[pt] Na cidade do Rio de Janeiro, por motivos de caráter econômico e administrativo, o número de pontos de medida de uma rede de monitoramento de qualidade de ar é limitado e, acima de tudo, a disposição espacial deles pode não ter sido estudada cuidadosamente, podendo estar posicionada em um local pouco representativo. Por este motivo, para auxiliar as medidas de concentrações e saber a evolução das mesmas, nesta pesquisa se usou modelos baseados em dinâmica de fluidos computacional. A área do entorno da estação Tijuca foi escolhida como local de estudo e se investigou a dispersão dos poluentes; monóxido de carbono, dióxido de nitrogênio e dióxido de enxofre emitido por fontes veiculares e em condição atmosférica neutra, mais comum nos meses de inverno. Foi utilizado o pacote comercial Fluent versão 17.1 e as equações de transporte RANS foram fechadas com o modelo de turbulência K-epsilon clássico. Entre as tarefas mais importantes pode-se mencionar: sustentar uma camada limite atmosférica desenvolvida ao longo do domínio computacional, desenvolver as configurações apropriadas de condições de contorno, definir as constantes do modelo, a modificação das constantes da lei da parede e efetuar os testes da malha computacional baseada em critérios de convergência para um incremento da densidade da malha. O estudo permitiu analisar a influência da energia cinética turbulenta gerada pela movimentação dos veículos nas ruas sobre o comportamento da pluma, e determinar qual é o número de Schmidt turbulento que melhor se adapta ao modelo. Os resultados obtidos nas simulações foram comparados entre si e também com dados experimentais disponíveis do sensoriamento na estação de monitoramento Tijuca, observando-se boa concordância de dados. / [en] In the city of Rio de Janeiro, for reasons of economic and administrative character, the number of measurement points of an air quality monitoring network is limited and, especially, the spatial arrangement of them may not have been studied carefully, being positioned in an unrepresentative place. Therefore, to support the concentrations measures and know their evolution, in this study was used models based on computational fluid dynamics. The area surrounding the Tijuca station was chosen as the study site and was investigated the dispersion of the pollutants; carbon monoxide, nitrogen dioxide and sulfur dioxide emitted by vehicular sources, in neutral atmospheric condition, more common in the winter months. It was used the commercial package Fluent version 17.1 and the RANS transport equations were closed with the standard K-epsilon turbulence model. Among the most important tasks can be mentioned: support a developed atmospheric boundary layer over the computational domain, develop the appropriate settings of boundary conditions, define the model constants, the modification of the law of the wall constants and perform the tests computational grid based on convergence criteria for an increase in the mesh density. The study allowed us to analyze the influence of the turbulent kinetic energy generated by the movement of vehicles on the streets on the behavior of the plume, and determine which is the turbulent Schmidt number that best fits the model. The results obtained in the simulations were compared each other and with available experimental data sensing in Tijuca monitoring station, observing good agreement data.

[pt] O intenso crescimento dos centros urbanos provocou aumento considerável da emissão de poluentes atmosféricos, conferindo destaque à poluição atmosférica. A qualidade do ar de uma determinada região pode ser afetada por fatores como tipos e quantidades de fontes de emissão, meteorologia e topografia, o que confere complexidade para essa área de estudo. Os principais poluentes legislados no Brasil são SO2, NO2, CO, O3 e o material particulado (MP). Dentre esses, o MP pode ser considerado como uma das mais importantes classes de poluentes devido sua composição heterogênea, que pode causar efeitos adversos à saúde e ao meio ambiente. O monitoramento dos poluentes atmosféricos para fins de fiscalização pode ser realizado utilizando métodos padronizados que incluem equipamentos capazes de determinar a concentração dos poluentes em tempo real. No Rio de Janeiro, as principais redes de monitoramento da qualidade do ar pertencem ao Instituto Estadual do Meio Ambiente (INEA) e à prefeitura do Rio de Janeiro, que dispõem de estações automáticas em diversas regiões da cidade e do estado. Entretanto, o monitoramento tradicional da poluição atmosférica demanda altos investimentos para compra e manutenção desses equipamentos, diminuindo as áreas passíveis de monitoramento. O biomonitoramento, por sua vez, que utiliza organismos vivos para avaliar mudanças ambientais, é considerado uma abordagem adequada para ampliar as áreas monitoradas e avaliar os impactos causados pela poluição. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a qualidade do ar no Rio de Janeiro através do biomonitoramento ativo utilizando Tillandsia usneoides e Tillandsia stricta como biomonitores, investigando o estresse oxidativo causado pela exposição aos metais. Considerando o efeito das fontes de emissão na qualidade do ar, buscou-se também avaliar a qualidade do ar no Rio de Janeiro durante os primeiros meses da pandemia de COVID-19, quando a mobilidade urbana foi alterada consideravelmente. Nessa avaliação foi considerada ainda a influência das condições meteorológicas por meio da comparação com dados obtidos para os mesmos períodos do ano anterior. O biomonitoramento ativo foi realizado entre julho de 2019 e novembro de 2020 em cinco locais do Rio de Janeiro com diferentes características quanto a emissão de poluentes: Ramos, Urca, Niterói, Duque de Caxias e Santa Cruz. As plantas foram removidas de um local rural e instaladas nos locais de monitoramento em julho de 2019 e coletadas em outubro de 2019, janeiro e novembro de 2020. A avaliação do estresse oxidativo foi realizada através da quantificação dos biomarcadores Metalotioneína (MT), Glutationa Reduzida (GSH), H2O2 e Peroxidação Lipídica, medida pela concentração de malondialdeído (MDA). Para avaliar a fração biodisponível dos metais presente no tecido das plantas foi realizada distribuição subcelular através do procedimento de purificação da metalotioneína, que fornece três frações nas quais os elementos foram quantificados por espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS), bem como a quantificação dos metais totais realizada em extratos ácidos dos tecidos das plantas. Na avaliação da qualidade do ar durante a pandemia, os dados de concentração de NO2, SO2, CO e O3 e variáveis meteorológicas foram fornecidos pelo INEA para março e abril de 2020 e usados para avaliar mudanças na qualidade do ar em comparação com o ano anterior e a contribuição das condições meteorológicas. A prefeitura do Rio de Janeiro forneceu dados de CO, O3 e PM10 e variáveis meteorológicas para o período entre março e setembro que foram usados para uma avaliação que considerou o impacto das medidas de distanciamento social na qualidade do ar através do acompanhamento desde o primeiro decreto de restrição até a abertura econômica total. Nos dois casos, os dados foram submetidos a destes estatísticos e análises temporais. O biomonitoramento da qualidade do ar indicou que os principais elementos encontrados nos biomonitores foram Fe, Na, K, Ca, Mg and Al. Elementos relacionados ao tráfego veicular, como Pb, Cr, Cu and V também foram encontrados em concentrações expressivas. A T. usneoides apresentou maiores concentrações em comparação com a T. stricta, entretanto, o enriquecimento das duas espécies em relação à amostra de referência foi similar, indicando que ambas são adequadas para o biomonitoramento. Duque de Caxias e Santa Cruz apresentaram os maiores enriquecimentos, o que pode estar relacionado com a contribuição das emissões industriais. A avaliação da distribuição subcelular dos metais demonstrou que Cr, Co, Cu, Cd, Mn, Ni, Se and Zn foram encontrados na fração termoestável da purificação da metalotioneína, o que indica que as plantas estão em processo de destoxificação desses elementos. A T. stricta apresentou maiores percentuais da fração não biodisponível, o que indica que essa espécie é mais resistente aos efeitos tóxicos causados pelos metais. Foi observado ainda que em períodos secos a absorção das plantas é menor, devido ao metabolismo ácido das crassuláceas (CAM), que favorece o controle hídrico em condições de baixa umidade mantendo as organelas responsáveis pelas trocas gasosas fechadas durante o dia, período no qual se registram maiores concentrações de poluentes. Os biomarcadores de estresse oxidativo indicaram que as duas espécies estão em condições semelhantes de estresse oxidativo, pois suas concentrações não apresentaram diferença significativa entre as espécies na maioria dos casos. As correlações entre os biomarcadores indicaram que a principal função da GSH é no sistema antioxidante, embora em alguns caso ela tenha atuado auxiliando a MT na destoxificação de metais. As correlações de H2O2 com MT e GSH indicam que a exposição de metais estimula e produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), como H2O2, cuja concentração pode ser regulada pela ação da GSH, entretanto, a correlação com MDA indica que o sistema antioxidante não está sendo eficiente na prevenção do estresse oxidativo. A avaliação da qualidade do ar durante a pandemia revelou que a redução de até 85 por cento na mobilidade urbana foi a principal responsável pela melhora da qualidade do ar, principalmente nos primeiros meses de isolamento social. Foi registrada diminuição na concentração dos poluentes primários e aumento da concentração de O3, um poluente secundário. Esse mesmo comportamento também foi registrado em outras cidades ao redor do mundo e é atribuído aos complexos processos de formação de ozônio, que dependem da concentração de alguns poluentes primários. Embora as concentrações de ozônio tenham aumentando, o índice de qualidade do ar durante a pandemia foi melhor do que em períodos com a rotina normal das cidades. A contribuição das condições meteorológicas não apresentou muita influência, uma vez que se mostrou semelhante ao mesmo período do ano anterior. A avaliação da qualidade do ar no Rio de Janeiro revelou que as emissões veiculares são as principais fontes de poluentes atmosféricos, e que a mudança no fluxo de veículos pode melhorar a qualidade do ar, embora empreendimentos industriais também apresentem expressiva contribuição. A poluição urbana pode causar desequilíbrio ambiental, uma vez que a vegetação está em constante exposição. Podese destacar ainda que o estado do Rio de Janeiro abriga importantes remanescentes de mata atlântica, o que demanda constante fiscalização visando a garantia da preservação ambiental. / [en] The intense growth of urban centers has caused a considerable increase in atmospheric pollutant emission, which can lead to human health and ecosystem risks. The air quality monitoring network in Brazil is limited, covering not even half of the states. Biomonitoring employing plants is, thus, an alternative to increase the monitored areas and still allow the ecotoxicological evaluations concerning air pollution exposure. In this sense, this study sought to evaluate the air quality of the metropolitan region of Rio de Janeiro using official atmospheric pollutant concentration data and biomonitoring efforts aiming to investigate oxidative stress in the bromeliad species used as biomonitors. During the social isolation period established as a contingency measure against the spread of the coronavirus, air quality was improved overall, although ozone concentrations increased relative to the previous year and the period preceding the lockdown. This change was attributed to an urban mobility reduction of up to 85 percent. The biomonitoring assessments indicate that the main elements taken up by the plants were those related to vehicular traffic. The correlation of these elements with oxidative stress biomarkers indicate that air pollution exposure represents a risk to local ecosystems. Tillandsia stricta and Tillandsia usneoides displayed similar behavior regarding metal accumulation, albeit presenting different detoxification processes. Although Rio de Janeiro has one of the most widespread air quality monitoring networks, studies aimed to assess the environmental air pollution impacts are required, considering that the state is home to important and endangered Atlantic Forest remnants. In additions, vehicular emission control can contribute to air pollution reduction, considering that this is one of the main pollutant sources.

[pt] Neste trabalho foi feita a quantificação e a caracterização química de material particulado (PM, do inglês particulate matter), com foco no material particulado grosso (PM10) coletado em quatro diferentes locais da região metropolitana do Rio de Janeiro (Gericinó, Zona Oeste; Duque de Caxias, Baixada Fluminense; Bonsucesso, Zona Norte e Centro- região central da cidade), utilizando amostradores de grande volume e filtros de fibra de vidro fornecidos pelo Instituto Estadual do Ambiente (INEA). Utilizando filtros ao longo do ano de 2019, foram feitas análises em Cromatógrafo de íons (CI) e espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) para a caracterização das amostras e quantificação de íons e metais. Também foi feita avaliação de concentração de PM10 sob influência da precipitação ao longo de 10 anos de estudo (2010 a 2019) e os níveis comparados com os valores recomendados pelo CONAMA. Para complementar o estudo foi realizado um levantamento bibliográfico sobre poluição veicular relacionada ao PM10 no Brasil. Os resultados apontam para um aumento nos níveis de PM10 ao longo da década avaliada, principalmente na região de Bonsucesso, com concentrações médias de 62 (micro)g m-3 , em alguns casos ultrapassando os limites do CONAMA. Com relação á precipitação, houve diferença significativa estatisticamente em dias sob ocorrência de chuva e dias sob ausência de chuva. Os íons que apresentaram as maiores concentrações foram NO3 - , SO4 2- e Na+ com concentrações médias variando de 2,6-3,4; 3,0- 3,3; 2,4- 3,0 (micro)g m-3, respectivamente, em todas as estações do estudo. A análise dos metais definiu Fe e Cu como os metais em maior concentração nas amostras, com concentrações médias variando de 0,54 a 0,73 e de 0,023 a 0,047 (micro)g m-3 , respectivamente. Tais resultados são reforçados pela análise de Black carbon através de absorção ótica, que reportou uma concentração média variando de 3,6 a 6,0 (micro)g m-3 . A região de Bonsucesso revelou ser a que apresentou as maiores concentrações para os parâmetros supracitados, confirmando a influência do maior tráfego veicular reportado para a região. / [en] In this work, the quantification and chemical characterization of particulate matter (PM) was carried out, focusing on coarse particulate matter (PM10) collected in four different locations in the metropolitan region of Rio de Janeiro (Gericinó, West Zone; Duque de Caxias, Baixada Fluminense; Bonsucesso, North Zone and Center-central region of the city), employing large volume samplers and fiberglass filters, supplied by the State Institute of the Environment (INEA). Using filters throughout 2019, analyzes were carried out in Ion Chromatograph (IC) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) for the characterization of the samples and quantification of ions and metals. An evaluation of PM10 concentration under the precipitation influence was also carried out over 10 years of study (2010 to 2019) and the levels compared with the values recommended by CONAMA. To complete the study, a bibliographic study on vehicular pollution related to PM10 in Brazil was implemented. The results point to an increase in PM10 levels over the evaluated decade, mainly in the Bonsucesso region, with average concentrations of 62 (micro)g m-3 , in some cases overreaching the limits of CONAMA. Concerning the precipitation, there was a statistically significant discrepancy in days with rain and days without rain. The ions that showed the highest concentrations were NO3 - , SO4 2- and Na+ with mean concentrations ranging from 2.6-3.4; 3.0-3.3; 2.4-3.0 (micro)g m-3 , respectively, in all groups of the study. The metal analysis defined Fe and Cu as the most represented metals in the samples, with mean concentrations ranging from 0.54 to 0.73 and from 0.023 to 0.047 (micro)g m3 , respectively. Such results are strengthened by the analysis of Black carbon through optical absorption, which reported an average concentration ranging from 3.6 to 6.0 (micro)g m-3 . The Bonsucesso region showed to be the one with the highest concentrations for the aforementioned parameters, confirming the influence of the greater vehicular traffic reported for the region.

[pt] Este estudo pretende avaliar as influências do tráfego de rotina e da construção de um novo trecho da BR-040, entre Duque de Caxias e Petrópolis, na emissão e composição do material particulado (MP) da região. As obras foram iniciadas em 2014 e interrompidas em junho de 2016. Foram realizados o monitoramento tradicional de MP e biomonitoramento com Tillandsia usneoides e Tillandsia stricta transplantadas em seis locais de amostragem ao longo da rodovia. O Laboratório de Estudos de Poluição Atmosférica (LEPA) forneceu filtros contendo partículas totais em suspensão (PTS), coletadas entre 2014 e 2016. A espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) e a cromatografia iônica (CI) foram utilizadas para a caracterização química das PTS. Em 2014 foram observadas as maiores concentrações médias de PTS nos pontos próximos ao pedágio. Em 2016 não houve diferença nas concentrações de PTS entre períodos com obras e em sua ausência. O elemento majoritário nas PTS foi Fe e os maiores fatores de enriquecimento (FE) foram obtidos para Cu, Cd e Ni. Os íons em maior concentração foram NO3-e SO4-2, associados a emissões veiculares. O biomonitoramento, realizado em 2018, revelou enriquecimento de Mn, Zn e Cd na maioria dos locais. A T. stricta apresentou maiores FE, que pode estar relacionado com os locais de origem ou fisiologia das plantas. Uma análise prévia de biomarcadores de estresse oxidativo revelou correlações entre metalotioneína e Fe, Mn, Co, Cu, Ni e Zn, indicando concentrações maiores que as fisiológicas para esses metais. As concentrações de outros biomarcadores como glutationa reduzida e H2O2 também foram avaliadas. / [en] This study aims to evaluate the influence of daily traffic and road construction of a new stretch of BR-040, between Duque de Caxias and Petrópolis, in the emission and composition of the particulate matter (PM) of the region. The construction works started in 2014 and were interrupted in June 2016. The traditional monitoring of PM and biomonitoring with transplanted Tillandsia usneoides and Tillandsia stricta were conducted at six sampling sites along the highway. The Laboratory of Atmospheric Pollution Studies (LEPA) provided filters containing total suspended particulates (TSP), collected between 2014 and 2016. inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS) and ion chromatography (IC) were used to the chemical characterization of TSP. In 2014, the highest average concentrations of TSP were observed at points close to the toll. In 2016 there was no difference in TSP concentrations between periods with works and in their absence. The major element in the PTS was Fe and the greatest enrichment factors (FE) were obtained for Cu, Cd and Ni. The ions in higher concentrations were NO3 -and SO4-2 , associated with vehicular emissions. Biomonitoring, conducted in 2018, showed enrichment of Mn, Zn and Cd in most sites. T. stricta presented higher FE, which may be related to the sites of origin or physiology of the plants. A previous analysis of oxidative stress biomarkers revealed correlations between metallothionein and Fe, Mn, Co, Cu, Ni and Zn, indicating higher concentrations than the physiological ones for these metals. Concentrations of other biomarkers reduced glutathione and H2O2 were also evaluated.

[pt] Este trabalho teve como finalidade o estudo dos níveis da composição química do MP2,5 e MP10 e gases coletados em áreas urbanas-costeiras, a fim de avaliar o impacto dos Jogos Olímpicos Rio 2016 e pandemia na qualidade do ar na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Os resultados mostraram o aumento de MP2,5 e MP10 devido às atividades urbanas desenvolvidas durante os Jogos Olímpicos e as obras que ainda estavam sendo realizadas no primeiro semestre de 2016. Em todas as estações as espécies inorgânicas refletiram a influência de aerossóis secundários e contribuições marinhas. As espécies Fe e Cu foram os elementos mais abundantes encontrados nas partículas, detectados principalmente em MP10. As fontes de emissão no MP10 foi obtido através do Positive Matrix Factorization (PMF); quatro fontes de aerossóis foram identificadas nos locais: veicular, spray marinho, formação secundária e um misto de ressuspensão do solo e industrial. Um total de 37 HPA foram determinados e a concentração média da soma dos 16 HPA considerados prioritários representou > 30 %. Para a maioria das estações, a distribuição foi caracterizada pela predominância de compostos com massa molecular entre 252 e 276. Em relação a pandemia, os resultados mostraram que o bloqueio parcial afetou os níveis de poluentes por meio da redução das emissões. Foram observadas a diminuição nos poluentes SO2, NO2 e CO; enquanto houve um aumento na concentração de O3. No geral, o bloqueio parcial contribuiu para a melhoria da qualidade do ar na cidade do Rio de Janeiro. / [en] This work aimed to study the levels of the chemical composition of PM2.5 and PM10 and gases collected in urban-coastal areas, in order to assess the impact of the Olympic Games and the pandemic on air quality in Rio de Janeiro. The results showed the increase of PM2.5 and PM10 due to urban activities developed during the Olympic Games and the works that were still being carried out in the first half of 2016. In all sites inorganic species reflected the influence of secondary aerosol and marine contributions. The vehicular emitted species Fe and Cu were the most abundant elements found in the particles, mostly detected in PM10. The source apportionment was obtained with Positive Matrix Factorization (PMF); four aerosol sources were identified at the sites: vehicular, marine spray, secondary formation and a mix of industrial and soil resuspension. A total of 37 PAHs were analyzed. The average concentration of the 16 PAHs sum considered priority represented > 30 %. For most stations, the distribution was characterized by the predominance of compounds with a mass between 252 and 276. Regarding the pandemic, the results showed that the partial lockdown affected pollutant levels by reducing sources emission. A decrease in SO2, NO2, and CO was observed; while there was an increase in O3 concentration. Thereby, the partial lockdown contributed to improving air quality in Rio de Janeiro City.

[pt] O tema qualidade do ar em ambientes internos é de suma importância para a sociedade devido ao seu impacto na saúde humana, e pela maior permanência de indivíduos em ambientes sem circulação de ar natural. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema portátil e de baixo custo para monitoramento de grandezas atmosféricas ligadas à qualidade do ar em ambientes internos, composto por sensores integrados a unidades locais, incluindo um sistema remoto hospedado na nuvem para armazenar os resultados das medições desses sensores. Apresentam-se as diretrizes e documentos normativos e regulatórios relacionados ao tema, além das tecnologias para sensoriamento utilizadas. Após o desenvolvimento e caracterização dos sensores, as unidades foram distribuídas em ambientes universitários com distintas dinâmicas de uso, onde o gradiente espacial das grandezas atmosféricas foi avaliado e analisado segundo os requisitos para qualidade do ar publicados na regulamentação vigente. Com o monitoramento multiparamétrico identificou-se a heterogeneidade da distribuição dos valores das grandezas, dependente da dinâmica de ocupação e das condições de ventilação, especialmente para as concentrações de CO2. Este parâmetro superou os valores recomendados pela agência reguladora em todos os ensaios realizados em sala de aula, e maiores valores mostraram-se fortemente associados à região do espaço mais próxima das vias aéreas superiores dos ocupantes. Os resultados apontam para a importância de monitoramento contínuo e em vários pontos de um plano posicionado a uma distância estratégica do piso, conforme a dinâmica de ocupação e posição média da emissão de gases pelo processo respiratório. / [en] The topic of indoor air quality is of paramount importance to society due to its impact on human health and the increasing number of individuals staying in environments with no natural air circulation. This work describes the development of the system, low-cost and portable, for monitoring atmospheric quantities linked to indoor air quality, composed of sensors integrated into local units, including a remote system hosted in the cloud to store the results of measurements of these sensors. The normative and regulatory guidelines and documents related to the theme are presented, in addition to the sensing technologies used. After the development and characterization of the sensors, the units were distributed in university environments with different dynamics of use, where the spatial gradient of the atmospheric quantities was evaluated and analyzed according to the requirements for air quality published in the current regulation. With multiparametric monitoring, the heterogeneity of the distribution of the values of the quantities was identified, depending on the dynamics of occupation and ventilation conditions, especially for CO2 concentrations. This parameter exceeded the values recommended by the regulatory agency in all tests performed in the classroom, and higher values were shown to be strongly associated with the region of space closest to the occupants upper airways. The results point to the importance of continuous monitoring and at various points in a plane positioned at a strategic distance from the floor, according to the dynamics of occupation and the average position of the emission of gases by the respiratory process.