Проект по экологии. Тема: "Перспективы переработки бумаги в домашних условиях"

Исследовательский проект

по теме: «Перспективы переработки бумаги в домашних условиях»

               Автор:

                                          обучающийся 11.1 класса

                                              Алексеев Данил Андреевич

                                       БОУ г. Омска «Средняя

                                                         общеобразовательная школа № 36»

                         Руководитель:

                                                          Хархарова Светлана Владимировна,

                              учитель биологии

Омск - 2021 г

Содержание

Введение....................................................................................................... 3

Глава I. Теоретическая часть........................................................................ 5

1. 1. История создания бумаги...................................................................... 5

1. 2. Состав бумаги и технология производства в промышленных условиях 5

1.3. Влияние целлюлозно-бумажных производств на окружающую среду. 6

1.4. Меры, предпринимаемые по снижению негативного влияния бумажных производств.................................................................................................. 7

 Глава II. Практическая часть........................................................................... 8

2.1. Переработка бумаги в домашних условиях........................................... 8

2.2. Рекомендации по практическому применению переработанной в домашних условиях бумаги........................................................................................... 9

Заключение..................................................................................................... 11

Список литературы......................................................................................... 12

Приложения.................................................................................................... 13

Введение

Россия владеет огромными площадями лесов с самыми разнообразными видами деревьев. Ежегодно в стране вырубается несколько миллионов гектар леса. Лесные запасы нашей страны нельзя восполнить одной лишь посадкой новых деревьев: не все посаженные деревья обладают хорошей приживаемостью, а некоторые саженцы и вовсе могут погибнуть из-за климатических условий страны или сравнительно слабой жизнеспособности.

Вторичная переработка бумаги является верным решением каждого ответственного гражданина. Почему? Потому, что многократное использование уже имеющейся бумажной продукции может сократить количество вырубленных деревьев, что благоприятно скажется на нашей атмосфере. Всем известно, что деревья — это «легкие» нашей планеты; а люди, которые не понимают ценности зелёных насаждений, не могут оценить масштаб данной проблемы. Естественно, строить большие и дорогие предприятия для переработки бумажных изделий невыгодно. Такие постройки будут занимать немало места в городах, так что целесообразно их строить за городом. Но и тут проблема – территория и последующая вырубка леса для таких сооружений. Всем понятно, что, возводя такие перерабатывающие фабрики за городом, мы не решим проблему, а только усугубим текущее положение. Тем более, строительство таких предприятий требует больших вложений, так как необходимо новейшее перерабатывающее оборудование, которое, к тому еще, должно быть безопасным с экологической точки зрения. В таких предприятиях нуждаются все крупные города страны, ведь бумага для печати, картон и прочие бумажные изделия необходимы всем. Более того, оптимально по городу должны стоять пункты приема бумаги, ведь везти каждому жителю города бумажную продукцию именно на завод – невыгодно и энергозатратно.

Как же выйти из такой, казалось бы, трудной задачи? Все очень просто – переработка бумажных изделий на дому. Данный выход является наиболее рациональным и менее затратным. Если каждый гражданин страны ответственно подойдет к данному вопросу, то проблема не будет набирать такие большие обороты, а хотя бы на несколько процентов уменьшится. Бесспорно, население необходимо информировать о том, как правильно утилизировать и вторично использовать бумагу. На сегодняшний день большинство людей имеет выход в сеть Интернет. Именно через Интернет можно информировать население о правильно переработки бумаги в домашних условиях. Данный способ решения экологической проблемы целлюлозно-бумажных производств является одним из наиболее действенных.

В этом и заключается актуальность данной проектной работы — в процессе жизнедеятельности людей скапливается большое количество не переработанной бумажной продукции, которая нередко оказывается на мусорных полигонах. Решение любой проблемы всегда начинается с малого. Возможно дать бумаге «второй шанс» на жизнь, не затрагивая и не вырубая  территории лесов Сибири и других регионов планеты. Тем самым мы сможем сохранить ценные виды деревьев и лесные массивы Земли.

Цель проекта — проверить способы переработки бумажной продукции в домашних условиях.

Гипотеза — в домашних условиях возможно переработать бумагу.

Задачи исследования:

1.     проанализировать научную литературу по проблеме исследования;

2.     изучить статистику переработки бумаги и вырубки лесов в России и в мире;

3.     рассмотреть промышленные способы производства бумаги;

4.     найти способы переработки бумаги в домашних условиях;

5.     составить рекомендации по использованию переработанной бумаги.

Методы:

1.     Аналитический (выводы, сравнения, полученные в ходе эксперимента);

2.     Исследовательский.

Глава I. Теоретическая часть

1. 1. История создания бумаги

Исторической родиной бумаги считается Китай, а ее создателем, согласно летописям времен империи Хан, — придворный сановник Цай Лунь^[1]. Постепенно бумага проникла в соседние страны — Корею и Японию, а к второй половине VIII века нашей эры технология изготовления того, что в будущем станет главным носителем информации на протяжении многих веков, попала на Запад, где до бумаги использовался, главным образом, пергамент, а до него — папирус,. В России бумага впервые появилась в 1576. Как известно, до этого популярностью в качестве носителя информации пользовалась также береста.

Современный способ производства бумаги из древесины появился лишь во второй половине XIX века: параллельно, в 1851 и 1853 году, в Англии и во Франции соответственно, были получены патенты на производство целлюлозы из древесины и соломы.

1. 2. Состав бумаги и технология производства в промышленных условиях

Как уже говорилось ранее, современные бумажные производства основаны на применении целлюлозы для получения волокон, из которых потом и создается бумага. С химической точки зрения целлюлоза является полимером, что и обуславливает ее структуру. Каждое полимерное звено — остаток β-глюкозы — имеет в своем составе три гидроксильные группы^[2]. Для производства бумаги целлюлозу получают из древесины путем сложной химической обработки, главным образом путем сульфатной варки, также именуемой крафт-процессом. Суть данной процедуры заключается в обработке древесины гидроксидом натрия и сульфидом натрия.

Производство бумаги начинается с отделения волокон целлюлозы друг от друга для придания желаемой степени изогнутости бумажного изделия. После этого смесь воды и целлюлозы, называемая пульпой, поступает в бумагоделательную машину, где эта смесь равномерно распределяется под высоким давлением.

После откачки оставшейся влаги из смеси бумагу проклеивают для того, чтобы волокна не отделялись от изделия. Далее длинная полоска бумаги проходит через несколько крутящихся валов — данный процесс называется каландированием. На этом этапе изделие уже готово к нарезанию, однако его наматывают на барабан для того, чтобы бумага могла остыть.

1.3. Влияние целлюлозно-бумажных производств на окружающую среду

Вследствие большого спроса на бумагу и другую продукцию, изготавливаемую из целлюлозы, соответствующие производства имеют очень большой масштаб: только в России в 2018 году было произведено почти 6 миллионов тонн бумаги, а к 2023 году этот показатель может увеличиться до 6,7 миллионов тонн^[3]. При этом каждый год в мире, под нужды бумажной промышленности, вырубаются более 100 миллионов гектаров леса^[5].
Негативное влияние целлюлозно-бумажных производств можно разделить на несколько групп в зависимости от объекта влияния:

·        экосистемное — вырубка лесов приводит к снижению биологического разнообразия;

·        атмосферное — уменьшение количества лесов приводит к увеличению концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе и усилению парникового эффекта;

·        биологическое — отходы с целлюлозно-бумажных комбинатов, оказывающиеся в реках, является токсичными для гидробионтов (исследования показывают, что даже концентрация в 2% может оказаться губительной^[6]).

1.4. Меры, предпринимаемые по снижению негативного влияния бумажных производств

На данный момент в мире предпринимаются шаги, направленные на снижение отрицательного воздействия целлюлозно-бумажных производств на окружающую среду:

·        многие компании внедряют практики «зеленого офиса», в числе которых и экономия различных ресурсов, включая бумагу;

·        некоторые предприятия по производству бумаги отказываются от этапа отбеливания изделия, для которого необходимо использовать вредные для живых организмов щелочи. Из-за этого в будущем может стать более популярной и распространенной желтоватая бумага, которая не была подвержена процессу отбеливания^[4];

·        все чаще на целлюлозных производствах начинают использовать вторичное сырье — уже на данный момент изделия из вторсырья в одних только Соединенных Штатах составляют 40% от всех поставок бумаги в стране;

·        в Интернете становится популярным движение «цифрового минимализма», один из постулатов которого призывает отказываться от бумажных носителей информации в пользу цифровых и использовать бумагу только для хранения наиболее важных сведений (например, удостоверяющих и других государственных документов).

Глава II. Практическая часть

2.1. Переработка бумаги в домашних условиях

В Интернете можно множество описаний процессов переработки бумажной продукции в домашних условиях, однако все они, по существу, сводятся к следующему и в определенной степени соответствуют тому, как бумагу производят в промышленных условиях:

·        перемалывание сырья в пульпу;

·        равномерное распределение пульпы по необходимой форме при помощи экрана, состоящего из деревянной рамы и москитной, или металлической, сетки;

·        сушка изделия.

В процессе написания данной работы для контрольных измерений были получены два листа бумаги. С технологической точки зрения две использованных процедуры отличались тем, что при создании второго листа все сырье сначала замачивалось, а затем перемалывалось, а при создании первого перемалывание происходило частями и практически сразу после замачивания.

Для создания каждого листа бумаги были использованы 5 исписанных листов бумаги (см. Приложение 1). Сырье было вручную разорвано на достаточно мелкие кусочки, размером до 3 сантиметров, а затем перемолото в пульпу в кухонном блендере (см. Приложения 2, 3, 4). После этого пульпа была распределена по экрану, погруженному в воду (см. Приложение 5). Сам экран был собран из деревянной рамы и неметаллической москитной сетки при помощи строительного степлера.

Заготовка листа бумаги затем выкладывалась на сухое банное полотенце и переворачивалась для отделения от экрана (см. Приложения 6, 7). Для ускорения процесса высыхания влага сначала извлекалась из листов губкой, а затем сами листы были подвешены на батареи (см. Приложение 8).

Полученные листы имели размеры 28,2 на 20 см. и 29 на 20 см. Масса листов оказалась равной по 31 грамму. Таким образом, плотность листов (согласно формуле плотности ρ = m / S = m / (a · b)) составила 550 г/м² и 535 г/м² соответственно. Это значительно выше плотности бумаги, изготавливаемой в промышленных условиях (обычно она равно 80 г/м²).

С помощью микроскопа были также получены увеличенные в 100 раз изображения переработанной бумаги и заводской (см. Приложение 9 и Приложение 10 соответственно). На них видно, насколько более хаотично в переработанной в домашних условиях бумаге расположены волокна целлюлозы.

2.2. Рекомендации по практическому применению переработанной в домашних условиях бумаги

Используя полученный опыт переработки бумаги в домашних условиях, можно сделать несколько рекомендаций по применению такой бумаги для различных нужд:

·        непосредственно для письма и печати. Во втором случае необходимо сделать бумагу достаточно тонкой для того, чтобы не повредить впоследствие оборудование;

·        для создания открыток. В процессе измельчения к сырью можно добавлять использованную цветную бумагу, старые газеты, цветы. Все это добавит разнообразия текстуре изделия и улучшит его эстетические показатели, сделав его более интересным и красочным;

·        для изготовления различных декоративных изделий. Здесь переработанная в домашних условиях бумага выступает в качестве замены менее экологичному папье-маше.

Стоит отметить, что переработка бумаги может также стать рекреационной активностью, в том числе и для учеников младших классов, которые могут заниматься этим под присмотром взрослых.

Заключение

В ходе выполнения данной исследовательской работы были найдены и проверены способы переработки бумаги в домашних условиях. Для понимания теоретических основ бумажного дела была изучена специализированная и научная литература.

По итогам были измерены физические характеристики полученной бумаги и составлены рекомендации по ее использованию. Процесс переработки бумажной продукции в домашних условиях не требует какого-либо специализированного оборудования и представляется нетрудоемким и в то же самое время интересным, в том числе подходящим для организации досуга детей. При этом нельзя забывать, что массовое распространение этой практики будет иметь серьезный положительный эффект на проблеме чрезмерного потребления и производства бумаги, а значит поможет сохранить естественные экосистемы и биоразнообразие нашей планеты.

Список литературы

1.     Б.Байер, У. Бирштайн и др. История человечества, 2002

2.     Ковернинский И.Н., Комаров В.И., Третьяков С.И., Богданович Н.И., Соколов О.М., Кутакова Н.А., Селянина Л.И. Производство сульфатной целлюлозы. Комплексная химическая переработка древесины. / Под редакцией проф. И.Н.Ковернинского. — Архангельск: Архангельский государственный технический университет, 2002

3.     ЛесПромИнформ №8 (146), 2019 г.

4.     Covey, Geoff & Shore, D. & Ailender, B.. (2009). The liquid effluent-free paper mill. 25. 22-27.

5.     Environmental Paper Network, «The State of the Global Paper Industry», 2018

6.     Hutchins, F. TOXICITY OF PULP AND PAPER MILL EFFLUENT, A LITERATURE REVIEW. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C., EPA/600/3-79/013 (NTIS PB294287)

Приложения

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Приложение 4.

Приложение 5.

Приложение 6.

Приложение 7.

Приложение 8.

Приложение 9.

Приложение 10.

Краткое описание документа:

Актуальность данной проектной работы — в процессе жизнедеятельности людей скапливается большое количество не переработанной бумажной продукции, которая нередко оказывается на мусорных полигонах. Решение любой проблемы всегда начинается с малого. Возможно дать бумаге «второй шанс» на жизнь, не затрагивая и не вырубая территории лесов Сибири и других регионов планеты. Тем самым мы сможем сохранить ценные виды деревьев и лесные массивы Земли. Цель проекта — проверить способы переработки бумажной продукции в домашних условиях. Гипотеза — в домашних условиях возможно переработать бумагу. Задачи исследования: проанализировать научную литературу по проблеме исследования;изучить статистику переработки бумаги и вырубки лесов в России и в мире;рассмотреть промышленные способы производства бумаги;найти способы переработки бумаги в домашних условиях;составить рекомендации по использованию переработанной бумаги. Методы: Аналитический (выводы, сравнения, полученные в ходе эксперимента); Исследовательский.