3)
Estação
Média
Máx.
Mín.
Média
Máx.
Min.
Retiro
26,3
89,8
< 1,0
3,7
7,2
< 1,0
Resultado anterior(1)
92,9
1643,7
< 1,0
25,4
382,2
< 1,0
Feema
18,1
103,7
10,8
4,0
13,5
< 1,0
83,1
705,1
3,0
21,0
121,2
1,4
Resultado anterior(1)
Concentração
Permitida 1,0*
1000,0*
2,5**
300**
(µg/m3)
0,1***
100***
- ****
290****
*média aritmética anual OMS; **média aritmética anual Alemanha; (***) NIOSH(4); (****) Segurança e Medicina
do Trabalho(5);
Tabela 4. Resultados médios obtidos para para-xileno e orto-xileno nas estações Retiro e Feema e os valores
correspondentes obtidos na campanha anterior.
Estação
p-Xileno (µg/m3)
o-Xileno (µg/m3)
Média
Máx.
Mín.
Média
Máx.
Mín.
<
1,0
4,1
<
1,0
<
1,0
2,6
< 1,0
Retiro
Resultado anterior(1)
2,7
28,0
< 1,0
0,6
5,9
< 1,0
Feema
1,2
7,4
< 1,0
< 1,0
4,2
< 1,0
Resultado anterior(1)
3,0
13,2
< 1,0
< 1,0
5,6
< 1,0
Concentração
Permitida 30,0**
30,0**
100***
100***
(µg/m3)
340****
340****
*média aritmética anual OMS; **média aritmética anual Alemanha; (***) NIOSH(4); (****) Segurança e Medicina
do Trabalho(5);
Tabela 5. Resultados médios obtidos para etilbenzeno nas estações Retiro e Feema.
Estação
Etilbenzeno (µg/m3)
Média
Máx.
Mín.
Retiro
< 1,0
6,4
< 1,0
Resultado anterior(1)
1,1
8,8
< 1,0
Feema
Resultado anterior(1)
1,9
< 1,0
11,1
< 1,0
5,5
< 1,0
Concentração
Permitida 100***
340****
(µg/m3)
*média aritmética anual OMS; **média aritmética anual Alemanha; (***) NIOSH(4); (****) Segurança e Medicina
do Trabalho(5);
Considerando os valores médios obtidos durante o período de coleta como sendo valores anuais, Tabelas 3, 4, 5,
e comparando com os padrões, pode-se sugerir que as concentrações medidas de benzeno ultrapassou o padrão
2847
anual estabelecido pela OMS, pelos padrões da Alemanha, NIOSH e Ministério do Trabalho. Porém, as
concentrações de etilbenzeno, tolueno e xilenos não atingiram os valores padrões.
Com base na Tabela 3, observa-se que o benzeno apresentou concentração média mais alta (26,3 µg/m3) na
estação do Retiro do que na estação Feema (18,1 µg/m3). Esta mesma tendência pode ser observada na campanha
anterior. Este comportamento se deve provavelmente devido a maior proximidade da estação Retiro da CSN.
O tolueno apresentou um valor médio menor na estação Feema (3,7 µg/m3) em relação a estação Retiro (4,0
µg/m3), conforme Tabela 3. Resultados anteriores também apresentaram uma relação inversa, ou seja, a estação
Retiro apresentou uma maior concentração (25,4 µg/m3) quando comparada a estação Feema (21,0 µg/m3).
A Tabela 4 apresenta os valores médios para as concentrações de p-xileno e o-xileno. Para ambas as campanhas
os valores encontrados estão abaixo do limite de detecção do método, indicando uma concentração muito pequena
destes compostos no ar daquela região. O etilbenzeno também apresentou em níveis muito baixos em ambas as
campanhas.
Em todos os casos observou-se redução significativa destes valores quando comparadas as duas campanhas.
De acordo com as informações meteorológicas, a direção predominante dos ventos foi do setor Leste para Oeste
variando de Nordeste a Sudeste. Com base nestes dados observou-se, na campanha anterior, que as concentrações
máximas de benzeno posicionaram-se nos setores Norte e Sudeste da área estudada, ou seja, nas estações Retiro e
Feema. Este mesmo comportamento pode ser observado na campanha de 99, onde as estações Retiro e Feema
apresentaram concentrações altas devido a sua localização em relação a direção predominante dos ventos.
Para avaliar a procedência da poluição por BTX, pode-se relacionar a razão tolueno/benzeno. Dependendo da
concentração da composição da gasolina o valor de 2 a 3 indica o trânsito como principal fonte, ao passo que
valores inferiores a 0,5 correspondem predominantemente a fontes industriais(1). Então, observou-se que para a
campanha de abril a estação Feema apresentou razão T/B de 0,22 e a estação Retiro de 0,14. Esta razão sugere que
a poluição por compostos orgânicos é basicamente devida a poluição industrial.
CONCLUSÕES
A composição do ar monitorado, considerando as concentrações de tolueno e benzeno, apresentada através da
razão entre as concentrações destes, indica a produção de benzeno como a principal fonte de contaminação por
compostos orgânicos. Uma análise detalhada da direção dos ventos e da variação dos teores de BTX permite
localizar a principal fonte poluente como sendo a coqueria da CSN. A contribuição do trânsito à poluição por
benzeno é de menor importância.
Porém, as concentrações de benzeno registradas na segunda campanha de monitoramento apresentaram um
decaimento considerável, em média 70% em relação à primeira. Tal fato confirma que as medidas de controle
implantadas pela CSN, tais como a instalação de sistema de controle de vazamento de benzeno dos tanques de
estocagem, através de membranas flutuantes e a mudança do sistema de controle das portas dos fornos de coque,
resultaram em grande impacto do ar na região monitorada. Um período mais prolongado de amostragem pode
corroborar esta hipótese.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FEEMA/GTZ, Qualidade do Ar em Volta Redonda, Campanha de Monitoramento realizada de dezembro/95 a
maio/96 e de abril a maio/99, Rio de Janeiro, 1999.
FABRI, J., GRAESER, U., SIMO, T. A., Toluene, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol A 27, pág.
147.
FOLKIS, H. O., Benzeno, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol A 3, pág. 475.
NIOSH, Manual of Analytical Methods, Methods 1500 e 1501, 4a ed., 1994.
Lei no 6514, 22 de dezembro de 1977, Segurança e Medicina do Trabalho, Ministério do Trabalho, 26a ed., Editora
Atlas, SP, 1994.
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