XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Маска: мусорный след пандемии
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Пандемия коронавируса COVID-19 отразилась на всех сферах жизни, ударив и по экологии. Одноразовые маски и перчатки превратились в новый тип мусора. Проблема их утилизации затронула, в том числе и нашу страну. Президент Владимир Путин отметил, что российская система сбора мусора, и операторы оказались не готовы к такому увеличению объема. Как теперь бороться с новым типом загрязнения?
Маски признали экологической бомбой замедленного действия: они разлагаются около 500 лет. Введение масочного режима из-за пандемии коронавируса уже сказалось на состоянии окружающей среды.
Истинный символ 2019-2022 года – трехслойная одноразовая медицинская маска: она и на брусчатке площади святого Петра в сердце Рима, и – высоко в горах Алтая, она и на дне Мирового океана, повсюду.
В начале пандемии их едва хватало даже больницам, за упаковку для себя и своей семьи люди готовы были платить огромные деньги. В срочном порядке страны мира развертывали производства, чтобы масок хватило каждому. Об их утилизации тогда еще не задумывались. «Пандемия дала нам новый вид отходов. В основном, конечно, это маски. Маски теперь у нас становятся альтернативой, соперничают с полиэтиленовыми пакетами в океане – мы знаем, целые острова из пластика», – говорит руководитель Российского экологического общества Рашид Исмаилов.
Медицинские отходы – вещь крайне специфическая. Работать с ними довольно сложно. Даже обычные маски, а они относятся к отходам класса «Б», вне пандемии в больницах сначала обеззараживают – убивают на них все микроорганизмы. Потом обезвреживают – так называют процесс удаления химических соединений. Только затем их сжигают, а золу вывозят на полигоны.
В условиях пандемии во всем мире средства индивидуальной защиты по факту просто приравняли к твердым коммунальным отходам и возят на обычные свалки – это в лучшем случае. Львиная доля попадает в реки и океаны, где они, по оценкам ученых, будут распадаться не одно столетие.
Вы когда-нибудь задумывались о том, что только человек мусорит на планете? Остальная природа даже понятия такого, как «мусор», не знает. Всё живое, кроме нас, находится в гармонии с миром, поэтому свято чтит порядок на Земле. Мы поставили себя в вершину эволюционной цепи, но, похоже, перепутали верх и низ.
Я задумалась как сама, природа может уничтожать мусор? В лесу не везде есть контейнер для мусора и нет уборщиков, которые бы убирали мусор. Меня заинтересовало то, что откуда берутся «невидимые санитары» леса, которые утилизируют мусорные отходы? И можно ли самим наблюдать процесс переработки мусора «невидимыми санитарами».
Поэтому данная тема актуальна на данный момент.
Цель работы: исследование методов переработки медицинских масок
Задачи исследования:
1) познакомиться с историей появления масок и современной технологией производства;
2) выявить преимущества и недостатки одноразовых медицинских масок;
3) изучить безопасные способы утилизации масок.
4) провести эксперимент по разложению одноразовой медицинской маски при помощи Trichoderma
5) проанализировать полученные результаты.
Гипотезой настоящей работы стало предположение о том, что в утилизации одноразовых медицинских масок нам может помочь сама Природа.
Объект исследования: одноразовая медицинская маска.
Методы исследования: анализ изучение информации, подготовка и проведение эксперемента, систематизация и анализ данных, ИКТ (создание презентации).
Этапы проведения исследования:
1. Сбор материала
2.Выделение Trichoderma из трутовиков
3. Эксперимент по разложению одноразовой медицинской маски при помощи Trichoderma
4. Результаты выполнения эксперимента
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 История появления медицинской маски
Маска — предмет, накладка на лицо, который надевается или для сокрытия личности, или для защиты лица. Маска своей формой обычно повторяет человеческое лицо и имеет прорези для глаз, рта и носа. Маски использовались в церемониальных, эстетических и практических целях. В древности маски использовались как защита и оборона от злых духов. Они изготавливались из разнообразных материалов: дерева, металла, гипса, ткани, кожи, папье-маше и многих других.
М едицинская маска - медицинское изделие, закрывающее нос и рот и обеспечивающее барьер прямой передачи инфекции между персоналом и пациентом. Прототипом медицинской маски можно считать клювообразную кожаную маску Чумного доктора, появившуюся в Средние века в Европе во время эпидемии бубонной чумы: клюв наполняли ароматическими солями, лекарственными травами и чесноком, чтобы защитить доктора от тошнотворного запаха разлагающейся плоти, создать антибактериальную среду внутри маски, а отверстия для глаз закрывали стеклом.
Более привычные нам медицинские маски появились лишь в самом конце XIX века. Практически одновременно их изобрели француз Поль Бержер и поляк Ян Микулич-Радецки. По мере развития медицины, средства индивидуальной защиты органов дыхания постепенно совершенствовались. Менялся материал медицинских масок, который использовали в качестве фильтра для бактерий и вирусов. В XIX веке в качестве него стали использовать шерсть с клапаном, а несколько позже – хлопок. Особенно активным применение медицинских масок стало в начале XX века во время эпидемии гриппа, больше известной, как «испанка».
В 1920-х годах стало обязательным использование марлевых повязок сотрудниками медицинских учреждений постоянно в течение всего рабочего дня. С конца XX века появились одноразовые медицинские маски из полимерно-волоконных нетканых материалов, хлопковые фильтры также были усовершенствованы.
Сегодня промышленность выпускает медицинские маски следующих типов: детские (14x8 см) и взрослые (17x9,5 см); стерильные и нестерильные; процедурные (повседневные) и специализированные хирургические.
Основными видами масок являются:
-
тканевая или марлевая (изготавливается из 3–4 слоев ткани, её можно стирать, кипятить, утюжить, обрабатывать обеззараживающими средствами, не очень эффективно защищает от инфекций, поэтому рекомендована к применению в местах массового скопления предполагаемо здоровых людей при неблагополучной эпидемиологической ситуации);
-
из нетканых материалов однократного применения (изготавливается из специальных полимерных волокон, состоит из 2–4 слоев, имеет носовой фиксатор, удерживается на лице за счет эластичных петель, надеваемых на ушные раковины);
-
хирургическая маска (имеет 4 слоя, в том числе особый противожидкостный для защиты от биологических субстанций, которые могут попасть на лица хирургов и ассистентов во время операции);
-
угольная (содержит специальный фильтрующий слой, задерживающий любые микрочастицы, отлично защищает от пыли и аэрозолей химических веществ, применяется многократно);
1.2. Материалы и технология производства одноразовых медицинских масок
В последнее время в медицине наблюдается замена белья и одежды из хлопчатобумажной ткани одноразовыми изделиями, выполненными из различных видов нетканых материалов. Они хорошо впитывают и защищают, прочные, недорого стоят.
Для изготовления одноразовых медицинских масок используют нетканое полотно трех типов: 1) SS (два слоя спанбонд); 2) SSS (три слоя спанбонд) 3) SMS (спанбонд-мелтблаун-спанбонд).
Спанбонд производятся из волокнообразующих полимеров (чаще всего из полипропилена) по фильерной или фильерно-раздувной технологии. Для этого гранулированный полимер засыпают в машину, под действием высокой температуры и воздушного потока слои формируют в полотно, скрепляют термическим способом в двух или трехслойный материал, из которого сошьют защитный костюм, одноразовую маску или впитывающую пеленку для лежачих больных.
Другой нетканый материал — мельтблаун так же получают фильерным методом. Однако его волокна имеют ограниченную длину и укладываются на приемный конвейер без вытягивания. В итоге материал становится похож на вату. Мелтблаун эффективно защищает от проникновения бактерий и инфекций, применяется как фильтрующий слой в респираторах, хирургических масках и других подобных изделиях.
1.3. Проблемы и перспективы утилизации использованных одноразовых медицинских масок
В связи с пандемией коронавируса всех жителей страны обязали носить средства индивидуальной защиты. Однако, чем больше людей придерживается этих рекомендаций, тем больше скапливается отходов, которые неправильно утилизируются и вредят окружающей среде. Средства защиты мы видим в каждом мусорном баке. За несколько часов – после тысяч вдохов и выдохов – маска сама становится источником заразы и новым типом мусора. Под воздействием природных явлений маски начнут крошиться, станут источником микропластика, который окажется в водоёмах и попадет в организм человека вместе с едой или пылью.
Уже сегодня из океанов вылавливают СИЗ, которые ветром разносит с мусорных полигонов. Из-за неправильного использования и утилизации масок, побережья рек, озер. Морей и океанов завалено одноразовыми масками. Это опасно для животных, морские обитатели принимают фрагменты ткани и пластика за корм, а в резинках запутываются насмерть. Мы рискуем в скором времени увидеть в Средиземном море больше масок, чем медуз.
Только в России каждый день отправляется в мусор около 10-12 миллионов одноразовых масок. Производят примерно столько же. А сколько всего человечество изготовило СИЗ с начала пандемии, точно не подсчитано, но цифра, вероятно, держится около отметки в 1 триллион. В килограммах это 12 миллионов тонн – полторы тысячи Эйфелевых башен, 6 миллионов модных электромобилей и 75 миллиардов Айфонов последней модели.
Система сбора мусора не готова к такому увеличению объема. Как теперь бороться с новым типом загрязнения? Во-первых, маски долго разлагаются в окружающей среде из-за пластика в составе. Они устойчивы к воздействию воды, кислот и щелочей, имеют низкое водопоглощение. Во-вторых, маски - потенциальные переносчики инфекции, могут заразить отходы и тех, кто с ними работает. Дворники и мусоровывозящие компании не имеют специального оборудования и квалификации.
Опыт других стран в условиях пандемии показал, что рекомендации о необходимости относить использованные маски в лечебное учреждение для добавления их к медицинским отходам не являются эффективными. Незапланированное увеличение обрабатываемых отходов может парализовать систему обеззараживания и обезвреживания медицинских отходов медицинского учреждения.
"Гринпис России" подготовила обращение Роспотребнадзор с просьбой создать национальную систему сбора медицинских отходов от населения, выставить в общественных местах специализированные контейнеры для сбора медотходов и утилизировать, как медицинские, чтобы предотвратить распространение инфекции и не допустить загрязнения окружающей среды.
Власти некоторых регионов России уже пытаются решать эту проблему: например, в Москве, Московской и Иркутской областях возле торговых центров, мест массового скопления людей начали ставить специальные красные контейнеры, куда можно выбросить использованные маски. Но в большинстве регионов, таких урн нет, и люди не знают, как и куда утилизировать маски.
В настоящий момент, переработать маски, чтобы не нанести вред окружающей среде, практически невозможно. Даже простейшая одноразовая маска состоит из комбинированных материалов: нетканого полотна, резинки и гибкой алюминиевой вставки. Для переработки все эти элементы придется отделять друг от друга. Чтобы повторно использовать хотя бы часть пластика, потребуется собирать такие отходы отдельно и сортировать с учетом видов и классов опасности. На заводах сортировать медицинский пластик придется вручную – по-другому пока не придумали. Это сложно и нерентабельно: дешевле произвести новый.
Впрочем, некоторые организации уже берутся за решение этой проблемы. Например, российские компании «Экмус» и «Медфабрика» принимают на переработку медицинские отходы класса "А".
Надежды возлагают и на альтернативные способы переработки. Например, химический рециклинг, который разлагает пластик на исходные молекулы, а затем заново собирает из них новый полимерный продукт.
Еще одно решение – производить полимеры из биоразлагаемых материалов. Например, из древесных опилок или отходов сахарного производства. В России такую технологию изучают в нескольких вузах.
Проблему утилизации пластика может решить биоинженерия: недавно ученые из Университета Тулузы синтезировали фермент, который расщепляет 90% одного из самых распространенных видов пластика.
Уничтожать маски безопасно и без ущерба для природы предложили ученые из Института теплофизики новосибирского Академгородка. Они создали печь на основе плазмотрона. Электроплазменная печь перерабатывает средства индивидуальной защиты в полезное сырье. На выходе получается газ и так называемый остеклованный шлак. Его можно использовать в строительстве домов и дорог. Синтез-газ – неплохое топливо, его уже можно использовать в генерирующих устройствах, получать тепло.
Вероятно, биоинженерные разработки повлияют на переработку и других видов пластика, в том числе тех, что активно используются в медицине.
Пока эта практика в стране не внедрена, эксперты посоветовали носить многоразовые средства защиты.
ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Сбор материала
Гуляя по лесу, я наткнулась на трухлявые деревья, которые полностью были усыпаны трутовиками. Грибы, которые питаясь соками деревьев, разрушают древесину, перерабатывая ее в труху.
Это натолкнуло меня на мысль о том, что возможно Природа сможет помочь нам в утилизации одноразовых масок.
Фото 1. Трутовики в естественной среде.
Фото 2-3. Сбор трутовиков
Набрав разные по диаметру трутовики, мы решили посмотреть, есть ли «невидимые санитары» которые уничтожают сам гриб трутовик.
2.2. Выделение Trichoderma из трутовиков
Для набранных грибов трутовиков мы подготовили влажно-термическую среду, с учетом влажности и тепла для получения особых невидимых грибов санитаров. Поместив грибы в полиэтиленовые пакеты, плотно завязали и положили на солнечное место.
Фото 4. Трутовики во влажно-термической среде
По истечению 3-х дней стали проявляться «невидимые санитары» мицелиальные грибы рода Trichoderma.
Фото 5. Трутовики во влажно-термической среде через 3 дня
Грибы рода Trichoderma, занимает одно из важных звеньев в процессе круговорота веществ в природе и создании почвенного плодородия. Обитающие в почве целлюлозоразрушающие грибы имеют большее, чем бактерии, значение в разложении растительных остатков и образовании гумуса. Грибы рода Trichoderma в природе осуществляют естественный процесс разложения растительных остатков.
Фото 6. Трутовики во влажно-термической среде через 3 дня
Несовершенные грибы рода Trichoderma/ Hypocrea были изучены более 200 лет назад. Они имеют характерно узнаваемый пигментный облик. Колонии мицелий быстрорастущие, обильные с зелено-желтой пигментацией, в редких исключениях белое спороношение на мицелии. Первые описания род Hypocreaбыли сделаны в 1825 году Элиасом Фраем . За тридцать лет после исследований Бисби классификация и систематика Trichoderma, благодаря русскими микологами Пидопличко, Шкляр, Литвиновым, Александровой была пересмотрена и дополнена новыми видами.
Применение грибов рода Trichodermaв сельском хозяйстве как экологически значимая ниша способная перерабатывать фосфорорганические гербициды. В природе грибы являются санитарами в формировании комплекса лесных микроорганизмов, активно участвующие в образовании гумуса и в перераспределении органических, и неорганических веществ.
Фото 7. Мицелиальный гриб Trichodermaviride, под микроскопом увеличение х 40
Фото 8. Изолят Trichodermaharzianum, выращенный на специальной среде Чапека
2.3. Эксперимент по разложению одноразовой медицинской маски при помощи Trichoderma
Выделив мицелиальные грибы рода Trichoderma, мы решили провести эксперимент и убедиться в том, что смогут ли «невидимые санитары» разложить медицинскую маску и сколько времени на это потребуется?
Для разложения медицинской маски создали специальные условия влажности и температуры. Заранее выращенный мицелиальный гриб рода Trichoderma на трутовике помещали в кювету с медицинской маской. Обильно смачивали маску водой и накрывали трутовиком с проросшей триходермой вниз, и вели наблюдение.
Фото 9. Медицинская маска в кюветке с мицелиальный гриб рода Trichoderma
2.4. Результаты эксперимента.
По истечению 35 дней маска полностью покрылась грибным налетом триходермы. Так как мицелиальный гриб обладает высокой активностью по выроботки целлюлазной активности при 27 °, разложение маски происходило очень интенсивно. Мы видим на первом этапе маска полностью покрылась мицелием гриба, плесневой паутинкой и приобретала характерный зеленый цвет. По истечению 3-х месяцев медицинская маска расползалась на волокна. Но этого времени было не достаточно для полного разложения.
На основе выше сказанного можно предположить, что наша гипотеза имеет место быть подтвержденной. И сама Природа может придти на помощь Человеку. Как и было всегда.
Заключение
Пандемия COVID-19 утвердила новые правила и сформировала у населения новые привычки. Масочный режим остается необходимым, защитные маски, появившиеся во времена эпидемии бубонной чумы, вынуждены носить все законопослушные жители для предотвращения заражения.
Вопрос утилизации средств индивидуальной защиты в стране и конкретно в нашем городе не решён, выброшенные маски из средств защиты превращаются в средства угрозы.
Сегодня переработать маски без вреда для здоровья людей и экологии нельзя, она состоит из разных материалов. Но в перспективе, благодаря работе учёных, это станет возможным.
Что может сделать каждый из нас, не дожидаясь прогрессивных способов утилизации? Лучше всего - использовать многоразовую маску, в том числе из экологически безвредных материалов. Такую маску можно сделать и самостоятельно, своими руками. Своими руками помочь городу и планете.
Список литературы:
1. Алимкулов С.О. Отходы – глобальная экологическая проблема. Современные методы утилизации отходов / С.О. Алимкулов, У.И. Алматова, И.Б. Эгамбердиев// Молодой ученый. –2014. –N 21.
2. Википедия – свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/
3. Заразили планету: Статья [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://iz.ru/1041510/kirill-senin/zarazili-planetu-maski-i-perchatki-stali-problemoi-dlia-ekologii
4. Мусорная планета. Статья [Электронный ресурс] –Режим доступа:http://masterok .livejournal.com/421840.html/
5. Сайт Гринпис России [Электронный ресурс]–Режим доступа:http://www.greenpeace.org/russia/ru/
6. Сайт Роспотрепнадзор [Электронный ресурс]–Режим доступа:https://www.rospotrebnadzor.ru/
7. Что окажется на свалке после пандемии и чем помочь планете уже сейчас. Статья [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://trends.rbc.ru/trends/green/5e8b405c9a7947028ac3bf50
8. https://siapress.ru/news_surgut/103246-v-surgut-vernutsya-konteyneri-dlya-sbora-plastika