МАТЕМАТИКА ПОДСКАЖЕТ МОЖНО ЛИ СЖИГАТЬ МУСОР

Мочалин М.М.

Студент 2 курса

ГБПОУ «Большеболдинский сельскохозяйственный техникум»

Математика подскажет можно ли сжигать мусор

Экология — это сфера знаний, которая представляет собой взаимодействие всех живых организмов. В настоящее время экология учитывает такие важные аспекты как контроль за состоянием окружающей среды. Зачастую мы не можем рационально оценить вред, который причиняем мы окружающей среде. Для решения этой задачи используются основы математической экологии, которая включает в себя различные методы и модели, решения экологических проблем.

В основе лежит создание имитационной модели, которая содержит представления об элементах системы, их взаимодействии в виде математических объектов: формул, уравнений, матриц, логических процедур, графиков, таблиц, баз данных, оперативной информации экологического мониторинга. С помощью этой модели становится возможно объединить любую информацию относительно экологии и экономики, выработать модели оптимальных стратегий.

Все знают о экологических проблемах «Больших городов», в которых есть множество заводов, транспорта и других объектов, являющихся источником загрязнения окружающей среды. Но есть экологические проблемы, над которыми мало кто задумывается, но они не менее значимы. Такой является проблема нанесения вреда человеку от уничтожения бытовых отходов путем сжигания.

Данная тема является актуальной, так как далеко не каждый человек, прежде взяв в руки спички, задумывается, чем опасно сжигание мусора и какие могут быть последствия.

Все экологические задачи можно условно разделить на три класса, каждый класс требует использование определенного математического аппарата;

модели описательные типа: принято использовать для описания отдельных процессов и зависимостей и включать в качестве фрагментов в имитационные модели;

модели качественного типа: позволяют выяснить динамический механизм изучаемого процесса, а также способность воспроизвести наблюдаемые динамические эффекты в поведении систем;

имитационные модели конкретных экологических и эколого-экономических систем.

По степени глобальности наиболее широкий интерес вызывают следующие объекты:

водные экосистемы;

продукционный процесс растений;

оценка загрязнения атмосферы и поверхности земли:

Для успешного решения экологических проблем необходимо проводить системный экологический анализ. В качестве инструментария системного экологического анализа наиболее часто используют математическое и физическое моделирование, методы оптимизации, теорию множеств и преобразовании и др.

При физическом моделировании изучаемое явление воспроизводится в том или ином масштабе с сохранением его физической природы.  Математическое моделирование представляет собой способ исследования экологических явлений путем изучения процессов, имеющих различное физическое содержание, но описываемых одинаковыми математическими соотношениями. Важным моментом является составление математической модели на основании формализованной (содержательной) схемы изучаемого явления. При этом выделяются сведения, непосредственно характеризующие объект наблюдения, производится постановка цели и задач исследования с перечнем искомых величин и требований к ним, задаются начальные условия. Решение математических моделей может осуществляться аналитически, численными методами, на аналоговых и цифровых вычислительных машинах.

Неконтролируемое увеличение отходов – важная экологических проблема, затрагивающая каждого из нас. Переработка отходов очень важна и является одним из рациональных решений человечества:

Во-первых, ресурсы нашей планеты ограничены, и цикл самовоспроизводства требует длительного времени;

Во-вторых, борьба с загрязнением окружающей среды;

В-третьих, будет меньше мусора, что значительно сэкономит территории. Ведь с каждым годом территории, выделяемые под свалки, увеличиваются.

Государство уделяет большое внимание утилизации отходов. Существует много путей переработки отходов в производственных масштабах. В сельской местности остро стоит вопрос о сжигании мусора населением проживающих в частных домах.

Мною был проведен опрос населения на тему: «Вред от сжигания мусора»

В опросники были включены следующие вопросы:

1. Сжигаете ли вы мусор?

2. Вредит ли сжиганием мусора: атмосфере, почве, водоемам и человеку?

Большая часть опрошенных на первый вопрос ответили положительно. И они уверены, что сжигать мусора абсолютно безвредно и является хорошей альтернативой традиционной утилизации. Люди верят, что делают доброе дело, сжигая мусор в кострах, разведенный прямо на газонах, под окнами домов.

Чтобы доказать обратное я провел исследование о вреде сжигания мусора, выполнив математическое моделирование данной проблемы.

При горении отходов в атмосферу выделяется целый комплекс особо опасных веществ. В продуктах сгорания отходов могут присутствовать опасные металлы (ртуть, кадмий, свинец и др.) в виде солей или оксидов, т.е. в устойчивой форме, и могут в течение длительного времени вместе с пылью попадать в организм человека, оказывая токсическое действие.

Расчет выбросов производится с учетом элементного состава, выход летучих продуктов и удельная теплота сгорания отдельных компонентов бытовых отходов напрямую зависит о того типа сжигаемого мусора (Приложение 1).

В среднем каждый человек в день производит 1 кг мусора, и за год это значение будет увеличено в 365 раз. Исходя из этого с учетом проведения работ по определению морфологического, фракционного состава отходов, физико-химических свойств, теплоты сгорания были проведены расчеты сжигания костров в небольшом населенном пункте во время весенних уборок придомовых территорий. Результаты приведены в приложении 2.

Проанализировав выше представленные данные, я пришел к выводу, что жизнь человека сейчас сильно завязана на пластике сейчас он практически везде и имеет большое количество разновидностей и конечно имеет не малую коллекцию химических элементов. В качестве примера, для своих расчётов я взял пластик, использующийся для созданий пластиковых бутылках.

Полиэтилентерефталат с его химической формулой (C10H8O4) кажется всего это какие-то 3 элемента, один — это кислород - он наш друг, но друг он до тех пор, пока не подружился с углеродом. Как раз при сжигании бутылки мы выпускаем все эти элементы и вот что происходит: водород быстро улетает как самый лёгкий и сразу сгорает, ведь он также и легковоспламеняющийся; также выделяются кислород и углерод, первые секунды они просто видят друг друга, а потом мы получаем сразу двух друзей углекислый газ (CO2) и угарный газ (CO), они являются крайне опасными, а особенно углекислый газ, ведь он способен загубить жизнь всей жизни на планете.

Расчет вреда от сжигания пластика

Найдем молекулярную массу вещества C10H8O4:

Молярная масса 10*12+8*1+4*16=192 г/моль

Моли вещества=26г/192=0,135 моль

Используем химическое уравнение сгорания:

Предположим, что весь углерод окисляется до CO2, и весь водород до H2O.

C10H8O4 + 13O2>10CO2+4H2O

Рассчитаем количество молей CO2, выделившегося при сгорании:

Моли CO2=10*моль вещества

Моли CO2=1,35 моль

Рассчитаем массу CO2:

объем CO2=Моли CO2*моль объем CO2

объем CO2=1.35моль* 22,4 л/моль

объем CO2=1,35*22,4г

Таким образом, при сжигании 26 граммов вещества C10H8O4 образуется примерно 30,24 литров CO2 округлим до 30. Конечно, на одну пластиковую бутылку это немало, это говорит о том, что большее количество бутылок может привести к вымиранию природной зоны, ведь все живое там просто может задохнуться, а если массово начать сжигать весь пластик, можно просто уничтожить атмосферу.

Как можно правильно переработать пластик

Так теперь мы знаем, что сжигание пластика — это не очень позитивная идея для очистки мусора. Так как нам тогда избавляться от пластика. Даже в домашних условиях люди уже делают конструкции для переработки пластика для использования в 3d принтере, а дальше его можно как продать, так и использовать. Да не все виды пластика перерабатываются, например пластик используемый на ветрогенераторах тяжело перерабатывается из-за его прочности и его уже хоронят в специальных местах, но этот пластик даже и не разлагается. Конечно, не каждый захочет делать у себя дома установку для переработки пластика, да и ещё перерабатывать его постоянно. Тогда, элементарно, нужно правильно сортировать мусор, и тогда весь пластик уже уйдет на промышленные объекты переработки.

Результаты своего исследования я оформил в виде информационных листов и распространил их среди жителей села Большое Болдино.

Библиографический список

1. Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Л.: Гидрометеоиздат, 2021.

2. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с дымовыми газами отопительных и отопительно-производственных котельных. М.: 2022.

3. Исследования концентраций загрязняющих веществ в уходящих и дымовых газах мусоросжигательного завода. 

Приложение 1

1. Таблица составлена на основании данных АКХ.

2. Выход летучих продуктов определен на сухое вещество.

Приложение 2