A Grande Jazida Candiota, localizada no Município homônimo do Estado do Rio Grande do Sul, possui o maior depósito de carvão mineral do país. Desde 1970 em operação, a Usina Termoelétrica (UTE) Presidente Médici opera atualmente com potência nominal de 796 MW, distribuídas em cinco unidades. Na mesma região encontra-se em instalação a UTE Pampa Sul, com potência nominal de 340 MW, enquanto outras usinas, totalizando 2.527 MW, estão em distintas fases de licenciamento ambiental federal (LAF). Na presente pesquisa aplicou-se o modelo regulatório CALPUFF para avaliar o comportamento da dispersão dos poluentes atmosféricos das fontes fixas prognosticando a vulnerabilidade ambiental em termos de saturação da bacia atmosférica pela estimativa do Índice de Pressão Ambiental (IPA). Pela análise de agrupamento das respostas das simulações incidentes em receptores dos núcleos urbanos, estimou-se o risco populacional em termos de Fração de Ingestão (FI) de poluentes. Ao compararmos o cenário futuro com o atual, apesar de maior distribuição espacial das fontes de emissão e significativo acréscimo de potência, as taxas de emissão total de SO2 e MP para a área em estudo serão reduzidas entre os atuais 3.266,1 g SO2/s e 696,3 g MP/s para futuros 1.899,9 g SO2/s e 261,7 g MP/s. Contudo, para o poluente NOx esta tendência é inversa, passando da atual taxa de emissão de 375,8 g NOx/s para 1.423,9 g Nox/s. Para o período de 2011 a 2013, ao compararmos as médias anuais de poluentes entre o cenário atual e o futuro, contabilizou-se para a FI redução média de cerca de 15% de SO2 e 42% de MP, ao passo que houve elevação de cerca de 524% para NOx. Avaliando-se a distribuição espacial da poluição provocada pelos três compostos, aplicou-se o IPA para raios concêntricos de influência considerando as médias anuais, concluindo-se que o cenário futuro exerce menor saturação na bacia aérea e portanto menores índices de vulnerabilidade ambiental e risco populacional. A sensibilidade e performance do modelo foram avaliadas por métodos estatísticos, concluindo-se que o mesmo é aplicável pois atendem os critérios de fração de predição, tendência média e de espalhamento aleatório. / The Great Coal-Bed of Candiota, located in the homonymous municipality of the State of Rio Grande do Sul, has the largest coal deposit in the country. Since 1970 in operation, Presidente Médici Thermoelectric Power Plant (TPP) currently operates with nominal power of 796 MW, distributed in five units. In the same region, the Pampa Sul TPP is under construction, with a nominal power of 340 MW; while other plants, totaling 2,527 MW, are in different phases of federal environmental licensing (FEL). In the present research the CALPUFF regulatory model was applied to evaluate the behavior of the dispersion of the atmospheric pollutants emitted from fixed sources, predicting the environmental vulnerability in terms of saturation of the atmospheric basin by the estimation of the Environmental Pressure Index (EPI). The population risk in terms of Intake Fraction (IF) of pollutants was estimated by grouping the responses of the simulations incident on receptors of the urban nuclei. When comparing the future scenario with the current one, in spite of a greater spatial distribution of emission sources and a significant increase in power, the total emission rates of SO2 and MP for the study area will be reduced from the current 3,266.1 g SO2 / s 696.3 g MP / s for futures 1,899.9 g SO2 / s and 261.7 g MP / s. However, for the NOx pollutant this trend is reversed, from the current emission rate of 375.8 g NOx / s to 1423.9 g Nox / s. For the period from 2011 to 2013, when comparing the annual averages of pollutants between the current and future scenarios, an average reduction of about 15% of SO2 and 42% of MP was recorded for FI, while there was an increase of 524% for NOx. The EPI was applied to concentric rays of influence considering the annual averages, concluding that the future scenario exerts a lower saturation in the aerial basin and therefore, lower levels of environmental vulnerability and population risk. The sensitivity and performance of the model were evaluated by statistical methods, concluding that it is applicable because they meet the criteria of prediction fraction, average tendency and random spread.

Many recent studies have highlighted the substantial health-related impacts of particle number (PMno) rather than particle mass. The aim of this study is to determine the correlation of trace gases with PMno, to identify the chemical composition of particle different sizes and to predict the NOx and PMno over Yanbu Industrial City (YIC). Trace gases (NOx, SO2, H2S, O3, CO), PMno with diameter (7nm-10μm), traffic and meteorological parameters were measured at three sampling sites in YIC. The maximum PMno (333,971 cm-3) at downwind site#1 was about 2.5 times higher than that (123,842 cm-3) at upwind site#2 and about 1.2 times higher than that (263,572 cm-3) at downwind site#3. The average PMno distribution at downwind sites consisted of one distinguishable mode (nucleation mode<20nm) whereas the upwind site had two modes (the nucleation and the accumulation modes). The correlation of PMno with NO/NOx (r>0.7) are generally stronger than with NO2 at sites#1 and 2, whereas for site #3 the correlation between PMno with NO2/NOx are better than with NO. PMno has generally either weak or poor correlation with SO2 and CO, respectively. Particle samples of different sizes (7nm-10?m) were chemically analysed using an ion chromatograph (IC) for inorganic ions and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) for trace metals at site#3. The ionic analysis revealed that sulfate and ammonium was mainly present in particle of size < 0.38μm while nitrate and chloride was mainly present in particles of size > 0.38μm. Non-sea salt sulfate was dominant in all particle sizes compared to the marine sulfate which is minor. The total sulfate and nitrate contributed 50.3% and 24.4% of the total ionic mass respectively followed by chloride (13.3%) and ammonium (10.6%). The trace-metals analysis results indicated that Na represented more than 94% of the total mass and the contributions of the remaining metals (Al, Sr, Zn, V, Cr, Fe, etc) were about 6%. A further part of this study consisted of the coupling of the WRF/CALMET system with the CALPUFF model, which was applied to predict NOx and PMno concentrations. The WRF model was employed to generate the meteorological input data for CALMET. WRF predictions were evaluated with surface data and upper air profiles using RASS/SODAR and radiosondes. WRF tends to underestimate the surface temperature on average with biases of up to -3.4°C and also underestimates temperature profiles with average biases ranging between -2.7 and -5.2oC when compared to the RASS profiler, but with a lower bias (< -2.4°C) when compared to radiosonde profiles. The mean wind speed bias for the majority of the cases was close to the benchmark of ±0.5m/s, but the mean wind direction bias for half of the cases exceeded the benchmark of 10o. It was concluded that WRF predictions can be used for air dispersion modeling to produce reasonable outputs. NOx predictions by CALPUFF showed that the contribution of the traffic to the highest concentrations during the nighttime was up to 80%, but after sunrise the contribution from industries became higher (up to 70%). The highest predicted NOx concentration (~313μg/m3) was much lower than the national ambient standard (660μg/m3) and the community area is affected much by industries during mid-morning hours when the wind shifting from land breeze to sea breeze. The fractional bias (FB) ranged between -0.1 and 1.06 indicating that the model tends to under-predict the NOx observations. PMno predictions of two sizes (7-40nm and 7nm-10μm) were derived based on the NOx predictions. All FB values were ranged between -0.1 and 0.5. It was concluded that PMno predictions were generally better than those of the NOx due mainly to adding the background term (intercept) for the PMno predictions.

Existe uma variedade de modelos de dispersão de poluentes, em geral, os modelos gaussianos são usados em todo o mundo por agências ambientais com intuito de regulação. O modelo CALPUFF é um deles. Neste estudo, _e avaliada a influência de escalas de tempo de descorrelação no sistema de modelagem CALPUFF, sob condições atmosféricas neutras. Para fazer isso uma nova parametrização das escalas de tempo descorrelação é proposta. Uma distribuição espectral de um perfil de velocidade euleriana e uma for- mutação da evolução das escalas temporais de descorrelação Lagrangiana são utilizadas como os mecanismos forçantes na dispersão turbulenta, numa camada limite dominada pelo cisalhamento do vento. O desempenho do modelo foi estabelecido com a comparação das concentrações superficiais do experimento Over-Land Alongwind Dispersion. Emissões de fontes em linha foram avaliadas com o modelo CALPUFF com distintas formas de inicialização. Um segundo modelo também foi testado, normalmente utilizado para estudar e prever o impacto ambiental e validar parametrizações turbulentas. É o modelo estocástico de partículas Lagrangiano LAMBDA. Também neste estudo, os resultados do modelo LAMBDA e CALPUFF enfatizam a capacidade da nova derivação de escalas de tempo em representar o comportamento estocástico desconhecido do fenômeno da dispersão de poluentes. / There exists a variety of pollution of dispersion models and in general, Gaussian models are used worldwide by environmental agencies in regulatory applications. The CALPUFF model is one of them. In this study, the in uence of decorrelation time scales in the CALPUFF modeling system under neutral conditions is evaluated. To do this a new parameterization of decorrelation time scales is proposed. A spectral distribution of an Eulerian velocity pro le and a formulation of the evolution of the Lagrangian decorrela- tion timescales are used as the forcing mechanisms (shear-dominated boundary layer) for the turbulent dispersion. The model performance was established by comparing ground- level concentrations with Over-Land Alongwind Dispersion experimental results. Line source emissions was evaluated using the CALPUFF model with different forms of the initialization. A second model was also tested, normally used to study and predict the environmental impact and validate turbulent parameterizations. Is the stochastic La- grangian dispersion model LAMBDA (Ferrero and Anfossi, 1998). Also in this study the model LAMBDA and CALPUFF results emphasized the ability of the new derivation of decorrelation time scales to represent the unknown stochastic behavior.

Existe uma variedade de modelos de dispersão de poluentes, em geral, os modelos gaussianos são usados em todo o mundo por agências ambientais com intuito de regulação. O modelo CALPUFF é um deles. Neste estudo, _e avaliada a influência de escalas de tempo de descorrelação no sistema de modelagem CALPUFF, sob condições atmosféricas neutras. Para fazer isso uma nova parametrização das escalas de tempo descorrelação é proposta. Uma distribuição espectral de um perfil de velocidade euleriana e uma for- mutação da evolução das escalas temporais de descorrelação Lagrangiana são utilizadas como os mecanismos forçantes na dispersão turbulenta, numa camada limite dominada pelo cisalhamento do vento. O desempenho do modelo foi estabelecido com a comparação das concentrações superficiais do experimento Over-Land Alongwind Dispersion. Emissões de fontes em linha foram avaliadas com o modelo CALPUFF com distintas formas de inicialização. Um segundo modelo também foi testado, normalmente utilizado para estudar e prever o impacto ambiental e validar parametrizações turbulentas. É o modelo estocástico de partículas Lagrangiano LAMBDA. Também neste estudo, os resultados do modelo LAMBDA e CALPUFF enfatizam a capacidade da nova derivação de escalas de tempo em representar o comportamento estocástico desconhecido do fenômeno da dispersão de poluentes. / There exists a variety of pollution of dispersion models and in general, Gaussian models are used worldwide by environmental agencies in regulatory applications. The CALPUFF model is one of them. In this study, the in uence of decorrelation time scales in the CALPUFF modeling system under neutral conditions is evaluated. To do this a new parameterization of decorrelation time scales is proposed. A spectral distribution of an Eulerian velocity pro le and a formulation of the evolution of the Lagrangian decorrela- tion timescales are used as the forcing mechanisms (shear-dominated boundary layer) for the turbulent dispersion. The model performance was established by comparing ground- level concentrations with Over-Land Alongwind Dispersion experimental results. Line source emissions was evaluated using the CALPUFF model with different forms of the initialization. A second model was also tested, normally used to study and predict the environmental impact and validate turbulent parameterizations. Is the stochastic La- grangian dispersion model LAMBDA (Ferrero and Anfossi, 1998). Also in this study the model LAMBDA and CALPUFF results emphasized the ability of the new derivation of decorrelation time scales to represent the unknown stochastic behavior.

Existe uma variedade de modelos de dispersão de poluentes, em geral, os modelos gaussianos são usados em todo o mundo por agências ambientais com intuito de regulação. O modelo CALPUFF é um deles. Neste estudo, _e avaliada a influência de escalas de tempo de descorrelação no sistema de modelagem CALPUFF, sob condições atmosféricas neutras. Para fazer isso uma nova parametrização das escalas de tempo descorrelação é proposta. Uma distribuição espectral de um perfil de velocidade euleriana e uma for- mutação da evolução das escalas temporais de descorrelação Lagrangiana são utilizadas como os mecanismos forçantes na dispersão turbulenta, numa camada limite dominada pelo cisalhamento do vento. O desempenho do modelo foi estabelecido com a comparação das concentrações superficiais do experimento Over-Land Alongwind Dispersion. Emissões de fontes em linha foram avaliadas com o modelo CALPUFF com distintas formas de inicialização. Um segundo modelo também foi testado, normalmente utilizado para estudar e prever o impacto ambiental e validar parametrizações turbulentas. É o modelo estocástico de partículas Lagrangiano LAMBDA. Também neste estudo, os resultados do modelo LAMBDA e CALPUFF enfatizam a capacidade da nova derivação de escalas de tempo em representar o comportamento estocástico desconhecido do fenômeno da dispersão de poluentes. / There exists a variety of pollution of dispersion models and in general, Gaussian models are used worldwide by environmental agencies in regulatory applications. The CALPUFF model is one of them. In this study, the in uence of decorrelation time scales in the CALPUFF modeling system under neutral conditions is evaluated. To do this a new parameterization of decorrelation time scales is proposed. A spectral distribution of an Eulerian velocity pro le and a formulation of the evolution of the Lagrangian decorrela- tion timescales are used as the forcing mechanisms (shear-dominated boundary layer) for the turbulent dispersion. The model performance was established by comparing ground- level concentrations with Over-Land Alongwind Dispersion experimental results. Line source emissions was evaluated using the CALPUFF model with different forms of the initialization. A second model was also tested, normally used to study and predict the environmental impact and validate turbulent parameterizations. Is the stochastic La- grangian dispersion model LAMBDA (Ferrero and Anfossi, 1998). Also in this study the model LAMBDA and CALPUFF results emphasized the ability of the new derivation of decorrelation time scales to represent the unknown stochastic behavior.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-20T14:01:59Z No. of bitstreams: 1 VALÉRIO DE ARAÚJO GOMES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2007..pdf: 2306567 bytes, checksum: aa927c50f8346bfbe8e90901136c65fe (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-20T14:01:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VALÉRIO DE ARAÚJO GOMES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2007..pdf: 2306567 bytes, checksum: aa927c50f8346bfbe8e90901136c65fe (MD5) Previous issue date: 2017 / A determinação de concentração de poluentes lançados na atmosfera é um elemento importante na previsão de impactos ambientais causados por emissões de efluentes industriais, sendo fundamental na avaliação de viabilidade de novas plantas, ou mesmo para plantas existentes. Em função da ampliação dos parques industriais e da aproximação dos centros urbanos, cada vez mais fica evidente a necessidade de dispor de dados de simulações da qualidade do ar, para tomar decisões em relação ao tipo de tratamento dos efluentes gasosos, posicionamento de plantas, projetos de chaminés (altura), e principalmente do tipo de controle e processo que será necessário para minimizar as concentrações lançadas no meio ambiente. O presente trabalho teve como objetivo, principalmente, desenvolver uma rotina aplicada as emissões de fluoreto gasoso proveniente de reduções eletrolíticas de alumínio. A referência adotada foi o modelo desenvolvido pela Environmental Research & Technology Inc. chamado BLP – Buoyant Line and Point Source (modelo fundamentado na distribuição gaussiana), aplicando algumas considerações específicas. A implementação foi realizada utilizando o Mathcad 11 Enterprise Edition. Posteriormente ao desenvolvimento foram feitas várias simulações com informações coletadas pelo programa de monitoramento de fontes estacionárias da Alumar e comparados com os dados coletados na estação de monitoramento contínuo de qualidade do ar localizada na vila de Coqueiro (intermediações do limite da fábrica, 2,500 Km). Complementarmente, também foi realizada uma simulação para comparar o resultado do modelo proposto com os resultados do CALPUFF (software comercial referendado pela EPA – Environmental Protection Agency) que foi utilizado durante a elaboração do estudo de impacto ambiental da complementação da sala de cubas – linha 3. O modelo proposto apresentou uma correlação de 82% com os dados históricos coletados na estação localizada na vila de Coqueiro e um erro de 4,35% quando comparado com as simulações do CALPUFF. / The determination of the pollutants concentration released into the atmosphere is an important element in the prediction of environmental impacts caused by emissions from industrial effluents, being fundamental in the feasibility evaluation of new plants, or even for existing plants. Due to the industrial parks expansion and the approximation of urban centers, it is increasingly evident that there is a need for air quality simulation data to make decisions regarding the type of treatment of gaseous effluents, plant positioning, chimneys dimensions (height), and especially of the type of control and process that will be necessary to minimize the concentrations released in the environment. The main objective of this work was to develop a routine applied to the emission of gaseous fluoride from electrolytic smelting of aluminum. The reference adopted was the model developed by Environmental Research & Technology Inc called BLP - Buoyant Line and Point Source (model based on the Gaussian distribution), applying some specific considerations. The implementation was performed using Mathcad 11 Enterprise Edition. After the development, several simulations were carried out with information collected by Alumar's stationary source monitoring program and compared to the data collected at the continuous air quality monitoring station located in the village of Coqueiro (distant 2,500 km). In addition, simulations were also carried out to compare the results of the proposed model with the results from CALPUFF (commercial software endorsed by the EPA - Environmental Protection Agency) that was used during the elaboration of the environmental impact study of the complementation of the potroom - line 3. The proposed model presented a correlation of 82% with the historical data collected at the station located in the village of Coqueiro and an error of 4.35% when compared to the simulations of the CALPUFF.

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