Изучение влияния синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных и наземных растений
Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Среда» среди работ учащихся 10−11 классов
Актуальность работы
Синтетические моющие средства находят всё больше областей применения, вследствие чего увеличилось их попадание в окружающую среду. Вместе со сточными водами средства для мытья посуды, растворы мыла и шампуня попадают в почву и водоёмы. Однако последствия этого явления до конца неясны. А в СМИ бытует информация, что из-за загрязнения водоёмов моющими средствами усиленно разрастаются водоросли и водные растения. Но так ли это?
Гипотеза исследования:
Моющие средства благотворно влияют на жизнедеятельность растительных организмов и ускоряют процесс прорастания семян
Цель
Установить характер воздействия моющих средств на жизнедеятельность водных и наземных растений, определить безопасные концентрации моющих средств для растительных культур.
Описание работы
В ходе работы был изучен механизм действия синтетических моющих средств (СМС), проведены серии опытов над высшими и низшими водными растениями (водоросль Эгагропила, водное растение Элодея зубчатая), а также над наземными растениями (семена и проростки Горчицы салатной). Изучалось воздействие растворов разных концентраций «Fairy» и шампуня «Чистая линия» на жизнедеятельность этих растений, характер изменений, происходящих в клетках растений и скорость этих изменений.
При работе были использованы методы теоретического и экспериментального исследования, микроскопии и статистические методы. Каждый эксперимент проводился с пятикратной повторяемостью по 10 образцов и параллельно сравнивался с контрольным вариантом.
Эксперименты с водными растениями проводились с повременным контролем: через каждые 20 минут из опытных и контрольных сред изымалось по 5 образцов культур, которые мы исследовали под микроскопом, фотографировали, а затем подробно описывали все изменения.
В ходе работы авторы столкнулись с существенным влиянием неблагоприятных внешних условий на проращивание семян, которые искажали результаты опытов, поэтому разработали и сконструировали тепличку на основе террариума, в которой и проводили эксперименты.
Результаты
Оснащение и оборудование, использованное в работе
Микроскопы световые «Микромед», чашки Петри, предметные и покровные стекла, тепличка для проращивания семян на основе террариума, рН-метр Vernier, регистратор LabQuest, градуированные пипетки, мерные цилиндры и другая мерная посуда 2-го класса точности, фотокамеры смартфонов Samsung.
Награды/достижения
Московский городской конкурс проектов – призёр.
Конференция «От атома до галактики» – победитель.
Перспективы развития результатов работы
Особое мнение
«Наши ожидания во многом не были оправданы – результаты экспериментов были неожиданными. Это только подкрепляло наш интерес.
Во время исследования мы столкнулись с очень сложными, но невероятно интересными вещами, разобраться с которыми нам ещё предстоит.
Мы благодарны Курчатовской конференции за возможность рассказать людям о наших результатах, познакомиться с другими интересными работами.
Мы услышали полезные рекомендации и советы от экспертов, которые помогли нам определить дальнейшие направления нашего исследования»
При какой концентрации синтетических моющих средств погибает фитопланктон
Актуальностьи целесообразность исследования
Актуальность
Одной из проблем нашего общества является влияние синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека.
Первым направлением является забор свежей воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, в том числе безвозвратные.
Вторым направлением «использования» водных ресурсов отраслевыми хозяйствами является загрязнение водоемов вредными веществами.
Попадая в канализацию, содержащие СМС сточные воды затрудняют работу очистных сооружений, вызывают обильное образование пены.
В своей работе я хочу доказать, что накапливаясь в активном иле, СМС угнетающе действуют на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека в целом. Моя исследовательская работа полностью посвящена пагубному влиянию СМС на водную среду обитания и здоровье человека, я считаю это необходимо предотвратить.
Именно поэтому я выбрала эту тему для исследовательской работы.
Объект исследования:
Влияние синтетических моющих средств на водную среду обитания.
Предмет исследования:
Степень влияния синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека.
Цель исследования:
Изучение влияния синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека.
Задачи:
Проанализировать информационные источники по данной проблеме.
Сформулировать цель, задачи и гипотезу исследования.
Изучить влияние синтетических моющих средств на водные растения издоровье человека.
Определить, насколько вредны для здоровья человека синтетические моющие средства.
Сделать заключение и выводы.
Гипотеза:
Предполагается, что синтетические моющие средства пагубно влияют на водную среду обитания и здоровье человека.
Методы исследования:
Практическая значимость:
Данная работа может быть использована жителями различных сёл для профилактики и коррекции здоровья человека и жизнедеятельности водных растений.
2.Теоретическое обоснование
2.1. Информация о синтетическихмоющих средствах
2.2.Влияние синтетических моющих средств
После того как моющий раствор отработал, он попадает со сточными водами в городскую канализацию, затем в очистные сооружения, а иногда, без всякой отчистки, непосредственно в грунт или водоем. Попадая в канализацию, содержащие СМС сточные воды затрудняют работу очистных сооружений, вызывают обильное образование пены. Накапливаясь в активном иле, СМС угнетающе действуют на развитие микроорганизмов. СМС и его компоненты наносят вред рыбам и другим гидробионтам. Особенно большой вред наносится планктонным и бентосным организмам, составляющим основу пищевых цепей в водоёме. Планктон погибает при содержании поверхностно-активных веществ 1-1.5 мг/л, рыбы – 3-5мг/л.
В состав многих чистящих препаратов входят вещества, которые оказывают негативное воздействие на организм человека. При работе с моющими и чистящими веществами, мы вдыхаем химические испарения этих веществ, а они в свою очередь через легкие попадают в нашу кровь. Кожа человека так же впитывает в себя химикаты. Токсические элементы химических препаратов, при соприкосновении с кожей попадают внутрь организма. Ароматизаторы чистящих средств перебивают запах основы, но больше половины процентов химикатов, которые содержатся в ароматах, это продукты из нефти. При попадании в организм человека, они, как правило, не выводятся, а накапливаются в нем, а это приводит к образованию в организме раковых клеток.
3. Методы исследования
— Теоретические (обзор литературы, анализ информации по данной теме)
— Эмпирические (проведение исследования)
— Анализ полученных результатов
3.1. Результаты собственных исследований
В предложенной работе представлены данные экспериментального опыта влияния синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растений издоровье человека.
Опыт мною проводился в микролаборатории ГБОУ ДОД Самарского детского эколого-биологического центра.
Тема «Влияние синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растенийи здоровье человека»
Цели работы:
изучение влияния синтетических моющих средств на водные растения издоровье человека, ознакомление с методом очистки воды от СМС.
на примере растения Элодея доказать, что синтетические моющие средства наносят вред живому организму.
Оборудование из комплекта: воронка стеклянная держатель для пробирок, палочка стеклянная, пробирки – 2шт., стакан на 50мл-2шт., стёкла покровные и предметные, столик для сухого горючего, штатив для пробирок, фильтр бумажный.
Оборудование из кабинета: микроскоп, спиртовка.
Реактивы и материалы: раствор СМС, хлорид калия или натрия, рН-тест (индикаторная бумага), чистая вода, веточки элодеи.
Ход работы
1.Поместила по веточке элодеи в стакан с чистой водой и в стакан с раствором СМС.
2.Через 20 минут описала изменения, происходящие с обеими веточками: цвет, форму, состояние листьев.
3.Приготовила два микропрепарата листа элодеи: из сосуда с чистой водой и из сосуда с раствором СМС.
4.Поочерёдно рассмотрела микропрепараты под микроскопом и сравнила состояние растительных клеток.
Наблюдения через 20 минут в растворе
Предмет исследования – физиологические свойства гигрофилы длиннолистной
Оборудование и материалы – воронка стеклянная, держатель для пробирок, палочка стеклянная, пробирки – 2 шт., штатив для пробирок, стекла предметные и покровные, спиртовка, фильтр бумажный, микроскоп, материал для исследовательской работы: раствор синтетического моющего средства, хлорид калия или натрия, pH- тест (индикаторная бумага), чистая вода, водное растение гигрофила длиннолистная.
Место проведения исследования: МАОУ СОШ №154 г.Челябинска Калининского района.
Методы: анализ литературы, проведение простейших опытов, наблюдение, сравнение, анализ полученных результатов.
Новизна исследования: самостоятельное проведение эксперимента и его анализ.
Гипотеза – синтетические моющие средства плохо влияют на водные растения
I.Краткая характеристика синтетических моющих средств
Синтетические моющие средства представляют собой смеси, главный компонент которых — синтетические моющие вещества — в виде водных растворов. Они снимают с поверхности твердых тел (тканей, изделий) загрязнения различной природы.
В качестве моющих веществ используют анионоактивные, катионоактивные, амфотерные (амфолитные) и неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ), имеющие сродство к жировым поверхностям и к воде. Специальные вещества в составе синтетических моющих средств предохраняют ткани от повторного оседания грязи — резорбции. В современных СМС используют ПАВ, которые имеют степень биоразложения не менее 90%, тогда они не загрязняют окружающую среду.
Основные ингредиенты синтетических моющих средств и их назначение, приведены в таблице. [4]
Ингредиенты
Назначение
Основные компоненты: поверхностно-активные вещества (ПАВ)
Моющее действие. Анионактивные ПАВ лучше моют в щелочной среде. Катионактивные ПАВ используют так же как ингибиторы коррозии (для защиты стиральных машин), антистатики, эмульгаторы; обладают дезинфицирующим действием
Вспомогательные вещества: щелочные соли — карбонат и силикат натрия
Замедляет коррозию металлических частей стиральных машин, усиливает антирезорбционную способность и уменьшает гигроскопичность порошкообразных СМС
Нейтральные соли — сульфат и фосфат натрия
Для улучшения сыпучести порошка и растворимости его в воде, увеличивает моющую способность СМС. Фосфорные соли используют для снижения щелочности моющих растворов до рН » 7. Полифосфаты устраняют налет на тканях, образованный малорастворимыми соединениями, снижают зольность тканей
Для предотвращения резорбции грязи в составах СМС для льняных и хлопчатобумажных тканей
Для предотвращения резорбции грязи в составах СМС для шерстяных и шелковых тканей
Химические отбеливатели (персоли)
Для отбеливания хлопчатобумажных и льняных тканей. При нагревании выделяется атомарный кислород
Химические отбеливатели (перекись водорода)
Для отбеливания шерстяных и шелковых тканей
Физические (оптические) отбеливатели — флуоресци-рующие соединения
Для придания эффекта белизны за счет преобразования падающего света и отражение от ткани в голубой области спектра
Адсорбционные красители (ультрамарин, индиго, синтетические органические пигменты)
Действие основано на оптическом эффекте — адсорбция на поверхности тканей без химического воздействия. Ткань приобретает яркость за счет голубого или розового оттенков
Биодобавки — ферменты (липазы, протеазы и др.)
Для удаления загрязнений и пятен жирового происхождения (липиды) и белковых веществ (протеины): следы крови и др.
Для ароматизации белья
Для снятия статического электричества
II. Классификация синтетических моющих средств
По агрегатному состоянию (консистенции) мы имеем твердые, порошковые (гранулированные), жидкие и пастообразные CMC. [Приложение 1]
Объем производства порошкообразных средств составляет более 80 % общего объема производства CMC. Это наиболее концентрированные средства. Они удобны для введения вспомогательных компонентов и для упаковки. Порошкообразные средства использует большая часть потребителей.
Менее распространены моющие средства в таблетках, хотя они удобны и быстро дозируются, аллергические реакции на них отсутствуют. В зависимости от количества слоев таблетки растворяются с разной скоростью. Однослойные таблетки растворяются быстрее, в многослойных сначала растворяются энзимы — при низких температурах, затем кислородсодержащие отбеливатели — при высоких. Это обеспечивает большую эффективность стирки.[2]
Жидкие CMC не вызывают аллергических реакций, экономичнее в дозировании. Действительно, они не содержат химических отбеливателей, щелочных солей, ферментов, поэтому проявляют моющее действие только в мягкой воде и в основном для шерсти и шелка.
Пастообразные средства содержат до 40 % воды. В их состав могут входить практически все добавки, за исключением нестойких химических отбеливателей.
По назначению можно говорить о четырех группах CMC: для стирки изделий из хлопчатобумажных, льняных и смешанных тканей; для стирки изделий из шерсти, шелка и синтетических тканей; универсальных CMC и CMC комплексного действия.
По способу применения (способу стирки) различают CMC с высоким (ненормируемым) пенообразованием (для стирки вручную и в стиральных машинах активаторного типа) и с пониженным пенообразованием (для стирки в автоматических и полуавтоматических стиральных машинах).
По составу синтетические моющие средства бывают без перекисных соединений и биодобавок (простейшие) и с биодобавками, с перекисными соединениями, с перекисными соединениями и биодобавками, для шерсти, тонких тканей и детского белья, для цветных тканей и для снижения пиллинга (в наименование таких препаратов входит обозначение «колор», а их применение требует особого температурного режима. В их состав входят полимерные добавки, препятствующие переносу красителей с ткани в раствор), ароматизирующими (на упаковке обычно указывается, какой запах они придают белью).
Универсальные CMC пригодны для стирки изделий из волокон самой разной природы. Универсальность их Обеспечивается составом и дифференцированными условиями стирки. Наличие щелочных солей в составе универсальных CMC (рН равно 9—10) не оказывает отрицательного действия на изделия из белковых и синтетических волокон, так как при температуре 30 — 40 °С активность щелочного вещества невелика. Изделия из хлопчатобумажных и льняных тканей стирают с использованием универсальных CMC при более высокой температуре (60 — 80 °С). Выпускаются универсальные CMC с биодобавками для замачивания и стирки, без биодобавок и перекисных солей для стирки, с перекисными солями для стирки и отбеливания.
К синтетическим моющим средствам комплексного действия относятся средства для стирки и одновременного подкрахмаливания, дезинфекции, антистатической обработки изделий.
Для придания дезинфицирующих свойств в CMC комплексного действия вводят кислотостойкие альдегиды, четвертичные аммониевые, фосфониевые или арсониевые соли. В ряде патентов описаны способы получения антисептических, дезинфицирующих, бактерицидных и других CMC, специально предназначенных для мытья посуды, очистки различных емкостей, применения в госпитальной практике, а также окрашенных и многоцветных CMC.
Жидкие моющие средства подразделяются на CMC для стирки изделий из шерстяных, шелковых, синтетических и искусственных тканей в холодной и теплой воде и универсальные моющие средства.
Кусковые моющие средства хорошо зарекомендовали себя для стирки в условиях ограниченных водных ресурсов, отдыха, командировок, туризма и в быту, так как позволяют эффективно обрабатывать стираемые изделия. Стирка вручную небольшого количества изделий в малом объеме моющего раствора еще актуальна, несмотря на бурный рост производства стиральных машин и совершенствование их конструкций. Именно для нее исключительно эффективными являются CMC в кусковой товарной форме.[2]
ГОСТы 25644-88, 22567.1-10-77, 22567.14-93 предусматривают требования к составу, внешнему виду, показателям качества. Средства должны иметь установленный цвет и запах, однородную консистенцию, хорошо растворяться в воде и иметь рН раствора 7,5-11,5. Порошкообразные средства должны быть однородными, рассыпающимися, сухими на ощупь, т. е. не должны содержать избыток влаги, чтобы не слеживаться, не комковаться. Пастообразные и жидкие средства не должны содержать посторонние примеси и иметь неприятный запах.
III. Экспериментальная часть
1. Влияние СМС на зеленые водные растения
1. Поместите по веточке растения в стакан с чистой водой и в стакан с раствором СМС.
2. Через 20 минут опишите изменения обеих веточек: цвет, форму, состояние листьев.
3. Приготовьте два микропрепарата листа водного растения: из сосуда с чистой водой и из сосуда с раствором СМС.
4. Поочередно рассмотрите микропрепараты под микроскопом и сравните состояние растительных клеток.
2.Очистка воды от СМС на зеленые водные растения
Ход работы:
1. Налейте в пробирку раствор СМС до «5 мл»
2 Определите pH фильтрата с помощью pH-теста или индикаторной бумаги, опустите один конец полоски в раствор.
Добавьте в пробирку с СМС сухую соль – хлорид калия или натрия примерно на толщину 1 пальца, т.е. около 1-2 см.
Нагрейте содержимое пробирки, осторожно поместив ее в пламя. Опишите наблюдаемое.
3. Отфильтруйте содержимое пробирки. Опишите полученный фильтрат (цвет, прозрачность).
Определите pH фильтрата с помощью pH-теста или индикаторной бумаги, опустите один конец полоски в раствор.
Заключение и выводы
В ходе выполнения работы мы изучили влияние синтетических моющих средств на водные растения и познакомились с методом очистки воды от них, дополнительную литературу по заданной теме, правила работы с микроскопом правила по технике безопасности при проведении опытов, влияние абиотических факторов (неживой природы) на растения.
Проделали несложные опыты по определению влияния синтетических моющих средств на растения.
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
Таким образом, в заключении нужно сказать, что промышленные и сельскохозяйственные предприятия должны ставить фильтры, которые очищают воду, и она не загрязняла наши водоемы и не вредила растениям.
Список литературы
Приложение 1
Приложение 2
Правила работы с микроскопом
1. Микроскоп поставьте штативом к себе на расстоянии 5-10 см от края стола. Приведите микроскоп в рабочее положение, наклонив верхнюю часть штатива на 45 градусов. В отверстие предметного столика при помощи зеркала направьте свет.
2. Приготовленный препарат поместите на предметный столик и закрепите предметное стекло зажимами.
3. Пользуясь винтом, плавно опустите тубус так, чтобы нижний край объектива оказался на расстоянии 1-2 мм от препарата.
4. В окуляр смотрите одним глазом, не закрывая и не зажмуривая другой. Глядя в окуляр, при помощи винтов медленно поднимайте тубус, пока не появится чёткое изображение объекта исследования.
5. После работы микроскоп приведите в нерабочее положение и уберите в футляр.
Приложение 3
Растение в чистой воде Растение в СМС
Растение из воды с СМС Растение из чистой воды
Приложение 4
Микропрепарат водного растения в чистой воде
