Air Dispersion Modeling For Regulatory Compliance

1
Efeitos dos poluentes atmosféricos aquecimento
global
Níveis piezométricos previstos para os anos 2005
e 2100 HadCM3 Bacia do Sado
2
Efeitos dos poluentes atmosféricos aquecimento
global
Níveis piezométricos previstos para os anos 2005
e 2100 HadCM3 Aquífero Querença-Silves
3
Ozono estratosférico
4
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
rarefacção da camada de ozono estratosférico
Principais clorofluorcarbonetos e outros
halocarbonetos que afectam a camada de ozono
estratosférica por fotodissociação e libertação
de Cl desemparelhado
5
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
rarefacção da camada de ozono estratosférico
Exemplos das reacções químicas básicas que
ocorrem na camada de ozono estratosférico
6
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
rarefacção da camada de ozono estratosférico
In Ozone Bulletin and data. Descarregado de
http//www.wmo.ch/web/arep/ozone.html em 12/09/02
7
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
rarefacção da camada de ozono estratosférico
Ozono estratosférico no hemisfério sul
8
Qualidade do ar troposférico
9
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico
In Fact sheet Air Quality Term 2001. Eupean
Environment Agency. Descarregado de
http//themes.eea.eu.int/ all_factsheets_box
Em 12/02/02
10
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico
Directivas Comunitárias
In Fact sheet Air Quality Term 2001. Eupean
Environment Agency. Descarregado de
http//themes.eea.eu.int/all_factsheets_box Em
12/02/02
11
Ozono troposférico
12
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico - ozono
13
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico - ozono
14
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico - ozono
Valores de referência para a qualidade do ar na
UE - ozono
No 5º Programa de Acção na Área do Ambiente da
União Europeia (5º EAP) ficou estabelecido que a
UE seguiria os valores estabelecidos pela
Organização Mundial de Saúde para a qualidade do
ar. Os valores apresentados abaixo já reflectem
as últimas actualizações desta organização.
15
Valores de referência para a qualidade do ar na
UE - ozono
16
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico - ozono
Excesso de ozono troposférico a cima dos 75 ppb
In Europe's Environment - The Dobris Assessment
- Chapter 4, EEA, 2001. Descarregado de
http//reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004
new.html , em 13/09/02  
17
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico - ozono
Concentrações médias de ozono na troposfera e
estratosfera
In Europe's Environment - The Dobris Assessment
- Chapter 4, EEA, 2001. Descarregado de
http//reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004
new.html , em 13/09/02  
18
Nevoeiro fotoquímico
19
C.P. Alterações químicas
Formação e oxidantes - Modelo Simplista.  
20
C.P. Alterações químicas formação de ozono
Formação de oxidantes - Mecanismo detalhado de 15
reacções em cadeia.  
21
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico nevoeiro
fotoquímico
Concentração de sulfato na forma de aerosol na
Europa em 21 Julho 1990 (µg S/m3)
In Europe's Environment - The Dobris Assessment
- Chapter 4, EEA, 2001. Descarregado de
http//reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004
new.html , em 13/09/02  
22
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
Qualidade do ar troposférico nevoeiro
fotoquímico
Visibilidade (km)na Europa em 21 Julho 1990,
12.00 GMT
In Europe's Environment - The Dobris Assessment
- Chapter 4, EEA, 2001. Descarregado de
http//reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004
new.html , em 13/09/02  
23
Precipitação ácida
24
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
Adptado de Acid Rain Revisited, Science Links,
2001. Descarregado de http//www.hbrook.sr.unh.e
du/hbfound/report.pdf, em 13/09/02
25
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
Situação na Europa previsão obtida por modelação
In Europe's Environment - The Dobris Assessment
- Chapter 4, EEA, 2001. Descarregado de
http//reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004
new.html , em 13/09/02  
26
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
Tolerânca de alguns animais ao pH da água
27
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
Ciclo do cálcio efeito da acidificação (exemplo
no Nordeste dos EUA)
Unidades moles de Ca /ha-ano
Absorção de Ca pelas plantas
Entrada de Ca A partir da chuva e neve
Adptado de Acid Rain Revisited, Science Links,
2001. Descarregado de http//www.hbrook.sr.unh.e
du/hbfound/report.pdf, em 13/09/02
Ca perdido para águas superficiais
Ca disponível no solo
28
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
Efeito da acidificação
Adptado de Acid Rain Revisited, Science Links,
2001. Descarregado de http//www.hbrook.sr.unh.e
du/hbfound/report.pdf, em 13/09/02
29
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
Efeito da precipitação ácida em monumentos
Estátua alemâ em calcário, datada de 1702
fotografada em 1908 (esquerda) e 1969 (direita).
Fotografia Westfäliches Amt für Denkmalpflege.
30
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
Emissões Europeias (em Megatoneladas)
In Europe's Environment - The Dobris Assessment
- Chapter 4, EEA, 2001. Descarregado de
http//reports.eea.eu.int/92-826-5409-5/en/page004
new.html , em 13/09/02  
31
C.P. Efeitos dos poluentes atmosféricos
precipitação ácida
32
Modelação
33
C.P. Transporte gradiente vertical de
temperatura
Transporte convectivo vertical
 O gradiente de temperatura na atmosfera é o
principal determinante do transporte convectivo
vertical. O gradiente de temperatura é
representado por     em que ? é o gradiente
térmico, T a temperatura, e z a altura em metros.
Gradientes térmicos   Gradiente adiabático real,
?real, gradiente efectivo na atmosfera,
normalmente entre 4 e 7 ?C/km   Gradiente
adiabático seco, ?seco, história da temperatura
percorrida por uma parcela de ar seco quando
ascende ou desce na atmosfera devido a forças de
flutuação e momento, igual a 9,8
?C/km   Gradiente pseudoadiabático (ou
adiabática saturada), ?sat, idêntico ao anterior
para uma parcela de ar saturada de vapor de
água, igual a 6 ?C/km.  Como se verifica na
figura seguinte, gradiente térmico predominante
na atmosfera é positivo. Isto é, a temperatura
decresce com a altitude na baixa atmosfera (0-5
km).
34
C.P. Transporte gradiente vertical de
temperatura
À medida que uma parcela de ar sobe na atmosfera
a temperatura altera-se como consequência dos
seguintes factores
Transferência de calor - a diferença de
temperatura entre a parcela e o meio promove a
transferência de energia da parcela para o meio.
Ceteris paribus (os restantes factores iguais), a
temperatura da parcela diminui.   Expansão -
pressão atmosférica diminui com a altitude, como
resultado a parcela expande, enquanto sobe.
Ceteris paribus, a expansão provoca a diminuição
da temperatura.  Condensação - à medida que a
temperatura decresce a humidade na parcela
condensa para manter as condições de saturação.
A condensação é acompanhada por uma libertação de
energia equivalente à entalpia de
condensação.    Ceteris paribus, a libertação
de energia reduz a velocidade de diminuição da
temperatura.
35
C.P. Transporte gradiente vertical de
temperatura
Inversão térmica
36
C.P. Transporte gradiente vertical de
temperatura
Registo vertical horário de temperatura, humidade
relativa, pressão, velocidade e direcção do vento
na estação de Tampa, Florida (NOAA)
Perfis verticais de temperatura (GRACE Mission.
GFZ,UCAR and NCEP). GeoForschungsZentrumPotsdam
(GFZ). GFZ Potsdam, Division 1
37
Tipo de modelos
C.P. Transporte modelos

• Gaussiano
• Numérico
• Estatístico
• Físico

Modelo físico de uma pluma
38
Modelo Gaussiano
C.P. Transporte modelos Gaussianos

• Pressupostos
• Emissão contínua
• Conservação de massa
• Condições de regime permanente
• Os gradientes de concentração ao longo e
  perpendiculares ao eixo de escoamento seguem uma
  distribuição Gaussiana (normal)

(18)
39
Modelo Gaussiano
C.P. Transporte modelos Gaussianos

• Concentração do poluente, ?g m-3
• Q Caudal emitido, ?g s-1
• u velocidade do vento no topo da chaminé, m s-1
• ?y desvio padrão da distribuição de
  concentração na direcção perpendicular ao
  escoamento, à distância x
• ?z desvio padrão da distribuição de
  concentração na direcção vertical, à distância x
• 3.1415926
• H Altura efectiva de emissão

40
Examplo de modelos numéricos
C.P. Transporte modelos Numéricos
ISCST3/PRIME Regime permanente simula o transporte e dispersão a partir de fontes múltiplas em área ou volume, em orografias simples ou complexasusa as classes de estabilidade de Pasquill-Guifordaté aos 50 kmsimula deposição seca e húmida AERMOD Regime permanente simula o transporte e dispersão a partir de fontes múltiplas em área ou volume, em orografias simples ou complexas usa a teaoria da camada limite até aos 50 km CALPUFF Multi-camada, multi-espécies, não permanente simula o transporte, dispersão e transformação a partir de fontes múltiplas em área, volume ou linha, em orografias simples ou complexas usa a teaoria da camada limite até aos 700 km
41
Factores do emissor
C.P. Transporte modelos

• Localização geográfica
• Características do local
• Concentração do poluente e características
• Densidade do gás, velocidade, temperatura e
  pressão
• Altura e diâmetro da chaminé

42
Monitorização
43
C.P. Dispositivos para medição de emissões -
princípios
Espectro electromagnético possibilidade de
interferências
44
C.P. Dispositivos para medição de emissões -
princípios
Métodos para análise de emissões
Extractivos
In situ
45
C.P. Dispositivos para medição de emissões -
princípios
Laguns métodos analíticos usados em métodos
extractivos
Espectroscopia de absorção Luminescência Outros
Infra-vermelho Ultra-violeta Fluorescência Quimioluminescência Cromatografia em fase gasosa Espectroscopia de emissão atómica
46
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Infra-vermelho (IV) não dispersivo - absorção
Lei de Beer-Lambert TrI/I0e-a(l). c.
l c1/(a(l). l) log(1/Tr) (desde que se use o
comprimento de onda em que se verifique
absorvância zero como referência)
I
I0
I0
I0
Tr transmitância da luz através do gás I0
intensidade da luz afluente /s I intensidade da
luz efluente /s a(l) coeficiente de absorção
molecular (f(g)) c concentração do poluente l
distância que a luz atravessa
47
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Ultra-violeta (UV) não dispersivo - absorção
Lei de Beer-Lambert TrI/I0e-a(l). c.
l c1/(a(l). l) log(1/Tr)
Tr transmitância da luz através do gás I0
intensidade da luz afluente /s I intensidade da
luz efluente /s a(l) coeficiente de absorção
molecular (f(g)) c concentração do poluente l
distância que a luz atravessa
48
C.P. Dispositivos para medição de emissões
Qualidade ambiente - UV
O3

• Aplicações
• Qualquer

1008 UV (Amko Systems Inc.)
49
C.P. Dispositivos para medição de emissões
Qualidade ambiente Fluorescência UV
SO2, H2S

• Aplicações
• Qualquer

4108 UV (Amko Systems Inc.)
50
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Fluorescência pelo UV (SO2)
SO2 hv (210 nm) ?SO2 (excitado) ? SO2 hv
(240-410 nm)
51
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Quimioluminescência pelo Ozono (NO) 1º passo
NO O3 ? NO2 O2 NO2 ? NO2 hv (600-900 nm)
52
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Quimioluminescência pelo Ozono (NONO2) 2º passo
O dióxido de azoto é convertido cataliticamente
(aquecimento) a NO são medidos NO NO2 (na
forma de NO) NOx. O NO2 é determinado pela
diferença NOx - NO
53
C.P. Dispositivos para medição de emissões
Qualidade ambiente Quimiofluorescência UV
NOx

• Aplicações
• Qualquer

CLD 700 AL (Amko Systems Inc.)
54
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Cromatografia ionização à chama ( para
compostos orgânicos)
55
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Cromatografia fotoionização ( para compostos
orgânicos)
R hv ? R e- Em que R é um composto
orgânico e hv é normalmente emitida por uma
lâmpada UV (eV entre cerca de 8 e 12). Como
diferentes quantidades de energia são
necessárias para ionizar diferentes comspostos
orgânicos é possível analisar diferentes classes
de compostos, bastando para tanto alterar a
intensidade da radiação emitida
eV
56
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Cromatografia fotoionização relativa de alguns
gases
57
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Espectrometria de massa
58
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Cromatografia em fase gasosa com espectrómetro de
massa (a cromatografia gasosa em conjunto com
espectrometria de massa- GCMS)
59
C.P. Dispositivos para medição de emissões
princípios métodos extractivos
Espectrometria de massa (Metais)
60
C.P. Dispositivos para medição de emissões
Ionização à chama
Hidrocarbonetos voláteis

• Aplicações
• Qualquer

Model 10 (Vig Industries, Inc.)
61
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ - IV
SO2, NO, NO2, NH3, T

• Aplicações
• Centrais termo-eláctricas
• Incineradoreas de RSUs
• Indústria de vidro, papel
• Petroquímicas
• Cimenteiras
• Etc.

GM 31 MULTI-COMPONENT GAS ANALYZER (Amko Systems
Inc.)
62
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ - UV
HCl

• Aplicações
• Incineradoreas de RSUs
• Indústria de vidro e alumínio
• Indústria química
• Cimenteiras.

GM 920 HCL (Amko Systems Inc.)
63
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ infra-vermelho
CO

• Aplicações
• Centrais termo-eléctricas
• Indústria metalúrgica
• Indústria química
• Cimenteiras.

GM 921 CO (Amko Systems Inc.)
64
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ infra-vermelho
CO2, H2O

• Aplicações
• Centrais termo-eléctricas
• Incineradoras de RSUs
• Indústria de papel e textil.

GM 500 (Amko Systems Inc.)
65
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ IV
Partículas

• Aplicações
• Cimenteiras
• Unidades produtoras de asfalto
• Centrais termo-eléctricas
• Indústria vidreira
• Indústria metalúrgica

OMD 41 (Amko Systems Inc.)
66
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ IV
Partículas

• Aplicações
• Qualquer

OMD 41 (Amko Systems Inc.)
P5B (ESC, Inc.)
67
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ Portátil
Multiparamétrico O2, CO, NOx, SO2

• Aplicações
• Qualquer

ECOM-A 2.5 (Amko Systems Inc.)
68
C.P. Dispositivos para medição de emissões
In situ Emissões automóveis
Multiparamétrico Hidrocarbonetos totais, CO,
CO2, O2, NO/NOx, HC, N2O, SO2, CH4

• Aplicações
• Gases de escape

MEXA 7000 V2 (HORIBA)
69
Controlo de emissões
70
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Filtros de mangas unidades móveis
Trunkline (TM) (Air Cleaning Technologies Inc.)
(Adwest Technologies Inc.)
71
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Filtração
72
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Filtração efluente húmido
73
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Venturi
Mystaire Venturis (Misonix Inc.)
74
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Scrubbers
Mystaire Waterweb (Misonix Inc.)
75
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Scubbers de alta eficiência
Sonimist pretreatment chamber (Misonix Inc.)  
76
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Colunas de adsorção
Mystaire MVS (Misonix Inc.)
77
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Precipitadores electroestáticos
(Environmental Elements Corporation)
78
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Filtros de mangas
(Environmental Elements Corporation)
79
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Ciclones
(Adwest Technologies Inc.)
80
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Incineração/oxidação
Retox RTO (Adwest Technologies Inc.)
81
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Incineração
Consumat (R) (Consultech Systems)  
82
C.P. Dispositivos para controlo de emissões
Oxidação catalítica
83
(No Transcript)