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產生的廢水。在廣大的農村地區紅薯加工生產淀粉是農民增收創富的重要手段之一。紅薯加工過程中產生了大量的廢水，淀粉廢水處理是目前淀粉生產廠家難以解決的問題，尤其是農村小型淀粉加工廠，經過簡單的降低COD處理就直接排入溝渠，對重金屬幾乎沒有進行任何處理。紅薯廢水錳含量高達4.0mg/L，不經過處理會對環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，以多種化合價位形式廣泛存在于自然界。當水體中的錳含量超過一定濃度時，會對周圍環境產生十分不利的影響，對動植物產生極大的毒害作用。如何解決地表水錳污染問題已經成為環境保護中一個非常重要的項目。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，是目前最經濟、高效的除錳方法，已成為當前除錳技術的主流。生物除錳法在去除紅薯加工產生的廢水中一直未得到應用，也未進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，從紅薯廢渣中分離出錳氧化菌，利用選擇性培養基進行擴大培養，著床在石英砂濾池中，收集的紅薯廢水慢慢通過濾池，錳的去除率在98%以上，二價錳離子被氧化成四價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。
試驗樣本來源于三門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后觀察微生物菌體生長狀況。培養基上長出的棕色、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。用接種環挑取目標菌落，在JFMⅡ固體培養基平板上劃線，連續劃折線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 產氧化除錳活性物質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。用過硫酸法和TMPD法測定其中錳，過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錳成為四價錳的能力。從JFMⅡ固體培養基中挑取6個典型氧化菌接入PYCM液體培養基進行搖瓶培養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，加水浸沒整個砂層表面，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系
鮮紅薯經破碎打漿后，需清洗5次，每次清洗后需要及時排放上層廢水。漿液上層廢水中二價錳離子的含量較高，錳的含量隨著清洗次數的增加而減小(圖1)。隨著淀粉純度的增加、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段錳含量變化
高水位廢水一次性排放是把一次生產的所有廢水集中起來排放到廢液濾池中，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過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過濾層的微生物過濾，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，說明錳的去除與微生物作用的時間關系相關。
2.3 高水位廢水連續排放時出水錳濃度與排放出時間的關系
受廢水濾池容積的影響，2次生產周期間產生的廢水量是相對穩定的。2次生產周期的廢水必須及時處理。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，相對來說處理效果越好。高水位廢水連續排放時廢水的水位始終維持在高位，控制進水與出水閥門保持水位，出水錳含量與排放時間的關系見圖3。高水位排放時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出水錳含量與排放時間的關系
連續不間斷排放是指開啟一定大小的濾池出水閥門，在生產期間控制這個開閉度，保持一定的出水速率。同樣，廢水進水也保持這個速率，從而達到進水和出水的平衡，在廢水處理過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。這部分排出來的水是濾層下面20cm的水，至濾層表面排出來的水錳含量達到最低(0.09mg/L)。控制濾速和進水量，出水和進水達到平衡，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淀粉產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間具有很大的正相關。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，最佳的去除方法是水位稍超過濾層，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，達到地表水環境質量合格標準。(來源：三門縣水務有限公司，浙江黃巖自來水公司，浙江省城市供水水質監測網臺州監測站)
