Contaminantes/poluentes atmosféricos gasosos em centros urbanos brasileiros

Abstract

Gases e material particulado como contaminantes/poluentes atmosféricos afetam a saúde da população das cidades, causando danos graves, além prejudicar a fauna/flora e danificar os materiais de edificações e monumentos. As emissões veiculares têm sido consideradas fonte predominante da degradação da qualidade do ar nas grandes cidades. Em 2018, a poluição atmosférica ambiente causou 4,2 milhões de mortes em todo o mundo. Este trabalho avaliou comparativamente as concentrações de 16 poluentes/contaminantes gasosos da atmosfera de 5 centros urbanos brasileiros (São Paulo, Salvador, Rio de Janeiro, Belo Horizonte e Londrina), com intenso fluxo veicular e diferentes características, como tipo de localização (costeira ou não), densidade demográfica e condições meteorológicas, utilizando a amostragem passiva. Foram realizadas 6 campanhas simultâneas no período de agosto/2017 a junho/2018, usando o kit AnaliseAr por períodos consecutivos de 7 e 14 dias. Os compostos BTEX foram quantificados por cromatografia a gás (GC) com detecção por ionização em chama (FID), HCOH e CH3COH por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) com detecção UV-Vis, NOx, NO2, NH3 e H2S por espectrofotômetro de absorção molecular UV/VIS e SO2, O3, HCl, HNO3, HCOOH e CH3COOH por cromatografia iônica (IC). O3 foi o poluente que apresentou concentração média mais alta, em São Paulo (58 μg m-3), variando de 5,3 a 139 μg m-3 em todos os centros. Em termos de níveis médios de concentração atmosférica, a maioria dos compostos apresentou concentrações mais altas no período seco. São Paulo e Belo Horizonte mostraram níveis de concentração mais altos, corroborando com a intensidade da frota veicular, aliada a parâmetros meteorológicos; especificamente níveis de NOx, que ultrapassaram a recomendação da União Européia (30 μg m-3). Formaldeído e acetaldeído, ultrapassaram recomendações internacionais em todos os centros urbanos e as concentrações de benzeno mostraram valores > 1,7 μg m-3, nível associado à probabilidade de leucemia, de acordo com a Organização mundial da saúde (WHO). As razões Tolueno/Benzeno (T/B), Xilenos/Benzeno (X/B), m,p-Xilenos/Etilbenzeno (m,p-X/E) e Formaldeído/Acetaldeído (FA/AA) indicam que as emissões veiculares são as principais fontes destes Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) nos centros urbanos brasileiros. A probabilidade de risco de câncer para adultos por exposição àquelas atmosferas ultrapassou o limite estabelecido pela USEPA, tanto para benzeno, quanto para formaldeído. A emissão de veículos à diesel foi considerada fonte predominante para o aumento das concentrações de óxidos de nitrogênio. As concentrações de NH3 indicaram contribuição significativa de emissões antrópicas oriundas de uso de biocombustíveis, setores industriais ou uso de fertilizantes. Os centros urbanos com influência do aerossol marinho apresentaram concentrações mais baixas de HNO3, indicando ocorrência da reação deste ácido com NaCl nas partículas do spray marinho, produzindo material particulado e HCl gasoso. Descargas diretas de esgotos em corpos hídricos, quando existente nos locais, contribuíram para um aumento dos níveis de H2S, tolueno e NH3. Razões entre as concentrações de ácido fórmico e ácido acético e correlações fortes positivas entre os poluentes nitrogenados, os convencionais e COVs entre si, indicaram significativa influência das emissões veiculares na atmosfera destes centros urbanos. Os ácidos orgânicos e inorgânicos apresentaram um percentual de contribuição semelhante para a acidez da atmosfera, com o ácido acético mais abundante na maioria dos centros estudados. A análise multivariada mostrou que os COVs e ácidos orgânicos são mais influenciados pelos parâmetros temperatura e radiação solar. A relação direta mais forte dos NOx foi com direção do vento, mostrando competição entre a emissão in loco e o envelhecimento fotoquímico destes compostos trazidos de outros locais. De modo geral, as emissões veiculares são as fontes predominantes de poluentes gasosos na atmosfera de áreas urbanas e as reações fotoquímicas aliadas aos parâmetros meteorológicos contribuem para a variação sazonal dos níveis destes poluentes/contaminantes.

Gases and particulate matter as atmospheric contaminants/pollutants affect the health of the city populations, causing serious damage to the fauna/flora, building materials and monuments. Vehicle emissions have been considered the predominant source of air quality degradation in large cities. In 2018, ambient air pollution caused 4.2 million deaths worldwide. This work comparatively evaluated the concentrations of 16 atmospheric pollutants / gaseous contaminants from 5 Brazilian urban centers (São Paulo, Salvador, Rio de Janeiro, Belo Horizonte e Londrina), with intense vehicular flow and different characteristics, such as location type (coastal or non-coastal), demographic density and weather conditions, use of passive sampling. Six simultaneous passive sampling campaigns were performed using the AnalyseAr kit for consecutive periods of 7 and 14 days. BTEX compounds were quantified by gas chromatography (GC) with flame ionization detection (FID); HCOH and CH3COH by high performance liquid chromatography (HPLC) with UV-Vis detection; NOx, NO2, NH3 and H2S by molecular spectrophotometry and SO2, O3, HCl, HNO3, HCOOH and CH3COOH by ion chromatography (IC). O3 was the gaseous pollutant with the highest concentration in the city of São Paulo, 58 μg m-3, ranging from 5.3 to 139 μg m-3 in all the centers. In terms of average levels of atmospheric concentration, most compounds presented higher concentrations in the dry period. São Paulo and Belo Horizonte showed higher concentration levels, corroborating the intensity of the vehicle fleet, allied to meteorological parameters; specifically NOx levels, which exceeded the European Union recommendation (30 μg m-3). Formaldehyde and acetaldehyde exceeded international recommendations in all urban centers and benzene concentrations showed values > 1.7 μg m-3, a level associated with the probability of leukemia, according to the World Health Organization (WHO). The ratios Toluene / Benzene (T/B), Xylenes / Benzene (X/B), m, p-Xylenes / Ethylbenzene (m,p-X/E) and Formaldehyde / Acetaldehyde (FA/AA) indicated that vehicle emissions are the main sources of these Volatile Organic Compounds (VOCs) in the atmosphere of Brazilian urban centers. The cancer risk probability for adults that were exposure to those atmospheres was above the 1.0 x 10-6, exceed the limit established by the USEPA for both benzene, and for formaldehyde. The emission of diesel vehicles was considered the predominant source for the increase of nitrogen oxide concentrations. NH3 concentrations indicated a significant contribution of anthropogenic emissions from biofuel use, industrial sectors or fertilizer. Urban centers with influence of marine aerosol presented lower concentrations of HNO3, indicating occurrence of reaction of this acid with NaCl in sea spray particles, producing particulate matter and HCl(g). Direct discharges of sewage into water bodies, when present at the sites, contributed to an increase in H2S, toluene and NH3 levels. Ratios between the concentrations of formic and acetic acid and strong positive correlations between nitrogen pollutants, conventional pollutants and VOCs between them indicated significant influence of vehicular emissions in the atmosphere of these urban centers. Organic and inorganic acids presented a similar contribution to atmospheric acidity, with acetic acid most abundant in most of the centers studied. Multivariate analysis showed that VOCs and organic acids are more influenced by temperature and solar radiation parameters. The strongest direct relationship of NOx was with wind direction, shown competition between in loco emission and photochemical aging of these compounds brought from other locations. In general, vehicular emissions are the predominant sources of gaseous pollutants in the urban atmosphere and photochemical reactions combined with meteorological parameters contribute to the seasonal variation of the levels of these pollutants/contaminants.