Estudo dos compostos reduzidos de enxofre na formação do ozônio troposférico na cidade do Rio de Janeiro

O petróleo é uma complexa mistura de compostos orgânicos e inorgânicos em que predominam os hidrocarbonetos e que apresentam contaminações variadas, entre essas os compostos de enxofre. Esses além de gerarem inconvenientes durante os processos de refino do petróleo, como corrosão nos equipamentos e envenenamento de catalisadores dos processos de craqueamento, também representam um grande problema para o meio ambiente e para a saúde da população, principalmente em relação à poluição atmosférica. Além das emissões de compostos de enxofre oriundas da própria refinaria, com destaque para os óxidos de enxofre e o sulfeto de hidrogênio, os compostos de enxofre, que não são retirados durante o refino e estão presentes nos derivados do petróleo, provocam a emissão de uma grande quantidade de poluentes na atmosfera durante o processo de queima dos combustíveis. Os efeitos dos CRE na atmosfera urbana ainda não são muito conhecidos, o que justifica um estudo mais profundo desses compostos, que além de causarem danos a saúde da população, podem influenciar na formação do ozônio troposferico

Estudo de níveis de ozônio troposférico usando métodos de estatística univariada e multivariada para duas localidades da cidade do Rio de Janeiro

Com cada vez mais intenso desenvolvimento urbano e industrial, atualmente um desafio fundamental é eliminar ou reduzir o impacto causado pelas emissões de poluentes para a atmosfera. No ano de 2012, o Rio de Janeiro sediou a Rio +20, a Conferência das Nações Unidas sobre Desenvolvimento Sustentável, onde representantes de todo o mundo participaram. Na época, entre outros assuntos foram discutidos a economia verde e o desenvolvimento sustentável. O O3 troposférico apresenta-se como uma variável extremamente importante devido ao seu forte impacto ambiental, e conhecer o comportamento dos parâmetros que afetam a qualidade do ar de uma região, é útil para prever cenários. A química das ciências atmosféricas e meteorologia são altamente não lineares e, assim, as previsões de parâmetros de qualidade do ar são difíceis de serem determinadas. A qualidade do ar depende de emissões, de meteorologia e topografia. Os dados observados foram o dióxido de nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), óxidos de nitrogênio (NOx), monóxido de carbono (CO), ozônio (O3), velocidade escalar vento (VEV), radiação solar global (RSG), temperatura (TEM), umidade relativa (UR) e foram coletados através da estação móvel de monitoramento da Secretaria do Meio Ambiente (SMAC) do Rio de Janeiro em dois locais na área metropolitana, na Pontifícia Universidade Católica (PUC-Rio) e na Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) no ano de 2011 e 2012. Este estudo teve três objetivos: (1) analisar o comportamento das variáveis, utilizando o método de análise de componentes principais (PCA) de análise exploratória, (2) propor previsões de níveis de O3 a partir de poluentes primários e de fatores meteorológicos, comparando a eficácia dos métodos não lineares, como as redes neurais artificiais (ANN) e regressão por máquina de vetor de suporte (SVM-R), a partir de poluentes primários e de fatores meteorológicos e, finalmente, (3) realizar método de classificação de dados usando a classificação por máquina de vetor suporte (SVM-C). A técnica PCA mostrou que, para conjunto de dados da PUC as variáveis NO, NOx e VEV obtiveram um impacto maior sobre a concentração de O3 e o conjunto de dados da UERJ teve a TEM e a RSG como as variáveis mais importantes. Os resultados das técnicas de regressão não linear ANN e SVM obtidos foram muito próximos e aceitáveis para o conjunto de dados da UERJ apresentando coeficiente de determinação (R2) para a validação, 0,9122 e 0,9152 e Raiz Quadrada do Erro Médio Quadrático (RMECV) 7,66 e 7,85, respectivamente. Quanto aos conjuntos de dados PUC e PUC+UERJ, ambas as técnicas, obtiveram resultados menos satisfatórios. Para estes conjuntos de dados, a SVM mostrou resultados ligeiramente superiores, e PCA, SVM e ANN demonstraram sua robustez apresentando-se como ferramentas úteis para a compreensão, classificação e previsão de cenários da qualidade do ar

Construção e calibração de amostrador passivo para determinação de ozônio troposférico

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeitos potenciais do ozônio troposférico sobre as plantas cultivadas e o biomonitoramento ambiental.

O ozônio troposférico ê o principal poluente responsável por danos às plantas, tornando-as mais suscetíveis a estresses ambientais como seca e calor excessivo, bem como ao ataque de pragas e doenças, resultando em perdas consideráveis à produtividade agropecuária. Os níveis de O3 troposférico vêm aumentando, e medidas de controle ambiental são necessárias para minimizar os impactos da poluição por O3. Este trabalho introduz os problemas causados pela poluição por O3 sobre as atividades agropecuárias, e apresenta as informações a serem consideradas na avaliação dos impactos do O3 sobre a agricultura brasileira.

Emissões de compostos orgânicos voláteis de um aterro controlado e o potencial formador de ozônio

O presente estudo teve como objetivo quantificar as emissões de Compostos Orgânicos Voláteis do Aterro Controlado Morro do Céu localizado na cidade de Niterói, Rio de Janeiro, Brasil. Para tanto, vinte amostras foram coletadas, usando uma bomba de ar operada a bateria durante dois dias de dezembro de 2009. Uma câmara de fluxo cilíndrica de PVC de 30L foi inserida 5 cm no solo do aterro, e as amostras foram coletadas através de uma válvula na parte superior da câmera. Os resultados indicaram um valor de 1.980 Kg Km-2 h-1. O modelo Gaussiano de dispersão atmosférica ISCST3 foi utilizado para calcular a difusão e transporte dos poluentes a fim de estimar as concentrações de COV no bairro, usando dados topográficos, meteorológicos e de emissões. Valores de 525 μg m-3 de COV foram encontrados a 500 metros do aterro. As emissões do aterro foram usadas em conjunto com dados meteorológicos, utilizando o modelo de trajetória OZIPR e o mecanismo químico SAPRC para demonstrar o impacto na formação do ozônio troposférico na região. É conhecido que o ozônio é formado pela reação entre COV, NOx e luz solar. A contribuição de valores elevados de COV provenientes das emissões do aterro conduzirá a uma nova situação com valores mais elevados de ozônio na região. Os resultados da modelagem indicaram um aumento maior que 1000% nos níveis de ozônio na região do aterro, se comparado com a modelagem do ozônio para a região metropolitana do Rio de Janeiro. Os resultados mostram ser necessário que maior atenção seja dada à política de gerenciamento de RSU no Brasil, incluindo a escolha adequada para o local de instalação, o monitoramento da área durante e após o período de operação e técnicas mais adequadas de disposição dos resíduos sólidos urbanos

Impacto das motocicletas na qualidade do ar das grandes cidades

O crescimento do número de motocicletas nas grandes cidades, em função de fatores como o baixo custo e a alta mobilidade nos centros urbanos, tem sido considerado um importante fator de deterioração da qualidade do ar. Nesse contexto, o monitoramento das emissões gasosas provenientes do escapamento desses veículos é fundamental para o conhecimento da contribuição dessa classe de transporte no agravamento da poluição atmosférica. A partir dessas informações tornam-se possíveis o monitoramento e o controle da qualidade do ar. Para tanto, amostras das emissões de diferentes motocicletas foram coletadas, por meio de dinamômetro, e analisadas por cromatografia gasosa. As emissões das motocicletas foram utilizadas em conjunto com dados meteorológicos utilizando o modelo de trajetória OZIPR e o mecanismo químico SAPRC para demonstrar o impacto na formação do ozônio troposférico na região. As simulações indicam que a concentração de ozônio na troposfera poderá ultrapassar o padrão nacional estabelecido pela Resolução CONAMA 03/90 em até três anos. Além disso, acrescenta-se que as taxas de emissões de compostos legislados emitidos pelas motocicletas utilizadas neste estudo (HC, CO e NOx) já atendem aos níveis preconizados em todas as fases do PROMOT. Assim, além da adoção do PROMOT, se fazem necessárias medidas adicionais para o gerenciamento da emissão de poluentes provindos de fontes móveis. A alteração do tipo de combustível ou até mesmo da fonte de energia, elétrica, por exemplo, seria uma alternativa para o controle da poluição atmosférica

Desenvolvimento de uma unidade laboratorial para quantificação de BTX como poluentes atmosféricos, usando microextração em fase sólida

This dissertation aims the development of an experimental device to determine quantitatively the content of benzene, toluene and xylenes (BTX) in the atmosphere. BTX are extremely volatile solvents, and therefore play an important role in atmospheric chemistry, being precursors in the tropospheric ozone formation. In this work a BTX new standard gas was produced in nitrogen for stagnant systems. The aim of this dissertation is to develop a new method, simple and cheaper, to quantify and monitor BTX in air using solid phase microextraction/ gas chromatography/mass spectrometry (SPME/CG/MS). The features of the calibration method proposed are presented in this dissertation. SPME sampling was carried out under non-equilibrium conditions using a Carboxen/PDMS fiber exposed for 10 min standard gas mixtures. It is observed that the main parameters that affect the extraction process are sampling time and concentration. The results of the BTX multicomponent system studied have shown a linear and a nonlinear range. In the non-linear range, it is remarkable the effect of competition by selective adsorption with the following affinity order p-xylene > toluene > benzene. This behavior represents a limitation of the method, however being in accordance with the literature. Furthermore, this behavior does not prevent the application of the technique out of the non-linear region to quantify the BTX contents in the atmosphere.

Characterization of ozone transport among metropolitan regions

The aim of this work is to determine the interaction in terms of ozone transport between two metropolitan regions of São Paulo State: The Metropolitan Region of Campinas (MRC) and Metropolitan Region of São Paulo (MRSP), with different characteristics and dimensions. In order to describe the interaction between both regions, 3-D Eulerian photochemical CIT model was used with a new approach for São Paulo regions since most previous studies deal with individual areas considering the contribution of other areas only as boundary conditions. The results from the photochemical simulations showed that the ozone concentration in the MRC is associated to local emissions and the transport of ozone and its precursors from the MRSP, demonstrating the significant impact of a megacity in its neighborhood and the importance of meteorological and topography conditions in the transport of air pollutants from the local source to distant regions.

Monitoramento das concentrações de aldeídos e BTEX como precursores de ozônio e o efeito final de semana das concentrações de ozônio na região de Bangu.

O ozônio é um poluente secundário formado pela presença de poluentes atmosféricos primários e secundários formados a partir de uma sequência de reações entre o dióxido de nitrogênio e de compostos orgânicos voláteis (COV). No grupo de compostos orgânicos voláteis estão os aldeídos e os BTEX. Os COVS são emitidos, no Rio de Janeiro, principalmente por veículos automotores. O presente estudo realizou então coletas de aldeídos e BTEX no período de 2013. Além disso, com dados de 2012 e 2013 de poluentes de uma rede automática de monitoramento analisou o possível efeito fim de semana existente na região. O efeito fim de semana é caracterizado por altas concentrações de ozônio no final de semana mesmo com a redução da frota das emissões de NOx e COVs neste período.

Ensaios de tratabilidade de águas residuárias da indústria de piso de madeira por processos oxidativos avançados: ozônio e UV-C.

A indústria moveleira em geral e de piso de madeira é caracterizada por processos a seco. Em decorrência da limpeza e lavagem de maquinário e superfícies gera águas residuárias em baixos volumes porém altamente contaminadas com substâncias recalcitrantes de difícil tratamento. Com o objetivo de oferecer uma alternativa tecnológica de fácil operação (com uso mínimo de reagentes químicos), capaz de tratar tais águas, reduzir toxicidade e aumentar biodegradabilidade do efluente, viabilizando desta forma uma etapa subsequente de tratamento biológico, o presente trabalho conduziu ensaios de tratabilidade baseados em processos oxidativos avançados com águas residuárias provenientes de lavagens em uma indústria de piso de madeira em Nybro, Suécia, com DQO inicial de aproximadamente 45.000 mg/L e pH de 2,3-2,6. Após tratamento primário in situ com redução de 89% de DQO, os seguintes processos geradores de radicais OH foram testados em escala de laboratório: ozonização sem ajuste de pH (Etapa I); ozonização com ajuste de pH (Etapa II); e ozonização + UV-C com ajuste de pH (Etapa III). Os experimentos foram realizados em semi-batelada, utilizando-se um aparato com dois reatores conectados (de O3 e de UV), entre os quais foi mantido fluxo de recirculação em contracorrente com o gás. Para o desenho experimental, utilizou-se a metodologia de planejamento fatorial do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) utilizando-se como variáveis independentes, (i) vazão de recirculação entre os reatores (VR) com níveis variando de 0,3 a 3L/min; (ii) concentração de O3 na mistura gasosa injetada ([O3]) ou modo de dosagem cujos níveis variaram de 40 a 115 g/Nm3 e; (iii) pH inicial (Etapas II e III) com níveis que variaram de 3 a 11. A quantidade total de O3 fornecida até o final de cada ensaio foi fixada em 2 gramas de O3 para cada grama de DQO inicial (2:1). A eficiência de cada tratamento foi avaliada em função da redução de DQO, da remoção de COT e do consumo de O3. Para ozonização sem ajuste de pH foram alcançadas reduções de DQO e COT de 65 e 31% respectivamente. No tratamento com ajuste de pH sem UV, foram alcançadas reduções de DQO e COT de 85% e 43% com pHinicial = 7,0 enquanto que no tratamento com UV foi alcançada redução de DQO e COT de 93% e 56% respectivamente, com pHi = 9,38. Os resultados de respirometria com os efluentes dos tratamentos indicaram que a ozonização destas águas em pH baixo pode resultar na geração de subprodutos menos biodegradáveis. Entretanto, tais produtos não são gerados quando a ozonização é realizada em pH mais elevado (7,0), mesmo sem aplicação de UV, com doses de O3:DQOinicial menores que 1:1. O tratamento por ozonização pode, portanto, ser aplicado como uma etapa intermediária de tratamento das águas residuárias em questão, inclusive precedendo o tratamento biológico.

Ozono troposférico como modulador de la interacción planta herbívoro

Una de las consecuencias de la actividad humana en zonas densamente pobladas es la contaminación atmosférica, que genera condiciones propicias para la acumulación de ozono (O3) en la troposfera. Se plantea la necesidad de comprender el efecto de los contaminantes atmosféricos sobre las interacciones entre las plantas y sus plagas. En esta tesis se caracterizaron las respuestas de las plantas a la infestación con áfidos. Se estudió cómo se modifican dichas respuestas en ambientes con diferente grado de contaminación por O3 y sus consecuencias sobre la dinámica poblacional de los insectos. Las plantas de rúcula y tomate fueron capaces de desarrollar defensa inducida por la infestación de áfidos, la que fue desarticulada por una alta infestación de insectos o por infestaciones prolongadas. En ambas especies, la tasa de crecimiento poblacional de áfidos fue proporcional al aumento de densidad inicial, lo que sugiere que la población de insectos no tuvo un control densodependiente. El crecimiento de las poblaciones cesó a distintas densidades, posiblemente por la acción de mecanismos relacionados con el balance oxidativo en la planta huésped. El O3 produjo disminución en el tejido verde mientras que no se detectaron cambios relacionados con la infestación de áfidos, aunque el daño por O3, fue menor en las plantas infestadas con áfidos que en el control. Sin embargo, la alometría y el tamaño de las plantas fueron sensibles a ambos factores, disminuyéndose principalmente la biomasa de las raíces y la biomasa total de las plantas. El crecimiento de la población de áfidos en ambientes libres de O3 disminuyó en un 50 por ciento cuando los áfidos provenían de plantas que habían sido expuestas a ozono. El balance entre la producción de especies de oxígeno reactivas (ROS) y la capacidad antioxidante de la planta parece haber sido determinante en estas interacciones. La herbivoría indujo la síntesis de alta concentración de antioxidantes, que varió a lo largo del experimento. Asimismo la exposición al O3 afectó el balance de los antioxidantes, creando una dinámica con aumentos y reducciones menores a los inducidos por los áfidos. La dinámica del balance de antioxidantes fue diferente cuando los factores de estrés actuaron simultáneamente, manteniéndose en valores bajos con una tendencia a aumentar en el tiempo. Los resultados de esta tesis permiten concluir que el impacto del O3 sobre el crecimiento de la población de áfidos va a depender del orden de exposición de las plantas a los factores de estrés. La capacidad de infestación dependerá de la impronta en los áfidos de las condiciones previas y del estado oxidativo de la planta a colonizar. En consecuencia, la probabilidad de epidemias estará determinada por la heterogeneidad de los parches, la historia de los individuos y de la dinámica de migraciones de los insectos

Química, educación ambiental y vida cotidiana : el ozono troposférico.

Resumen basado en el de la publicación

Cloro e ozônio aplicados à desinfecção de efluente hospitalar tratado em contadores biológicos rotatórios, com avaliação de efeitos tóxicos em Daphnia similis

Neste trabalho foi avaliado o desempenho do sistema de contatores biológicos rotatórios para a remoção de matéria orgânica de efluente hospitalar e a posterior inativação de coliformes totais, Escherichia coli e Enterococcus sp. com os oxidantes hipoclorito de sódio e ozônio. A toxicidade gerada nos processos de desinfecção foi avaliada em Daphnia similis. Os efluentes hospitalares podem apresentar semelhanças aos efluentes domésticos no que diz respeito à concentração de matéria orgânica, coliformes e pH e ambos são, geralmente, coletados pela rede de esgotos e enviados para mesma estação de tratamento. Contudo, a presença de substâncias como fármacos, desinfetantes e compostos químicos, bem como organismos patogênicos multirresistentes a antimicrobianos podem ocorrer em elevadas contagens nas águas residuárias hospitalares. O sistema biológico de tratamento utilizado nesta pesquisa se mostrou adequado, obtendo-se remoções de matéria orgânica na ordem de 80% em termos de DQO, sendo que no término do experimento atingiu-se 88,5% de remoção de DQO para o tempo de detenção hidráulico de 2,28 horas. Houve a inativação de 1 a 2 unidades logarítmicas para coliformes totais, de 2 a 3 unidades logarítmicas para Escherichia coli e significativa remoção de toxicidade. O desempenho dos desinfetantes hipoclorito de sódio e ozônio mostrou similaridades. Entretanto, ao comparar-se com efluentes domésticos, foram necessárias maiores dosagens para o efluente hospitalar devido ao elevado consumo de oxidante pela presença da matéria orgânica refratária ao tratamento biológico. O processo de desinfecção com hipoclorito de sódio apresentou variabilidade nos resultados, em função da concentração de matéria orgânica, nitrogênio amoniacal e pH do efluente. Para ensaios em bateladas em volumes de amostra de 1 litro, valores de C.t oscilaram entre 20 a 50 mg.min.L-1 para inativação de E. coli. A desinfecção por ozônio também sofreu variações em função da matriz complexa do efluente. A inativação dos organismos somente foi acentuada após adição de 70 a 90 mg.L-1 de ozônio, concentrações estas nas quais se observou grande decaimento na absorbância em UV 254 nm, indicando possivelmente o consumo prioritário de ozônio para outras reações de oxidação, tais como a ruptura de anéis aromáticos e/ou insaturações nas cadeias carbônicas. Efluentes de origem doméstica foram rapidamente desinfetados com ozônio. Os organismos Enterococcus sp. apresentaram decaimento ora semelhante a coliformes totais, ora semelhante a Escherichia coli e ora resistentes frente à ação do desinfetante. Após total inativação de coliformes fecais foram eventua lmente observadas contagens na ordem de 103 UFC.100mL-1 de Enterococcus sp. Dada a prevalência de organismos resistentes a antibióticos que, em função disso, apresentam maior grau de virulência, observou-se que somente o monitoramento de coliformes totais e fecais não seria adequado para a desinfecção e lançamento de efluentes hospitalares. A toxicidade aguda do efluente, verificada em Daphnia similis, aumentou após adição de cloro mas foi reduzida quando houve decloração com tiossulfato de sódio. Com adição de ozônio, verificou-se variabilidade nos resultados, mas geralmente houve aumento da toxicidade após aplicação de elevadas dosagens as quais foram necessárias para desinfecção.