X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование влияния противогололедных реагентов на окружающую среду

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Копытов Н.Е. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Школа-гимназия №1»

Новикова З.Ю. 1

---

1МАОУ "Школа-гимназия №1"

Работа в формате PDF

801.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Сегодня климат на планете меняется. В зимне-осеннее и зимне-весеннее время дороги покрываются опасной корочкой льда. Вся наша жизнь связана с дорогами. Какими бы они ни были, широкими или узкими, с покрытием или без него, для нас важно, чтобы дороги были безопасными. С обледенением успешно научились бороться. В своей работе я пытаюсь разобраться, как это делают и все ли используемые средства безопасны для окружающей среды.

Цель: изучить влияние противогололедных реагентов на окружающую среду.

Задачи:

• экспериментально проверить, когда и как появляется гололед;

• определить лучше антигололедные реагенты;

• провести биотестирование смеси снеговой воды с антигололедными средствами;

• представить работу в классе и в школе.

Объект исследования: обледенение наших дорог.

Предмет исследования – влияние антигололедных реагентов на окружающую среду.

Гипотеза: все антигололедные реагенты в разной степени влияют на окружающую среду.

Методы исследования

Теоретический: анализ литературы, справочной литературы, ресурсов интернет-сети, сопоставление и сравнение.

Основным источником для решения поставленных задач послужил эксперимент. Проводили биотестирование проростков пшеницы и опыты с переходами воды из одного состояния в другое.

Для написания работы использовалась специальная литература: Школьный практикум «Следим за окружающей средой нашего города» Мансурова С.Е. Кокуева Г.Н., учебно-методическое пособие «Школьный экологический мониторинг» под ред. Т.Я. Ашихминой.

Глава I

1.1 Безопасность на дорогах

Безопасность на дорогах во многом зависит от воды. Вода – самое привычное вещество на планете. Но в то же время она таит в себе множество загадок. Ее до сих пор продолжают исследовать ученые, находя все больше интересных данных.

Уникальность ее уже том, что мы можем одновременно встретить три разных состояния воды.

Выйдя зимой на улицу, мы видим снег, это тоже твердая вода. Резко выдохните, вы увидите, повалил пар. Значит, зимой на улице есть вода жидкая и газообразная.

Придет весна, вода растает. Но какое то время мы видим лужи, покрытые утром корочкой льда, и пар то же видим. Значит и на улице вода может быть твердой, жидкой и газообразной одновременно.

Все зависит от температуры. Если температура 0^о, вода может быть жидкой, твердой и газообразной. При нуле жидкая вода застывает, а твердая тает. Если температура ниже нуля - вода твердая. Если температура выше нуля – вода жидкая. При этом воздух у нас всегда влажный. Значит, есть в природе процессы, превращающие воду из одного состояние в другое.

В моей работе мне знание этих процессов понадобиться. Наука давно уже объяснила, почему такое происходит. Молекулы твердой, жидкой и газообразной воды одинаковы. Они образована из двух атомов водорода, их обозначают Н и одного атома кислорода, его обозначают О. Вот и получилась молекула воды – Н₂О. В разных состояниях эти молекулы расположены и движутся по-разному. В природе безостановочно идут процессы перехода воды из одного состояния в другое.

[1] [4]

1.2 Гололед и гололедица

Оказывается, между этими явлениями есть разница. Гололёд в старину называлиожеледь. Это нарастающие атмосферные осадки в виде слоя плотного гладкого или слегка бугристого стекловидного льда. Он покрывает растения, провода, предметы, поверхность земли в результате десублимации водяного парана охлаждённых до 0 градусов по Цельсию и ниже поверхностях,

Наблюдается при температуре воздуха чаще всего от нуля до −10°C, иногда до −15°C. Часто это происходит при резком потеплении после периода устойчивых морозов, когда земля и предметы ещё сохраняют отрицательную температуру, а температура воздуха от −3 до +0,5°C. Способствует этому слабый ветер или его отсутствия.

Толщина отложений льда обычно небольшая, но в некоторых случаях может достигать одного и даже нескольких сантиметров. Это приводит к обрывам проводов и обламыванию ветвей деревьев, иногда к массовому падению деревьев, опор линий электропередачи станций водоснабжения.

Явление продолжается столько, сколько выпадают переохлаждённые осадки. Обычно несколько часов, а иногда при мороси и тумане — несколько суток. Сохранение отложившегося гололёда может продолжаться несколько суток. Гололёд редкое явление природы по сравнению с гололедицей, но приносит большой экономический ущерб, в связи с обрывами лингий электропередач и других линейных коммуникаций. [3]

Гололе́дица немного другое. В отличие от гололёда, гололедица наблюдается только на земной поверхности. Это слой бугристого льда, ледяная корка из обледеневшего снега. Скачки температур от плюса к минусу приводят к тому, что снег то, подтаивает, то замерзает, а на земле образуется толстая ледяная корка, которая и является причиной частых падений и аварий. Образование гололедицы может продолжаться много дней подряд, пока она не будет покрыта сверху свежевыпавшим снежным покровом, смыта дождём, или не растает полностью в результате интенсивного повышения температуры воздуха и почвы.

В нашем регионе гололед редок, а и гололедица явление частое. Последствия этих явлений негативны. В министерстве здравоохранения Пермского края так прокомментировали последствия ледяного дождя, прошедшего 11 ноября 2019 г.: всего в медучреждения поступило 636 человек, количество травмированных, к которым выезжала «скорая помощь», по сравнению с обычными днями увеличилось на 15%. Бригады скорой медицинской помощи зарегистрировали 257 пострадавших. Наибольшее количество пострадавших было в Перми и Краснокамске.

В зимнее время в наших широтах гололедица неизбежное явление.

1.3 Борьба с гололедицей

С этим довольно частым и опасным явлением давно научились бороться. Дороги посыпают песком, солью и другими веществами. Их называют реагентами. Выбрать такой реагент не просто.

Скандинавские страны стали централизованно бороться с обледенением дорог в конце XIX века, обычно они закупали реагенты для смесей в России. Здесь всегда стремились к наиболее безопасному их использованию, заменяя пескосоляные смеси на соль с кипятком или просто хорошо чистили тротуары и дорожные покрытия. Применяли для борьбы с гололедом гранитную и мраморную крошку. В Финляндии такие противогололедные материалы - ПГМ и сегодня рассыпают зимой, а весной собирают при помощи специализированной техники, очищают и используют заново.

В Норвегии под автомагистралями и пешеходными дорожками проходят теплокоммуникации, таким образом, покрытие все время подогревается, и наледь на нем не образуется.

В остальной Европе востребованы пескосоляные смеси, а также концентрированные водные растворы соли.

В Швейцарии и Австрии также часто пользуются смесями щебня и песка. В Германии популярны реагенты на основе магния, в США – на основе хлористого кальция, а также смеси солей с отходами алкогольного производства.

Некоторые дороги за рубежом сами обладают антигололедным эффектом, благодаря особому компоненту, который входит в состав асфальта, предотвращается образование ледяной корки на поверхности покрытия.

Один из уникальных опытов американских коммунальщиков – использовать на дорогах чесночную приправу. Реагент открыли случайно. Из-за плохой погоды в Энкени, штат Айова, израсходовали все противогололедные средства, а доставить новые не было возможности. Тогда одна из местных компаний-производителей приправ предложила использовать на дорогах просроченную чесночную соль. И как оказалось, приправа справилась со своей задачей не хуже прочих реагентов. [7]

В нашей стране коммунальные службы начали использовать противогололедные реагенты с 30-х годов прошлого века. В качестве ПГР применялись песчано-солевые смеси, состояли они из технической соли (NaCl) и крупного карьерного или речного песка.

В 1960-е годы пескосоляные смеси использовались повсеместно, но помимо положительного эффекта, их применение приносило много проблем. Каждую весну песок, оставшийся на оттаявших тротуарах и дорогах, попадал в водостоки и на газоны. Из-за чего на улицах становилось очень грязно, страдали люди, животные и растения. Коммунальщикам приходилось тратить значительные усилия на очищение города и вывоз песка на свалки.

1995-1996 год. Было принято решение заменить пескосоляные смеси более эффективным реагентом – технической солью. Одно из основных преимуществ NaCI в том, что вещество почти мгновенно топит лед. Но серьезным недостатком стало то, что соль с дорожных покрытий попадала в почву и накапливалась там, что ежегодно приводило к гибели большого количества зеленых насаждений.

На некоторых территориях власти полностью отказались от применения технической соли в пользу новых ПГР. Здесь основными реагентами стали твердые хлориды: хлористый кальций с модифицированным натрием, гранулированный хлористый кальций. Скоро использование хлористого магния прекратили, так как это приводило к опасной концентрации вещества в природных водах.

1.4 Современные противогололедные реагенты

Сегодня у нас в стране к применению допускаются только те смеси, которые прошли оценку по безопасности для жителей городов и окружающей среды. [2]

На сегодняшний день в стране одним из самых востребованными противогололедных реагентов являются техническая соль и смеси на ее основе. Причина популярности их в эффективности и доступной цене.

Все противогололедные реагенты отличаются технологией применения. Это обусловлено различиями составов и эксплуатационных параметров. На рынке существует большое количество химических смесей для обеспечения безопасности дорожных покрытий в холодное время года. По способу использования все их можно разделить на две группы:

Жидкие смеси обычно применяются в качестве профилактических: их наносят на дорожное покрытие до выпадения осадков и появления наледи. Жидкие ПГР создают своеобразную водоотталкивающую пленку.

Твердые и гранулированные ПГР используются после выпадения осадков. Для увеличения их эффективности необходимо предварительно очистить тротуар или дорогу от слякоти и рыхлого снега.

Наносить противогололедные материалы на дорожную поверхность можно вручную или механически. Первый способ актуален при обработке небольших площадей, например, лестниц, придомовых территорий, дорожек. Инструментом здесь может служить обычная лопата или тележка-дозатор.

Дорожные службы пользуются вторым способом, механическая обработка позволяет выполнить работу более качественно и в короткий срок, вне зависимости от площади покрытия. С помощью спецтехники, например, очищаются автомобильные трассы и взлетные полосы. Соблюдение технологии позволяет не только обеспечить безопасность пешеходам и транспортным средствам, но и на долгий срок исключить появление повторного обледенения.

Самый доступный и подходящий реагент – это соль. Можно использовать и песок. Но песок – это грязь на дорогах, в подъездах, помещениях. Соль – разъедает обувь, она быстро изнашивается. Но самое главное, попадая с водой в почву, она делает ее непригодной для всего живого. Вдоль дорог, обрабатываемых солью, засыхают деревья.

Современные антигололедные средства - бионорд, биомаг-бишофит, хлористый кальций, магний. Производители утверждают, что они не оказывают вредного воздействия на окружающую среду. Антигололедные средства имеют общий принцип работы — понижают температуру плавления льда. При нанесении твердого антигололедного средства на замерзшую поверхность, оно начинает поглощать влагу, и переходят из твердого состояния в жидкое — начинает выделяться тепло, которое и растапливает лед.

Химические противогололедные реагенты обладают рядом преимуществ перед фрикционными, такими как песок, гранитная и мраморная крошка:

не засоряют канализационные стоки весной;

экономично расходуются, благодаря низкой точке плавления снега;

нерастворимые примеси – отсутствуют;

пониженная агрессивность к металлу, сниженный коррозийный эффект;

высокая скорость плавки льда;

простое приготовление комплексных смесей, например, пескосоляных;

экологическая безопасность.

Среди минусов ПГР можно назвать негативное воздействие на кожу и кожзаменитель, из-за чего зимняя обувь быстрее прочей теряет свой первозданный вид.

Спрос на антигололедные средства сегодня велик. У нас в городе с 2007 года работает Уральский завод противогололёдных материалов УЗПМ. Здесь производят 18 видов реагентов: бионорд универсальный, для мостов, тротуаров, подъемов, аэропортов и другие. Продукция завода пользуется спросом в России, Казахстане, Белоруссии, Норвегии, странах ЕС.

В декабре 2019 г по итогам федерального этапа 22-го конкурса «100 лучших товаров России» отмечены средства для борьбы со льдом под маркой «Бионорд» производства Уральского завода противогололедных материалов. В номинации «Продукция производственно-технического назначения» экспертная комиссия отметила четыре продукта: «Бионорд универсальный», «Бионорд мосты», «Бионорд тротуары» и технический шампунь. [7]

По заключению ФГБУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей̆ среды им. А.Н. Сысина бионорд относится к 4 классу опасности (малоопасный). Мы решили проверить все это сами.

Глава II

2.1 Эксперимент по изучению свойств воды при взаимодействии

с противогололедными средствами

Провели опыты с водой [6]

Охлаждаясь, вода сначала ведет себя как многие другие вещества – начинает сжиматься. Но при температуре примерно +4^oС наступает кризисное состояние и при дальнейшем понижении температуры объём воды уже не уменьшается, а увеличивается. При охлаждении в нормальных условиях ниже 0°С вода кристаллизируется, образуя лёд. Его объём значительно больше объёма исходной воды. В период минусовых температур собравшаяся влага в слоях асфальта увеличивается в объёме, разрушая его.

Соль «разъедает» лёд. Зимой, чтобы не было скользко, дорожки можно посыпать солью или смесью речного песка и соли. Песок значительно усиливает сцепление покрышек автомобиля и обуви людей с поверхностью дороги, а соль помогает растопить лёд. Но соль на обуви будет попадать домой. От этого пострадает обувь, а заодно и ещё что-нибудь уже в доме. Также, чтобы не было скользко можно посыпать дорожки речным песком.

В нашей стране в качестве антигололедных реагентов часто используют техническую соль. Этот реагент отрицательно влияет на состояние окружающей среды: разрушает городскую растительность, засоляет почву, сокращает срок службы обуви, автомобилей (днища их ржавеют), разрушает дорожное покрытие.

Приложение 1.

2. 2 Биотестирование противогололедных реагентов по проросткам растений индикаторов

Мы решили проверить какие из доступных противогололедных реагентов безопаснее для окружающей среды. Для этого использовали метод биотестирования. Индикатором выбрали семена пшеницы, они быстро прорастают. Сравнительная оценка показателей их роста и развития позволяет оценивать степень воздействия антигололедных реагентов на окружающую среду. Эту часть эксперимента провели в январе 2019 года. Тестировали талую снеговую воду с одинаковым количеством антигололедных средств. Снег взяли на школьном дворе, плотно набив им литровые банки. В помещении получили талую воду и смешали с одинаковым количеством антигололедных средств. В качестве контрольной пробы взяли привозную питьевую воду, приобретенную в киоске «Вода» в нашем микрорайоне.

Предварительно проверенные на всхожесть, семена пшеницы разложили в чашки, накрыли салфетками. Ежедневно увлажняли их, строго соблюдая маркировку, вели наблюдения за их состоянием в течение 10 дней.

Подсчитывали число ежедневно число проросших семян в каждой чашке. На 10 день измерили максимальную длину корней проростков.

Анализируя результаты, выявили степень влияния противогололедных средств по Ашихминой [4] [5]

Влияние отсутствует, если проросло 90-100 % семян Проростки дружные крепкие ровные

• Слабое влияние 60-90 % проростков. Их внешний вид не настораживает, крепкие, ровные.

• Среднее влияние 20-60 % всхожести. Проростки короче и тоньше контрольных, есть неправильные.

• Сильное влияние. Всхожесть семян менее 20%. Проростки мелкие и уродливые.

Изучили качество развития проростков. Для этого рассмотрели морфологические особенности проростков во всех образцах воды. Результаты представили в виде таблиц и диаграмм.

Приложение 2. Приложение 3.

Диаграмма 1.

Прорастание семян пшеницы на 10-й день в %

Диаграмма 2.

Длина максимальных корней проростков пшеницы на 10 день в сантиметрах

Чтобы узнать об опасностях на дорогах нашего города, мы побывали в городской поликлинике и в отделе экологии.

Выводы

Уникальность воды расширяться при замерзании, увеличивая объем примерно на 10 процентов, разрушает дорожное покрытие.

Соль, смесь песка и соли, сода понижают температуру замерзания воды до минусовых значений.

Самый «быстрый» реагент – соль, затем идут смесь песка и соли, далее примерно одинаково лед с содой и речным песком, и позже всех растаял чистый лед.

Результаты биотестирования подтвердили гипотезу, обнаружено слабое влияние на проростки пшеницы соли и антигололедных реагентов, используемых в Краснокамске.

Медицинская статистика показала увеличение числа пациентов у травматолога во время гололеда в 1,8 раза.

Экологи отметили засыхание деревьев на 10-ти улицах нашеготгорода, где проезжая часть интенсивно обрабатываются антигололедными реагентами.

Рекомендации

Учитывая разрушительную способность воды при замерзании и отрицательное влияние на окружающую среду, технику и человека всех применяемых сегодня антигололедных реагентов мы предлагаем:

с целью уменьшения количества антигололедных реагентов и разрушений дорожного покрытия своевременно и тщательно чистить дороги от снега и воды;

организовать вывоз снега в специально установленные места;

внутриквартальные дороги и тротуары посыпать речным песком, как доступным и безопасным реагентом в малом городе;

проводить просветительскую работу среди населения по правильному поведению во время тумана и гололеда. Приложение 4

Свою работу я представил одноклассникам. Теперь и они знают, что все вокруг связано. Для безопасности на дорогах в тумане помогут светоотражатели на одежде, а в гололед удобная обувь.

Литература

Ананьева Е., Куканова Ю. Большая энциклопедия для школы. Земля и вода: ОЛМА Медиа Групп, 2013

Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9-11 кл.: Школьный практикум. – М.: Гуманит. Изд.центр ВЛАДОС, 2001

Рыжова Н.А., Мусиенко С.И. «Вода вокруг нас»- М.: Обруч, 2011

Федина М.А. Биотестирование снега//Первое сентября, №24,2007г.

Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие /Под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2000.

http://www.tavika.ru/2013/12/ice-experiment-part-1.html опыты со льдом, дата обращения 20.07 2020

https://uzpm.ru/ уральский завод противогололедных материалов дата обращения 20.07 2020

Приложение

Приложение 1. Изучение свойств воды

Приложение 2 Таблицы биотестирование

Приложение 3 Биотестирование антигололедных реагентов

Приложение 4. Что такое гололед и как

с ним бороться!»

Приложение 1.

Эксперименты по изучению свойств воды и противогололедных средств

Приложение 2

Биотестирование влияния противогололедных реагентов по проросткам растений индикаторов

Скорость прорастания семян пшеницы в %

Таблица 3

Скорость роста главного корня

Приложение 3

Биотестирование проростков пшеницы

Приложение 4

Что такое гололедица и как с ней бороться

По статистике 90% травм, связанных с падениями, приходится на зимнее время года. Скачки температур от плюса к минусу приводят к тому, что снег то, подтаивает, то замерзает, а на земле образуется толстая ледяная корка, которая и является причиной частых падений.

Осторожнее, народ!

В зимнее время в наших широтах гололед неизбежен. Выбрать один реагент невозможно. Самый доступный и подходящий реагент – это соль. Можно использовать и песок.

С гололедицей боролись всегда

Современные противогололедные средства - бионорд, биомаг-бишофит, айсмелт, хлористый кальций. Они оказывают меньше вредного воздействия на окружающую среду.

У нас в Краснокамске с 2007 г. работает завод противогололедных материалов.

Какие бы реагенты мы не использовали, человек должен быть внимательным