XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Из огрызка в удобрение: сокращение пищевых отходов на примере компостирования

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кадулин Д.Ю. 1

---

1МАОУ СОШ №94 города Тюмени

Громова Т.Г. 1

---

1МАОУ СОШ №94 города Тюмени

Работа в формате PDF

3.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Тема проекта «Из огрызка в удобрение: сокращение пищевых отходов на примере компостирования» выбрана потому, что автор интересуется современными проблемами экологии. Настоящий проект, а также проект прошлого года «Почему отходам не место на свалке» - первые шаги автора в научно-исследовательской деятельности, которой он планирует заниматься в будущем. Немаловажно и то, что благодаря таким проектам повышается экологическая грамотность школьников.

Мы выбрасываем мусор каждый день. Россиянин выбрасывает примерно 1,1 кг в день или 400 кг в год.¹ Это средний показатель по планете. Выбрасывать что-то легко – это как подать руку во время приветствия – простое действие, не требующее размышлений. В результате каждый год увеличивается площадь полигонов. Свалочный газ отравляет живущих рядом людей, ядовитый фильтрат стекает в реки, метан создаёт парниковый эффект, груды мусора убивают почву и биоразнообразие, сокращают площадь живой плодородной земли. Эту проблему автор считает одной из самых злободневных в экологии и исследование темы сокращения отходов начал в прошлом году. Им были сконструированы условия близкие к условиям свалки и доказано, что привычные нам отходы: стекло, пища, пластик и макулатура в них не разлагаются. Альтернативным решением вместо вывоза мусора на полигоны была предложена переработка.

Еда – сложный отход и её переработка практически не развита. Вместе с тем, пищевые отходы составляют треть всего нашего мусорного ведра.

Прямо со своих кухонь мы еженедельно отправляем на помойку килограммы еды. Это и не годящиеся в пищу кожура, очистки, огрызки и то, что мы не захотели доедать на ужин, о чем забыли, и оно испортилось. Так делают все – мы постоянно покупаем больше еды, чем нам нужно, и выбрасываем минимум 25% купленного². В России объем пищевых отходов в год равен 18 млн тонн. Если загрузить их в грузовики, то такая колонна протянется от Москвы до Владивостока и обратно.

Передача продуктов на благотворительность в нашей стране облагается налогом. По этой причине нераспроданные продукты с истекшим сроком годности торговым сетям проще уничтожить или отправить на свалку. Получается, что магазины со своим чрезмерным изобилием продуктов, ухудшают ситуацию в десятки раз.

Так, каждый год российские супермаркеты выбрасывают 700 тысяч тонн продуктов.³ Автор проекта провёл исследование актуальности выбранной темы и указанного выше тезиса и опросил 90 человек на тему: «Как вы утилизируете пищевые отходы (очистки, огрызки, несъеденное по какой-то причине)». По результатам опроса (Рис 1).:

• 38 человек частично утилизируют пищевые отходы (например, подкармливают животных и птиц), 10 человек перерабатывают и утилизируют все пищевые отходы (компостируют, подкармливают животных, птиц, передают излишки на благотворительность).

• остальные 42 человека отправляют все пищевые отходы в урну.

Рисунок 1

Как следует из результатов опроса, половина опрошенных практически не знакома со способами применения очистков, огрызков, несъеденных по какой-то причине продуктов и не пользуются ими, чтобы сократить количество выброшенного.

Объектом (проблематикой) проекта является отсутствие системы утилизации пищевых отходов, вследствие которого растёт количество и объем свалок, а предметом – поиск эффективного способа переработки пищевых отходов.

Цель проекта: изучить способы использования пищевых отходов, провести практическое исследование одного из них, выяснить эффективность.

Задача проекта: компостировать собственные пищевые отходы, исследовать результат компостирования на практике.

Гипотеза: компостирование – один из доступных и эффективных способов использования пищевых отходов.

Дата начала наблюдений: 23 мая 2023 года

Дата окончания наблюдений: 01 апреля 2024 года

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

1. 1. Пищевые отходы на свалке

Насколько долгая жизнь у нашего мусора? Бумага разлагается за несколько недель. Кожура от картошки и другие пищевые отходы – от одного до шести месяцев. Батарейки – 100 лет, пластиковые бутылки – 450.⁴ Однако, это цифры посчитаны при идеальных условиях, а именно – доступе кислорода.

Что представляет собой свалка? Все наши отходы: от дырявых носков до корок от мандаринов сваливаются в одном месте, образуя кучи, которые утюжатся самосвалами для того, чтобы спрессовать мусор, и он стал занимать меньше места. Стекло и другие твёрдые бытовые отходы сами по себе мешают проникновению кислорода внутрь свалки. Добавим к этому огромное количество пластиковых пакетов, в которых мы выносим мусор. Под колёсами техники они и вовсе превращаются в тысячи слоёв непроницаемой плёнки, что сильно тормозит разложение всех видов мусора. Согласно обширной исследовательской работе, которую возглавляла микробиолог Алла Ножевникова⁵, если на свалке всё перемешано в кучу, внутри будет разлагаться не более 40% захороненного органического мусора. Например, лист салата, который в земле будет «самоуничтожаться» примерно неделю, на свалке может разлагаться 25 лет.⁶

Согласно всеобщему представлению, органические отходы, попадая на свалку, должны разлагаться очень быстро. К сожалению, это не так. Чтобы мусора и свалок стало меньше, с пищевыми отходами нужно делать что-то ещё.

1. 2. Опыт сокращения, утилизации и переработки пищевых отходов

Пищевые отходы — это непригодные для дальнейшего использования продукты питания. Они могут быть растительного: овощи, фрукты, зелень, бобовые и т. д. или животного происхождения: мясо, яйца, морепродукты, молоко.

По законодательству в приоритете — максимальное использование исходного сырья и материалов, предотвращение и сокращение образования отходов. Далее идет утилизация⁷. Это означает, что прежде всего необходимо не допустить образования отходов: планировать покупку продуктов, вовремя употреблять их в пищу, соблюдать условия хранения, отдавать излишки нуждающимся, учиться готовить из того, что остаётся несъеденным. Например, оладьи из остатков утренней каши. Во-вторых, грамотно утилизировать их. Диспоузер все чаще появляется на кухнях в наших квартирах и домах. Он измельчает органику до мельчайших частиц, которые затем утекают по водостоку.

Кроме того, путём сжигания из пищевых отходов можно получать энергию. Однако, многие учёные и врачи аргументированно выступают против мусоросжигания⁸.

В-третьих, допускается самостоятельная переработка отходов, если она не нарушает санитарные нормы и комфорт других людей. Пищевые отходы можно:

• использовать в качестве корма для домашних животных;

• биологически обработать на предприятии, чтобы получить технический грунт, компост или жидкое удобрение;

• провести пиролиз - органические отходы нагреваются в закрытой камере реактора без доступа кислорода. Выделившийся в процессе разложения газ поступает обратно в реактор и сгорает, выделяя энергию;

• компостировать.

1. 3. Компостирование

Анализ вышеизложенного показал, что компостирование – максимально доступный из возможных простому человеку способ эффективной переработки пищевых остатков. Он позволяет применить с пользой большое количество отходов с обычной кухни.

Компост — это органическое удобрение. Он образуется из растительных остатков, которые перерабатывают микроорганизмы и насекомые, преимущественно дождевые черви. Достигается это путем создания наилучших условий для их активной работы, которым необходимы воздух, вода, тепло и азот. В результате их жизнедеятельности сложные вещества разрушаются до простых соединений, то есть переходят в доступную для живых растений форму, легко всасываются корнями и усваиваются⁹. Примерное время созревания компоста – около 1 года.

Процесс создания компоста прост – органические остатки укладывают в яму или ёмкость послойно, периодически проливают водой, оставляют на продолжительное время. Для ускорения созревания компоста в него можно добавить биодеструкторы (биоудобрения).

Компост – органическое удобрение. Он улучшает структуру почвы, делает ее более рыхлой и влажной. Органические удобрения содержат все необходимые для растений элементы питания: азот, фосфор, калий, кальций, серу, а также микроэлементы: цинк, марганец, бор, молибден и другие. Поэтому их называют полными удобрениями. При разложении органических удобрений выделяется очень важная для питания растений углекислота, а также другие необходимые для роста вещества, в том числе фито - антибиотики и гормоны. Компост повышает плодородие почвы, урожайность и устойчивость растений к болезням.¹⁰ После того, как компост созрел, его можно добавлять в лунки и грядки при посадке культур, подкармливать деревья и кустарники.

ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

С учетом полученных в ходе изучения теоретической части данных было проведено исследование способа переработки пищевых отходов – компостирование.

1 этап проекта – подготовка компоста.

2 этап проекта - оценка эффективности способа на практике.

2.1. Подготовка 1 этапа проекта

Определены объекты наблюдения: пищевые органические отходы.

Собраны:

1. Пластиковая тара

2. Банановая кожура

3. Очистки, огрызки, кожура, ботва от овощей и фруктов

4. Кофейный жмых

5. Листья яблони

6. Луковая и чесночная шелуха

7. Крафтовый (бумажный) пакет

8. Яичная скорлупа

9. Мелкие ветки

10. Песок

в массе двух килограмм

Для достижения задачи первого этапа проекта пищевые органические отходы были послойно уложены в пластиковую ёмкость с дырочками на дне. Увлажнены небольшим количеством воды (Рис. 2). Убраны в полутень на улице во избежания пересыхания.

Выбранный тип исследования – наблюдение.

Календарный план реализации первого этапа проекта: 23.05.2023 – 23.09.2023.

2.2. Реализация и результат исследования 1 этапа проекта

Срок наблюдений составил 4 месяца.

Увлажнение, перемешивание, проверка состояния объекта наблюдения осуществлялась 1 раз в неделю.

В результате наблюдений отмечены изменения в цвете и структуре пищевых остатков, появление в них дождевых червей. Масса становилась бурой, рыхлой, уменьшилась по объему.

Результат 1 этапа исследования: пищевые остатки уменьшились в объеме вдвое, превратились в рыхлый, однородный грунт, с небольшими ветками и кусочками скорлупы, на разложение которых требуется больше времени. (Рис. 3).

2.3. Подготовка 2 этапа проекта

С целью оценки эффективности компостирования, как способа утилизации пищевых остатков, было проведено исследование свойств компоста в качестве грунта для овощных культур.

Определены объекты наблюдения: опытные образцы томатов в покупном грунте и в компосте.

Подготовлены:

1. Цветочный горшок объемом 1 л. – 2 шт.

2. Семена горшечных томатов «Балконное чудо» - 2 шт.

3. Покупной грунт объемом 3 л.

4. Компост – результат первого этапа проекта.

Для достижения задачи второго этапа проекта в один горшок был насыпан покупной грунт, в другом в качестве грунта использовался компост. Посажены семена томатов. (Рис. 4). Опытные образцы подписаны.

Выбранный тип исследования – наблюдение.

Календарный план реализации второго этапа проекта: 23.09.2023 – 23.03.2024.

2.4. Реализация и результат исследования 2 этапа проекта

Срок наблюдений составил 6 месяцев.

Полив осуществлялся по мере подсыхания грунта. Досвечивание – весь период наблюдений. Обработки биопрепаратами не проводились. Обрезка подсохших листьев и побегов – 1 раз в месяц. В январе осуществлена пересадка в горшки объёмом 3 л.

Фиксация результатов – 4 раза за период наблюдений. (Рис. 5)

Проблема, с которой столкнулся автор во время исследования: в январе после активного роста листья обоих побегов томатов стали покрываться бурыми пятнами, засыхать и сбрасывать цвет. Определить болезнь, которой подверглись растения, не удалось, подобрать терапию тоже. Было принято решение продолжать эксперимент, чтобы проанализировать иммунитет растений, выросших в покупном грунте и компосте.

При визуальном анализе автор пришёл к выводу, что томат, выросший в компосте, имеет бОльшую устойчивость к болезням, чем аналогичное растение, выросшее в покупном грунте. (Рис. 5.1). Спустя два месяца оно более облиственное, на нём больше цветов и побегов, несмотря на компактность оно выглядит более здоровым (Рис. 5.2). Второй томат практически не имеет здоровой зелёной листвы, завязавшихся плодов и цветов (Рис. 5.3).

Результат 2 этапа исследования: томат, выросший в компосте, показал большую урожайность и устойчивость к болезням по сравнению с томатом, выросшим в покупном грунте.

2.5. Анализ результатов исследования

На основании наблюдений автором сделан вывод о том, что компостирование является эффективным способом переработки и сокращения пищевых отходов. В результате им был получен компост, который служит достойной альтернативой грунту. Он подходит для выращивания любых видов растений и имеет больше преимуществ по сравнению с покупным:

• не требует финансовых затрат

• содержит природные питательные вещества, витамины, микроэлементы, фитогормоны и антибиотики.

• укрепляет иммунитет растений, делает их более устойчивыми к болезням.

• для компостирования не требуются сложные установки и механизмы.

Результат: компостирование – один из доступных и эффективных способов использования пищевых отходов. Первоначальная гипотеза подтверждена.

ГЛАВА III. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОЕКТА

Переработка пищевых отходов в домашних условиях – эффективна и полезна. Однако, компостирование сопряжено с рядом трудностей.

Автор готов предложить следующие способы решения этих проблем.

В случае, если человек владеет приусадебным участком или готов договориться с его владельцем (друзьями, родственниками), то возникшую сложность с хранением пищевых отходов в городской квартире можно решить:

• замораживанием (в холодное время года в семье автора отходы хранят на балконе)

• сушкой (в тёплое время года отходы раскладываются на поддоне и после высыхания хранятся в коробке)

Городским жителям, не имеющим возможности вывозить отходы для компостирования, в домашних условиях доступны следующие типы компостеров:

1. Электрические (герметичная машина, которая сушит и перемалывает отходы).

2. Эм-компостер (контейнер, внутри которого происходит процесс ферментации).

3. Вермиферма (емкости с землёй, в которых отходы перерабатывают калифорнийские дождевые черви).

Полученное удобрение можно отдавать знакомым, использовать для домашнего огорода и цветов, высыпать в цветники и приствольные круги деревьев во дворе.

Несмотря на положительные стороны, промышленное компостирование и частный сбор органики развиты только в крупных городах России вроде Москвы и Санкт-Петербурга. Однако, по мнению автора сбор органических отходов на государственном уровне – неизбежный этап решения проблемы отходов во всём мире. При таком подходе они не будут загрязнены, а значит органику можно будет компостировать с целью выращивания овощей и фруктов, а не для строительства дорог. Как, например, делают в Корее. Здесь перерабатывают 95% пищевых отходов, а выбрасывают более 17 тысяч тонн органики в день. В Южной Корее автоматизированная система учета и платный вывоз мусора. Дома корейцы тщательно выжимают из пищевых остатков воду, так она весит (а значит и стоит) на 80% меньше. Потом сушат или замораживают. В определённый день за органикой приезжает специальная техника, открываются специальные баки – пищевые отходы в них выбрасывают в особых пакетах, у каждого района города свой цвет.

Собранные отходы сушат в огромных цехах, чтобы потом использовать в качестве компоста для городских садов или корма для животных. За четыре часа привезённые отходы превращаются в конечный продукт – сухой коричневый порошок с невыраженным земляным запахом. Это кормовая добавка для уток и кур, их раздают фермам бесплатно.

Страны по-разному используют пищевые отходы. В Швеции, например, на биогазе от остатков с кухонь ездит общественный транспорт. сжигают для получения биотоплива. В выжатую из мокрой мусорной смеси жидкость добавляют ферменты, которые за 35 дней превращают пищевые отходы в биогаз или биомасло. Их используют для отапливания помещений¹¹. А сухие остатки смешиваются с щепой и отдаются в качестве удобрения.

Важно пробовать и перенимать опыт тех стран, чьи площади перестали вмещать в себя очередную свалку и людям пришлось задуматься о переработке мусора. Да, площади нашей страны пока позволяют заботиться о других проблемах, но в итоге, эта ждёт и нас.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Понятие «мусор» не известно природе. У неё нет лишнего, нет отходов. Всё, что у природы отжило, падает на землю, разлагается, преобразуется, обогащает её.

Настоящий проект наглядно доказывает: такой простой круговорот жизни с отходами в состоянии повторить и мы. Огрызок от яблока и банановая кожура стали удобрением для томатов, а не лежат в слоях мусора на полигоне. Для этого потребовалось лишь знание, желание и немного усилий.

Проблему свалок решить куда проще, если каждый из нас попробует иначе отнестись к пищевым отходам, кроме как брезгливо выбросить их в мусорное ведро. Зерном и чёрным подсохшим хлебом можно подкармливать птиц, косточками и старыми котлетами – собак, растительные остатки увозить бабушке не дачу. Покупать и готовить ровно столько, сколько нужно. Хранить еду правильно. Делиться ею с теми, кому она нужна. Таким образом можно уменьшить количество выбрасываемого мусора как минимум втрое.

В рамках работы над проектом теоретический материал об эффективности компостирования был подтвержден на практике. Настоящее исследование доказывает, что лучший способ обращения с отходами – не отправка их на полигон, а переработка. Практическое применение данной работы состоит в мотивации слушателей и побуждении их к заботе об экологии региона.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Возна Л.И. Компосты, почвы, удобрения. - Астрель: Кладезь, 2013. URL https://www.libfox.ru/434522-lyubov-vozna-komposty-pochvy-udobreniya.html#book

2. Биотехнология и микробиология анаэробной переработки органических коммунальных отходов. Общая ред. и составл. Ножевникова А.Н. – М.: Университетская книга, 2016.

3. Яковлев А.С. Как мусор захватил Россию и можно ли её спасти. – Москва: Индивидуум, 2021.

4. Васильева А. СПЧ выступил с многоразовыми рекомендациями // Коммерсантъ. 2019. 18 июня. URL: https://www.kommersant.ru/doc/4004176

5. Стеценко Ю.А., Жидкова А.Ю. Загрязнение окружающей среды твердыми бытовыми отходами // Вестник Таганрогского института имени А. П. Чехова. 2020. URL https://cyberleninka.ru/article/n/zagryaznenie-okruzhayuschey-sredy-tverdymi-bytovymi-othodami

6. Федеральный закон РФ от 24.06.1998 N89-ФЗ «Об отходах производства и потребления». URL:http://www.kremlin.ru/acts/bank/12555

7. Что такое компост и для чего он нужен // ФГБУ Россельхозцентр. 2024. 22 февраля URL https://rosselhoscenter.ru/ob-uchrezhdenii/filialy/sibirskiy/respublika-tyva/chto-takoe-kompost-i-dlya-chego-on-nuzhen/

8. Шабанова М.А. Выбрасывание продуктов и практики по «спасанию» еды в России (микроуровень анализа) // Экономическая социология. Т. 23. №1. 2023 январь. URL https://iq.hse.ru/news/571145827.html

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рисунок 2. Подготовка объектов наблюдения

Рисунок 3. Фиксация состояния объекта наблюдения 23.09.2023

Рисунок 4. Подготовка 2 этапа проекта. 23.09.2023

Рисунок 5. Фиксация результатов 2 этапа проекта

Ноябрь 2023

Январь 2024

Февраль 2024

Рисунок 5.1. Финальная фиксация результатов проекта

Март 2024

Р исунок 5.2

Р исунок 5.3.