Проектно-исследовательская работа по теме: "Эффективные, необходимые, но безопасные ли?"

изучить Стоимость 1 кг хлорида калия (производитель – «Фаско») в Курске составляет 89 рублей.

Стоимость 50 кг азофоски (производитель – «Агронова») в Курске составляет 1600 рублей.

Электроэнергия и другие коммунальные услуги при приготовлении не использовались, поэтому их себестоимость – 0 рублей.

Таким образом, себестоимость приготовленного нами экологически чистого АГР за 1 кг составляет 68 рублей (таблица 1, приложение 5). Для сравнения, себестоимость исследуемых нами АГР составляя 210 рублей (MrDefroster) и 240 рублей (INIS Антилед) за 1 кг.

• литературу по данному вопросу;

• выявить наиболее часто используемые в нашем городе вещества для борьбы с гололедицей;

• изучить химический состав антигололёдных реагентов, используемых на улицах нашего города;

• провести качественный и количественный анализ снежного покрова дорожного покрытия после использования АГР;

• используя метод моделирующего эксперимента и биотестирования определить степень влияния на окружающую среду АГР;

• выяснить какие ионы, входящие в состав АГР, наносят наибольший вред живой и неживой природе.

Объект исследования: снег, почва, антигололедные реагенты

Предмет исследования: эффективность и безопасность действия различных противогололедных реагентов

Гипотеза: не все антигололедные реагенты оказывают одинаковый воздействие на окружающую среду.

Методы исследования:

• теоретический анализ литературы и методических рекомендаций по проблемам исследования;

• качественный и количественный анализ;

• моделирующий эксперимент;

• биотестирование;

• обработка полученных данных.

Теоретическая и практическая значимость исследования заключается в том, что его основные положения и результаты могут быть использованы при изучении  школьного курса химии и экологии, а также в повседневной жизни человека.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Историческая справка

Впервые методы и вещества для борьбы со снегом и льдом начали применяться в Европе в 1947 году. В России противогололедные соли стали использовать в 1966 году: к песку добавлялись хлориды натрия и кальция. До середины 60-х годов на территории СССР чистые соли не применялись. Из-за постоянного засорения песком ливневой канализации количество песка стали сокращать. При этом долю технической соли (NaCl) стали повышать, что губительно отразилось на растительности, например в Москве погибло или было угнетено до 60-70% деревьев. После этого было принято решение отказаться от применения технической соли в столице. В настоящее время в г.Москве для борьбы с гололедом используются как твердые, так и жидкие препараты, содержащие ингибиторы коррозии, нитриты, нитраты, мочевину. Между тем многие европейские страны используют современные безопасные реагенты, мраморную и гранитную крошку. Также в некоторых странах Скандинавского полуострова обработку улиц производят до, а не после выпадения снега. Еще одним интересным фактом является то, что там постоянно моют дороги специальными шампунями. А В Норвегии и Швеции вообще не используют никакие химические реагенты – просто вовремя убирают выпавшие осадки снегоуборочной техникой. ^[5] Сейчас во многих городах России до сих пор для борьбы с ледяным покровом применяется техническая соль. Курская область не исключение.

1. Основа состава и виды антигололедных реагентов

АГР можно класиифицировать:

Инертные материалы

Это привычные всем русским людям песок, гранитная и мраморная крошка и т.д. Сами по себе они не растапливают лёд. Главная задача таких средств – это снизить скольжение на льду. При ярком солнечном освещении более тёмные частицы песка или гранита притягивают к себе тепло и немного плавят лёд. Правда при сильных морозах какого-то значительного таяния не удаётся достичь. Такие противогололёдные материалы вполне логично будет использовать на небольших участках, например, во дворе пригородного дома. А вот качественно обработать с помощью обычного песка большие площади практически невозможно.
Сухие реагенты

Такие противогололедные материалы не просто снижают скольжение – они растапливают лёд благодаря содержанию в них особых химических веществ. Пожалуй, самый известный реагент этого типа – поваренная соль. Соприкасаясь со льдом, она снижает температуру его плавления на несколько градусов. Однако использование соли вызывает всё больше споров, так как она небезопасна для здоровья животных, разъедает обувь и металлические части автомобилей. Сейчас большое распространение получили более совершенные средства, например антигололёдные материалы Рокмелт. Они безвредны для окружающей среды и, что немаловажно, могут использоваться при морозах до -30 градусов по Цельсию. По своим техническим показателям новые противогололедные материалы значительно превосходят привычную нам соль.
Жидкие реагенты

Жидкие противогололёдные материалы обычно используются не столько для того, чтобы растопить уже существующий лёд, сколько для предотвращения его появления на дороге. Один из важных недостатков, присущих им, – это необходимость использования для их нанесения специальной техники.

В состав любого АГР входит техническая соль различной концентрации. В таблице приведены наименования наиболее часто встречающихся в составе АГР солей и их характеристики. ^[6]

Характеристика веществ, входящих в состав АГР, представлена в таблице 1 (приложение 1).

1. Процессы, протекающие на поверхности

Принцип действия реагента напрямую зависит от его состава. Так, самый популярный противогололедный реагент, техническая соль NaCl, обладает способностью при контакте со льдом образовывать насыщенный солевой раствор с низкой температурой замерзания. Если чистая вода замерзает при 0 ºC, то насыщенный раствор NaCl замерзает только при -21 ºC. В результате вместо льда на обработанной хлоридом натрия поверхности остается только соленая вода, температура ее замерзания зависит от концентрации раствора. Рекомендованный температурный диапазон использования технической соли ‒ от +2 до -15 ºC.

Хлорид кальция действует иначе, при контакте со льдом он выделяет большое количество тепла. Лед плавится, вместо него образуется раствор, температура замерзания которого напрямую зависит от концентрации хлорида кальция. Так, 30%-й раствор CaCl2 замерзает при температуре ниже -40 ºC. Благодаря этому реагенты на основе хлорида кальция эффективно работают при морозах до -30-35 ºC (зависит от концентрации CaCl2).

Действие хлорида магния во многом аналогично действию хлорида натрия – образующийся при контакте со льдом солевой раствор имеет низкую температуру замерзания, до - 33 ºC. В отличие от хлорида натрия, хлорид магния намного более безопасен для природы.

Отметим, что с точки зрения противогололедной активности выгоднее использовать не отдельные реагенты, а их смеси. Действие компонентов дополняет друг друга, в итоге смесь солей действует эффективнее, чем при отдельном использовании реагентов. Именно поэтому противогололедные реагенты чаще всего представлены в виде смесей – например, смеси NaCl и CaCl2.

Температура, при которой такая смесь наиболее эффективна, будет зависеть от соотношения компонентов: чем больше в смеси доля хлорида кальция, тем при более низкой температуре может работать реагент. ^[3]

1. Нормативно – правовые требования

В соответствии с технической документацией намечаемой хозяйственной деятельности, связанной с применением специальных материалов, предназначенных для зимнего и летнего содержания объектов городского дорожного хозяйства и объектов гражданской авиации все АГР должны отвечать следующим требованиям:

1) Снижать точку замерзания воды при отрицательных температурах;

2) Быстро взаимодействовать и плавить снежно-ледяные отложения;

3) Не повышать скользкость дорожного покрытия до опасных значений;

4) Не вызывать вредного воздействия на дорожные покрытия;

5) Не угнетать зеленые насаждения;

6) Не оказывать отрицательного влияния на металл, резину и кожу;

7) Быть безвредными для здоровья человека и экологии

Рекомендуемая область применения АГР описана в таблице 2 (приложение 1).

II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Исследования снегового покрова

В зимний период (февраль 2017) во время активного использования АГР нами были взяты пробы снега на пер. Блинова, непосредственно напротив здания Гимназии №44. Большой трафик на данном переулке обеспечивают родители обучающихся, в маршрут общественного транспорта пер. Блинова не включен. Обработку дорожного полотна АГР производит дорожно – коммунальная служба центрального округа, которые также сообщили нам, что обработка проводится песко – соляной смесью (фото 1, приложение 3).

2.1.1. Методики проведения качественного анализа

Приготовление водной вытяжки из снега, взятого возле дороги рядом с гимназией (фото 2, приложение 3).

Снег оттаивают, затем талую воду отфильтровывают через бумажный фильтр. 

2.1.1.1 Методика определения хлорид – иона Cl^–

В пробирку помещается 5 мл водной вытяжки, подкисляется азотной кислотой (1-2 капли) для разрушения бикарбонатов, добавляется несколько капель азотнокислого серебра, перемешивают. При наличии осадка AgCl можно говорить о содержании хлорид-иона.

AgNO₃ + Cl^– → AgCl↓ + NO₃^–

2.1.1.2 Методика определения сульфат – иона SO₄^2–

Фильтрат водной вытяжки в количестве 2 мл вносят в пробирку, приливают несколько капель концентрированной соляной кислоты и 1-2 мл раствора хлорида бария. Раствор в пробирке нагревают на пламени спиртовки до кипения. При наличии сульфат – ионов сульфат бария выпадает в виде белого осадка. 

H₂SO₄^2– + Ba²⁺→ BaSO₄↓ 

2.1.1.3 Методика определения иона кальция Са²⁺

Фильтрат водной вытяжки в количестве 3 мл  наливают в пробирку, подкисляют 1-2 каплями разбавленной соляной кислоты и добавляют 1,5-2 мл 4 %-ого раствора щавелевокислого аммония (оксалата аммония). При наличии кальция протекает реакция между реагентами, в ходе которой образуется белый кристаллический осадок оксалата кальция, наблюдается помутнение раствора.

Ca²⁺ + H₄NOOCOONH₄ → CaOOCOOСа↓ + 2NH₄^–

2.1.1.4 Методика определения нитрат – иона NO₃^–

В пробирку вносят 2 мл фильтрата водной вытяжки и по каплям добавляют раствор дифениламина в серной кислоте. При наличии нитратов раствор окрашивается в синий цвет.

2.1.2 Методика проведения количественного анализа

Нами было определено количественное содержание хлорид – ионов Cl^– во взятой нами пробе снега методом осадительного титрования (метод Мора). Данный метод, один из методов аргентометрии, основан на реакции осаждения хлорид – ионов Cl^– катионами серебра Ag⁺ c образованием осадка AgCl.

Титрантом является раствор нитрата серебра АgNОз 0.1 моль/л.

Индикатором является хромат калия К₂СгО₄ 5 %.

Пробы почвы довели до воздушно-сухого состояния, измельчили, пропустили через сито с круглыми отверстиями диаметром 1-2 мм и хранили в пластиковых коробках. Пробу на анализ из коробки отбирали ложкой, предварительно перемешав почву на всю глубину коробки. Из коробки почву высыпали на ровную поверхность, тщательно перемешали и распределили слоем толщиной не более 1 см. Пробу на анализ отбирали из пяти разных мест. Масса пробы - 30 г.

Образец ранее приготовленной почвы перенесли в коническую колбу объемом 100 мл, залили 50 мл дистиллированной воды, хорошо взболтали и отфильтровали. Затем взяли 25 мл приготовленной почвенной вытяжки, добавили к ней 0.5 мл капли хромата калия (K₂CrO₄) и ещё раз хорошо взболтали. Полученный раствор титровали нитратом серебра (AgNO₃), пока он не приобрёл оранжевую окраску. [ГОСТ 26425-85]

2.2 Исследования различных АГР, используемых в г. Курске

Для исследования были выбраны следующие реагенты: хлорид натрия (поваренная соль), INIS Антилед и MrDefroster. Выбор объясняется тем, что АГР именно этих производителей чаще всего используются дорожно – коммунальной службой города Курска для обеспечения безопасности на скользких дорогах и тротуарах.

2.2.1 Исследование состава АГР

Для исследования состава, свойств, особенностей применения противогололедных средств изучались их этикетки. Состав, свойства и особенности применения АГР, с которыми мы проводили исследования, представлены в таблице 3 (приложение 2).

2.2.2 Методика определение влияния растворов АГР на протекание процессов коррозии железных предметов

При использовании АГР они так или иначе реагируют с металлическими конструкциями, такие как днища автомобилей, металлические трубы и ограждения. А могут ли АГР каким-то образом повлиять на различные металлические изделия, несмотря на то, по ГОСТу в состав АГР должны входить антикоррозийные вещества. Исходя из этого, было решено на примере железных предметов (гвоздей) изучить влияние растворов АГР на их коррозию. Для проведения опыта, в стеклянные стаканы налили 1% растворы АГР.

2.2.3 Методика определения влияния растворов АГР на состояние тканей и кожи

Ежедневно наша обувь или брюки соприкасаются с АГР, которыми усыпаны тротуары^[1], именно поэтому мы решили изучить, как влияют растворы АГР на различные материалы, из которых сделаны наши обувь или одежда, на примере лоскутов натуральной кожи и плотной джинсовой ткани. В стеклянные стаканы с 1% растворами АГР помещались лоскуты тканей, изменения фиксировались.

2.2.4 Биотестирование

Биотестирование - оценка состояния окружающей среды по живым организмам. Для биотестирования используются самые различные организмы (растения, водоросли, ракообразные, моллюски и рыбы).

Под биотестированием понимают приемы исследования, с помощью которых о качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетании с другими, судят о выживаемости, состоянию и поведению специально помещенных в эту среду организмов — тест-обьектов. Рост особей, их продуктивность, выживаемость служат показателями для биотестирования качества среды. ^[7]

2.2.4.1 Влияние растворов АГР на всходы газонно-цветковой смеси

При таянии снегов остатки растворов АГР так или иначе, смываясь дождями, со стоками и ручьями, попадают в почву, обеспечивая ее засолевание и влияя на растительность. Смоделировать данное влияние мы решили на примере газонно-цветковой смеси. В кюветы с землей были посеяны по 15 семян (семена предварительно проверялись на всхожесть, всхожесть составила 96%), как только растения проросли на 4-5 см, мы начали поливать их заранее приготовленными растворами АГР, которые были равны ПДК, и превышали ее в 1, 2, 3 раза. Один кювет был контрольным, поливался также, только водопроводной водой.

Предельно допустимая концентрация хлорид – ионов Cl^– – 300 мг/дм³

2.2.4.1 Влияние растворов АГР на жизнедеятельность инфузорий- туфелек

Использование инфузорий для тестирования имеет свои преимущества: они имеют короткий цикл размножения, поэтому быстро достигается высокая численность популяции, они просты в содержании и достаточно чувствительны. Методика основана на определении смертности инфузорий (Paramecium caudatum) при воздействии токсических веществ, присутствующих в исследуемой среде, по сравнению с контролем.

Действие АГР определялась по изменению характера движения инфузорий и времени наступления их гибели. Чистая культура инфузорий для эксперимента была приобретена на кафедре зоологии КГУ. При определении действия антигололедных средств на инфузории в емкость с культурами этих простейших добавляли небольшое количество АГР различной концентрации и наблюдали за их поведением с помощью цифрового микроскопа, фиксируя изменение их активности, время гибели.

Для проведения анализа готовили ряд последовательных десятикратных разведений растворов АГР от 1:10 до 1:10⁴ . Подготовленные растворы разливали в тщательно вымытые химические стаканы объёмом 50 мл, куда добавляли заранее приготовленные растворы АГР. В растворы вносили по 0,05 мл питательной среды, содержащей культуру инфузории. За происходящими изменениями наблюдали в течении получаса.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Результаты качественного анализа снежного покрова

После проведения качественных реакций, нами было выяснено, что в составе талого снега содержатся ионы кальция Ca²⁺, сульфат – ионы SO₄^2-, хлорид – ионы Cl^-, нитрат – ионы NO₃^- , которые в высоких концентрациях могут в значительной степени повлиять на окружающую среду, засаливая почву или с током талых вод попадая в водоемы. (фото 3-5, приложение 3)

Стоит отметить, что предельно допустимые концентрации для этих ионов не велики, поэтому при чрезмерном использовании реагентов это может иметь пагубное воздействие на растительность:

Хлорид – ион Cl^– – 300 мг/дм³

Ион кальция Cа²⁺ – 180 мг/дм³

Нитрат – ион NO₃^– – 40 мг/дм³

Сульфат – ион SO₄^2– – 100 мг/дм³

3.2 Результаты количественного анализа почвы

На титрование раствора водной вытяжки почвы ушло 0,45 мл нитрата серебра (AgNO₃). С помощью приведенного ниже уравнения (1), было установлено количественное содержание хлорид-ионов в равных образцах почв, взятых с территорий МБОУ «Гимназия №44 г. Курска» и Детского парка (фото 6-8, приложение 3). Среднее значение — 384,3 мг/кг, что превышает ПДК хлорид-ионов в почве, установленную санитарно-гигиеническими нормативами (360 мг/кг).  

х =( V(AgNO₃)×N(AgNO₃)×M(Cl^-)× 1000 ) / V(водн. выт.) (1) 

х – количественное содержание хлорид-ионов в почве (мг/кг) 

V(AgNO₃) – объем нитрата серебра, ушедшего на титрование (мл), 

N(AgNO₃) – нормальность раствора нитрата серебра, 

M(Cl¯) – молярная масса хлора, 

V (водн. выт.) – объем водной вытяжки (мл). 

3.3 Результаты изучения состава АГР

Противогололедные реагенты INIS Антилед и Mr.Defroster были приобретены нами в магазине товаров для дома и стройки «Леруа Мерлен», поваренная соль более доступна – она продается в каждом продуктовом магазине.

Исходя из составленной нами таблицы (таблица 3, приложение 2), можно сделать вывод о том, антигололедные средства достаточно дорогие, более доступным реагентом является поваренная соль. Также для привлечения покупателей изготовители АГР используют громкие рекламные обещания, в том числе говоря о том, что их товар экологически чистый.

3.4 Результаты определения влияния растворов АГР на протекание процессов коррозии железных предметов

Во время гололедицы АГР активно используются, ими в обилии покрывают покрытые льдом дороги и тротуары. Из-за этого антигололедные средства соприкасаются с металлическими днищами автомобилей или железными конструкциями ограждений.

В первый день появились слабые следы ржавчины на гвоздях во всех образцах, кроме Mr.Defroster. Наибольшее образование ржавчины в следующих образцах с растворами пищевой соды и «INIS Антилед» (фото 9-10, приложение 3).

1. В сравнении с контрольной пробой (водопроводной водой) Mr.Defroster замедляет процесс коррозии, а остальные средства его ускоряют.

3.5 Результаты определения влияния растворов АГР на состояние тканей и кожи

Нами было выяснено, что все исследуемые нами АГР оставляют белесые следы на натуральной коже, которая служит материалом для обуви. А вот на джинсовой ткани такой след оставил только антигололедный реагент «INIS Антилед», когда растворы других реагентов никак не повлияли на плотную ткань (фото 11-12, приложение 3).

Таким образом, воздействию АГР подвержена скорее обувь прохожих, чем одежда.

3.6 Результаты биотестирования

Биотестирование необходимо для того, чтобы максимально и наглядно смоделировать воздействие, которое оказывают АГР на окружающую среду.

3.6.1 Результаты изучения Влияние растворов АГР на всходы газонно-цветковой смеси

3 день эксперимента

Через три для после высадки семян они проросли: в одном кювете проросли все 15 посаженных (контрольный), в 4 кюветах по 14 семян (обрабатывались раствором поваренной соли), в 4 кюветах по 12 семян (обрабатывались раствором INIS Антилед ) и в 4 кюветах по 13 семян (обрабатывались раствором Mr.Defroster) (диаграмма 1, приложение 4).

5 день эксперимента

Семена обрабатываются в течение двух дней, за это время в растворах поваренной соли и MrDefroster с концентрацией равной ПДК число ростков не изменилось, с концентрацией, превышающей ПДК в 1 и 2 раза ростков стало на 1 меньше, а с концентрацией в три раза большей ПДК – 4 ростка увяло. В кюветах, которые обрабатываются раствором АГР INIS Антилед с концентрацией в 1 и 2 раза большей ПДК число ростков увеличилось на 1, а с концентрацией в три раза большей ПДК – число ростков не изменилось (диаграмма 2, приложение 4).

7 день эксперимента

Семена обрабатываются в течение четырех дней, за это время число ростков в кюветах с растворами поваренной соли и АГР Mr.Defroster заметно уменьшилось: в растворе поваренной соли с концентрацией в 1 раз большей ПДК увяли 2 ростка, а с концентрацией, превышающей ПДК в три раза – 6 ростков. Более губительное действие оказывает на ростки АГР Mr.Defroster, в его растворе с концентрацией равной ПДК увял один росток, превышающей ПДК в 2 раза – 5 ростков, а с концентрацией, большей нормы в 3 раза – 8 ростков. В кюветах, обрабатываемых раствором INIS Антилед, число ростков не изменилось за исключением кювета с концентрацией, большей ПДК в 3 раза – там увяли 2 ростка (диаграмма 3, приложение 4).

Таким образом, наиболее губительным для растительности является средство Mr.Defroster, содержащее в своем составе хлорид калия, а АГР INIS Антилед, напротив, интенсифицирует рост растений (фото 13-18, приложение 3).

3.6.2.Результаты изучения влияния растворов АГР на жизнедеятельность инфузорий – туфелек

Преимущество метода биотестирования на инфузориях Tetrahymena

pyriformis связано с особенностями тест-объекта: инфузории проявляют высокую чувствительность к широкому кругу токсикантов, имеют относительно короткий цикл развития, объединяют признаки отдельной клетки и целого организма; сходство с животными по кислотно-щелочному типу пищеварения, аналогичных ферментных систем, хорошо развитых митохондрий и характеризуются универсальным кодом нуклеиновых кислот, сходным с кодом высших животных. Критерии токсичности: гибель клеток, изменение численности клеток в культуре, средняя скорость роста, суточный прирост культуры; характер и скорость движения инфузории, изменение формы клетки.

При внесении культуры Tetrahymena pyriformis в раствор поваренной соли в разведении 1:10 наблюдалась мгновенная гибель культуры, в разведении 1:10³ гибель клеток наступала в течение 15-20 минут экспозиции. В разведениях данного средства 1:10⁴ наблюдалось замедление двигательных функций простейших и их постепенная гибель. Также менее агрессивным составом обладают противогололедный реагент MrDefroster.

Раствор антигололедного реагента INIS Антилед оказывал более

агрессивное воздействие на культуру Tetrahymena pyriformis, что проявлялось более ранней гибелью инфузорий. При этом внесение клеток Tetrahymena pyriformis в раствор средства в разведении 1:10³ приводило к мгновенной гибели культуры, в разведении 1:10⁴ гибель клеток наступала через 3-4 часа. Двигательная активность инфузории низкая. При микрокопировании наблюдалась деформация формы простейших (фото 19-21, приложение 3).

В результате исследования установлено, что все исследуемые антигололедные реагенты, в той или иной степени оказывают негативное воздействие на жизнедеятельность инфузории. Степень губительного воздействия АГР на живую клетку прямо пропорциональна их концентрации.

Максимальное по качеству и количеству, веществ, способных оказывать негативное влияние на живой объект, содержится в АГР INIS Антилед, который оказывает наиболее токсичное воздействие вызывая гибель и деформацию клеток инфузории

IV. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО И БЕЗОПАСНОГО АНТИГОЛОЛЕДНОГО РЕАГЕНТА

4.1 Анализ полученных в ходе исследования данных

После проведенных нами исследований, нами было выяснено, что различные антигололедные реагенты оказывают неодинаковое воздействие на окружающую среду.

Так например, наиболее губительное воздействие на прорастание семян оказывали поваренная соль (натрия хлорид) и средство MrDefroster, а средство INIS Антилед интенсифицирует прорастание семян за счет входящего в него карбамида (мочевина), который является удобрением.

Однако, по результатам наших исследований и поваренная соль, и INIS Антилед ускоряют процесс коррозии, а вот MrDefroster, в состав которого входит хлорид калия, наоборот замедляет данный процесс.

Также, нам стало известно, что средство INIS Антилед, в состав которого входит хлорид кальция, сильнее всех рассмотренных АГР влияет на кожу и ткань, оставляя ярко выраженные белые следы.

4.2 Приготовление АГР

Таким образом, мы сделали вывод о том, что в состав экологически чистого и безопасного АГР должны входить хлорид калия (KCl), азотсодержащее удобрение, а присутствие хлорида натрия (NaCl) и хлорида кальция (CaCl₂) не желательно.

В качестве удобрения было взято средство «Азофоска»

Азофоска (нитроаммофоска, NPK) – это высокоэффективное экономичное комплексное удобрение, предназначенное для внесения под различные сельскохозяйственные культуры и практически в любые грунты.^[8]

Для того, чтобы грамотно рассчитать пропорцию, в которой следует смешивать вещества, нужно прибегнуть к изучению ПДК ионов выбранных нами реагентов.

Хлорид – ион Cl^– – 300 мг/дм³

Ион калия К⁺ – 50 мг/дм³

Фосфид – ион Р^3– – 210 мг/дм³

Нитрид – ион N^3– – 320 мг/дм³

Таким образом мы выяснили, что оптимальное соотношении – 5:3

(5 частей хлорида калия к трем частям азофоски)

4.3 Экономическое обоснование

Стоимость 1 кг хлорида калия (производитель – «Фаско») в Курске составляет 89 рублей.

Стоимость 50 кг азофоски (производитель – «Агронова») в Курске составляет 1600 рублей.

Электроэнергия и другие коммунальные услуги при приготовлении не использовались, поэтому их себестоимость – 0 рублей.

Таким образом, себестоимость приготовленного нами экологически чистого АГР за 1 кг составляет 68 рублей (таблица 1, приложение 5). Для сравнения, себестоимость исследуемых нами АГР составляя 210 рублей (MrDefroster) и 240 рублей (INIS Антилед) за 1 кг.

4.4 Тестирование созданного АГР

Для того, чтобы убедиться в том, что наш АГР является экологически безопасным продуктом, мы решили протестировать созданный антигололедный реагент на влияние на кожу и ткань, процесс коррозии, прорастание семян по описанным в данной работе методикам (п. 2.2.2, 2.2.3, 2.2.4.1).

По результатам исследований было выяснено, что раствор предложенного нами АГР замедляет процесс коррозии по сравнению с контрольным образцом, оставляет незначительные белые следы на натуральной коже, не влияет на состояние джинсовой ткани (фото 22-23, приложение 3).

По результатам биотестирования, что концентрация АГР, превышающая ПДК в 1 и 2 раза не влияет на прорастание газонно – цветковой смеси, а в кювете, обрабатываемом раствором АГР, превышающем ПДК в 3 раза увяли 2 ростка (диаграмма 4, приложение 5).

Также при тестировании необходимо не забывать об основном назначении АГР – обеспечивать безопасность ледового покрытья дорог и тротуаров. Для того, чтобы это проверить, мы распределили созданный нами АГР по оледеневшей тротуарной плитке. После 10 минут по поверхности стало намного безопаснее ходить, но при этом не образовалось серо – коричневой смесь песка и снега, которая образуется при обработке дорог песко – соляной смесью.

Таким образом, созданное нами средство для борьбы с гололедицей является не только эффективным, но и экологически чистым и сравнительно недорогим, что является преимущество по сравнению с другими АГР.

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения исследовательской работы, мы пришли к следующим выводам:

1. Талый снег после обработки АГР содержит в себе ионы кальция Ca²⁺, сульфат – ионы SO₄^2-, хлорид – ионы Cl^-, нитрат – ионы NO₃^-, которые с таянием снежного покрова попадают в почву. Из-за этого, как мы выяснили, содержание хлорид – ионов Cl^- в почве превышает предельно допустимую концентрацию и может пагубно сказаться на флоре и фауне почвы.

2. Наиболее часто используемые АГР ускоряют процесс коррозии металлов, что понижает износостойкость металлических конструкций автомобилей или ограждений.

3. Благодаря проведенному нами биотестированию, мы можем сказать, что практически все исследуемые средства оказывают негативное воздействие на живые организмы даже в маленьких концентрациях, , что может негативно повлиять на экологическое состояние окружающей среды, в частности водоемов, почвы и их обитателей.

4. Вопреки рекламной информации, которую пользователи могут прочитать на этикетках, антигололедные реагенты не являются экологически чистыми продуктами, а наоборот, могут в значительной степени нанести урон природе.

5. Исходя из проведенных нами исследований, мы выяснили, что некоторые АГР замедляют процесс коррозии, другие – интенсифицируют прорастание семян. Таким образом различные АГР оказывают неодинаковое воздействие на окружающую среду, что подтверждает выдвинутую нами гипотезу.

6. Созданное нами средство для борьбы с гололедицей является не только эффективным, но и экологически чистым и сравнительно недорогим, что является преимущество по сравнению с другими АГР.

7. Полученная информация по результатам исследовательской работы может быть использована на факультативных занятиях и элективных курсах по химии.

VI. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМХ ИСТОЧНИКОВ

1. Заключение по результатам испытаний кожи для верха обуви и меха, обработанных хи- мическими реагентами, входящими в состав противогололедных материалов. ИЦ «КОЖА И ОБУВЬ» ОАО «ЦНИИКП». – М., 2013. – 15 с.

2. Техническая документация намечаемой хозяйственной деятельности, связанной с применением специальных материалов, предназначенных для зимнего и летнего содержания объектов городского дорожного хозяйства и объектов гражданской авиации. ООО «Научно-производственное объединение «Институт экологии и энергосберегающих технологий». – М., 2014. – 56 с.

3. Мосин О. В., Статья об антигололёдных средствах К.Х.Н. – М., 2015. – 2 с.

4. Подольский В.П., Самодурова Т.В., Федорова Ю.В. Экологические аспекты зимнего содержания дорог. – Воронеж, 2000. – 152 с.

5. https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2013/11/27/antigololednye-reagenty

6. http://www.rmelt.ru/articles/vidy_protivogololednyh_materialov

7. http://ru-ecology.info/term/25113

8. https://tk9.ru/in/azofoska/

Приложение 1

Таблица 1.Свойства веществ, входящих в состав АГР

Таблица 2 Рекомендуемая область применения АГР

Приложение 3

Фото 6-8 Количественный анализ

Фото 3-5 Качественный анализ

Фото 1 Забор пробы

Фото 2 Изготовление вытяжки

Фото 11-12 Влияние АГР на кожу и джинсу

Фото 9-10 Влияние АГР на процесс коррозии

Фото 19-21 Влияние АГР на инфузории туфельки

Фото 13-18 Влияние АГР на

газонно-цветковую смесь

Фото 22-23. Тестирование ЕСО АГР

Приложение 4.

Диаграмма 1. Третий день биотестирования

Диаграмма 2. Пятый день биотестирования

Диаграмма 3. Седьмой день биотестирования

Приложение 5.

Таблица 4. Расчет себестоимости изготовленного АГР

Диаграмма 4. Влияние ECO АГР газонно – цветковую смесь.