Emissões fugitivas de partículas para a atmosfera : caracterização, impactos e mitigação

Abstract

Esta tese visa caracterizar a qualidade do ar na região de Setúbal, avaliar os impactos das partículas na qualidade do ar e na saúde humana, identificar as fontes de emissão localizadas na região, avaliar o contributo das emissões fugitivas para a degradação da qualidade do ar e identificar ações mitigadoras que potenciem uma redução das concentrações de partículas na atmosfera. Para alcançar os objetivos propostos integraram-se diferentes técnicas de medição e de análise de partículas atmosféricas - amostradores de partículas em filtros, instrumentos de leitura direta de poluentes e de variáveis meteorológicas, técnicas analíticas nucleares e cromatografia iónica - e vários modelos matemáticos, tais como modelos no recetor, de dispersão e de dispersão inversa. O estudo da qualidade do ar no centro urbano-industrial de Setúbal, ao longo de 9 anos (2003-2012), permitiu constatar que as concentrações de partículas apresentaram uma tendência decrescente, devido a razões tecnológicas e económicas. No entanto, a concentração de material particulado em suspensão na atmosfera continua a não cumprir os valores guia da Organização Mundial de Saúde, existindo associações positivas entre os níveis de concentração de partículas e as admissões hospitalares, relacionadas com doenças respiratórias. Através da utilização de modelos de qualidade do ar identificou-se o tráfego automóvel como a principal fonte de emissão no centro urbano de Setúbal. Na zona industrial da Mitrena verificou-se que o aerossol secundário e o aerossol mineral, resultante da ressuspensão e proveniente de emissões fugitivas, apresentam a maior contribuição para a massa de material particulado com um diâmetro equivalente inferior a 10 μm (PM10). As emissões fugitivas têm um papel muito relevante na qualidade do ar na zona da Mitrena contribuindo, em média, para 20% dos níveis de PM10. Esta tese desenvolveu metodologias para a caracterização de emissões fugitivas em portos e analisou as características físicas e químicas dessas emissões. Demonstrou que existe um aumento significativo das concentrações de material particulado e elementos químicos durante o processo de manuseamento de materiais a granel e que esse aumento depende das características químicas e granulométricas dos materiais, das condições meteorológicas e dos procedimentos utilizados pelos operadores do porto. O resultado deste estudo constitui um importante contributo para a adoção de medidas de mitigação de material particulado no ar ambiente, assentes fundamentalmente nos processos de carga e descarga, armazenamento e transporte associados aos portos.

This thesis aims to characterize air quality in Setúbal region, to assess the impacts of particles on air quality and on human health, to identify emission sources, to evaluate the contribution of fugitive emissions to the degradation of air quality and to identify mitigation actions that promote a reduction of particulate matter concentrations in the air. In order to reach the proposed objectives different techniques were used to monitor and characterize atmospheric particles, such as samplers to collect particles in filters, direct pollutant reading equipment, meteorological instruments, nuclear analytical techniques and ion chromatography. Moreover, receptor, dispersion and inverse dispersion models were used to assess the contribution of emission sources to the air quality. The study of air quality in the urban-industrial center of Setúbal, along 9 years (2003-2012), showed that the concentration of particles presented a decreasing trend, due to technological and economic reasons. However, it has been found that the concentration of suspended particulate matter in the air continues to fail accomplishing the World Health Organization guidelines, with positive associations between particle levels and hospital admissions related to respiratory diseases. The use of air quality models allowed identifying road traffic as the main emission source in the urban center of Setúbal. In Mitrena industrial zone, the secondary aerosol and the mineral aerosol, resulting from dust resuspension and fugitive emissions, have shown the greatest contribution to the total mass of PM10. Fugitive emissions play a very important role in the air quality in Mitrena contributing on average to 20% of the PM10 levels. This thesis developed methodologies for the characterization of fugitive emissions in harbors and analyzed the physical and chemical characteristics of these emissions. Results show that there is a significant increase of particulate matter and chemical elements concentrations during the handling of bulk material and this increase depends on the chemical and granulometric characteristics of the materials, weather conditions and procedures used by the harbor operators. This study identified particulate matter in the air mitigation measures, which are mainly based on loading, unloading, storage and transportation processes associated with harbor activities.