МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНКУРС СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ УЧАЩИХСЯ Государственное учреждение образования

МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНКУРС СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЕКТОВ УЧАЩИХСЯ
Государственное учреждение образования
«Средняя школа №6 г. Борисова»
Полный адрес: 222120, ул. Ленинская, 35, г. Борисов, Минская обл.,
Республика Беларусь
СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ
Новый взгляд на зимние дороги
Использование растительно-торфяной смеси в качестве
экологичного антигололёдного состава
Автор: Ольгомец Валерия Васильевна,
8 класс
Руководители проекта:
Ольгомец Людмила Григорьевна, учитель
географии,
Хомич Ольга Францевна, учитель физики и
информатики
г. Борисов
2013
ВВЕДЕНИЕ
Основной базой социально-экологического проекта стали материалы, собранные во
время написания учебно-исследовательской работы, которая была победителем многих
конкурсов и научно-практических конференций в Республике Беларусь. Авторами была
проведена значительная работа по систематизации материала, его обработке. Изучены
теоретические подходы к применению реагентов в разных странах, составлена авторская
картосхема. Проведены лабораторные исследования эффективности песчано-соляного
состава в сравнении с авторской антигололёдной смесью, состоящей из торфа, хвои и
чеснока. Отдельные результаты исследования представлены в виде картосхемы, таблиц,
диаграмм, имеются фотоматериалы (прилагаются в презентации).
Цель проекта: внедрение экологичного растительно-торфяного
противогололёдного состава на основе хвои, чеснока и торфа в практику ЖКХ
для минимизации последствий гололёда на пешеходных зонах городов.
Инфраструктура проекта: используется готовая инфраструктура города.
Сильные стороны проекта: экологичность, незатратность.
Финансирование: незначительные издержки из средств городского
бюджета (соизмеримы с затратами на использование песчано-соляной смеси).
Занятость в проекте: на начальной стадии – инициативная группа, на
стадии заготовки отходов ≈ 20 учащихся волонтёров, на стадии работы ≈ 25
человек из числа работников ЖКХ, на всех этапах возможно присоединение
неограниченного количества заинтересованных участников проекта.
Ожидаемый результат внедрения мероприятий:
Для минимизации последствий гололёда растительно-торфяная смесь
должна заменить песчано-соляную смесь, при этом в окружающую среду не
попадут вредные вещества.
Себестоимость
авторской
смеси
ниже,
чем
песчано-соляной,
следовательно, сократятся материальные издержки.
Использование отходов торфопроизводства, лесопиления, выращивания
чеснока будет способствовать бережному отношению к ресурсам государства.
№
1
2
Задачи
Срок
Проанализировать
антигололёдные
мероприятия,
применяемые
в
мировой практике и в Республике
Беларусь
для
минимизации
негативных последствий гололёда.
Обосновать
выбор
экологичных
компонентов
антигололёдного
состава
для
использования
в
09.2012
09.2012
Полученный
(ожидаемый)
результат
Материалы
систематизированы,
проанализированы
составлена
картосхема
Проанализированы
характеристики
растений,
умеренных широтах
3
4
5
6
Разработать на основе отходов
местных
источников
сырья
эффективный
противогололёдный
состав по борьбе
с
зимним
скольжением на пешеходных зонах.
Исследовать физические свойства
компонентов
авторского
антигололёдного состава
Заготовить необходимое количество
сырья на зимний сезон для нужд
школы
Апробировать действия авторского
реагента
на
примере
уборки
пешеходных
зон
школьной
территории
10.2012
содержащих
кислоты
Разработан
12.2012
Проведены опыты и
измерения
08.201210.2012
Заготовлено
12.201203.2013
В течение зимнего
сезона
школьные
дорожки
обрабатывались
экологичной
смесью
По
материалам
исследования
опубликованы
статьи в газетах
«Адзінства»,
«Народная газета»,
результаты работы
освящены
в
программе «Наши
новости» 26 ноября
по
республиканскому
ТВ на канале ОНТ
Разработан
электронный
калькулятор
расхода
компонентов
с
помощь
языка
программирования
Visual Basic
Необходимо
заручиться
поддержкой
работников ЖКХ
7
Освятить промежуточные результаты
в СМИ
01.2013
8
Определить оптимальный расход
растительно-торфяной и песчаносоляной смесей в зависимости от
площади обработки и температуры.
01.2013
9
Попытаться внедрить разработанный
действующий
противогололёдный
состав в практику использования
ЖКХ г. Борисова на основе
08.2013
10
исследования
и
апробации
на
территории школы
Создать инициативные группы для
организации
заготовки
отходов
лесопиления
11
Заготовить сырьё на грядущий
зимний сезон для нужд города
12
Изготовить смеси из полученных
компонентов
13
Провести
широкомасштабную
пропаганду использования смеси в
хозяйствах (т. ч. Частных) в СМИ
Широко внедрять экологичную смесь
во всех городах
14
Необходимо
заручиться
поддержкой
работников лесхоза
Работа
школьниковволонтёров
09.2013 Работа
школьниковволонтёров
10.2013 Пропаганда на ЦТ,
в республиканских
изданиях
постоянно Улучшение
экологической
обстановки
08.2013
АКТУАЛЬНОСТЬ
Как только наступает зима, пешеходы начинают жаловаться на
испорченную верхнюю одежду и обувь, а водители вспоминают грязную жижу,
летящую из-под колес, и изъеденные коррозией кузова. В умеренных широтах
земная поверхность периодически покрыта снежной или ледяной коркой.
Гололёд – одна из самых актуальных проблем зимнего сезона, которая влечет за
собой не только повышенный риск травматизма, большие материальные
убытки, но и огромные экологические проблемы. Всем известны печальные
картины многокилометровых пробок в результате обильных снегопадов,
хаотичное и неуправляемое движение сталкивающихся автомобилей на
скользкой как каток дороге, падение пешеходов на обледенелых тротуарах,
ведущее к травматизму и т.д.
Все методы борьбы с зимней скользкостью направлены на удаление с
дорожного покрытия ледяного или снежного слоя с применением химических,
механических, тепловых и других методов. Гололед одинаково нелюбим как
пешеходами, так и автомобилистами и ежегодно становится причиной травм и
аварий. Многие десятилетия учёные заняты поисками идеального состава
антигололёдного препарата.
Актуальность проекта определяется: 1) высокой степенью
«уличного» травматизма в зимний период времени; 2) негативным
воздействием антигололёдного состава на основе соли на экологическое
состояние города, 3) невысоким уровнем переработки отходов
производства местных ресурсов (торфа, хвои, чеснока).
Средства против обледенения можно подразделить на естественные
(механические) - строительный песок, мелкий гранитный щебень
и
искусственные (противогололедные реагенты, полученные химическим путем в
лабораторных условиях) - хлорид кальция, хлорид натрия, хлорид магния и др.
Основная проблема реагентов в том, что все они небезопасны.
Механические засоряют канализацию, стоки. Гранитную и мраморную крошку
нужно обязательно собирать после их использования. Химические реагенты
отрицательно воздействуют на обувь, лапы животных, повышают коррозию
автомобилей, наносят очевидный вред окружающей среде и городскому
хозяйству.
Регулярно и надолго снег выпадает всего в 20 из 230 стран [7]. Во всем
мире с гололедом борются по-разному, проведя анализ различных источников
информации, мы сгруппировали государства по способам проведения
антигололёдных мероприятий и построили картосхему. Выяснено, что
европейские страны постепенно отказываются от использования химических
реагентов для плавления снега и льда.
В Беларуси (как и в большинстве стран постсоветского пространства)
борьбу с гололедом с помощью химикатов начали вести в середине прошлого
века, используя песко-соляную смесь, состоящую из песка и технической соли
(NaCl), гранитную крошку. Раньше для этого в основном применялись зола и
песок.
Соль техническая - твердый противогололедный материал, который
является наиболее дешевым и эффективным средством для борьбы с
гололедом. Соль техническая доступна по цене, рассчитана на очистку
территорий в любом температурном диапазоне до –30°С, наиболее
эффективное действие технической соли в диапазоне температур до -15°С.
Песчано-солевая смесь - это вещество представляет собой смесь
природного песка (SiO2) и соли технической (NaCl) в определенном
пропорциональном отношении. Как правило, такие пропорции выглядят как
19/1, 2/1, 1/1, где меньшая доля приходится на техническую соль, а, большая,
соответственно, на долю песка.
Поскольку соляная смесь наносит непоправимый урон окружающей
среде, назрела необходимость в создании экологичного противогололёдного
состава. Для минимизации отрицательных экологических последствий, мы
попытались предложить свой вариант антигололёдной смеси, в которую войдут
доступные по цене и экологически безопасные составляющие, произведённые
(выращенные) на территории Беларуси.
За основу авторской смеси решено взять следующие ингредиенты: хвою,
чеснок и торф.
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕДЛОЖЕННЫХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ
1.
Торф - это уникальный природный продукт, обладающий
отличительными свойствами. Он содержит большое количество химических
соединений, одними из которых являются гуминовые и фульвовые кислоты.
Гуминовые кислоты - один из источников, повышающих плодородие почвы.
Именно они делают чернозем плодородным.Залежи торфа широко
распространены в нашей стране. Торфяные месторождения Беларуси,
занимающие 12-14% ее территории, оцениваются в 4-4,2 миллиарда тонн [1,
с.62]. Конечно, при попадании на наши дороги и тротуары торфяной реагент
так же, как и песок, создает грязь, но эта «грязь» полезная, которая снабдит
почву наших газонов необходимыми питательными веществами. Гуминовые
кислоты и их соли обладают свойствами ингибиторов коррозии металлов, то
есть значительно замедляют этот процесс. Лапы животных не страдают от этого
вещества. Дело в том, что на основе гуминовых кислот даже делают
специальные препараты для добавки в корм животным, то есть, если собака
съест этот реагент, он не причинит ей вреда.
2.
Чеснок - одно из самых древних овощных растений. Это холодостойкая
и зимостойкая культура, в Беларуси выращивается повсеместно. Людям чеснок
известен с незапамятных времён. Причём чеснок с древнейших времён
использовали и как продукт, и как лекарство. Известно, что даже строители
пирамиды Хеопса применяли чеснок. Современные медицинские исследования
обнаружили в луковице чеснока: 0,4% эфирного масла, 0,3% гликозида
аллиина, пировиноградную кислоту и аммиак, фитостерины, жирное масло,
маслянистые и азотсодержащие вещества, фруктозу, крахмал, 10%
аскорбиновой кислоты, витамин D, витамины группы В, фитонциды,
аллилгликозид, аллиловое и пропиловое соединения серы, калий, натрий,
кальций, магний, следы йода, кремниевую, фосфорную и серную кислоты [12].
Наличие столь разнообразных элементов в составе данной культуры указывает
на то, что они окажут воздействие на ледяное покрытие.
3.
Хво́я - листоподобные органы многих голосеменных (хвойных) растений
- сосны, ели и др. Хвоя содержит ценные биологические компоненты:
хлорофилл (до 1,4%), витамины, макро- и микроэлементы, фитогормоны,
фитонциды, бактериостатические вещества. В 1 кг сухого вещества хвои ели и
сосны содержатся следующие вещества: К — 12 и 20 мг, Р – 900-2300мг и 21803810мг, В1 - 8мг и 19мг, В2 - 7 мг и 5 мг, В3 - 16 мг и 28 мг, РР - 142 мг и 29 мг,
В6 - 1,1 мг и 2 мг, Н - 0,06 мг и 0,15 мг, Вс - 7 мг и 8 мг, а также кобальт,
железо, марганец, многие аминокислоты и другие минеральные вещества. Хвоя
большинства растений
используется в фармакологии, ароматерапии и
парфюмерии [11].
Современный естественный растительный покров занимает 67,1%
территории Беларуси и представлен лесами (38,0%), лугами (17,2%), болотами
(12,4%) и кустарниковыми зарослями (3,0%). Общая площадь земель лесного
фонда составляет 8,9 млн. га [1, с.106]. Хвойными насаждениями покрыто 66%,
лиственными 34% территории. Во время лесопиления и лесозаготовки хвоя
спиленных деревьев остаётся на месте. Её можно использовать для
изготовления состава.
ОБОСНОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ СМЕСИ
Основная задача противоголеледных средств снижать точку замерзания
воды при отрицательных температурах. Поэтому мы провели эксперимент,
который позволил определить температуру кристаллизации/плавления
растворов с различными противогололедными смесями. Для эксперимента
использовали водные растворы смесей, таких как торф, чеснок, хвоя, щавель,
подорожник, смесь чеснока, торфа, хвои, соли в различных пропорциях.
Эксперимент проводился на открытом воздухе на территории школьного
двора при температуре -20°С с использованием школьного учебного
оборудования. Опыты продолжались от 0,5 часа до 4 часов в зависимости от
концентрации растворов.
По результатам измерений, построена диаграмма «Температура
кристаллизации/плавления растворов противогололедных смесей»
Измерения подтвердили целесообразность внедрения для антигололёдных
мероприятий предлагаемой растительно-торфяной смеси, т. к. состав
эффективен при отрицательных температурах без добавления соли. При этом
использование данного состава минимизирует количество попадающих в
окружающую среду вредных элементов.
На территории Борисовского района пути перемещения пешеходов,
тротуары, автобусные остановки посыпают 5% (1/19) песчано-соляной смесью
вне зависимости от температуры окружающей среды. Авторский растительноторфяной состав имеет ту же способность понижать температуру плавления
при меньшем содержании соли (4%).
Для дальнейшего сравнения противогололёдных материалов были проведены
исследования по определению массовой доли водорастворимых веществ для
смеси торфа, соли и чеснока и торфяно-соляных смесей 1/19, 1/2,1/1 и 1/4 в
лабораторных условиях. Которая характеризует попадание в почву,
поверхностные и грунтовые воды хлоридов и других вредных веществ.
Опираясь на данные полученные в результате измерений по вычислению
массовой доли водорастворимых веществ, выяснено, что меньше
дополнительных веществ попадёт в почву после использования растительноторфяной смеси в сравнении с песчано-солевой смесью.
ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧНОЙ СМЕСИ
Использование отходов чеснока, выращенного в условиях
сельскохозяйственного производства
1.
Рассмотрев особенности агротехники чеснока, отследив процесс от посадки
данной сельхозкультуры до сбора урожая, рассчитали среднюю урожайность
чеснока, выращенного на приусадебном участке, она равна 1333г. При этом с
каждого квадратного метра можно собрать 1227г наземной части чеснока. В
любом хозяйстве Беларуси используется лишь подземная часть растения, а
наземная - выбрасывается в отходы.
Эксперимент показал, что при любых концентрациях растворов сухая
масса пера чеснока снижает температуру плавления до -1оС, что соответствует
результатам эксперимента с сухим чесноком.
- Наземная часть чеснока может использоваться в качестве антигололёдного
состава, т. к.: а) в обычной практике перо исследуемой культуры
выбрасывается, б) свойства сухого пера не уступают способностям сухих
луковиц по снижению температуры плавления.
- Поскольку площади, занятые под данной культурой в приусадебных
хозяйствах невелики, то и использовать его рекомендуется для удаления
снежной и ледяной корки на частных подворьях, на школьных дворах.
Промышленным выращиванием чеснока в республике занимаются в
Гомельской, Минской, Могилевской и Брестской областях. Площадь посадки в
2011 году составляла 376,8 гектара, в будущем планируется ее увеличить
более чем вдвое. Лидером является Гомельщина, где валовой сбор чеснока
достиг 154 тонн. Семена, которые намереваются собрать производители,
позволят в будущем расширить посевные площади до 1235 гектаров.
Экспериментально мы определили, что для обработки 1 м2 обледенелой
поверхности пешеходных зон необходимо в среднем 90 граммов растительноторфяной смеси, которая состоит из 2 частей торфа и 1 части растительности,
что равно 30 г массы чеснока. Исходя из урожайности с 1м2 и с учётом потери
влаги пером чеснока после сушки массы выращенного урожая будет
достаточно для обработки площади 35 м2.
Взяв за основу, что с 1 га в среднем собирают 5т чеснока [14], то с
засаженной площади (376,8 га) собрали около 1884 т чеснока. Данный урожай
позволит обработать 62800000 м2 (62,8 км 2). В перспективе, при увеличении
площади посадки до 1235 га урожай возрастет до 6175 т и площадь возможной
обработки авторским антигололёдным составом на основе чеснока и торфа
увеличится до 205830000м2 (205 км2).
2. Получение хвои из отходов производства лесничеств
Хвойные леса Беларуси представляют формации сосновых и еловых
лесов, которые составляют соответственно 57,6% и 9,5% современного лесного
покрова.
После подготовки дерева, остаются хвойные лапки, которые сжигаются
прямо на делянке. Это не противоречит законодательству, запретом является
только сжигание веток в пожароопасный период. В лесу складируется много
хвойных отходов после зимней рубки. На территории вырубок остаётся
огромное количество кострищ, что не может не влиять на изменение
экологического равновесия в лесном биоценозе.
Определить точное количество хвойных иголок не представляется
возможным, т. к. это зависит от возраста, величины и состояния дерева.
Хвойные ветки мы сортировали по размеру. Чтобы сделать расчёты и
измерения мы определили примерное количество хвойных лапок с одного
дерева. Масса хвои варьирует от 7 до 10 кг.
В результате проведённых мероприятий приходим к выводам:
-После всех этапов вырубки в лесных хозяйствах, хвойные ветки
спиленных деревьев остаются в виде отходов, которые впоследствии
сжигаются.
-Невостребованную лесхозами хвою можно использовать для
изготовления авторского антигололёдного состава.
-Каждое спиленное хвойное дерево может дать7000-10000г хвойного
сырья.
3.
Использование продуктов переработки торфа для создания
антигололёдного состава
Торфяные месторождения Беларуси, занимают 12-14% ее территории.
Общая площадь торфяного фонда республики оценивается в 2,4 млн. га с
геологическими запасами данного полезного ископаемого 4 млрд. [2, с.62]. За
2012 год добыто 2,7 млн. т торфа, из них 2,3 млн. т топливной группы и 0,4
млн. т для производства продукции для сельского хозяйства и приготовления
компостов. Произведено 1 млн. 182 тыс. т брикетов [14]. Мировой опыт
использования торфа, широкая распространенность ресурсов торфа в Беларуси
доказывают необходимость повышения эффективности и объемов
использования этого природного сырья в энергетике и сельском хозяйстве [6].
Основной задачей организаций Минэнерго является обеспечение
потребителя в торфяном топливе и продукции на основе торфа – брикетах,
кусковом торфе, торфе фрезерном, питательных грунтах и удобрениях, торфе
для приготовления компостов, верховом торфе.
После производства продукции остаются отходы. Исходя из этого,
предприятие заинтересовано в реализации отходов производства, по цене
составляющей 20% от стоимости торфобрикета. На каждые 20 тонн
произведённого продукта приходится одна тонна отходов. В Беларуси в целом
производится 1270 тысяч тонн торфобрикета, при производстве которых можно
получить 25,4 тысячи тонн отходов торфа по достаточно низкой цене.
Последние с успехом можно применять в качестве компонента для
антигололёдного состава.
В итоге получаем, что себестоимость нашего антигололёдного состава
ниже на величину равную стоимости соли. Кроме этого предложенный состав
экологически безопасен.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Борьба с зимней скользкостью/ - Режим доступа: http://www.idtinvest.ru/articles.html?id=45. – Дата доступа: 28.12. 2011
2. Брилевский, М.Н. География Беларуси. 10 класс/ М. Н. Брилевский, Г. С.
Смоляков, Н. Т. Яльчик–Минск: Народная асвета, 2007. – 373 с.
3. Гололед
и
методы
борьбы
с
ним/
Режим
доступа:
http://www.sdelaemsami.ru/stroitelstvo/prom40.html. – Дата доступа: 28.12.
2011
4. Государственная программа «Торф» на 2008–2010 годы и на период до 2020
года
5. Гурский, И. П. Элементарная физика с примерами решения задач: учебное
руководство/ И. П. Гурский; под ред. И. В. Савельева. – Минск: Наука, 1989. –
464 с.
6. Директива Президента Республики Беларусь от 14 июня 2007 г. № 3
«Экономия и бережливость – главные факторы экономической безопасности
государства». Постановление Совета Министров Республики Беларусь от 26
декабря 2006 г. № 1726 «Об утверждении плана мероприятий по
использованию в республике местных топливно-энергетических ресурсов»
7. Иностранный опыт: 5 реагентов в борьбе с гололедом/ - Режим доступа:
http://www.the-village.ru/village/situation/abroad/111529-vstrechaem-ldom-i-solyu5-sposobov-izbavitsya-ot-snega. – Дата доступа: 18. 01. 2012
8. Материалы противогололёдные для зимнего содержания дорог. Общие
технические условия=Матэрыялы супрацьгалалёдныя для зімовага ўтрымання
айтамабільных дарог. Агульныя тэхнічныя ўмовы: СТБ 1158-2008. – Введ.
01.01.2009.–Минск: Госстандарт, 2009. -18 с.
9. Народные способы борьбы с гололедом/ - Режим доступа:
http://ria.ru/tv_expertise/20111227/527702124.html. – Дата доступа: 20. 11. 2011
10. Способы борьбы с гололедом в разных странах/ - Режим доступа:
http://www.tnkspb.ru/news/1/71.html. – Дата доступа: 25. 01. 2012
11. Тест. Лерка Ольгомец/ - Режим доступа: http://vk.com/feed. – Дата доступа:
26. 02. 2012
12. Хвоя/ - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki. – Дата доступа: 19. 11.
2011
13. Чеснок/ - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0% – Дата доступа:
21. 11. 2011
14. Чеснок из Китая вкусный, но хочется своего, белорусского/ - Режим
доступа:http://belsmi.by/ru/smi-news/chesnok-iz-kitaja-vkusnyj-no-xochetsjasvoego-belorusskogo_i_2702120000002970.html– Дата доступа: 21. 08. 2012
15. Яворский, Б. М., Справочное руководства по физике для поступающих в
вузы и для самообразования/ Б. М. Яворский, Ю. А. Селезнёв.–– Минск:
Наука, 1989. – 576 с.