Avaliação integrada da poluição atmosférica e riscos socioecológicos na cidade de Joinville/SC

Orientador: Prof. Dr. Ricardo H. M. Godoi

Coorientadora: Profª. Drª. Ana Flávia L. Godoi

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 21/12/2022

Inclui referências: p. 127-164

Resumo: Para fins regulatórios, o problema da poluição do ar foi reduzido ao gerenciamento de regiões de controle da qualidade do ar (RCQA), que coincidem com a delimitação políticoadministrativa do município, por meio de inventários de fontes de emissão e identificação dos receptores potencialmente afetados. Além de depender da fonte, no entanto, o material particulado pode ser fisicamente e quimicamente alterado por fatores e elementos do clima durante o transporte, que agem como condicionantes ambientais locais, e dessa forma regulam indiretamente os efeitos adversos dos poluentes sobre o meio ambiente e a saúde humana. Este estudo de caso, conduzido em regiões urbano-industriais de Joinville, combina diferentes metodologias para integrar a dinâmica atmosférica em uma abordagem estratégica de avaliação de risco, analisando a influência de diferentes regimes de vento e fontes de emissão nos riscos da exposição ao MP2.5 (e elementos nele contido) sobre o meio ambiente e a saúde humana. Os resultados encontrados indicam que, embora a RCQA de Joinville seja propensa a eventos de estagnação/recirculação (i.e., recirculação local), dois padrões distintos de circulação horizontal dos ventos podem ser identificados na bacia aérea de Joinville. Essa diferença foi também observada na caracterização do MP2.5, perfis químicos, índices de geoacumulação e riscos ecológicos e à saúde humana dos pontos amostrados, visto que cada um deles estava instalado em região onde predominava um desses dois regimes. Além disso, parece que os mecanismos de feedback entre as áreas estudadas podem estar relacionados à piora da qualidade do ar e de seus efeitos adversos, mesmo quando sob boas condições de ventilação. Os riscos relacionados com as cargas de Co, Pb, Cu, Ni, Mn e Zn foram altamente elevados para o ambiente e foram os principais contribuintes para riscos não cancerígenos. Além disso, condições de estagnação e recirculação foram associadas ao aumento dos riscos carcinogênicos, com o Cr representando a principal ameaça. De origem antropogênica, esses metais foram as espécies predominantes nos perfis químicos das emissões associadas ao processo combustão e à atividades industriais, bem como elementos traçadores de aerossol marinho envelhecido e aerossóis inorgânicos secundários. Ao analisar os riscos à saúde específicos das fontes de MP2.5 identificadas, nossos resultados fornecem evidências epidemiológicas de que a poluição do ar liberada por essas fontes antropogênicas está significativamente relacionada com uma maior chance de ocorrência de internações hospitalares por doenças cardiorrespiratórias. Esses resultados destacam a necessidade de se incorporar a análise da capacidade assimilativa da bacia área e a discriminação das fontes na avaliação dos riscos de exposição ao MP2.5, visto que tais características podem estar associadas ao agravamento da poluição do ar e resultar em diferentes riscos a nível local. Esta nova abordagem para avaliação de risco pode ser aplicada ao plano de desenvolvimento de longo prazo de qualquer cidade, uma vez que oferece às autoridades públicas uma perspectiva estratégica para incorporação das condicionantes ambientais nos planos de desenvolvimento urbano e nos regulamentos de zoneamento das cidades.

Abstract: For regulatory purposes, air pollution has been reduced to the management of air quality control regions (RCQA) by inventorying pollution sources and identifying significantly affected receptors. In addition to being source-dependent, however, particulate matter can be physically and chemically altered by climate factors and elements during transport, as they act as local environmental constraints, thereby indirectly modulating the negative effects of particles on the environment and human health. This case study, conducted at an industrial site in the Brazilian coastal city of Joinville, combines different methodologies to integrate atmospheric dynamics in a strategic risk assessment approach by analyzing the impact of different wind regimes and emission sources on the environmental and health risks of exposure to PM2.5 (and its-bound elements). Even though the Joinville RCQA is prone to stagnation/recirculation events, two distinct airsheds can be identified within the region based on the horizontal wind circulation patterns. Since the two sampling locations mirrored these two situations, we report distinct PM2.5 mass concentrations, chemical profiles, geoaccumulation index, and ecological and human health risks. Additionally, it appears that feedback mechanisms between airsheds make the air quality and its consequences even worse, and this is the case even when ventilation conditions are optimal. The risks related with Co, Pb, Cu, Ni, Mn, and Zn loadings were highly high for the environment and were the primary contributors to higher noncarcinogenic risks. In the meantime, conditions of stagnation and recirculation were associated with increased carcinogenic hazards, with Cr representing the main threat. From anthropogenic sources, these elements were the main species of combustion and industrial source profiles and tracers of aged sea salt and secondary inorganic aerosols. By measuring the source-specific health risks of ambient PM2.5, our results provide epidemiological evidence that air pollution released by these anthropogenic sources is significantly related with an increased risk of cardiorespiratory hospital admissions. These results highlight the need of incorporating local airshed features and source apportionment into the exposure and risk assessment of PM2.5, since they might aggravate air pollution and result in different risks at the granular scale. This new approach to risk assessment is applicable to any city's long-term development plan since it offers public authorities a strategic perspective on incorporating environmental constraints into urban growth planning and development zoning regulations.