紅薯淀粉廢水是以鮮紅薯或紅薯干為原料，采用沉淀法加工淀粉時(shí)產(chǎn)生的廢水。在廣大的農村地區紅薯加工生產(chǎn)淀粉是農民增收創(chuàng )富的重要手段之一。紅薯加工過(guò)程中產(chǎn)生了大量的廢水，淀粉廢水處理是目前淀粉生產(chǎn)廠(chǎng)家難以解決的問(wèn)題，尤其是農村小型淀粉加工廠(chǎng)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的降低COD處理就直接排入溝渠，對重金屬幾乎沒(méi)有進(jìn)行任何處理。紅薯廢水錳含量高達4.0mg/L，不經(jīng)過(guò)處理會(huì )對環(huán)境和農田造成污染和危害。

　　金屬錳屬于地殼的主要成分之一，以多種化合價(jià)位形式廣泛存在于自然界。當水體中的錳含量超過(guò)一定濃度時(shí)，會(huì )對周?chē)h(huán)境產(chǎn)生十分不利的影響，對動(dòng)植物產(chǎn)生極大的毒害作用。如何解決地表水錳污染問(wèn)題已經(jīng)成為環(huán)境保護中一個(gè)非常重要的項目。目前國內外除錳工藝主要是曝氣后加入強氧化劑、絮凝劑、氫氧化物等，然后過(guò)濾。日本多采用自然氧化法和接觸氧化法除錳。生物除錳法不需要投加任何藥劑，投資及運行費用低，是目前最經(jīng)濟、高效的除錳方法，已成為當前除錳技術(shù)的主流。生物除錳法在去除紅薯加工產(chǎn)生的廢水中一直未得到應用，也未進(jìn)行系統性的理論研究。筆者根據紅薯廢渣富含錳氧化細菌的特點(diǎn)，從紅薯廢渣中分離出錳氧化菌，利用選擇性培養基進(jìn)行擴大培養，著(zhù)床在石英砂濾池中，收集的紅薯廢水慢慢通過(guò)濾池，錳的去除率在98%以上，二價(jià)錳離子被氧化成四價(jià)二氧化錳小顆粒被截留在石英砂上，達到去除錳的目的。

　　1、材料與方法

　　1.1 材料

　　1.1.1 試驗樣本。

　　試驗樣本來(lái)源于三門(mén)佃石水庫上游掛簾村紅薯加工處的紅薯廢渣。

　　1.1.2 試驗器材。

　　顯微鏡(BX43F)、原子吸收分光光度儀(耶拿ZEEnit700p)、高速冷凍離心機(TGL-20M)、WIGGENS恒溫振蕩培養箱(WS-300)、紫外分光光度計(UV-2450)、立式壓力蒸汽滅菌器(LDIM-60KCS)、超凈工作臺(SW-CJ-1D)、電熱恒溫水浴鍋、梅特勒臺式pH計、隔水式培養箱(SENXINGRP-9160)、微量移液器。

　　1.1.3 錳細菌篩選及富集培養基。

　　平板培養基及其斜面培養基(JFMⅡ培養基)：2.0g/L檸檬酸，8.0g/L檸檬酸三鈉，4.0g/LMnSO4，1.3g/L檸檬酸鐵銨，0.2g/LCaCl2，0.5g/LNaNO3，15.0g/L瓊脂，pH6.8～7.0，120℃滅菌30min。種子液體培養基(PYCM液體培養基)：0.2g/L酵母浸膏，0.2g/LMnSO4·H2O，0.2g/LNaNO3，0.8g/L蛋白胨，0.2g/LMgSO4·7H2O，0.1g/LCaCl2，0.1g/L(NH4)2CO3，0.1g/LK2HPO4，pH7.0。

　　1.2 方法

　　1.2.1 紅薯廢渣樣本微生物菌株分離。

　　在搖瓶中加入適量沸石，加入60mL滅菌生理鹽水，取紅薯廢渣樣本置于滅菌研缽中，搗碎，將10.0g研磨過(guò)的紅薯樣本加入搖瓶，于搖床中30℃振蕩20min，搖床轉速為120r/min。用滅菌的生理鹽水稀釋上述紅薯廢渣懸浮液，稀釋倍數依次為10、100、1000倍，吸取適量不同稀釋倍數的懸浮液涂布到平板選擇培養基上。在30℃培養箱中倒置培養，20d后觀(guān)察微生物菌體生長(cháng)狀況。培養基上長(cháng)出的棕色、黑褐色，直徑為1～5mm，中心凸起，表面光滑，邊緣顏色較淺整齊的為目標菌。用接種環(huán)挑取目標菌落，在JFMⅡ固體培養基平板上劃線(xiàn)，連續劃折線(xiàn)3次，在電鏡上檢測得到純種為止，斜面接種培養后冷藏。

　　1.2.2 產(chǎn)氧化除錳活性物質(zhì)微生物的篩選及擴大培養。

　　將分離得到的目標菌落接種在JFMⅡ固體培養基中，27℃條件下隔水式培養箱培養10d。查看菌落所呈現的顏色，根據Mn(Ⅱ)發(fā)生氧化出現的褐色菌落顏色的深淺程度加以初步確認該菌株對Mn(Ⅱ)的氧化性能。用過(guò)硫酸法和TMPD法測定其中錳，過(guò)硫酸法結果呈紅色且TMPD法結果呈藍色的菌落具有氧化二價(jià)錳成為四價(jià)錳的能力。從JFMⅡ固體培養基中挑取6個(gè)典型氧化菌接入PYCM液體培養基進(jìn)行搖瓶培養7d，每天投加50%PYCM液體培養基，連續投加3d增加菌液量待用。

　　1.2.3 廢水過(guò)濾池的工程應用。

　　農村紅薯加工一般以村一級的規模集中加工，廢水相對比較集中，小型的生物過(guò)濾池可以達到去除廢水中錳的要求。濾池面積為2.4m×3.6m，濾層厚度為600mm，濾料采用0.6～1.2mm石英砂。將菌種擴大培養液注入濾池，加水浸沒(méi)整個(gè)砂層表面，菌液浸泡砂層24h。然后放出菌液置于容器內待用，砂層晾干24h，如此反復3次，使菌種著(zhù)床在石英砂表面。

　　2、結果與分析

　　2.1 紅薯碎漿清洗次數與清洗廢液錳含量的變化關(guān)系

　　鮮紅薯經(jīng)破碎打漿后，需清洗5次，每次清洗后需要及時(shí)排放上層廢水。漿液上層廢水中二價(jià)錳離子的含量較高，錳的含量隨著(zhù)清洗次數的增加而減小(圖1)。隨著(zhù)淀粉純度的增加、顏色的純化而結束清洗。最后的清洗液廢水的錳含量<0.1mg/L，可以直接排放。5次的廢水集中存放，便于統一處理。

　　2.2 高水位廢水一次性排放各時(shí)段錳含量變化

　　高水位廢水一次性排放是把一次生產(chǎn)的所有廢水集中起來(lái)排放到廢液濾池中，在濾池中集中盛放數天，然后一次性把廢液池中的廢水排放。由圖2可知，錳氧化細菌主要分布在砂層表面的10cm內，一次性排放的前15min，石英砂濾層的吸附作用排放出的廢水錳含量比未經(jīng)過(guò)濾層的原廢水含量要低，接近濾層頂部的廢水錳含量最低。濾層層面上部的廢水經(jīng)過(guò)濾層的微生物過(guò)濾，錳含量比較穩定，錳去除率比較理想，但未達到濾層表面的最低含量，說(shuō)明錳的去除與微生物作用的時(shí)間關(guān)系相關(guān)。

　　2.3 高水位廢水連續排放時(shí)出水錳濃度與排放出時(shí)間的關(guān)系

　　受廢水濾池容積的影響，2次生產(chǎn)周期間產(chǎn)生的廢水量是相對穩定的。2次生產(chǎn)周期的廢水必須及時(shí)處理。濾池的出水速率和周期間的排放次數以及濾池的水量成反比，濾池的出水率越大，周期間的處理次數越多，濾池每次的處理量越小，相對來(lái)說(shuō)處理效果越好。高水位廢水連續排放時(shí)廢水的水位始終維持在高位，控制進(jìn)水與出水閥門(mén)保持水位，出水錳含量與排放時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖3。高水位排放時(shí)濾層表面的溶解氧相對較低，出水錳含量雖然恒定，但出水錳濃度較高。

　　2.4 低水位廢水連續不間斷排放時(shí)出水錳含量與排放時(shí)間的關(guān)系

　　連續不間斷排放是指開(kāi)啟一定大小的濾池出水閥門(mén)，在生產(chǎn)期間控制這個(gè)開(kāi)閉度，保持一定的出水速率。同樣，廢水進(jìn)水也保持這個(gè)速率，從而達到進(jìn)水和出水的平衡，在廢水處理過(guò)程中保持濾池的水位穩定。由圖4可知，前20min出水錳含量相對穩定，在0.22～0.26mg/L。這部分排出來(lái)的水是濾層下面20cm的水，至濾層表面排出來(lái)的水錳含量達到最低(0.09mg/L)?？刂茷V速和進(jìn)水量，出水和進(jìn)水達到平衡，出水錳的含量始終保持在最低(0.09mg/L)，即最佳工藝條件。

　　3、結論

　　從鮮紅薯碎漿中分離得到的錳氧化細菌對鮮紅薯生產(chǎn)淀粉產(chǎn)生的含錳廢水具有很好的去除效果。錳氧化細菌主要分布在濾層表面的20cm左右，從表面往下層微生物濃度依次減小。微生物去除廢水中的錳離子與廢水在濾池的有效部位停留時(shí)間具有很大的正相關(guān)。連續排放去除廢水中的錳離子比一次性排放的去除效果更佳。濾池水位的高低與錳去除效果相關(guān)，最佳的去除方法是水位稍超過(guò)濾層，低流速的連續排放去除效果最佳，出水錳含量始終小于0.1mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量合格標準。