Моющие средства и их действие на загрязнения. Исследовательская работа по биологии: «Влияние синтетических моющих средств на зеленые водные растения Почему опасными загрязнителями считаются моющие средства

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

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.

1. Объект исследования:

Влияние синтетических моющих средств на водную среду обитания.

1. Предмет исследования:

Степень влияния синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека.

1. Цель исследования:

Изучение влияния синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека.

1. 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.

1. Гипотеза:

Предполагается, что синтетические моющие средства пагубно влияют на водную среду обитания и здоровье человека.

1. Методы исследования:

Изучениевлияния синтетических моющих средств на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека - экспериментально-опытным путем.

1. 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

Синтетические моющие средства (СМС) - многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных твердых поверхностей-тканей, волокон, металлов, стекла, керамики. В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства для стирки белья и одежды, в отличие от мыла, пригодны для стирки в воде любой жесткости. Поэтому их удобно использовать при машинной стирке белья. Состав СМС бывает разным, но почти в каждом из них присутствуют поверхностно-активные вещества (ПАВ), в состав СМС вводят также различные добавки - ароматизаторы, антистатики, отбеливатели, растворители, ингибиторы коррозии, консерванты, пеногасители, красители, пигменты и другие.

Детергент (СПАВ) - моющее вещество, поверхностно активное вещество, относящееся к мылам - солям высших жирных кислот. В настоящее время к детергентам относят синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом. Наиболее распространены три вида смесей детергентов: мыло, стиральный порошок и шампуни.

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.

2.3. Данные о загрязнении моющими синтетическими средствами В стоках крупных механизированных прачечных ПАВ содержится от 200 мг/л и выше. Потребление ПАВ на одного жителя составляет 3,5 г в сутки. При потреблении воды в пределах 150-350 л на человека в сутки средне - расчетная концентрация ПАВ в коммунальных стоках составляет 7,1-20 мг/л. Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ, попадают в материковые воды и морскую среду. Ярким представителем являются стиральные порошки, моющие средства. Стиральные порошки на фосфатной основе отрицательно влияют не только непосредственно на здоровье человека, но и наносят огромный ущерб окружающей среде.

Фосфат натрия имеет способность проходить через самые современные очистительные сооружения и попадать в открытые водоемы. Оседая на дно, он становится удобрением для сине-зеленых водорослей, которые начинают активно размножаться и вода начинает цвести. Всего 1 грамм фосфата натрия стимулирует образование 5-10 кг водорослей, а по данным журнала “Бизнес” в 2009 году в Украине было продано 180-220 тонн стиральных порошков, то есть по минимальным подсчетам в воду попало 27 тонн триполифосфата натрия. Сине-зеленые водоросли безобидны лишь на первый взгляд. Активное размножение сине-зеленых приводит к ухудшению вкусовых качеств воды и возникновению неприятного запаха. Повышение критической массы водорослей активизируют процессы саморазложения, которые приводят к использованию кислорода содержащегося в воде и выделению в воду метана, сероводорода, аммиака и других токсичных веществ. В результате гибнут не только рыбы, известны случаи массового отравления домашних животных, которые пили воду из водоемов, где наблюдалось цветение сине-зеленых водорослей. Особую опасность для людей может представлять момент начального этапа разложения биомассы сине-зеленых водорослей, когда клетки микроорганизмов не утратили в своем большинстве способности продуцированию альбо - токсинов, и азотосодержащие компоненты, отмерших клеток, начинают разлагаться, выделяя токсичные продукты распада. Если в 1965 году в 1 куб. м черноморской воды было не более 50 г. микроорганизмов, то сейчас в 20 раз больше.

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

Очистка воды от СМС

Выводы:

При изучении влияния синтетических моющих средств на водные растения издоровье человека, было доказано, что под воздействием синтетических моющих средств (автомат) в листьях эладеи растительные клетки разрушаются. Соответственно это приводит к множеству нарушений в живых организмах.

Накапливаясь в активном иле, воде СМС угнетающе действуют на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека в целом: кожа человека впитывает в себя химикаты и токсические элементы химических препаратов, при соприкосновении с кожей попадают внутрь организма. При попадании в организм человека, они, как правило, не выводятся, а накапливаются в нем, а это приводит к образованию в организме раковых клеток.

В результате очистки воды от СМС фильтратом 12 (хлорид натрия), я отметила, что чем выше концентрация соли, тем больше происходит нейтрализация СМС и раствор становится менее агрессивным.

Заключение

В заключение можно сказать, что проанализировав информационные источники по данной проблеме и проведенного мною эксперимента - исследования следует, что под воздействием синтетических моющих средств, в живых организмах возникает множество нарушений: состояние листьев - рыхлое, растительные клетки - разрушаются.

СМС отрицательно влияют не только непосредственно на здоровье человека, но и наносят огромный ущерб окружающей среде.

Я доказала, что накапливаясь в активном иле, воде синтетические моющие средства угнетающе действуют на жизнедеятельность водных растений и здоровье человека в целом.

Методом очистки воды от СМС является использование фильтрата 12 (хлорид натрия).

ЛитератураСборники, справочники, учебные пособия.

Алексеев В. А. 300 вопросов и ответов по экологии. - Ярославль: Академия развития, 1998.

Миллер Т. Жизнь в окружающей среде, т.1. -М.: Прогресс,1993.

Пономарева И. Н. Экология. - М.: Вентана - Граф, 2001.

Реймерс Н. Ф. Краткий словарь биологических терминов. Просвещение.

Феокисистова Н. Ю. Бегущие по воде. 2002.

Шульпин Г. «Химия стирки». Наука и жизнь. 2015.

Интернет- ресурсы.

Режим доступа:

Сайт http://www.grandars.ru/college/tovarovedenie/sinteticheskie-moyushchie-sredstva.html

Сайт https://www.webkursovik.ru/kartgotrab.asp?id=-175103

Химическое загрязнение атмосферы

Химическое загрязнение природных вод

Синтетические поверхностно - активные вещества

Особенности загрязнения почвенных экосистем поверхностно-активными веществами

О влиянии моющих средств на окружающую среду

Пути решения экологических проблем

Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.

К моющим средствам относятся многокомпонентные смеси синтетических моющих (мылоподобных) веществ и различных вспомогательных составляющих (минеральных солей, органических добавок и др.) - так называемых синтетических моющих средств, все виды товарного жирового мыла, ряд продуктов природного происхождения (например, сапонины, жёлчь).

Теория моющего действия, разработанная академиком П.А. Ребиндером, рассматривает сложный комплекс различных процессов.

Согласно этой теории моющие средства должны быть высоко поверхностно-активными веществами (ПАВами), эмульгаторами гидрофильной природы. Поверхностное натяжение моющего раствора должно быть почти вдвое ниже, чем у воды.

ПАВы

Что такое ПАВ?

Поверхностно-активные вещества – это химические соединения, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз ), и вызывающие снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.

На межфазной поверхности поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации - адсорбционный слой .

Строение ПАВ

Строго говоря, очень многие вещества при соответствующих условиях могут проявить поверхностную активность, т. е. адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную энергию.

Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, присутствие которых в растворах уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения вещества этих растворов.

Как правило, такие вещества имеют дифильное строение молекул.

Слово дифильный можно перевести как «двояколюбящий» (от philéo - люблю). Или, выражаясь по-русски, дифильными можно назвать молекулы, имеющие сродство к веществам с разной природой.

Например, вода и масло почти не взаимодействуют друг с другом. Если их смешать в одной ёмкости, то такая смесь через некоторое время расслоится. Вода, как более тяжёлая, окажется внизу ёмкости, а масло соберётся в верхней её части.

Молекулы воды взаимодействуют друг с другом при помощи ориентационных сил, а молекулы масла – при помощи дисперсионных сил. Таким образом, при встрече вода и масло проявляют друг к другу безразличие.

В молекулах дифильных веществ одновременно присутствуют как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Примером полярных групп могут служить: –OH, -COOH, -NO2, -NH2, -CN, -OSO3 и т.д. Неполярной частью молекулы обычно являются углеводородные радикалы.

К ПАВам относятся карбоновые кислоты, их соли, спирты, амины, сульфокислоты и другие вещества.

Самым распространённым примером веществ с дифильной структурой являются мыла – натриевые и калиевые соли высших жирных кислот:

CH3 (CH2 )n COONa.

Работа ПАВ в моющих средствах

Дифильные вещества обладают замечательным качеством. Они являются своего рода «мостиками», при помощи которых становится возможным взаимодействие фаз, до этого «игнорировавших» друг друга.

Действие таких веществ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и приводит к ативности сами вещества фаз, которые до этого момента не взаимодействовали.

Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах моющих средств или стабилизаторов эмульсий.

В моющих средствах ПАВы работают следующим образом.

Молекула ПАВ – это дифильная молекула, имеющая в своём составе, как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).

Таким образом, своим гидрофобным хвостом она может взаимодействовать с молекулами загрязнения, а при помощи своей полярной группы связывается с полярной молекулой воды.

Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения.

Говоря по-другому, молекулы ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое загрязнения и снижают поверхностное натяжение взаимодействующих фаз. Это, в свою очередь, облегчает возможность отрыва отдельных кусочков загрязнения от основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.

Фазы моющего действия

Моющее действие - совокупность физико-химических процессов, приводящих к очистке поверхности твёрдых тел от загрязнений.

Согласно представлениям П. А. Ребиндера, комплекс «моющего действия» включает:

• Смачивание,
• Эмульгирование, и
• стабилизацию.

Смачивание

Смачивание – первая фаза моющего действия.

Входе смачивания происходит повышение смачиваемости очищаемой твёрдой поверхности моющей жидкостью.

Смачиваемость – это характеристика взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела (например, загрязнения).

Смачивание произойдёт, если сила притяжения между молекулами жидкости и молекулами твёрдого вещества окажется больше, чем аналогичная сила между самими молекулами жидкости.

В этом случае жидкость растечётся по поверхности, покрывая её. В этом случае говорят, что твёрдое тело смачивается жидкостью.

Если же притяжение между самими молекулами жидкости больше, чем между молекулами этой жидкости и молекулами твёрдого тела, то смачивание не произойдёт. Жидкость будет скатываться с поверхности тела. Поговорка «как с гуся вода», как раз на эту тему.

Загрязнения очень часто имеют жирную (гидрофобную) природу и поэтому не смачиваются водой. Но добавление в воду ПАВа уменьшает поверхностное натяжение воды и увеличивает её смачивающую способность.

Таким образом, при помощи добавления ПАВа в воду возникает взаимодействие молекул раствора моющего средства и молекул загрязнения.

В ходе смачивания происходит, расчленение крупных частиц загрязнения на более мелкие части (диспергирование ) и отрыв этих частиц от очищаемой поверхности.

Попадая в раствор моющего средства, частички загрязнения продолжают распадаться на ещё более мелкие образования. Этот процесс измельчения называется пептизацией . Таким образом, загрязнение переходит в дисперсную фазу.

Эмульгирование

Перешедшие в моющий раствор частички загрязнения эмульгируются , т.е. обвалакиваются молекулами ПАВа. В результате обволакивания образуются так называемые мицеллы.

Мицеллы (уменьшительное от лат. mica - частица, крупинка) - частицы в коллоидных системах, состоящие из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.

Если ядро мицеллы представляют собой частичку вещества жирной (гидрофобной) природы, то дифильные молекулы ПАВа окружив её, будут сориентированы следующим образом: углеводородные (гидрофобные) концы молекул ПАВа будут обращены к частичке загрязнения, а полярные (гидрофильные) части будут ориентированы вовне, т.е. смогут взаимодействовать с молекулами воды. В результате станет возможным растворение образовавшихся мицелл в водной среде растворителя. Такой процесс растворения называется солюблизацией.

Солюблизация – это коллоидное растворение, происходящее через образование коллоидных мицел. Оно становится возможным только благодаря присутствию в растворе дифильных молекул ПАВа. Изначально растворяемые частицы загрязнения не имели сродства к растворителю и не могли быть растворены в нём.

При попадении в растворы ПАВ газа (в быту - воздуха) образуется пена. Пена является гетерогенной системой (газ в жидкости), в которой пузырьки газа разделены прослойками жидкости. Частицы загрязнения могут располагаться между пузырьками воздуха и выносится на поверхность раствора.

Стабилизация

В моющем процессе одновременно существуют два явления, а именно: отделение загрязнения от поверхности, которую мы хотим очистить и повторное его осаждение на эту поверхность. Следовательно, важно, чтобы моющее средство не только эффективно удаляло загрязнения с поверхности, например, ткани, но и удерживало их в растворе, препятствуя их повторному осаждению.

То есть, моющее средство должно обладать стабилизирующим действием , препятствующим повторному осаждению загрязнений на отмытую поверхность.

Это вызывает необходимость вводить в состав моющих средств специальные защитные коллоиды, в частности, карбоксиметилцеллюлозу, сульфатцеллюлозу, производные крахмала, этансульфонат целлюлозы и пр.

Эти вещества осуществляют стабилизацию загрязнений в виде высокодисперсной фазы - мельчайших капелек или твёрдых частиц, равномерно распределённых в моющем растворе.

Классификация моющих веществ

Моющие вещества, как и ПАВы, делятся на два основных класса:

• ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и
• неионогенные - не подверженные электролитической диссоциации

Ионогенные моющие вещества

Ионогенные моющие вещества, в свою очередь, могут быть:

• анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд,
• катионактивными, если поверхностно-активны положительно заряженные ионы и
• амфотерными или амфолитными, если поверхностно-активные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный - в кислой.

Анионактивные моющие вещества получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство синтетических моющих средств.

Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из растительных масел и животных жиров.

Важнейшие представители синтетических анионактивных моющих веществ - соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты.

Другие анионактивные моющие вещества выпускаются в относительно малых количествах.

Катионактивные и амфотерные вещества составляют лишь несколько процентов в общем объёме производства моющих веществ и имеют ограниченное хозяйственное значение.

Из катионактивных веществ наиболее важны соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, обладающие бактерицидным действием.

В молекулах амфотерных веществ находятся как основные (обычно аминогруппы), так и кислотные (карбоксильные, сульфоновые или сульфоэфирные) группы.

Неионогенные моющие вещества

Неионогенные моющие вещества, входящие в состав некоторых моющих средств, занимают 2-е место после анионактивных по объёму промышленного производства.

Большинство неионогенных веществ - полиоксиэтиленовые (полигликолевые) эфиры различных органических кислот, спиртов, алкилфенолов и алкилнафтолов, полиоксиэтиленовые производные алифатических аминов и амидов, меркаптанов и т. д.

Вещества, входящие в состав моющих средств.

Синтетические моющие средства обязательно содержат ряд вспомогательных веществ, улучшающих их моющую способность.

В состав моющих композиций для стирки включают:

• щелочные соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты различного состава),
• нейтральные соли (сульфат, хлорид натрия),
• соли перекисных кислот, обладающие отбеливающими и дезинфицирующими свойствами (перборат и перкарбонаты натрия).

Важную роль играют органические компоненты моющих средств:

• карбоксиметилцеллюлоза, предотвращающая ресорбцию - повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытую поверхность;
• оптические отбеливатели (красители), применяемые для устранения жёлтого оттенка неокрашенных тканей;
• так называемые гидротропы, увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение моющих веществ в воде.

Некоторые моющие вещества содержат:

• ферменты, обеспечивающие удаление нерастворимых белковых загрязнений,
• органические бактерициды (гексахлорофен, трихлоркарбанилид и др.),
• стабилизаторы пены (например, алкилоламиды) или пеногасители;
• во многие моющие вещества добавляют душистые вещества (отдушки).

Рецептурный состав моющих веществ определяется их назначением, экономическими и санитарно-гигиеническими требованиями.

Виды моющих средств

Различают синтетические моющие средства:

• для стирки,
• мытья посуды и домашней утвари,
• туалетные,
• промышленного назначения и др.

Моющие средства для стирки можно разделить на группы:

• средства для шерстяных и шёлковых тканей,
• хлопчатобумажных и льняных тканей,
• универсальные средства для тканей разных типов, в том числе из химических волокон,
• для стирки сильно загрязнённых изделий из грубых тканей.

Влияние моющих средств на окружающую среду.

В последние несколько десятилетий постоянно росло потребление синтетических моющих средств и соответственно происходило сокращение потребления мыла.

Это обстоятельство породило важную проблему - проблему очистки сточных вод.

Дело в том, что многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками, и это приводит не только к загрязнению рек и других водоёмов, но и к проникновению ПАВ в источники питьевой воды, что непосредственно влияет на здоровье человека..

Биохимическим разложением называется разложение органических веществ под действием ферментов, производимых бактериями и другими микроорганизмами.

Биоразложение протекает очень медленно, конечными продуктами его являются вода и диоксид углерода.

Для массового производства и потребления моющих средств необходимо применять такие ПАВ и другие моющие вещества, которые были бы подвержены сравнительно быстрому их распаду.

В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%.

Биоразлагаемость некоторых ПАВов.

Хорошей биоразлагаемостью (на 80-90%) обладают алкилбензолсульфонаты с неразветвлённой алкильной цепью (С10 -С14). Она увеличивается при добавлении в раствор глюкозы.

Биоразлагаемость алкилсульфонатов, полученных из нормальных парафинов, достигает 98%, олефинсульфонатов – 90-95%, у алкилсульфатов (С10-С18) – 97,9%.

Неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные, но их биоразлагаемость понижается с увеличением числа присоединённых групп этиленоксида и разветвлённости гидрофобной части молекулы.

Сульфаты неионогенных ПАВ, полученных на основе прямоцепочных жирных спиртов, легко разлагаются, и длина этиленоксидной цепи не влияет на степень и скорость разложения.

Разные подходы в защите окружающей среды

По данным ряда исследователей, для защиты окружающей среды при производстве и употреблении моющих средств наиболее рациональным путём является замена алкилбензолсульфонатов алкилсульфатами и алкилсульфонатами, а также применение натуральных жирных кислот и их производных, кукурузного крахмала и других, биоразлагаемость которых является стопроцентной.

Наличие моющих средств в сточных водах вызывает обильное пенообразование за счёт остаточных ПАВ, фосфатов и других компонентов моющих средств, что затрудняет биологическую очистку.

Но существует и другой подход, заключающийся в том, что введение в действие эффективных методов очистки сточных вод экономически целесообразнее, чем замена плохоразлагающихся компонентов моющих средств другими, менее эффективными в моющем действии.

Моющие средства. Средства, предназначенные для мойки буты­лок, должны хорошо растворяться в воде, предотвращать выделе­ние из воды солей кальция и магния, не быть токсичными, не взаи­модействовать со стеклом, не вызывать коррозии металлических деталей моечных машин.

Высокое качество мойки достигается, если моющие растворы обладают комплексом следующих свойств: хорошо смачивают по­верхность бутылки, растворяют находящиеся на ее поверхности загрязнения, диспергируют и уносят в раствор частицы коллоид­ной природы, эмульгируют" жировые пленки, обладающие бакте­рицидным действием.

В качестве основного моющего средства применяют горячий раствор гидроксида натрия (каустическую соду), который, одна­ко, не обладает всем комплексом перечисленных выше свойств. Для повышения его физико-химического действия к нему добав­ляют в небольших количествах слабые щелочи, фосфаты и синте­тические поверхностно-активные вещества.

Из синтетических моющих средств наибольшее распростране­ние получили анионоактивные вещества-сульфанолы НП-1 и НП-2, препарат «Прогресс» и некоторые другие. Синтетические моющие средства представляют собой поверхностно-активные ор­ганические вещества, хорошо растворимые в воде. В водных ра­створах они образуют коллоидные агрегаты (мицеллы) и частич­но диссоциируют на ионы, обладающие более или менее выражен­ной полярной структурой (асимметрическим распределением по­лярных групп в молекуле), а следовательно, и поверхностной ак­тивностью, т. е. способностью адсорбироваться из водных раство­ров на различных поверхностях раздела.

Таким образом, адсорбция поверхностно-активных веществ связана с ориентацией молекул и коллоидных частиц (мицелл) в адсорбированном слое.

Механизм действия моющих растворов на загрязнения. Очистка стеклянной тары от загрязнений является сложным процессом. Во­дорастворимые вещества сравнительно легко удаляются с поверх­ности бутылок при смачивании и ополаскивании их теплой водой. Жировые наслоения, сухие пленки загрязнений, прилипшие к стек­лу бутылок, часто обладают высокой механической прочностью, и

1 Эмульгирование - образование эмульсии (смесь двух нерастворимых друг в друге жидкостей), в которой одна из жидкостей распределена в виде мелких капель.

удаление их возможно только с помощью физико-химических ме­тодов воздействия.

Для того чтобы процесс удаления загрязнений мог успешно Протекать, необходимо, чтобы моющий раствор имел доступ к очищаемой поверхности. Как известно, вода обладает плохой сма­чивающей способностью в отношении так называемых неоднородных поверхностей (поверхности, покрытые жиром, маслом, воско­выми веществами), что объясняется ее высоким поверхностным натяжением. Чтобы вода могла проникнуть в зазоры между за­грязнением и очищаемой поверхностью, необходимо понизить ее поверхностное натяжение. Это достигается растворением в воде поверхностно-активных моющих веществ. При концентрации их в растворе около 0,1 % поверхностное натяжение воды снижается более чем в 2 раза.

Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь в процессе.мойки на частичках загрязнений, образуют вокруг них пленку, что способствует отрыву загрязнений от поверхности стекла. На­личие пленки препятствует в дальнейшем также и слипанию (агрегатированию) частичек загрязнений. Отмытые загрязнения затем удаляют вместе с использованным моющим раствором. До­бавление синтетических поверхностно-активных веществ к раство­ру каустической соды дает возможность сократить длительность процесса мойки оборотных бутылок и снизить расход щелочи.

Щелочные растворы - каустическая и кальцинированная со­да- нейтрализуют органические кислоты и омывают жировые за­грязнения, чем облегчают переход их в раствор.

Полифосфаты связывают в водорастворимые соединения ионы кальция и магния и тем самым предохраняют детали моечных машин от осаждения на них солей жидкости.

Метаснликат натрия обладает хорошими эмульгирующими и флотационными свойствами. Он уменьшает пенообразованпе при мойке бутылок в автоматических бутылкомоечных машинах, не хуже других моющих средств смывается с поверхности стекла.

Хорошее качество мойки бутылок достигается при использова­нии раствора каустической соды концентрацией 1,5-2 % с добав­кой 0,02 % сульфанола к объему раствора (опыт Московского ликерно-водочного завода) или раствора каустической соды концент­рацией 1,1 - 1,2 % с добавкой 0,2 % тринатрийфосфата и 0,005 % сульфапола (опыт Одесского ликерно-водочного завода).

Из новых моющих средств следует указать на хлорированный тринатрийфосфат. Это белый с сероватым оттенком порошок с содержанием 40 % тринатрийфосфата и 4-5 ° 0 активного хлора. Предварительные испытания показали высокую активность хлори­рованного тринатрийфосфата для мойки стеклянной посуды, не Уступающую действию каустической соды.

Факторы, влияющие на качество мойки. Качество мойки буты­лок зависит от концентрации применяемого раствора, его температуры и способа воздействия на смываемые с поверхности загрязнения.

Действие моющего раствора активируется с увеличением (до определенного значения) концентрации щелочи, продолжительно­сти мойки, с повышением температуры, а также с усилением гид­родинамического воздействия струи моющего раствора, которое обусловливается количеством подаваемого раствора и давлением.

Процесс удаления загрязнений с поверхности стекла условно можно разделить на два периода: первый относится к набуханию и проникновению моющего раствора в пленку загрязнений, а второй -

к отделению набухшей пленки от поверхности бутылки.

В первый период мойки существенное значение имеет концент­рация моющего раствора. Продолжительность проникновения ра­створа в пленку загрязнений пропорциональна степени его концент­рации. В дальнейшем при растворении и смывании загрязнений эффективность моющего действия достигается при поддержании требуемой концентрации моющего раствора.

Оптимальной концентрацией щелочного раствора при мойке бутылок нормальной загрязненности следует считать 1,0-1,8 %, а для бутылок повышенной загрязненности 3 %.

Отмывание загрязнений облегчается при повышении темпера­туры раствора. Однако при установлении температуры щелочного раствора следует учитывать допускаемую термическую стойкость бутылок, которая в значительной степени зависит от температур­ных перепадов. На основании исследований и производственного опыта выявлено, что температурные перепады моющего раствора и воды в процесс мойки не должны превышать 38-40 °С. При боль­ших перепадах наблюдается повышенный термический бой буты­лок.

В зависимости от числа моечных ванн в бутылкомоечной маши­не для каждой из них устанавливается специальный температур­ный режим, соблюдение которого совершенно обязательно.

Степень отмывания загрязнений с поверхности бутылок повы­шается при большей продолжительности действия моющего раство­ра, которая при мойке в бутылкомоечных машинах колеблется в довольно широких пределах (6-22 мин). На качество бутылок кроме температуры, концентрации и продолжительности действия моющего раствора влияет также частота их заполнения моющим раствором. Чем большее число раз бутылка заполняется в процес­се мойки моющим раствором, тем выше качество мойки. Этим об­стоятельством и объясняются длительная отмочка и многократное шприцевание бутылок в бутылкомоечной машине. Качество мойк;; повышается с увеличением давления моющего раствора, подавае­мого в шприцы, а также при механическом воздействии ершей и щеток на загрязнения бутылок.

Влияние рассмотренных выше факторов (температуры, концент­рации, продолжительности и способа воздействия моющего ра­створа) на процесс мойки бутылок должно учитываться при вы­боре технологического режима работы моющих машин.

Определение концентрации моющего раствора. Производят сле­дующим образом: в коническую колбочку наливают 10 мл мою-

щего раствора, отобранного из щелочной ванны бутылкомоечной машины, и титруют 1 н. раствором соляной кислоты. Концентра­цию раствора (X) рассчитывают по формулам:

Выходные данные сборника:

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ В БЫТУ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Лыгин Сергей Александрович

канд. хим. наук, доцент Бирского филиала Башкирского государственного университета, РФ, г. Бирск

Нуртдинова Расиля Рафилевна

студент факультета биологии и химии Бирского филиала Башкирского государственного университета , РФ, г. Бирск

ECOLOGICAL ASPECTS OF SYNTHETIC DETERGENT AND DOMESTIC OF INDUSTRY

Sergei Lygin

candidate of chemistry, associate Professor Birsk branch of the Bashkir State University, Russia Birsk

Rasily Nurtdinova

student of biology and chemistry Birsk branch of the Bashkir State University, Russia Birsk

АННОТАЦИЯ

В статье поднимается вопрос проблемы защиты окружающей среды и выбора синтетических моющих средств, которые в меньшей степени наносят ущерб природе. Рассмотрены экологические аспекты использования синтетических моющих средств (СМС) в быту и промышленности и предложены возможные способы решения этих проблем.

ABSTRACT

In article the question of a problem of protection of an environment and a choice of synthetic washing-up liquids which to a lesser degree damage to the nature rises. Ecological aspects of use of synthetic washing-up liquids in a life and the industry are considered and possible ways of the decision of these problems are offered.

Ключевые слова: экология; синтетические моющие средства; поверхностно-активные вещества; отдушка; химические отбеливатели; биодобавки.

Keywords: ecology; synthetic detergents; surfactants; flavouring agent; chemical bleaches; biologically active additives.

В связи с быстрыми темпами развития химической промышленности, появилось огромное количество разнообразных товаров бытовой химии, получивших широкое распространение. Современный быт человека в настоящее время уже нельзя представить без использования различных моющих средств. Популярность моющих и чистящих средств неуклонно растет, расширяются области их применения, увеличивается выпуск.

Многие ведут споры о пользе или вреде моющих средств, но никто не может прийти к единому мнению. Одни считают, что средства, из-за своего химического состава приносят только вред, оказывая пагубное влияние на кожу и организм в целом. Ещё одним неоспоримым фактом вреда синтетических моющих средств (СМС) является то, что после использования, как правило, попадают в окружающую среду. Некоторые через очистные сооружения, а около 30 %, особенно в сельской местности, попадают в почву (сад, огород, улица) напрямую.

Другие утверждают, что моющие средства не могут нанести вред организму, так как их основная задача - очищение кожи, посуды, одежды и т. д. Так или иначе, можно считать, что обе стороны правы. Современному человеку очень сложно обходиться без СМС, ведь сейчас темп жизни людей носит ускоренный характер, а СМС, обладающие свойствами быстро и эффективно справляться с бытовыми проблемами (удаление пятен, жира и т. д.) стали необходимой потребностью практически каждого человека. Это экономит массу времени и сил, что является большим плюсом в пользу СМС.

Но в составе моющих средств содержится большое количество вредных для организма веществ, что объясняет присутствие опасности в этих средствах. Все товары различаются по своему химическому составу и степени опасности, которую они представляют для людей и окружающей среды при неумелом использовании.

В настоящее время, как никогда, актуальна проблема защиты окружающей среды, и выбор СМС, которые в меньшей степени наносят ущерб природе, имеет значительную роль.

Цель работы - выявить экологические аспекты использования синтетических моющих средств в повседневной жизни и промышленности.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

· изучить химический состав синтетических моющих средств;

· выявить некоторые экологические проблемы, связанные с производством СМС;

· выявить некоторые экологические проблемы, связанные с использованием СМС в быту;

· привести некоторые способы решения этих проблем.

CMC - это многокомпонентные композиции, применяемые в водных растворах для интенсификации удаления загрязнений с различных твердых поверхностей - тканей, волокон, металлов , стекла, керамики . В более узком смысле под синтетическими моющими средствами обычно понимают бытовые средства для стирки белья и мытья посуды .

Основные компоненты СМС и их назначение, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные компоненты синтетических моющих средств и их назначение

Кроме этих основных компонентов, СМС могут содержать и другие добавки, так как рецептура производства у каждого производителя разная.

Уже при производстве СМС, приходится сталкиваться с проблемой загрязнения окружающей среды.

При производстве синтетических моющих средств в окружающую среду выбрасываются отработанный теплоноситель, содержащий пыль CMC, отработанные газы отделения сульфирования (сульфатирования) воздух аэролифтов и воздух после рукавных фильтров аспирационных систем (с участков пыления при транспортировке, растарке, перегрузке и переработке компонентов и готового продукта). Пыль (или аэрозоль) компонентов CMC и готового продукта состоит из макроскопических частиц размерами менее 1 мкм. Скорость осаждения частиц аэрозоля очень мала, и они могут неопределенно долгое время находиться во взвешенном состоянии. Пыли, как порошки, обычно полидисперсны, т. е. частицы их дисперсной (твердой) фазы имеют неодинаковый размер.

Для очистки газов и воздуха от пыли применяются пылеулавливатели и воздушные фильтры. Пылеулавливатели служат для предварительной очистки газов и воздуха с целью улавливания пыли для возврата ее в производство и для их санитарной очистки перед выбросом в атмосферу. Фильтры служат для очистки воздуха, используемого в пневмотранспортирующих линиях, и воздуха аспирационной системы .

СМС оказывают пагубное влияние и на организм человека, оказывая раздражающее воздействие на кожу при длительном контакте.

Раздражающее воздействие зависит от химического строения ПАВ в составе СМС, которые проникая в организм через кожу, накапливаются в печени и головном мозге. ПАВ, проникая через кожу, ослабляет её защитную барьерную функцию, способствуя тем самым поступлению других химических веществ в организм.

Как уже было сказано, отработанные СМС попадают в водоёмы и почву, тем самым загрязняют их. Компоненты СМС оказывают пагубное влияние на живые организмы.

Выше сказанное было подтверждено опытом - действием СМС на земельный участок. Был проведён эксперимент с редисом. Для проведения опыта был посажен «Редис розово-красный с белым кончиком». В качестве анализируемого средства было взято жидкое моющее средство (ЖМС) для посуды «Биолан: лимонная свежесть».

На второй день после появления всходов, рассада была полита раствором ЖМС (400мл воды+20 мл средства). Результаты представлены на рис. 1.

А Б

Рисунок 1. Рассада редиса: А - до полива; Б - после полива раствором ЖМС (400 мл воды+20 мл средства)

На рисунке видно, что первоначально всходы редиса были плотные, после полива рассада редиса представляет собой разрозненные, единичные, погибающие ростки редиса. Изначально почва имела чёрный цвет, что говорит о наличии хорошего гумусного покрова, после полива почва приобрела серый оттенок.

На основании этих данных можно сделать вывод о том, что живые организмы окружающей среды очень болезненно реагируют на попадание растворов СМС.

Основными источниками индустриального загрязнения поверхностно-активными веществами окружающей среды, главным образом водоёмов, являются текстильная, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленности . Соединения фосфора, содержащиеся, практически, во всех СМС, попадая в водоёмы, способствуют бурному развитию микроскопических водорослей, приводит к цветению воды и нарушению жизнедеятельности водных экосистем. Даже незначительное содержание ПАВ в водоёмах приводит к интенсивному пенообразованию и нарушению кислородного режима, что создаёт неблагоприятные условия для процессов естественного самоочищения водных систем, ухудшает качество воды, приводит к болезням обитателей водоёмов, представляет опасность для здоровья людей .

Чтобы защитить водоёмы от компонентов СМС нужно, в первую очередь, стараться не сливать сточные воды в водоёмы, а делать это в специальных местах. Существуют множество методов очистки воды. В качестве традиционных методов очистки сточных вод от ПАВ наиболее используемыми являются: сорбционные методы, флотация и реагентная обработка.

Но окружающую среду загрязняют не только сами СМС, а также и тара, в которой они выпускаются, ведь после использования, значительное количество полимерной тары оказывается просто «выброшенной на улицу», тем самым загрязняя природу.

Но это только лишь часть проблем, связанных с использованием СМС.

Из всего этого, можно сделать вывод, что СМС, несмотря на их пользу в экономии нашего времени, также наносят значительный вред окружающей среде и здоровью людей. Доведение до минимума этого вреда зависит только от нас самих. Разумно бы было полностью отказаться от применения СМС в пользу натуральных моющих и чистящих средств, хотя бы в быту, но современный человек не сможет этого сделать. И тогда нам надо хотя бы научиться использовать СМС грамотно, с умом, заботясь о нашей природе.

Список литературы:

1.Ковалев В.М., Петренко Д.С. Технология производства синтетических моющих средств: Учебное пособие М. «Химия», 1992, - 176 с.

2.Синтетические моющие средства. - [Электронный ресурс] - Режим доступа - URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4082.html (дата обращения 19.02.2014).

3.Стрельцова Е.А., Пузырева И.В., Волювач О.В., Егорцева В.А. Интенсификация процесса флотационного выделения поверхностно-активных веществ из техногенных водных растворов. - [Электронный ресурс] - Режим доступа - URL:http://www.rusnauka.com/7_NND_2009/Ecologia/42908.doc.htm (дата обращения 24.02.2014).

4.Шевердяев О.Н., Белов П.С., Шкитов А.М. - Основы технологии поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств. М., 2001, - 181 с.