XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние синтетических моющих средств на окружающую среду

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Навоенко И.А. 1

---

1ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «ШКОЛА № 2089»

Фёдорова С.Р. 1

---

1ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «ШКОЛА № 2089»

Работа в формате PDF

611.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

С древнейших времён для поддержания чистоты человек использует моющие средства. Все они имели природную основу: употреблялись щелочные соли (поташ из растительной золы, природная сода), гидрофильные глины (например, бентонитовые), сок или водная вытяжка из некоторых растений. Но, с возникновением в ХIХ в. мыловаренной промышленности, природные моющие средства быстро утратили своё хозяйственное значение.

Любое моющее средство представляет собой химический раствор сложного состава. Основу синтетического моющего средства составляют поверхностно-активные вещества – различные соли сульфокислот или эфиры полиэтиленгликолей, также различные вспомогательные вещества, улучшающие моющую способность, ферменты для удаления пятен и ароматизаторы.

Проживая в сельской местности, я неоднократно наблюдала, как хозяйки выливают на землю грязную воду после стирки белья и мытья посуды. Поэтому целью моей исследовательской работы было выявление степени влияния синтетических моющих средств на окружающую среду, в частности на растения.

В ходе работы решались следующие задачи:

с помощью социологического исследования изучить диапазон используемых населением синтетических моющих средств, определить средний показатель их расхода на 1 человека и места, куда выливается грязная вода после стирки одежды, мытья посуды, уборки помещений;

экспериментально доказать отрицательное воздействие синтетических моющих средств на физиологическое процессы живых организмов (на примере растений).

В ходе работы над темой я использовала следующие методы:

- поисковый;

- анкетирование;

- исследовательский.

История возникновения моющих средств

Самое простое моющее средство, было получено на Ближнем Востоке более 5 000 лет назад. Скорее всего, оно было открыто по чистой случайности, когда над костром жарили мясо, и жир стек на золу, обладающую щелочными свойствами. Взяв в руки горсть этого простейшего мыла, древний человек обнаружил, что оно легко растворяется в воде и смывается вместе с грязью. Поначалу оно использовалось главным образом для стирки и обработки язв и ран. И только с I века н. э. человек стал мыться с мылом. Производство мыла имеет давнюю историю, а вот первое синтетическое моющее средство появилось только в 1916 году. Изобретение немецкого химика Фрица Понтера предназначалось для промышленного использования, бытовые синтетические моющие средства, более-менее безвредные для рук, стали выпускать в 1935 году. С тех пор был разработан целый ряд синтетических моющих средств (CMC) узкого назначения, а их производство стало важной отраслью химической промышленности.

Классификация синтетических моющих средств

Синтетические моющие средства представляют собой составы на основе синтетических моющих веществ. Обычно они содержат 10—40% синтетических моющих веществ и добавки, повышающие моющую способность средства, обеспечивающие их выпуск с учетом свойств отстирываемых материалов. Моющие средства можно разделить по назначению, консистенции, видам моющего вещества и содержанию.

По консистенции различают моющие средства твердые (кусковые, гранулированные, порошковые), мазеобразные (пасты) и жидкие. Наиболее широкое применение нашли порошковые средства. Удобны моющие средства в виде гранул и паст. Жидкие средства легко растворяются, хорошо дозируются. Они эффективны для стирки текстильных изделий и мытья посуды, автомашин, стекла и т. д. Выпуск жидких средств будет увеличиваться. Их изготовление проще и дешевле (отпадает процесс сушки), они не пылят, подобно порошкам, легче дозируются.

В зависимости от вида моющего вещества моющие средства разделяют на мыла и синтетические моющие средства. Содержание моющего вещества в средстве колеблется от 5 до 85%. Большинство моющих средств хозяйственного назначения содержат 10—75% моющего вещества. В производстве мыл используют твердые жиры животные (говяжий, бараний, свиной и др.), жидкие растительные жиры (масло подсолнечное, хлопковое и др.), саломас (сало из масла) — твердый жир, полученный гидрогенизацией (насыщением водородом по месту двойных связей) растительных жидких масел, соапсток (побочный продукт очистки растительных масел).

По содержанию моющего вещества (натриевых или калиевых солей жирных, смоляных и нафтеновых кислот) мыло делят на сорта:

- твердое кусковое хозяйственное мыло бывает 60, 66, 70 и 72%-ное, жидкое—40%-ное (1-й сорт) и 60%-ное (высший сорт);

- порошковые мыла представляют собой измельченное и высушенное мыло (68—82%) или составы, содержащие 10—25% жирных кислот в смеси со щелочными солями (содой кальцинированной, тринатрийфосфатом, силикатом натрия).

По назначению моющие средства делят на хозяйственные, туалетные, специальные (медицинские, технические и др.). Хозяйственные в свою очередь делятся на:

- средства для стирки изделий из хлопковых и льняных волокон содержат 20—40% моющего вещества (обычно сульфонола)—до 55% щелочных солей (триполифосфата, соды кальцинированной, силиката натрия), 10—15% сульфата натрия, небольшое количество душистых веществ (отдушки), отбеливающих веществ и карбоксиметилцеллюлозы. Эти средства образуют сильнощелочныё моющие растворы (рН 10—11);

- средства для стирки изделий из шерстяных и шелковых волокон содержат 35% алкилсульфата, до 55% нейтральных солей (сульфата натрия), небольшое количество щелочных электролитов, отбеливатели, отдушку. В моющем растворе эти средства создают среду, близкую к нейтральной (рН 7,3—8,5);

- средства для стирки изделий из синтетических волокон также образуют среду, близкую к нейтральной. По составу они напоминают средства, предназначенные для стирки шерстяных и шелковых тканей, но содержат повышенное количество карбоксиметилцеллюлозы и электролитов;

- средства для стирки изделий из шерсти, шелка и синтетических волокон обычно не содержат активных щелочей типа карбонатов и силикатов натрия;

- универсальные средства рекомендуют для стирки изделий из растительных, животных и химических волокон. Эти средства не содержат сильнощелочных солей (соды кальцинированной), в результате чего моющий раствор имеет умеренно щелочную реакцию (рН 8—9,5). Универсальные средства бывают без отбеливателя (обычного типа) и с перекисным отбеливателем;

- средства для мытья посуды, раковин, ванн и других предметов домашнего обихода представляют собой составы, которые должны хорошо смачивать поверхности, обладать высокой эмульгирующей, растворяющей и пенообразующей способностью. Эти средства обычно взаимодействуют с загрязнениями на очищаемой поверхности. В состав средств входят моющие вещества (синтетические и мыла), органические растворители, щелочные и другие химические соединения;

- средства для мытья стекол (оконных, зеркал, хрусталя) содержат дополнительно восстановитель блеска (красители типа метилен голубой и др.);

- средства для мытья (очистки) ковров, обивки мебели, искусственного меха, кожи содержат компоненты, способствующие образованию обильной пены, которая обволакивает и размягчает загрязнение, при удалении пены удаляется и загрязнение, а изделие не успевает промокнуть. Средства для мытья посуды, ванн и раковин могут содержать также антисептики, обладающие бактерицидными свойствами.

4. Химический состав синтетических моющих средств и их влияние на окружающую среду

Моющие вещества составляют основу всех СМС и определяют их свойства; это мицеллообразующие поверхностно-активные вещества, благодаря которым растворы обладают моющей способностью. Моющие вещества делятся на два класса: ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и неионогенные — не подверженные электролитической диссоциации. Ионогенные моющие вещества называются анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд, и катионактивными, если поверхностно-активные положительно заряженные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный — в кислой. Анионактивные моющие вещества получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство синтетических моющих средств. Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из масел растительных и жиров животных. Важную роль играют органические компоненты моющих средств: карбоксиметилцеллюлоза, предотвращающая ресорбцию — повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытую поверхность; оптические отбеливатели (красители), применяемые для устранения жёлтого оттенка неокрашенных тканей; так называемые гидротропы, увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение моющих веществ в воде. Некоторые моющие средства содержат ферменты, обеспечивающие удаление нерастворимых белковых загрязнений, органические бактерициды (гексахлорофен, трихлоркарбанилид и др.), стабилизаторы пены (например, алкилоламиды) или пеногасители; во многие моющие средства добавляют душистые вещества (отдушки). Большая часть (80—90%) поступающих в продажу синтетических моющих средств — порошки; выпускаются также таблетки, «вермишель», чешуйки, хлопья, пасты и жидкости.

Синтетические моющие средства, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 – 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб. Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений.

В последнее время в пробах природной воды все чаще обнаруживаются фосфаты. Виновник – человек. Мы используем стиральные порошки, которые содержат фосфаты, добавляемые для снижения жесткости воды при стирке. А в нашей стране пока нет технологии, позволяющей в требуемой степени очищать стоки от фосфатов. Неочищенные стоки, после очистных сооружений, сливаются в реки.

Загрязнение окружающей среды синтетическими моющими средствами

Одна из наиболее актуальных проблем на сегодня - защита окружающей среды от различных загрязнений - отходов производства и продуктов жизнедеятельности людей. К главным источникам загрязнений имеют непосредственное отношение предприятия службы быта, например прачечные, использующие моющие средства, важнейшими из которых являются синтетические моющие средства. Отработанные стоки прачечных, сбрасываемые в канализацию, содержат все химические соединения, входящие в состав синтетических моющих средств, а также загрязнения (переходящие в процессе стирки с очищаемой поверхности одежды грязевые частицы - сажа, различные минерально-масляные и жировые загрязнения, волокна стираемых изделий). В зависимости от вида и количества щелочных солей, входящих в состав СМС, рН сточных вод составляет 7-10 ед. Таким образом, стоки прачечных сложны по составу, имеют щелочную среду и в значительной степени загрязнены органическими веществами, ПАВ и грязевыми частицами.

Недостатком большинства CMC является их трудная биоусвояемость (перевариваемость) в сточных водах микроорганизмами, так как фактически для них это яды. Поэтому сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, сильно загрязняют водоемы (реки, озера). Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Это происходит не только за счет свойств обозначенных веществ, а в основном в результате стабилизации в воде других соединений, которая возможна вследствие способности ПАВ к солюбилизации и эмульгированию. Таким образом, недопустимо сбрасывать в водоемы сточные воды прачечных без предварительной очистки.

6. Исследовательская часть.

В весеннее-летний период 2011 года я провел на территории села Краснознаменского исследовательскую работу по трем направлениям.

Первое направление - социологическое исследование. При выполнении работы я провел исследования с группой лиц разных возрастов с целью узнать, какие моющие средства они используют, как часто ими пользуются и куда выливают воду после стирки белья/мытья посуды. В анкетировании участвовали 60 человек. Ниже приведены вопросы анкеты и ответы испытуемых. Таблица 1

В результате исследований я выяснил, что 23% опрашиваемых выливают воду после стирки одежды/мытья посуды на траву во дворе. При этом 67% испытуемых стирают вещи раз в неделю, а 43% моют посуду два раза в день.

Состав наиболее часто используемых стиральных порошков Таблица 2

Состав наиболее часто используемых средств для мытья посуды Таблица 3

Второе направление – домашний эксперимент. Лица, участвующие в исследовании, приняли участие в домашнем эксперименте, который позволил определить средний расход СМС на каждую семью в течении недели. После анализа полученных результатов, оказалось, что в среднем на 1 жителя с.Краснознаменского в неделю расходуется около 50 г стирального порошка, 10 г средства для мытья посуды и 35 г мыла. И это не считая шампуня и гелей для душа, которые сейчас очень популярны.

Третье направление – эксперимент на подоконнике. На его проведения меня натолкнула мысль, что если обычный порошок, оставаясь на одежде пусть даже в микроскопических дозах, отрицательно воздействует на микрофлору человека, вызывает аллергию и другие негативные реакции, то по моему предположению, также он должен отрицательно влиять и на любые другие живые существа, например на растения. В три горшка я посеял семена помидоров. Помидоры в первом горшке я поливал чистой питьевой водой, во втором – водой с добавлением стирального порошка, в третьем – водой с добавлением средства для мытья посуды. При этом все условия были одинаковы: почва, количество посеянных семян, глубина заделки семян, кратность и объем полива. К сожалению, все мои предположения полностью оправдались. В таблице 4 приведены результаты эксперимента.

Таблица 4

Анализ полученных результатов показал, что наиболее опасным из исследуемых образцов является стиральный порошок, даже 5% раствор позволил определить негативное влияние на рассаду помидор. К концу эксперимента рассада помидор стала погибать: листья посохли, растения повяли и почти все погибли.

«Средство для мытья посуды №1» полностью подавляет ростовые процессы у рассады помидор: растения медленно растут, листья пожухлые и имеют более темную окраску.

Мыльный раствор 5%-ой концентрации мало влияет на рост зародышей растений, но когда я увеличил процент мыла в растворе, то это более сильно повлияло на рассаду, мыльный раствор, уплотняясь, обволакивает семена и ограничивает к ним доступ воздуха. В результате чего рассада, поливаемая мыльными растворами, стала значительно хуже расти.

Продолжать экспериментировать с выращенной рассадой дальше я не стал, так как понял, что если перенесу дальнейшие исследования на грядку, рискую очень сильно навредить земле в нашем огороде и будущим соседствующим культурам.

Подводя общие итоги моего исследования, я могу с точностью сказать, что получил результат, доказывающий отрицательную роль СМС на растения, рассчитал средние показатели объемов использования СМС на 1 человека, что дает возможность для экологического прогнозирования. Также я хочу отметить, что проводя анкетирование, я выяснил, что 23% опрашиваемых выливают использованную воду после стирки одежды/мытья посуды на траву во дворе. Это значит, что выливая эту воду, они подвергают опасному химическому загрязнению окружающую среду.

7. Заключение

Сейчас во всем мире очень остро стоят экологические проблемы, и в частности проблема охраны окружающей среды от вредного воздействия бытовых химических средств. Поскольку каждый человек следит за своей гигиеной, пользуется моющими средствами, стирая свои вещи, моя посуду, то эта тема касается каждого. В своей работе я исследовал влияние синтетических моющих средств на окружающую среду и доказал, что СМС негативно влияют на растения, в конечном итоге убивая их. Поэтому хозяйкам нужно запомнить, что выливать воду после стирки белья и мытья посуды нужно в специально отведенное для этого место, не допуская попадания этой воды в водоемы, колодцы, на растения и т.п. Ведь о своем здоровье мы заботимся, не хотим травиться нитратами и ГМО, так почему мы забываем о природе, которая нас окружает, которая с детства радует нас своей красотой. Эту красоту нужно сохранять и приумножать.

Много лет назад М.В.Ломоносов сказал : «Широко простирает химия руки свои в дела человеческие». И как он был прав! Полки магазинов так и «пестрят» бытовой химией. Чтобы решить порожденные научным прогрессом экологические проблемы, при разработке новых рецептур синтетических моющих средств нужно уделять внимание подбору веществ биологически «мягких», т.е. легко разлагаемых бактериями в природных условиях и не наносящих огромный вред растениям. А предприятиям-коммунальщикам в городах и крупных поселках необходимо использовать новые современные системы очистки сточных вод электрохимическим и сорбционным методами.

8. Литература

1. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие / Т.Я.Ашихмина. - М.:АГАР. -2000.-386.

2. . Габриелян О.С. Химия. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) / О.С.Габриелян. – М: Дрофа, 2010. – 230 с.

3. Неволин Ф. В., Химия и технология синтетических моющих средств, 2 изд., М., 1971.-с.71

4. Цветкова М.В. 1000 полезных советов для сада и огорода / М.В.Цветкова. – Харьков: Книжный клуб «Клуб семейного досуга», 2010. – 224 с.

5. Ченыкаева Е.А., Спиридонова А.И. Советы огородникам: Справочное пособие. – 4-е изд., - М.; Колос, 1998г. – с.287.

9. Приложение

Рассада помидоров через 1 месяц после посадки

- поливаемая чистой водой

- поливаемая раствором стирального порошка

- поливаемая раствором средства для мытья посуды