XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сравнительная оценка способов и устройств очистки океана от пластика, проектирование Plastic Mouth trap

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никитин В.А. 1

---

1МАОУ СОШ №72

Дылдина И.А. 1

---

1МАОУ СОШ №72

Работа в формате PDF

3.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Актуальность:

На протяжении миллиардов лет мировой океан даёт нам жизнь, даёт возможность дышать, но человек ставит его на грань выживания, тем, что ежедневно засоряет отходами из пластика.

С ростом применения пластика возрастает и количество пластикового мусора, он засоряет экосистему планеты, в морях и океанах появляются мусорные острова. Пластик составляет 80% всего мусора в Мировом океане, различного размера присутствует во всех водах мирового океана и наносит серьёзный ущерб природе, распадается в воде на миллионы мельчайших частиц под воздействием солнца, океанской воды, постоянного столкновения друг с другом.  И этим мусором, как кормом, питаются живые организмы.

Так откуда же берётся в морях и океанах такое огромное количество пластикового мусора? Любой школьник знает, что все реки впадают в моря, моря – это большая часть мирового океана. Поэтом основная часть мусора попадает в океан из рек. Мусор в реки выбрасывают жители прибрежных городов и селений. Мусор бросают туристы – пластиковые бутылки, стаканы, пакеты, трубочки для коктейля. Пластиковый мусор выбрасывают с судов. И это хлам плывёт по течению рек, образует плавучие свалки. Из рек мусор попадает в моря

Проблема существует, значит надо искать пути её решения. Есть, конечно, почитатели природы, которые пытаются в одиночку справиться с мусором, но этого очень и очень мало. Как спасти Мировой океан от пластикового мусора? Эту проблему нужно решать всем миром.

Инженеры и ученые всего мира ищут способы спасения океана, работают над перспективными технологиями очистки Мирового океана - это и плавучие корзины для сбора мусора, и подводный небоскреб с гигантской воронкой, и купальник, фильтрующий загрязнения. Устраивают различные ловушки для мусора из сетчатых мешков. Но количество мусора растёт, и, получается, что этих приспособлений недостаточно.

Проблема: Недостаточное количество эффективных устройств для очистки океана от пластикового мусора, однако их можно создать в виде устьевой ловушки пластика Plastic Mouth trap.

Цель: Провести сравнительную оценку способов и устройств очистки океана от пластика, спроектировать систему очистки устьевой ловушки пластика PlasticMouth trap.

Задачи:

Изучить и проанализировать информационные источники по теме проекта;

Выяснить, откуда берется мусор в океане;

Найти примеры способов и устройств очистки океана от пластика;

Рассказать о своём методе очистки мирового океана от пластикового мусора на примере устьевой ловушки пластика (Plastic Mouth trap).

Объект: Очистка Мирового океана от пластиковых отходов.

Предмет: Способы очистки Мирового океана на примере устьевой ловушки пластика.

Гипотеза: Если установить в устьях рек ловушки пластика PlasticMouth trap, то уменьшится поток пластика в океан, а значит повысится эффективность очистки Мирового океана.

Основная часть.

Глава 1. Мусор в океане.

Пластик для нас уже давно является привычным материалом. Мы сталкиваемся с ним постоянно: дома, на улице, в школе, на приусадебном участке… Он легкий, прочный, удобный, недорогой. И не задумывается о том, что пластик – это не только великое изобретение, но и худшее. Пластик долговечен, поэтому он ценен как строительный материал, но с другой стороны пластик неуязвим и практически не разлагается. И особенно от пластика страдает Мировой океан.

Откуда же берется в океане такое огромное количество пластикового мусора? Каждый знает, что реки впадают в моря, а моря – это часть океанических вод. Таким образом, большая часть мусора, выброшенного в реки, влекомая течением, также в итоге очутится в океане. По подсчетам ученых, около 80% объема этой гигантской водной помойки поступает именно «с земли»: самосвалами в прибрежные воды с земли, посредством канализационных стоков из рек в море, туристических кораблей, рыболовецких шхун, транспортных и военных судов.(ссылка 1, абзац 1). (Прил. Фото № 1,2,3).

Мусор в воду выбрасывают жители городов, расположенных в непосредственной близости от морей и рек. Исследователи из неправительственной организации The Ocean Cleanup и главный океанограф проекта Лоран Лебретон выяснили, какие страны больше остальных загрязняют Мировой океан. Лидером оказался Китай, Южная Корея, США, Тайвань и Канада. (ссылка 2, абзац 3). (Прил. Фото № 4)

Активно и бездумно обычно мусорят туристы, отдыхающие на теплых морских побережьях всего мира. От них в воду попадают пластиковые бутылки из-под разных напитков, стаканы, пробки, полиэтиленовые пакеты, одноразовая посуда, трубочки для коктейлей и другие бытовые отходы. (Прил. Фото № 5)

Весь этот хлам, попадающий в океан, плывет по течению и, наконец, скапливается в определенных местах «затишья», где и образует целые «плавучие свалки» на волнах. (Прил. Фото № 6)

Пластиковые отходы - факторы загрязнения океана. Огромные скопления мусора, по своим размерам напоминающие острова или даже целые континенты встречаются во всех океанах планеты. Микрочастицы, загрязняющие верхний питательный слой Мирового океана, наносит химический и биологический вред морскому животному миру. Находящиеся в воде химикаты, являющиеся отходами промышленности и сельского хозяйства, осаживаются на поверхности плавающих обломков пластика. И этот мусор превращается в отравленный корм для живых организмов, питающихся фитопланктоном Пластмасса попадает в организмы морских животных и убивает их. Мусор загрязняет пляжи и отпугивает туристов (Прил. Фото № 7, 8).

Одноразовые пакеты забивают канализационные системы городов и создают угрозы наводнений, пластмассовый мусор засоряет берега и прибрежные зоны, предназначенные для отдыха, что бесспорно наносит урон туристический отрасли.

Совершенно очевидно, что отдельные попытки энтузиастов справиться с мусором в океане - лишь капля в море, на решение данной проблемы необходимы огромные средства и значительные силы. Но все же, если проблема существует, значит надо пытаться ее решать.

Все больше и больше стран присоединяются к кампании против морского мусора и загрязнения пластиком «Чистые моря». Многие обещают сократить или искоренить использование одноразового пластика в своих обществах посредством ужесточения законодательства и правил. Другие обязались увеличить инвестиции в национальные предприятия по переработке отходов и внедрять планы действий в целях предотвращения ущерба прибрежной и морской среде. Рассмотрим несколько примеров борьбы с проблемой пластикового мусора в мировом океане.

Глава 2. Борьба с пластиковым мусором в Мировом океане

Ocean Cleanup. Разработка Бояна Слата– автономно плавающие понтоны, соединенные трубами длинной 600 метров. Они перемещаются так же, как и мусор, по океанским течениям. Только в отличие от кусочков пластика, плавающих под поверхностью, трубам помогают волны и ветер, за счет чего они всё-таки двигаются немного быстрее. Под ними, в воде – три метра специальной плотной ткани, которая и собирает пластик. Рыбы и другие морские существа перемещаются под этой «юбкой» (они чувствуют, что спереди препятствие), а планктон спокойно уносит вода. Когда платформа собрала достаточно пластика, к ней подходит корабль, забирающий мусор для последующей сортировки, очистки и переработки на берегу. Это нужно делать каждые 3-6 недель. Проблемы, с которыми сталкивается Ocean Cleanup банальны. Часть собранного пластика уплывает обратно в океан. (ссылка 4).

Минусы - Платформа под ветрами перемещается не так быстро, как планировали, в неё попадают  сети рыбаков. (Прил. фото № 9).

Плавучая мусорная корзина - Seabin — это плавучее мусорное ведро, которое всасывает мусор, находящийся в воде. Устройство пропускает через себя воду, не препятствуя ее циркуляции, и задерживает только посторонние предметы. (ссылка 5).

Минусы - Seabin не сможет очистить целый океан, но неплохо справится с гаванью или другим небольшим водоемом.(Прил. фото № 10).

Подводный небоскреб с гигантской воронкой.

Башня Seawer устанавливается под водой и фильтрует пластиковый мусор и другие отходы. Но это еще не все — она также вырабатывает собственную энергию при помощи солнечных панелей.По размеру Seawer можно сравнить с гигантской архитектурной постройкой. Ее воронка для очистки воды составляет 550 м в диаметре и обладает глубиной 300 м. Концепция башни разрабатывалась специально для очистки Большого тихоокеанского мусорного пятна.(ссылка 5).

Минусы – Проект не реализован. (Прил. фото № 11).

Elastec Brute Bin - Скотина.

Brute Bin выпускается в двух стандартных размерах, которые вмещают большинство каналов.

Процесс установки начинается со швартовки мощных опор Brute Boom к берегу канала. Ноги грубой стрелы прикреплены к грубой корзине, чтобы направить плавучие предметы в горлышко корзины.

Подъемные проушины расположены сверху корзины для мусора, чтобы поднимать и сбрасывать содержимое с помощью крана. Мусор также можно извлечь вручную из корзины с противоскользящей платформы. Система также предназначена для учета колебаний уровня воды. Elastec рекомендует периодический мониторинг системы для сбора мусора, особенно после сильных дождей. (ссылка 6), (Прил.фото № 12).

Минусы – чистит небольшую площадь.

Мои предложения по решению проблемы очистки Мирового океана от пластикового мусора.

Конечно, каждый из нас по отдельности не способен решить проблему загрязнения воды пластиком в полном объеме, но каждому по силам уменьшить количество пластмасс, которые проникают в экосистему мирового океана. Я считаю, что очистку Мирового океана целесообразно начинать с рек. (выше упоминал, что большая часть пластикового мусора попадает в океан через реки).

Глава 3. Способы очистки «Plastic Mouth trap - устьевая ловушка пластика».

Plastic Mouth trap или устьевая ловушка для пластика совершенно не сложная, устанавливается в устье реки для фильтрации воды, поступающей в море. Ловушка состоит из двух смыкающихся створок, основание которых закрепляется на берегу. К створкам крепятся сетиполотна (плотная ткань с отверстиями), через которые фильтруется вода, пластик остается в сетях.(Прил. фото №13).

Створки работают по принципу шлюзных ворот они расходятся в стороны, пропуская судно. Двустворчатые ворота состоят из двух створок, вращающихся вокруг вертикальных осей и представляют собой деревянный или металлический барьер, скользящий в пазах, которые установлены по бокам водного пути. Шлюзовые ворота являются одним из наиболее распространенных гидротехнических сооружений (Ссылка7).

В эксплуатационных условиях двустворчатые ворота могут занимать лишь два положения: рабочее (судоходное отверстие закрыто) и судо­ходное (судоходное отверстие полностью открыто). В открытом состоянии, при пропуске судов, створки входят в расположенные в устоях верти­кальные ниши, называемые шкафами.

Механизмы, которые можно использовать для ловушки имеют гидравлические передачи и тяговые органы. В качестве последних применяются цепные, тросовые, кривошипно-шатунные, штангово-цепные и штанговые устройства. Тяговые органы служат для соединения приводного механизма с рабочим органом, т. е. с воротами. Тяговые органы работают в исключительно тяжелых условиях, особенно в подъемных механизмах, где часто они находятся в воде и трудно доступны для обслуживания. Учитывая неравномерность нагрузки и тяжелые условия их работы, при проектировании тяговых органов стремятся обеспечить им прочность и надежность. (Ссылка 8).

На створки устанавливаются датчики движения, они раскрываются примерно за 200 - 300 метров от судна и не препятствуют свободному прохождению. Затем смыкаются. Очищаются сети по мере наполнения.

В устьях рек течение большинства рек замедляется, отложения накапливаются и час­то образуются дельты. Дельты, разбитые на многочисленные рукава и протоки, име­ют, например, Лена, Амазонка, Хуанхэ, Ганг, Волга, Дунай. (Прил. фото № 14). Тогда ловушка будет работать только на реку, а мусор может уйти по рукавам в море. (ссылка 9).

В результате опус­кания участка побережья в устьях образуются эстуарии, по форме напоминающие во­ронку. Устья в виде эстуария имеют реки Парана, Енисей, Обь, некоторые европейские реки, впадающие в Атлантический океан.(Прил. Фото № 15). Если ловушка будет установлена ниже эстуарии реки, то мусор оседает в ней и до ловушки не доходит.(Прил. Фото. № 16, 17). (ссылка 9).

Такие устьевые ловушки целесообразно ставить перед дельтой и эстуариями рек. (Прил. Фото. № 18, 19).

Если установить на створки ловушки сетку с крупными сегментами, то она задерживает только крупный пластик. Трубочки коктейльные, жевательная резинка, пробки, колпачки и.д. проходят попадают в море.

Возможно, что такие ловушки целесообразно делать двухступенчатыми. Примерно метров через 200 от первой ловушки нужно установить вторую, но с сетью более меньшими ячейками. Тогда мелкий мусор, который прошел через крупную сеть, попадает во вторую ловушку. (Прил. Фото. № 20, 21).

Вместо сети лучше использовать плотную ткань с отверстиями, рыба в сети попадает, а в ткань нет, рыба и другие морские существа перемещаются под этой «юбкой» (они чувствуют, что спереди препятствие).

Сети от мусора освобождать по мере заполнения, они съёмные, сети лучше изготовить одноразовые из того же пластика и вместе с пойманным отправлять на переработку.

Известно, что возле рек обитают околоводные животные: выдры, бобры, ондатры, выхухоли и т.п. (Прил. Фото № 22, 23, 24, 25). (ссылка 9). Эти животные могут попасть в сети ловушки, как предотвратить попадание животных в ловушку?

Как можно обеспечить безопасность околоводных животных в районе установки пластиковой ловушки?

Это режимный объект, который требует охраны наблюдения, контроля со стороны человека.

Можно нанести на створки ловушки отпугивающие светоотражающие полосы или элементы, проблесковые маячки, небольшие прожекторы. Зарядка идёт от солнечной батареи. (Прил. Фото №26 (а));

Можно установить звуковую систему аудиозаписи, которая имитирует рыки хищников, звуки хищных птиц: орлиных ночных или дневных, которая время от времени будет включаться и отпугивать животных; (Прил. Фото №26 (б);

Проблесковые маячки, заряжающиеся солнечной энергией от солнечной батареи (Прил. Фото №26), небольшие прожекторы, они крутятся подают свет и для людей в лодках и подходят и для низкой авиации. (Прил. Фото №26 (в);

Для изготовления створок ловушки подходит различный материал. Многие из материалов могут быть некачественными, недолговечными, непрактичными, и нужно выбирать, из чего лучше делать створки. Я рассмотрел пластик, металл, дерево.

Например, пластик. Пластик надо выбирать, ведь его существует много видов. Один плюсов пластика в том, что он обеспечивает долговечность изделий. (ссылка 10).На примере труб ПВХ можно посмотреть срок эксплуатации изделий из пластика. (Прил. Фото №27);

Если материал для изготовления створок ловушки рассматривать металл, то он должен быть легким, прочным, не подвергаться коррозии. Например –

Нержавеющая сталь - содержат высокий процент хрома. Хром быстро окисляется, образуя защитный слой оксида хрома на поверхности металла. Этот оксидный слой противостоит коррозии.

Алюминиевый металл – у него небольшой вес, он устойчив к коррозии. При воздействии воды, на поверхности быстро образуется пленка оксида алюминия. Слой оксида устойчив к дальнейшей коррозии и защищает лежащий под ним металл. (ссылка 11);

Рассмотрим дерево. Лучший вид для использования в воде -лиственница, у неё есть две особенности. Во-первых, со временем изделия из лиственницы становятся прочнее. И во‑вторых, при контакте с водой лиственница не гниет, она каменеет – огромное количество смолы и камеди, содержащееся в этой породе, превращается в камень. А еще лиственницу не едят насекомые (разного рода жуки-короеды и древоточцы) из-за особенностей смолы. (ссылка 12);

В качестве альтернативы дереву в последнее время применяют доску из древесно-полимерного композита (ДПК), если просто, то это опилки, смешанные с пластиком. Выглядит как дерево, ДПК не боится влаги, насекомых, устойчив к атмосферным явлениям. (ссылка 13);

Поэтому выбор материала створок за изготовителем ловушки, что менее затратное, но качественнее.

Теперь подумаем из чего лучше сделать сети или сетиполотна для ловушки. Если многоразовые – то сетиполотна лучше изготовить из полимерных волокон. Помимо высокой прочности, они показывают на порядок больший ресурс эксплуатации, что, безусловно, важно при создании сеток для пластиковой ловушки. Наиболее востребованными материалами считаются полиамид и полиэстер. (ссылка 14).

3аключение. В ходе работы я изучил и проанализировал информационные источники по теме проекта. Выяснил откуда берется мусор в океане. Нашёл примеры способов и устройств очистки океана от пластика. Спроектировал и свой метод очистки мирового океана от пластикового мусора на примере устьевой ловушки пластика (Plastic Mouth trap). Если установить в устьях рек двухступенчатые ловушки пластика Plastic Mouth trap, то уменьшится поток пластика в океан, а значит повысится эффективность очистки Мирового океана. Значит моя гипотеза верна.

Несколько простых советов, которые радикально сократят загрязнение Мирового океана

Используйте экологически безопасную тару и упаковку

(матерчатую и бумажную сумки и пакеты, деревянные и картонные коробки и т.д.);

Не выбрасывайте предметы из пластика в воду, на землю или даже в мусорные контейнеры, а складывайте их в специальные контейнеры с пометкой «для пластика» или сдавайте на пункты приема вторсырья для последующей переработки и утилизации;

Запаковывайте в школу бутерброды не в целлофановые пакеты, а в бумажные;

Отправляясь на пляж или на отдых на природе, возьмите с собой

мусорный пакет и собирайте в него мусор;

Для посадки комнатных растений используйте керамические емкости;

Библиография:

https://f-musor.ru/novosti/2021/01/25/plastik-v-mirovom-okeane/

https://www.rbc.ru/life/news/6311d7fd9a7947b2c213ec7c

https://www.unep.org/ru/novosti-i-istorii/istoriya/kak-strany-reshayut-problemu-zagryazneniya-morskoy-sredy-plastikom

https://habr.com/ru/company/pochtoy/blog/432692/

ttps://hightech.fm/2016/02/09/clean_the_worlds_oceans

https://www.elastec.com/ru/морские-отходы-технологии-плавучего-мусора/

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.5887db45-63db8fa5-171639de-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Koker_(Guyana)

http://www.hydromuseum.ru/ru/encyclopedia/glossary/shlyuzovye-vorota/

https://buiskoe.ucoz.ru/publ/flora_i_fauna/ocherki_istorii_urzhumskogo_rajona_glava_2/59-1-0-109

https://evolvelium.com/ecology/45-vazhnyh-plyusov-i-minusov-plastmass/

https://blog.perhim.ru/4-tipa-metallov-ustojchivye-k-korrozii-ili-nerzhaveyushhie/

https://shop-modern.ru/articles/kakoe-derevo-tverdeet-v-vode.html

https://rcycle.net/drevesina/drevesno-polimernyj-kompozit/tseny-svojstva-i-harakteristiki

https://ictm-petrokanat.ru/tech-spec/tekhnicheskie-lenty-shnury/niti-dlya-vyazaniya-setey-kapron-ili-poliester/

Приложение.

Фото № 26. Звуковая и световая система для отпугивания животных.

а) Световая система для отпугивания животных;

б) Звуковая система для отпугивания животных;

в) Солнечная батарея;

Фото № 27. Срок службы полипропиленовых труб.13