Avaliação do material particulado fino proveniente de regiões caracterizadas com atividades de mineração

Abstract

Resumo: A mineração de rochas calcárias é um setor básico na economia e essencial para o desenvolvimento da sociedade moderna. No entanto, a poluição atmosférica associada a este setor, está presente desde a extração até as etapas de beneficiamento das rochas. Um dos principais poluentes na produção de cal e cimento é o material particulado (MP). A exposição à fração das partículas inaláveis finas (MP2 ,5 ), pode levar a efeitos adversos à saúde e gerar impactos econômicos. Dessa forma, visando avaliar a influência das atividades de produção de cal e cimento nas emissões de MP25, realizou-se o monitoramento desse poluente presente na atmosfera das cidades de Colombo e Rio Branco do Sul, duas regiões com intensa atividade de extração e beneficiamento de rochas calcárias. Foram realizadas amostragens com dois equipamentos; o impactador Harvard, que coleta o MP25 em filtros, possibilitando a análise elementar do poluente, e sensores automáticos, que fornecem medidas de concentração mássica com alta resolução temporal. Os resultados mostraram que os elementos mais abundantes em ambos locais foram carbono negro, Ca, S e K. A correlação entre esses elementos foi associada à atividade de beneficiamento de rochas calcárias em fornos a altas temperaturas. Traço dos elementos Ni, Cr, Cu, Pb, Zn e Mn foram encontrados enriquecidos em ambos os pontos amostrais, no entanto, não houve correlação entre esses elementos contaminantes e a fabricação de cal ou de cimento. Os riscos à saúde associados à inalação de Pb, Zn, Cu, Cr (VI), Ni e Mn foram calculados, e, em ambas as cidades, não houveram riscos cancerígenos e não cancerígenos nas concentrações encontradas. Especificamente para Colombo, a aplicação da Análise dos Componentes Principais Absoluta (APCA), revelou que a combustão nas indústrias de cal são as fontes majoritárias de MP2,5 (30 %), e, possivelmente contribuem para emissões fugitivas (15 %). Utilizando o cálculo de risco relativo e as concentrações de MP2,5 obtidas com os sensores automáticos, verificou-se que, as concentrações médias anuais acima dos limites estabelecidos pela OMS foram responsáveis por 2,0 % e 3,5 % das mortes prematuras por causas naturais nas cidades de Colombo (2021) e Rio Branco do Sul (2021 e 2022), respectivamente. A partir destas estimativas, aplicou-se o método Disability-Adjusted Life Years (DALY) e foram calculados os custos associados a essa mortalidade, estratificado por sexo e faixa etária. O ônus da poluição por MP2,5 foi estimado em R$ 19,7 milhões (2021), para a cidade de Colombo e R$ 7,2 milhões para a cidade de Rio Branco do Sul (2021 e 2022). Observou-se que os homens na faixa etária entre 40-69 anos foram os mais susceptíveis à poluição. O controle operacional nos processos de calcinação, redução do consumo de combustível e matéria-prima, uso de equipamentos de controle de MP e de gases precursores, são medidas desejáveis para redução dos níveis de MP2,5 nas áreas de estudo. Evidencia-se neste trabalho, que o investimento em tecnologias de controle e monitoramento de emissões, são mais rentáveis do que se pagar pelos danos causados pela poluição posteriormente.

Abstract: Limestone mining is a basic economic sector and essential for the development of modern society. However, atmospheric pollution related to activities in this sector is present throughout all stages of the mining project, from rock extraction to processing stages. One of the main impacts of lime and cement production is the emission of particulate matter. Exposure to the fine fraction of this pollutant, both mass concentration and chemical composition, can lead to adverse health effects and economic impacts. In order to assess the influence of lime and cement production activities on PM25 emissions and the impacts generated on the population's health, monitoring of fine particles was carried out in Colombo and Rio Branco do Sul cities, two regions of intense activity extraction and processing of limestone rocks. Samplings were carried out with two different equipment, the Harvard impactor, which collects the PM25 in filters, allowing the elemental analysis of the pollutant, and low-cost sensors, which provide measurements with high temporal resolution. The results showed that the most abundant elements in both locations were BC and the enriched metals Ca, S and K. The correlation between these elements was associated with the activity of processing limestone rocks in kilns at high temperatures. Trace of heave metals, like Ni, Cr, Cu, Pb, Zn, Br and Mn were found enriched in both sample regions, however, there was no correlation between these elements and the manufacture of lime or cement. The health risks assessment associated of inhalation of Pb, Zn, Cu, Cr(VI), Ni and Mn were verified. The results showed that non-carcinogenic risk and carcinogenic risk were no significant for local residents during the evaluation period, in the two cities. Specifically, in Colombo city, the application of absolute principal component analysis revealed that combustion in lime manufacturing are the major sources of PM25 (30 %), these industries also emitted significantly to the fugitive dust, the second largest source of PM25 (15 %). Using the relative risk methodology and PM2.5 concentrations measurement with low-cost sensors, it was found that average concentrations above WHO limits accounts for 2.0 % and 3.5 % of premature deaths due to natural causes in Colombo (2021) and Rio Branco do Sul (2021 and 2022), respectively. Based on these estimates, the DALY (Disability Adjusted Life Years) methodology was applied and the costs associated with this mortality were calculated, the results were stratified by gender and age group. The costs of premature deaths resulted in R$ 19.7 million, in 2021, for the Colombo city and R$ 7.2 million for the Rio Branco do Sul city, in 2021 and 2022. In addition, were observed that the 40-69 age group were the more susceptible to PM pollution. Operational control in calcination processes to reduce fuel and raw material consumption, use of particulate emission control equipment, technology and control of precursor gases are strategies that can considerably reduce PM25 levels in the study areas. It's clear that investing in emission control and monitoring technologies can be more profitable than to pay for the damage of air pollution later.