В настоящее время возросла проблема загрязнения водного бассейна производственными сточными водами, содержащими различные компоненты, в том числе, жировые вещества. Органические компоненты, поступая в водоем, создают благоприятную среду для жизнедеятельности гнилостных патогенных бактерий, грибков, простейших, подвергаются сложным биохимическим превращениям, вызывая тем самым вторичное загрязнение водоемов и оказывают прямое отрицательное влияние на водные организмы.

На практике используются физические, электрические, биологические, химические методы очистки сточных вод, в том числе озонирование, мембранный метод, обратный осмос и др.

При рассмотрении деструкции органического вещества в водоемах Романенко В.И. и Кузнецов С.И. [35] отмечают, что при деструкции в олиготрофных водоемах (при избытке кислорода) происходит аэробный распад с выделением углекислоты и воды. В анаэробных условиях практически все органические вещества разрушаются с образованием углекислоты, воды, водорода, жирных кислот и других веществ. Во вторую фазу происходит распад жирных кислот до метана и углекислоты и, наконец, образование метана из водорода и углекислоты.

Механизмы анаэробного распада органических веществ изучались на экосистемах анаэробных реакторов, донных отложений и почв. Условия свалки хорошо имитируются в лабораторных цилиндрических лизиметрах [36].

Распад биополимеров (углеводов, белков и жиров) начинается с гидролиза, который осуществляют микроорганизмы, имеющие специальные ферменты - гидролазы. Их размножению и распространению по поверхности твердого субстрата способствует вода. Продукты этой реакции потребляются гидролитиками и другими кислотогенными микроорганизмам, в результате чего образуются летучие жирные кислоты (уксусная, пропионовая, масляная), а также водород. Фаза, условно объединяющая гидролиз и кислотогенез, называется кислотогенной. При накоплении жирных кислот понижается pH среды, а при pH < 6.0 конечная метаногенная фаза подавляется [37].

Чрезмерное содержание аллохтонного органического вещества в нативных водных объектах приводит к ухудшению гидрохимических показателей объекта.

У Листкова Л.Л. [38] отмечено, что наличие в сточных водах жировых веществ в больших концентрациях создает трудности в эксплуатации канализационных систем и дальнейшей очистке сточных вод на специальных сооружениях. Поэтому крайне необходимо очистку сточных вод начинать еще до их выпуска с локальных очистных сооружений, так как последующая очистка производится городскими системами, принимающими стоки со строго лимитированными показателями, которые с каждым годом ужесточаются [39].

Жиры в сточных водах могут находиться в четырех агрегатных состояниях: грубодисперсном, тонкодисперсном, эмульгированном (при этом сохраняется устойчивая кинетическая оболочка) и растворенном в зависимости от рН потока.

Следует отметить, что загрязненность сточных вод растворенными и эмульгированными жирами является доминирующей и изменяется в зависимости от характера технологического процесса и наличие в залповых сбросах.

Не зависимо от того, сбрасываются производственные сточные воды в городскую канализацию или обрабатываются на территории самого предприятия, должны быть предусмотрены следующие очистные сооружения; решетка, песколовка, жироловка и отстойник. При этом решетку и песколовку следует устанавливать перед жироловкой в одном с ней помещении. Количество задерживаемого осадка составит 0,04-0,05 % от объема расхода сточных вод [40].

Из опыта эксплуатации действующих заводских очистных сооружений следует, что жироловки необходимо оборудовать рассредоточенным выпуском и обеспечить время пребывания в ней сточной воды 15 мин при максимальном притоке.

Установлено, что физико-химические методы, в особенности флотация под давлением, являются оптимальным решением, как в техническом, так и в экономическом отношении. Флотация под давлением, без применения реактивов, позволяет уменьшить концентрацию нерастворимых веществ и жира до пределов, предусмотренных Комитетом по охране окружающей среды. Быстрое экстрагирование загрязняющих веществ дает возможность получить продукты, которые можно использовать на кормовые цели [41,42].

Американской фирмой [38] сконструирована многокамерная флотационная система с аэрированием, предназначенная для удаления свободных и эмульгированных жиров и взвесей из сточных вод. Предлагаемая система удаляет 90% и более жиров, масел и взвесей. Высокая эффективность системы обеспечивается четырехступенчатым процессом очистки путем флотации. Она рассчитана на очистку сточных вод, содержащих до 500 мг/дм³ жиров и масел.

В Швейцарии спроектирована акваустановка для утилизации сточных вод, содержащих органические примеси, которые в дальнейшем можно использовать для производства биомассы, что выгоднее по сравнению с типовыми биоочистными установками [43].

На птицеперерабатывающем заводе фирмы (ФРГ) введена в строй крупнейшая флотационная система с блоками опрокидывающих пластин предназначенная для очистки технологической и промывной воды, содержащей кровь, белок, жир и твердые примеси. В результате работы установки БПК снижается на 80%, содержание твердых примесей – на 95%, жира – на 95%. Специальной конструкции скребки собирают и удаляют всю всплывшую массу, причем ее частично обезвоживают и перерабатывают на корм скоту.

В настоящее время помимо физических и физико-химических методов очистки широко применяется биологический метод, основанный на жизнедеятельности микроорганизмов – деструкторов жировых веществ.

Существующие системы очистных сооружений, перерабатывающие сбросы, не обеспечивают полного извлечения жировых веществ, а только позволяют снизить их концентрацию. В этих условиях природная среда, принимая такие не полностью очищенные природные компоненты, выполняет роль утилизатора и нейтрализатора вредных примесей. Во многих случаях природная среда не справляется с все нарастающим потоком загрязнения, и создаются условия для нарушения экологического равновесия обмена веществ в биосфере [44].

В связи с этим стал вопрос о создании технологического производства, которое не вызывало бы экологических возмущений в природной среде.

Аналогом такого производства может служить биологическое природное производство, основу которого составляет функционирование экологических систем. Это биологическая очистка.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности [45]. И она имеет ряд важных преимуществ перед другими методами. Микроорганизмы осуществляют полную деструкцию загрязнения до газообразных продуктов и воды, обеспечивая тем самым круговорот элементов в природе. Таким образом, при биологической очистке в отличие от других способов не происходит концентрации загрязнении или перевода их в другую форму. В то же время биологические методы наиболее экономичны, так как за исключением основных капиталовложений почти не требуют расходов во время эксплуатации сооружений, а главный действующий компонент биологической очистки – активный ил самовоспроизводится [46].

Микроорганизмы-деструкторы предлагается использовать не только для разрушения жировых примесей, но и для нейтрализации других органических веществ, так, английскими исследователями French W.T., Brown L.R. [47] предлагается использовать микроорганизмы вида Burkholderia cepacica в процессе регенерации адсорбентов, применявшихся для выделения трихлорэтилена.

С учетом того обстоятельства, что сточные воды, содержащие жировые вещества имеют в основном повышенную температуру, селектировано несколько видов термофильных микроорганизмов, способных разрушать жиры при температуре свыше 50^оС [48]. К таким культурам относятся Acinetobacter species, Rhodococcus species. Эффект очистки при таком способе достигает 100%.

Исследователями из Великобритании предлагается использовать специальное устройство для удаления масел и жиров из сточных вод [49]особенностью такого способа очистки является то, что для деструкции жиров и масел используются специальные культуры микроорганизмов, которые подаются в сточные воды из емкости с содержащей их жидкостью дозатором. Для увеличения эффективности очистки используется эффект флотации: воздух подается в диспергатор на дне.

В больших городах хозяйственно-фекальные сточные воды обычно подвергаются биологической очистке. Для этого служат специальные очистные сооружения аэробного (аэротенки, биофильтры) или анаэробного (метантенки) типа. При наличии мощных городских сооружений сюда же поступают стоки промышленных предприятий, которые смешиваются с бытовыми и проходят совместную обработку. В аэротенках органические загрязнители сточных вод разрушаются микроорганизмами активного ила до простейших продуктов. Активный ил представляет собой комплексный биоценоз, в состав которого входят микроорганизмы, простейшие и некоторые другие живые организмы, не играющие роли в очистке. Одним из важных свойств активного ила является способность образовывать хлопья. Эти хлопья состоят из частиц органических загрязнений, микробов и других живых существ. Благодаря способности к хлопьеобразованию активный ил отделяется от очищенной им воды, оседает и может быть удален из сооружения. Освобожденная от микрофлоры и продезинфицированная вода направляется в природные водоемы [50].

В Финляндии с 1983 года исследуется анаэробная обработка стоков. Проведенные исследования показали, что при продолжительности процесса от 1,7 до 55 суток эффект очистки по химическому потреблению кислорода (ХПК) составляет 77–78 %, снижение БПК – 73-79 %, удаление взвешенных веществ – 94-98 %. Таким образом, с помощью анаэробного метода достигается высокий уровень очистки [51].

Общие стоки кожевенных и меховых предприятий содержат до 1800-2460 мг/дм³ жиров или жироподобных веществ. В стоках от процессов отмоки и дубления их количество достигает более 4 г/дм³. Отработанные жидкости после обезжиривания, промывки свиного сырья и полуфабриката, а также после золения этого сырья содержат еще больше жира. После обезжиривания свиных шкур карбонатом натрия (15-17 г/дм³) в растворе образуется стойкая жировая эмульсия с содержанием жира 8-10 г/дм³. Значительное количество его содержится также в стоках клееварочных цехов. Так на Могилевском кожевенном заводе в стоках указанного цеха содержание жира достигает 8,3 г/дм³ [52].

Для предварительной очистки общего стока от взвешенных веществ, шерсти, сульфидов, жиров, СПАВ, ионов хрома может быть использована технологическая схема двухступенчатой флотационной очистки. Общий сток подвергается механической очистке, усредняется и поступает в камеру подщелачивания, где происходит корректировка рН сточных вод до 9,5-10, куда также подается до 25% реагентов. Далее общий сток поступает во флотационный шерстежироуловитель, работающий по методу безнапорной флотации, камеру хлопьеобразования с корректировкой рН до 8,5 и подачей 75-100% реагента, затем в напорный флотатор. После этого общий сток смешивается с очищенным дубильным стоком и полученная смесь направляется на биологическую очистку. В качестве реагентов возможно использование сульфата железа (11), хлорида жедеза (111) или сульфата алюминия [53].

В Богородском филиале Центрального проектно-конструкторского бюро (ЦПКТЛлегпрома) в лабораторных условиях проверялась возможность разложения отработанных растворов от процессов обезжиривания. Полное и быстрое разрушение этих эмульсий наступало после их подкисления до pН = 3-4. При последующем отстаивании в течение 1,5 - 2 ч. весь жир в виде рыхлой творожистой массы всплывал на поверхность и затем удалялся. Данное загрязнение следует утилизировать, оно может служить исходным сырьем для получения технического жира [40].

Приведенные данные свидетельствуют о том, что присутствие жировых веществ в водоемах нежелательно и решение этого вопроса может быть осуществлено, прежде всего путем совершенствования очистки промышленных выбросов, направляемых в окружающую среду, а также разработка таких технологических процессов и технических устройств, которые позволили бы рационально использовать исходное сырье. И исключили бы попадание вредных веществ в природную среду - речь идет о создании безотходной (малоотходной) технологии.

Таким образом, на основании литературного обзора можно заключить, что жиры играют важную физиологическую и биохимическую роль в живых организмах, являются одним из основных источников энергии. Служат основным сырьем для жироперерабатывающей промышленности в производстве мыла, олифы, глицерина, используется в качестве добавок к лекарственным средствам, для строительных растворов, бетона, а так же широко используется в меховой промышленности.

Также видна необходимость в очистке сточных вод от жировых компонентов. На эту тему проведено множество исследований, в том числе с использованием различных микроорганизмов. Так, липолитически активные организмы используют жиры в качестве источника питания, деструктируя составные жирные кислоты вплоть до альдегидов.

Наиболее эффективным методом очистки сточных вод, содержащих жировые вещества, является биологический способ, который применяется для удаления жиров с помощью микроорганизмов-деструкторов.

В связи с этим есть необходимость в изучении степени вовлечения жировых веществ в конструктивный и энергетический обмен прокариотическими организмами.