Poluentes químicos característicos

Os contaminantes químicos do ar interno podem ocorrer como gases e vapores (inorgânicos e orgânicos) e particulados. A sua presença no ambiente interior é o resultado da entrada no edifício a partir do ambiente exterior ou da sua geração no interior do edifício. A importância relativa dessas origens internas e externas difere para diferentes poluentes e pode variar ao longo do tempo.

Os principais poluentes químicos comumente encontrados no ar interno são os seguintes:

1. dióxido de carbono (CO₂), que é um produto metabólico e frequentemente usado como indicador do nível geral de poluição do ar relacionado à presença de seres humanos em ambientes fechados
2. monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NO_x) e dióxido de enxofre (SO₂), que são gases de combustão inorgânicos formados predominantemente durante a combustão de combustíveis e ozônio (O₃), que é um produto de reações fotoquímicas em atmosferas poluídas, mas também pode ser liberado por algumas fontes internas
3. compostos orgânicos que se originam de uma variedade de fontes internas e externas. Centenas de produtos químicos orgânicos ocorrem no ar interno, embora a maioria esteja presente em concentrações muito baixas. Estes podem ser agrupados de acordo com seus pontos de ebulição e uma classificação amplamente utilizada, mostrada na Tabela 1, identifica quatro grupos de compostos orgânicos: (1) compostos orgânicos muito voláteis (VVOC); (2) volátil (VOC); (3) semivolátil (SVOC); e (4) compostos orgânicos associados ao material particulado (POM). Os orgânicos da fase de partícula são dissolvidos ou adsorvidos em matéria particulada. Eles podem ocorrer tanto na fase de vapor quanto na fase de partícula, dependendo de sua volatilidade. Por exemplo, hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs) que consistem em dois anéis de benzeno fundidos (por exemplo, naftaleno) são encontrados principalmente na fase de vapor e aqueles que consistem em cinco anéis (por exemplo, benz[a]pireno) são encontrados predominantemente na fase de partícula.

Tabela 1. Classificação de poluentes orgânicos internos

Uma característica importante dos contaminantes do ar interno é que suas concentrações variam espacial e temporalmente em maior extensão do que é comum em ambientes externos. Isto deve-se à grande variedade de fontes, ao funcionamento intermitente de algumas das fontes e aos vários sumidouros presentes.

As concentrações de contaminantes que surgem principalmente de fontes de combustão estão sujeitas a uma variação temporal muito grande e são intermitentes. Liberações episódicas de compostos orgânicos voláteis devido a atividades humanas, como pintura, também levam a grandes variações na emissão com o tempo. Outras emissões, como a liberação de formaldeído de produtos à base de madeira, podem variar com as flutuações de temperatura e umidade no edifício, mas a emissão é contínua. A emissão de produtos químicos orgânicos de outros materiais pode ser menos dependente das condições de temperatura e umidade, mas suas concentrações no ar interno serão bastante influenciadas pelas condições de ventilação.

As variações espaciais dentro de uma sala tendem a ser menos pronunciadas do que as variações temporais. Dentro de um edifício pode haver grandes diferenças no caso de fontes localizadas, por exemplo, fotocopiadoras em um escritório central, fogões a gás na cozinha do restaurante e tabagismo restrito a uma área designada.

Fontes dentro do Edifício

Níveis elevados de poluentes gerados pela combustão, particularmente dióxido de nitrogênio e monóxido de carbono em espaços internos, geralmente resultam de aparelhos de combustão não ventilados, mal ventilados ou mal conservados e do fumo de produtos de tabaco. Aquecedores de querosene e gás não ventilados emitem quantidades significativas de CO, CO₂, Eu não tenho_x, SO₂, partículas e formaldeído. Fogões e fornos a gás também liberam esses produtos diretamente no ar interno. Sob condições normais de operação, aquecedores de ar forçado a gás e aquecedores de água ventilados não devem liberar produtos de combustão no ar interno. No entanto, o derramamento de gás de combustão e o refluxo podem ocorrer com aparelhos defeituosos quando a sala é despressurizada por sistemas de exaustão concorrentes e sob certas condições meteorológicas.

Fumaça de tabaco ambiental

A contaminação do ar interno pela fumaça do tabaco resulta da fumaça secundária e exalada da corrente principal, geralmente chamada de fumaça ambiental do tabaco (ETS). Vários milhares de constituintes diferentes foram identificados na fumaça do tabaco e as quantidades totais de componentes individuais variam dependendo do tipo de cigarro e das condições de geração de fumaça. Os principais produtos químicos associados ao ETS são nicotina, nitrosaminas, PAHs, CO, CO₂, Eu não tenho_x, acroleína, formaldeído e cianeto de hidrogênio.

Materiais de construção e móveis

Os materiais que receberam maior atenção como fontes de poluição do ar interior foram as placas à base de madeira contendo resina de ureia formaldeído (UF) e isolamento de parede de cavidade UF (UFFI). A emissão de formaldeído desses produtos resulta em níveis elevados de formaldeído em edifícios e isso tem sido associado a muitas reclamações de má qualidade do ar interno em países desenvolvidos, particularmente durante o final dos anos 1970 e início dos anos 1980. A Tabela 2 dá exemplos de materiais que liberam formaldeído em edifícios. Estes mostram que as maiores taxas de emissão podem estar associadas aos produtos à base de madeira e UFFI, que são produtos frequentemente utilizados extensivamente em edifícios. O aglomerado é fabricado a partir de partículas de madeira finas (cerca de 1 mm) que são misturadas com resinas UF (6 a 8% em peso) e prensadas em painéis de madeira. É amplamente utilizado para pisos, painéis de parede, prateleiras e componentes de armários e móveis. As camadas de madeira são coladas com resina UF e são comumente usadas para painéis decorativos de parede e componentes de móveis. O painel de fibra de média densidade (MDF) contém partículas de madeira mais finas do que as usadas no aglomerado e também são ligadas com resina UF. O MDF é mais usado para móveis. A fonte primária de formaldeído em todos esses produtos é o formaldeído residual aprisionado na resina devido à sua presença em excesso necessária para a reação com a uréia durante a fabricação da resina. A liberação é, portanto, maior quando o produto é novo e diminui a uma taxa dependente da espessura do produto, força de emissão inicial, presença de outras fontes de formaldeído, clima local e comportamento do ocupante. A taxa inicial de declínio das emissões pode ser de 50% nos primeiros oito a nove meses, seguida por uma taxa de declínio muito mais lenta. A emissão secundária pode ocorrer devido à hidrólise da resina de UF e, portanto, as taxas de emissão aumentam durante os períodos de temperatura e umidade elevadas. Esforços consideráveis ​​por parte dos fabricantes levaram ao desenvolvimento de materiais com emissões mais baixas pelo uso de proporções mais baixas (isto é, mais próximas de 1:1) de ureia para formaldeído para produção de resina e o uso de removedores de formaldeído. A regulamentação e a demanda do consumidor resultaram no uso generalizado desses produtos em alguns países.

Tabela 2. Taxas de emissão de formaldeído de uma variedade de móveis de materiais de construção e produtos de consumo

Materiais de construção e móveis liberam uma ampla gama de outros VOCs que têm sido objeto de preocupação crescente durante as décadas de 1980 e 1990. A emissão pode ser uma mistura complexa de compostos individuais, embora alguns possam ser dominantes. Um estudo de 42 materiais de construção identificou 62 espécies químicas diferentes. Esses VOCs eram principalmente hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, seus derivados de oxigênio e terpenos. Os compostos com as maiores concentrações de emissão em estado estacionário, em ordem decrescente, foram tolueno, m-xileno, terpeno, n-acetato de butilo, n-butanol, n-hexano, p-xileno, etoxietilacetato, n-heptano e o-xileno. A complexidade da emissão resultou em emissões e concentrações no ar frequentemente relatadas como a concentração ou liberação de compostos orgânicos voláteis totais (TVOC). A Tabela 3 fornece exemplos de taxas de emissão de TVOC para uma variedade de produtos de construção. Estes mostram que existem diferenças significativas nas emissões entre os produtos, o que significa que, se dados adequados estivessem disponíveis, os materiais poderiam ser selecionados na fase de planejamento para minimizar a liberação de VOC em edifícios recém-construídos.

Tabela 3. Concentrações totais de compostos orgânicos voláteis (TVOC) e taxas de emissão associadas a vários revestimentos e revestimentos de pisos e paredes

^a PVC, cloreto de polivinila.

Os conservantes de madeira demonstraram ser uma fonte de pentaclorofenol e lindano no ar e na poeira dentro dos edifícios. Eles são usados ​​principalmente para proteção de madeira para exposição ao ar livre e também são usados ​​em biocidas aplicados para tratamento de podridão seca e controle de insetos.

Produtos de consumo e outras fontes internas

A variedade e o número de produtos de consumo e domésticos mudam constantemente, e suas emissões químicas dependem dos padrões de uso. Os produtos que podem contribuir para os níveis internos de VOC incluem produtos em aerossol, produtos de higiene pessoal, solventes, adesivos e tintas. A Tabela 4 ilustra os principais componentes químicos em uma variedade de produtos de consumo.

Tabela 4. Componentes e emissões de produtos de consumo e outras fontes de compostos orgânicos voláteis (VOC)

Outros VOCs foram associados a outras fontes. O clorofórmio é introduzido no ar interno principalmente como resultado da distribuição ou aquecimento da água da torneira. As copiadoras de processo líquido liberam isodecanos no ar. Inseticidas utilizados no controle de baratas, cupins, pulgas, moscas, formigas e ácaros são amplamente utilizados como sprays, nebulizadores, pós, tiras impregnadas, iscas e coleiras para animais de estimação. Os compostos incluem diazinon, paradiclorobenzeno, pentaclorofenol, clordano, malation, naftaleno e aldrin.

Outras fontes incluem ocupantes (dióxido de carbono e odores), equipamentos de escritório (VOCs e ozônio), crescimento de fungos (VOCs, amônia, dióxido de carbono), solo contaminado (metano, VOCs) e purificadores de ar eletrônicos e geradores de íons negativos (ozônio).

Contribuição do ambiente externo

A Tabela 5 mostra as proporções típicas de interior/exterior para os principais tipos de poluentes que ocorrem no ar interior e as concentrações médias medidas no ar exterior de áreas urbanas no Reino Unido. O dióxido de enxofre no ar interno é normalmente de origem externa e resulta de fontes naturais e antropogênicas. A combustão de combustíveis fósseis contendo enxofre e a fundição de minérios sulfetados são as principais fontes de dióxido de enxofre na troposfera. Os níveis de fundo são muito baixos (1 ppb), mas em áreas urbanas as concentrações horárias máximas podem ser de 0.1 a 0.5 ppm. O dióxido de enxofre pode entrar num edifício através do ar utilizado para ventilação e pode infiltrar-se através de pequenas aberturas na estrutura do edifício. Isso depende da estanqueidade do edifício, das condições meteorológicas e das temperaturas internas. Uma vez dentro, o ar que entra se mistura e é diluído pelo ar interno. O dióxido de enxofre que entra em contato com materiais de construção e decoração é adsorvido e isso pode reduzir significativamente a concentração interna em relação ao exterior, especialmente quando os níveis de dióxido de enxofre externos são altos.

Tabela 5. Principais tipos de contaminantes químicos do ar interno e suas concentrações nas áreas urbanas do Reino Unido

^a ETS, fumaça de tabaco ambiental.

Os óxidos de nitrogênio são um produto da combustão, e as principais fontes incluem exaustão de automóveis, estações de geração elétrica movidas a combustível fóssil e aquecedores domésticos. O óxido nítrico (NO) é relativamente não tóxico, mas pode ser oxidado a dióxido de nitrogênio (NO₂), particularmente durante episódios de poluição fotoquímica. As concentrações básicas de dióxido de nitrogênio são de cerca de 1 ppb, mas podem chegar a 0.5 ppm em áreas urbanas. O exterior é a principal fonte de dióxido de azoto em edifícios sem aparelhos de combustível não ventilados. Tal como acontece com o dióxido de enxofre, a adsorção pelas superfícies internas reduz a concentração no interior em comparação com a exterior.

O ozônio é produzido na troposfera por reações fotoquímicas em atmosferas poluídas, e sua geração é função da intensidade da luz solar e da concentração de óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos reativos e monóxido de carbono. Em locais remotos, as concentrações de ozônio de fundo são de 10 a 20 ppb e podem exceder 120 ppb em áreas urbanas nos meses de verão. As concentrações internas são significativamente menores devido à reação com superfícies internas e à falta de fontes fortes.

Estima-se que a liberação de monóxido de carbono como resultado de atividades antrópicas represente 30% do que está presente na atmosfera do hemisfério norte. Os níveis de fundo são de aproximadamente 0.19 ppm e nas áreas urbanas um padrão diurno de concentrações está relacionado ao uso do veículo motorizado com picos horários variando de 3 ppm a 50 a 60 ppm. É uma substância relativamente não reativa e, portanto, não é esgotada por reação ou adsorção em superfícies internas. Fontes internas, como aparelhos de combustível não ventilados, aumentam o nível de fundo, caso contrário, devido ao ar externo.

A relação interior-exterior de compostos orgânicos é específica do composto e pode variar ao longo do tempo. Para compostos com fortes fontes internas, como formaldeído, as concentrações internas são geralmente dominantes. Para formaldeído, as concentrações externas são tipicamente abaixo de 0.005 mg/m³ e as concentrações internas são dez vezes maiores do que os valores externos. Outros compostos, como o benzeno, têm fortes fontes externas, sendo os veículos movidos a gasolina de particular importância. Fontes internas de benzeno incluem ETS e isso resulta em concentrações médias em edifícios no Reino Unido sendo 1.3 vezes maiores do que aquelas ao ar livre. O ambiente interno parece não ser um sumidouro significativo para este composto e, portanto, não é protetor contra o benzeno do exterior.

Concentrações Típicas em Edifícios

As concentrações de monóxido de carbono em ambientes internos geralmente variam de 1 a 5 ppm. A Tabela 6 resume os resultados relatados em 25 estudos. As concentrações são maiores na presença de fumaça ambiental de tabaco, embora seja excepcional que as concentrações excedam 15 ppm.

Tabela 6. Resumo das medições de campo de óxidos de nitrogênio (NO^x) e monóxido de carbono (CO)

^a ND = não detectado.

As concentrações de dióxido de nitrogênio em ambientes fechados são tipicamente de 29 a 46 ppb. Se fontes específicas, como fogões a gás, estiverem presentes, as concentrações podem ser significativamente mais altas e fumar pode ter um efeito mensurável (consulte a tabela 6).

Muitos VOCs estão presentes no ambiente interno em concentrações que variam de aproximadamente 2 a 20 mg/m³. Um banco de dados dos EUA contendo 52,000 registros de 71 produtos químicos em residências, prédios públicos e escritórios é resumido na Figura 3. Ambientes onde o fumo intenso e/ou a ventilação deficiente criam altas concentrações de ETS podem produzir concentrações de VOC de 50 a 200 mg/m³. Os materiais de construção contribuem significativamente para as concentrações internas e é provável que as novas residências tenham um número maior de compostos superiores a 100 mg/m³. A renovação e a pintura contribuem para níveis significativamente mais elevados de VOC. Concentrações de compostos como acetato de etila, 1,1,1-tricloroetano e limoneno podem exceder 20 mg/m³ durante as atividades dos ocupantes e durante a ausência dos residentes, a concentração de uma variedade de VOCs pode diminuir em cerca de 50%. Foram descritos casos específicos de concentrações elevadas de contaminantes devido a materiais e móveis associados a reclamações de ocupantes. Estes incluem álcool branco de cursos à prova de umidade injetados, naftaleno de produtos contendo alcatrão de hulha, etil-hexanol de pisos de vinil e formaldeído de produtos à base de madeira.

Figura 1. Concentrações internas diárias de compostos selecionados para locais internos.

O grande número de VOCs individuais que ocorrem em edifícios torna difícil detalhar as concentrações para mais de compostos selecionados. O conceito de TVOC tem sido utilizado como uma medida da mistura de compostos presentes. Não existe uma definição amplamente utilizada quanto à gama de compostos que o TVOC representa, mas alguns investigadores propuseram que limitar as concentrações abaixo de 300 mg/m³ devem minimizar as reclamações dos ocupantes sobre a qualidade do ar interior.

Os pesticidas usados ​​em ambientes internos são de volatilidade relativamente baixa e as concentrações ocorrem na faixa de microgramas por metro cúbico. Os compostos volatilizados podem contaminar a poeira e todas as superfícies internas por causa de suas baixas pressões de vapor e tendência de serem adsorvidos por materiais internos. As concentrações de PAH no ar também são fortemente influenciadas por sua distribuição entre as fases gasosa e aerossol. Fumar pelos ocupantes pode ter um forte efeito nas concentrações do ar interior. As concentrações de PAHs variam tipicamente de 0.1 a 99 ng/m³.

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