GestãoGestão das Informações das Informações AmbientaisAmbientais

Capítulo 3Capítulo 3

Gestão da coleta de dados de qualidade Gestão da coleta de dados de qualidade

do ar do ar

GestãoGestão da coleta de dados de da coleta de dados de qualidade do ar qualidade do ar

3.1 3.1 –– Objetivos da medida da qualidade do ar Objetivos da medida da qualidade do ar

3.2 3.2 –– Restrições à coleta de dados Restrições à coleta de dados

3.3 3.3 –– Programa de amostragem - Considerações de Programa de amostragem - Considerações de planejamentoplanejamento

3.4 3.4 –– Requisitos dos dados Requisitos dos dados

3.5 3.5 –– Amostragem da qualidade do ar Amostragem da qualidade do ar

3.6 3.6 –– Precauções gerais de amostragens Precauções gerais de amostragens

3.7 3.7 –– Métodos analíticos e instrumentais Métodos analíticos e instrumentais

Principais motivações para medidas e amostragens Principais motivações para medidas e amostragens atmosféricas:atmosféricas:

  1) Estudo ambiental;1) Estudo ambiental;

2) Redes de monitoramento;2) Redes de monitoramento;

3) Monitoramento de conformidade;3) Monitoramento de conformidade;

4) Validação de modelos.4) Validação de modelos.

3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar 3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar

Estudo ambientalEstudo ambiental

- - Objetiva identificar e quantificar uma larga seleção de Objetiva identificar e quantificar uma larga seleção de espécies do ar, ou fornecer dados para um estudo mais espécies do ar, ou fornecer dados para um estudo mais extensivo ou rede permanente de monitoramento.extensivo ou rede permanente de monitoramento.

- Necessita de amostragens e técnicas analíticas Necessita de amostragens e técnicas analíticas planejadas como estudo piloto para definir o escopo e planejadas como estudo piloto para definir o escopo e objetivos de um programa principal;objetivos de um programa principal;

- Verifica experiências anteriores na região em tipos de Verifica experiências anteriores na região em tipos de

espécies, faixa de concentrações em função da espécies, faixa de concentrações em função da localização, tempo, etc;localização, tempo, etc;

- Usa experiências de outras localizações geográficas Usa experiências de outras localizações geográficas similares na seleção de técnicas de medidas e similares na seleção de técnicas de medidas e instrumentação, número de medidas e duração da instrumentação, número de medidas e duração da amostragem.amostragem.

3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)

Redes de monitoramentoRedes de monitoramento

- - Realização de monitoramento contínuo sobre uma área Realização de monitoramento contínuo sobre uma área geográfica particular. geográfica particular.

- Objetivos - estabelecimento de concentrações ou Objetivos - estabelecimento de concentrações ou tendências, estabelecimento de correlações de longo-tendências, estabelecimento de correlações de longo-termo de fatores meteorológicos/climatológicos e fontes termo de fatores meteorológicos/climatológicos e fontes de contaminantes;de contaminantes;

- Freqüentemente, um poluente singular e um objetivo Freqüentemente, um poluente singular e um objetivo

singular determinam a natureza de uma rede de singular determinam a natureza de uma rede de monitoramento; muitas vezes a utilização eficiente de monitoramento; muitas vezes a utilização eficiente de recursos pode ser obtida com o uso de redes de recursos pode ser obtida com o uso de redes de monitoramento existentes para outros poluentes. monitoramento existentes para outros poluentes.

3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)

Etapas de projeto/instalação rede de Etapas de projeto/instalação rede de monitoramento:monitoramento:

- Compilação de dados existentes (espécies, concentrações, Compilação de dados existentes (espécies, concentrações, variações espaciais, tendências temporais, análises variações espaciais, tendências temporais, análises estatísticas). Modelos podem ser usados para predizer estatísticas). Modelos podem ser usados para predizer concentrações onde não há dados; concentrações onde não há dados;

- Especificar os objetivos da rede de monitoramento;Especificar os objetivos da rede de monitoramento;

- Orçamentos e compromissos de base para instalar/operar a Orçamentos e compromissos de base para instalar/operar a rede devem ser justificados e aprovados;rede devem ser justificados e aprovados;

- Equipamentos são adquiridos, instalados e colocados em Equipamentos são adquiridos, instalados e colocados em operação, todos os outros arranjos de suporte são operação, todos os outros arranjos de suporte são viabilizados;viabilizados;

- Revisão dos dados gerados pelo programa; alterações Revisão dos dados gerados pelo programa; alterações

feitas visando o uso ótimo de recursos e melhores dados feitas visando o uso ótimo de recursos e melhores dados possíveis. possíveis.

3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)

3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)

Monitoramento de conformidadeMonitoramento de conformidade

–– Objetiva em geral determinar quando picos de curta-Objetiva em geral determinar quando picos de curta-duração ou médias-temporais excedem a limites duração ou médias-temporais excedem a limites regulatórios. regulatórios.

- Requerimentos de dados e localizações de amostragens Requerimentos de dados e localizações de amostragens específicosespecíficos;;

- A sensibilidade requerida dos instrumentos e a A sensibilidade requerida dos instrumentos e a exatidão/precisão do dado são determinados pela exatidão/precisão do dado são determinados pela concentração especificada no concentração especificada no limite regulatóriolimite regulatório para as para as espécies sujeitas a monitoramento de conformidade.espécies sujeitas a monitoramento de conformidade.

3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)3.1 – Objetivos da medida da qualidade do ar (cont.)

Validação de modelosValidação de modelos

–– Objetiva confirmar, refinar, ou re-estabelecer uma relação Objetiva confirmar, refinar, ou re-estabelecer uma relação matemática entre concentrações em setores ou locais matemática entre concentrações em setores ou locais diferentes sujeitos a modelagem.diferentes sujeitos a modelagem.

- Estabelecer: Estabelecer: - nº/duração de amostragens em uma localização nº/duração de amostragens em uma localização particular (fornecer medida da variabilidade natural),particular (fornecer medida da variabilidade natural),- nº de amostragens em localizações geográficas nº de amostragens em localizações geográficas diferentes,diferentes,- efeitos de situações meteorológicas e topográficas efeitos de situações meteorológicas e topográficas diferentesdiferentes;;

- As espécies/faixas de concentração são dadas;As espécies/faixas de concentração são dadas;

- A exatidão/precisão requeridas das medidas serão A exatidão/precisão requeridas das medidas serão determinadas pela exatidão esperada do modelo;determinadas pela exatidão esperada do modelo; - Medição das fontes (chaminés, ramo de atividade, etc). - Medição das fontes (chaminés, ramo de atividade, etc).

3.2 - Restrições à coleta de dados 3.2 - Restrições à coleta de dados

Restrições de orçamentoRestrições de orçamento

- Uso realista da quantidade de fundos e disponibilidade de - Uso realista da quantidade de fundos e disponibilidade de tempo para financiamento. tempo para financiamento.

-- Planejamento detalhado é sempre pré-requisito para Planejamento detalhado é sempre pré-requisito para maximizar a quantidade e utilidade dos dados obtidos a maximizar a quantidade e utilidade dos dados obtidos a partir de programas de coleta de dados.partir de programas de coleta de dados.

Restrições não-monetáriasRestrições não-monetárias

–– Falta de acesso aos locais preferenciais de amostragem, Falta de acesso aos locais preferenciais de amostragem, falta de instrumentação apropriada, não disponibilidade falta de instrumentação apropriada, não disponibilidade de pessoal apropriado e de análises laboratoriais.de pessoal apropriado e de análises laboratoriais.

3.3 - Programa de amostragem - Considerações de 3.3 - Programa de amostragem - Considerações de planejamentoplanejamento

1) O problema/razão para a amostragem foi claramente estabelecido?

2) Os objetivos estão: a) Definidos clara e concisamente? b) Suficientes para especificar o que deve ser

encontrado? c) Especificados o suficiente para indicar quando cada estágio está completo? d) Harmonizados entre os usuários de dados e os

coletores?  3) O modelo conceitual do sistema foi explicitado e

acordado? a) Os limites do estudo foram acordados? b) A extensão do estudo foi acordada? c) A escala do estudo foi acordada?

3.3 - Programa de amostragem - Considerações de 3.3 - Programa de amostragem - Considerações de planejamentoplanejamento

4) Indicadores apropriados foram especificados? 

5) Hipóteses testáveis foram estabelecidas? a) Os dados de diferentes origens são compatíveis? b) Os dados coletados produzirão informação para testar as hipóteses? c) Os procedimentos estatísticos foram claramente definidos? d) As considerações dos testes estatísticos foram reunidas? e) A concentração mínima detectável foi especificada?

3.3 - Programa de amostragem - Considerações de 3.3 - Programa de amostragem - Considerações de planejamentoplanejamento

6) Todas as fontes potenciais de amostras e variabilidade analítica foram identificadas? a) Existem estações de amostragens suficientes para suprir a variabilidade? b) A repetição está adequada para obter o nível desejado de precisão do dado? c) Em que bases a freqüência de amostragem está proposta?

7) Dispositivo de amostragem - a amostra é representativa? a) Ocorrem distúrbios do ambiente sendo amostrado? b) Ocorre alteração da amostra pelo contato com o dispositivo de amostragem? c) Quais são os efeitos do dispositivo de amostragem em contato com outro meio que não a amostra de interesse?

3.3 - Programa de amostragem - Considerações de 3.3 - Programa de amostragem - Considerações de planejamentoplanejamento

8) Existe um programa de qualidade apropriado? a) Como as amostras devem ser preservadas antes da análise? b) A integridade da amostra está garantida? c) Os procedimentos de amostragem, instrumentais e analíticos foram escritos? d) Existe um programa de controle de qualidade para laboratório e instrumentos de campo e procedimentos analíticos? e) Como os problemas podem ser retificados? f) Como os dados são registrados e reportados?

3.4 – Requisitos dos dados3.4 – Requisitos dos dados

Concentração mínima detectável (limite de detecção):

- É a concentração mais baixa de uma substância que pode ser distinguida com confiança estatística.

- Em geral, quanto mais baixa a concentração mínima detectável, mais difíceis e dispendiosos são o aparelho e a técnica analítica. -A mais baixa concentração detectável mensurável pode não ser necessária para uma situação e objetivo particulares.

Acurácia (exatidão) e precisão

- Uma medida ou média de medidas acurada é aquela que está próxima do valor real. Precisão é a variação nos resultados quando uma amostra é analisada repetidamente.

- Os resultados podem ser precisos, mas não acurados; - Ex.: um instrumento calibrado incorretamente pode fornecer resultados consistentemente dentro de uma faixa de 5%, mas a média desses resultados pode ser 20% mais baixa que o valor real; - Em geral, quanto melhor a acurácia e a precisão de um instrumento ou técnica, mais dispendiosos estes se tornam; - O melhor possível em termos de acurácia e precisão pode não ser necessário para uma situação e objetivo.

3.4 – Requisitos dos dados3.4 – Requisitos dos dados

Resolução temporal

- Medida da faixa completa de valores instantâneos: é necessária a amostragem “em tempo real” (resposta rápida) e um sistema de análise.

- Médias sobre intervalos de tempo, podendo cobrir de meses a minutos;

- Os objetivos do programa de amostragem especificam a resolução de tempo requerida.

3.4 – Requisitos dos dados3.4 – Requisitos dos dados

Resolução espacial

- Determinada pela cobertura da área geográfica e espaçamento dos locais de amostragem (grade); - Quanto maior a área e mais densa a grade, mais locais de amostragem são requeridos e maiores são os esforços e despesas de aquisição dos dados; - É importante determinar limites e escalas razoáveis para estudos ambientais e redes de monitoramento;

- Se o interesse é uma fonte particular, o trabalho deve ser direcionado para áreas diretamente impactadas por esta fonte, evitando áreas que poderiam incluir outras fontes similares.

3.4 – Requisitos dos dados3.4 – Requisitos dos dados

Garantia e controle de qualidade

Fornecimento de informações adicionais para garantir que:

- A acurácia e a precisão estão sendo mantidas em níveis aceitáveis;

- Amostragens e medições estão sendo realizadas nos locais e nos tempos especificados no projeto do programa;

- Falhas de instrumentos, perdas de amostras e falhas em técnicas estão sendo minimizadas.

- Elaborar um programa de garantia de qualidade bem projetado e executá-lo para atingir os objetivos citados.

- O controle de qualidade deve incluir a análise regular de amostras branco e de amostras padronizadas de concentrações conhecidas (de agências padronizadoras externas);

3.4 – Requisitos dos dados3.4 – Requisitos dos dados

3.5 – Amostragem da qualidade do ar3.5 – Amostragem da qualidade do ar

Três métodos básicos de medida:Tempo real, integrado e coleta (captura) de amostras

a) Tempo real - as concentrações das espécies são medidas continuamente em poucos segundos. Muitos métodos são usados dependendo da espécie (absorção, fluorescência, quimioluminescência, etc.).

- Os resultados são apresentados como uma seqüência de valores numéricos no horário de cada medida e/ou gráficos de concentrações-tempo;

- A resolução temporal (tempo entre medidas sucessivas) variará de acordo com as espécies e instrumentação. Pode ser “tempo real” mas não contínua...

b) Integrado - o instrumento de medida usa sensores que apresentam um tempo de resposta longo para uma alteração na concentração, ou fornecem a média sobre um período de tempo.

- As medidas resultantes são integradas e representam o valor integrado ou médio sobre um período de tempo (ex. de uma hora ou um dia), dependendo do instrumento e de como é instalado e operado;

- A resolução temporal (tempo entre medidas sucessivas) variará de acordo com as espécies e instrumentação;

3.5 – Amostragem da qualidade do ar3.5 – Amostragem da qualidade do ar

b) Integrado (cont.) - São usados sólidos e líquidos adsorventes (borbulhamento na coluna de líquido), filtros, bombas amostradoras, etc.

- O adsorvente sólido mais comum em coletores de amostras integradores por bombeamento é o carvão ativado.

- Materiais granulados, ou filtros de fibras, impregnados com reagentes apropriados: coleta de SO2 em grânulos de carbonato de potássio, HNO3 em nylon, NH3 em grânulos de ácido cítrico, etc.

- Material particulado: são usados filtros ou separadores por impacto. A melhor determinação de tamanhos é com separadores por impacto (a inércia da partícula na corrente de ar é utilizada para separar partículas em faixas de massas específicas distintas).

3.5 – Amostragem da qualidade do ar3.5 – Amostragem da qualidade do ar

c) Coleta de amostras - amostras são coletadas em recipientes, ou filtros, ou adsorventes sólidos; geralmente representam uma concentração instantânea do ar ambiente.

- Capturas de amostras são feitas quando é impraticável ou desnecessário implantar amostradores de tempo real ou integradores;

- As amostras podem ser admitidas em recipientes a vácuo, sugadas por bomba através do recipiente amostrador ou coletadas em sacos;

- Amostras capturadas em seqüências podem determinar como a concentração varia com o tempo.

3.5 – Amostragem da qualidade do ar3.5 – Amostragem da qualidade do ar

Amostradores de PrecipitaçãoAmostradores de Precipitação

- Chuva tende a carrear alguns poluentes atmosféricos; a análise da precipitação coletada é algumas vezes útil na avaliação da deposição de poluentes no solo.

- Algumas deposições secas de poluição particulada provenientes do ar podem ocorrer.

- Os amostradores usualmente consistem de baldes coletores fundos com uma abertura de área conhecida.

3.5 – Amostragem da qualidade do ar3.5 – Amostragem da qualidade do ar

3.6 – 3.6 – Precauções gerais de amostragensPrecauções gerais de amostragens

- A escolha do local, horário e condições meteorológicas da amostragem são muito importantes ; - Quando espécies de interesse podem ser exaladas ou emitidas a partir da pele, roupas, ou veículos usados pelo pessoal da amostragem, cuidados devem ser tomados para tais fontes não contaminarem a amostra;

- Para algumas espécies, exalação, desorção ou resuspensão a partir do solo, da vegetação ou das edificações podem ocorrer seguindo a primeira exposição direta. Essa possibilidade deve ser considerada na interpretação dos resultados;

- Concentração de fundo (background) - muitas espécies poluentes do ar estarão presentes em concentrações detectáveis mesmo em ambientes intactos bem distantes de indústrias e outras origens antropomórficas. Estas concentrações devem ser consideradas no tratamento dos dados.

- Nas bombas amostradoras: cuidados para obter uma amostra representativa; o bocal de entrada e o tubo do detector ou sugador não devem alterar a concentração das espécies.

3.6 – 3.6 – Precauções gerais de amostragensPrecauções gerais de amostragens

- Para espécies gasosas reativas escolher equipamentos de teflon ou aço inoxidável;

- Para espécies particuladas, atenção especial deve ser dada para não defletir partículas ou discriminá-las por tamanho ou massa na boca do amostrador;

- Bombas, medidores de escoamento, integradores de escoamento e válvulas de controle devem estar localizados no fim da exaustão do coletor de amostras ou instrumento de detecção para evitar interferências.

3.6 – 3.6 – Precauções gerais de amostragensPrecauções gerais de amostragens

3.7 – Métodos analíticos e instrumentais3.7 – Métodos analíticos e instrumentais

TDLS – Tunable diode laser spectroscopy; DOAS – Differential optical absorption spectrometryFTIR - Fourier Transform InfraRed

Poluente Método Concentração mínima detectável

NO ChemiluminescenceSingle photon laser-induced fluorescenceLidar laser-induced fluorescenceTDLSDOAS

5 ppt4-240 ppt10 ppt500 ppt400 ppt

N2O TDLS 0,1 ppb

NO2 TDLS 0,1 ppb

NH3 TDLSTungstic acid denuderFluorescence derivatizationPhotoacoustic detectionFTIR (1 Km pathlength)Chemiluminescence with thermal converter

0,1 ppb10 ppt0,1 ppb0,5 ppb1 ppb1 ppb

HNO3 Chemiluminescence Tungstic acidDenuder tubesNylon filterTDLSFTIR

200 ppt70 ppt80 ppt2 ppt350 ppt3 ppb

3.7 – Métodos analíticos e instrumentais3.7 – Métodos analíticos e instrumentais

TDLS – Tunable diode laser spectroscopy; DOAS – Differential optical absorption spectrometryFTIR - Fourier Transform InfraRed

HCHO DOAS (10 Km pathlength)FTIR (1 Km pathlength)TDLSSolid sorbent, desorb into gas chromatographWet chemistry spectrophotometric methods

600 ppt6 ppb300 ppt0,3 ppb40 ppb

H2O2 TDLS 600 ppt

SO2 TDLS 3-12 ppb

O3 TDLSFTIR

0,5 ppb10 ppb

CO TDLS 0,25 ppb

HONO TDLS 10 ppb

Compostos orgânicos voláteis:- Hidrocarbonetos- Compostos súlfur-orgânicos - Compostos nitrogenados e halogenados orgânicos

gas chromatograph, flame ionization detectors

flame photometry

electron capture detectors

Particulados Filtração, separação por impacto