紅薯淀粉廢水產微生物絮凝劑處理效果研究

黃志 劉雨

摘要：針對紅薯淀粉廢水產生量大、直接排放導致資源浪費的問題，本文開展了釀酒酵母對紅薯淀粉廢水絮凝效果的研究，并利用紅薯淀粉廢水作為培養基從釀酒酵母中篩選出了高效處理紅薯淀粉廢水的微生物絮凝劑。結果表明混凝15 min，沉淀10min，COD去除率即可達到70.00%，相對釀酒酵母處理時間和處理效果均有大幅提升。

關鍵詞：釀酒酵母;扣囊復膜酵母菌;紅薯淀粉廢水

Abstract：In view of the large amount of sweet potato starch wastewater and the waste of resources caused by direct discharge，the flocculation effect of saccharomyces cerevisiae on sweet potato starch wastewater was studied in this paper，and using sweet potato starch wastewater as the medium，a microbial flocculant was screened out from saccharomyces cerevisiae for the efficient treatment of sweet potato starch wastewater.The results showed that the COD removal rate could reach 70.00% after 15 min of coagulation and 10min of precipitation，which was significantly improved compared with the treatment time and effect of saccharomyces cerevisiae.

Key words：saccharomyces cerevisiae;Saccharomycopsis fibuligera;sweet potato starch wastewate

紅薯又名甘薯，營養豐富，含有大量淀粉、Vc、Vb1、Vb2、Ve、胡蘿卜素、食用纖維、氨基酸等多種物質[1]，具有防癌、抗癌作用。我國是世界第一大紅薯種植國家，紅薯種植面積占世界紅薯種植面積的80%[2]。由于需求量的持續增加，近年來我國紅薯淀粉產業快速發展，但紅薯淀粉生產過程中產生大量廢水，據統計每加工1噸紅薯約產生5噸的淀粉廢水[3]。紅薯淀粉廢水中主要含有機化合物，如糖類和蛋白質及大量的不溶物（如淀粉微粒、細胞、根纖維及葉子等），CODCr、氨氮、SS分別高達10000mg/L、100mg/L、3000mg/L[4]。微生物絮凝劑（ Microbial flocculant，MBF） 主要是微生物菌體或其代謝產物[5]，相比于傳統化學絮凝劑，具有安全性高、絮凝效果好等特點。

高濃度紅薯淀粉廢水直接排放將會帶來嚴重的環境污染和資源浪費。而目前紅薯淀粉廢水的處理方法主要有厭氧-好氧法、氣浮法[6]、磁絮凝法[7]、殼聚糖生物絮凝法[8]等，這些傳統化學、物理、生化方法處理成本過高，研發經濟、高效的紅薯淀粉廢水微生物絮凝處理技術，可以大大降低淀粉廢水COD、氨氮和SS的濃度，為后續處理減輕負擔，也為開展淀粉廢水中蛋白等有用組分的資源化利用提供安全保障。

1 實驗

1.1 實驗儀器

實驗主要儀器設備如下：便攜式pH計（pH-430）高壓蒸汽滅菌鍋（V-55）光學顯微鏡（CX41）恒溫培養箱（THZ-98C）COD 快速檢測儀（DEB200）電子分析天平（AE-224C）紫外分光光度計（T9CS）六聯攪拌器（JJ-4）等。

1.2 實驗材料：

培養基：紅薯淀粉廢水（COD：約10000mg/L），加入2%瓊脂粉，pH調至7.5，115℃滅菌備用。

釀酒酵母：又名“小麯子”，購自安徽省阜陽市米酒作坊制作的一種傳統的釀酒酵母菌。

紅薯淀粉廢水：取自潁上縣凱旋食品有限公司實際紅薯淀粉生產廢水。

1.3 實驗方法

（1）釀酒酵母對紅薯淀粉廢水絮凝效果研究

取10g釀酒酵母，加入290ml超純水，在30℃下攪拌5分鐘，制成質量分數為33.3%的溶液。搖床100r/min ，30℃，活化40小時后，取上述釀酒酵母菌液5ml加入200mL紅薯淀粉廢水，于30℃混凝并沉淀，每半小時測量一次COD。

（2）高效微生物絮凝劑篩選

初篩：將上述釀酒酵母菌液分別按10-2、10-4、10-6、10-8梯度稀釋，分別吸取0.1ml，涂布于上述紅薯淀粉廢水制成的培養基平板，30℃培養48h，形成清晰菌落。

復篩：挑取單菌落于培養基進行平板劃線復篩純化菌株，30℃培養48h。選擇菌生長快、菌落大典型繼續純化，每個分離物經兩次劃線，結合鏡檢保持菌株的純度。

堅定：通過菌落形態、掃描電鏡照片結合PCR鑒定結果，鑒定菌株種屬。

（3）高效微生物絮凝劑處理紅薯淀粉廢水實驗研究

選取上述篩選的高效微生物絮凝劑菌株進行液體培養，離心除去細胞（6000 rpm，20 min），得到的上清液按照1.0%的體積比加入紅薯淀粉廢水，混凝15分鐘，每沉淀10分鐘測量一次COD。

2實驗結果及分析

2.1釀酒酵母對紅薯淀粉廢水絮凝效果研究

從圖1可以看出釀酒酵母“小麯子”處理紅薯淀粉廢水混凝時間越長、沉淀時間越長，處理效果越佳。經過混凝120min、沉淀120min，COD去除率可達可達51.4%，COD由原本的10000mg/L左右降至2000mg/L以內，說明釀酒酵母“小麯子”對紅薯淀粉廢水具有較好的去除效果。

2.2高效微生物絮凝劑篩選

經初篩和復篩，得到1株釀酒酵母菌株，經PCR菌株鑒定為扣囊復膜酵母菌 Saccharomycopsis fibuligera，是典型的釀酒酵母之一。將篩選出的菌株采用傳代培養保藏法和冷凍干燥保藏法進行保藏。將所獲得的扣囊復膜酵母菌進行掃描電鏡拍照，掃描電鏡照片顯示為典型的釀酒酵母形態（圖2）。

2.3高效微生物絮凝劑處理紅薯淀粉廢水實驗研究

從實驗結果可以看出，利用紅薯淀粉廢水培養基從釀酒酵母“小麯子”中篩選出的扣囊復膜酵母菌菌劑上清液對紅薯淀粉廢水絮凝效果明顯，混凝15 min，沉淀10min，COD去除率即可達到70.00%，COD由17500mg/L降至5250mg/L，處理時間和處理效果相較釀酒酵母“小麯子”均有大幅提升。混凝沉淀后有明顯的沉淀物（圖4）。

3結論

（1）研究了釀酒酵母“小麯子”處理紅薯淀粉廢水，混凝120min、沉淀120min，COD去除率可達可達51.4%。

（2）利用紅薯淀粉廢水作為培養基，從釀酒酵母“小麯子”中篩選出了扣囊復膜酵母菌 Saccharomycopsis fibuligera。

（3）研究了篩選出的扣囊復膜酵母菌絮凝劑處理紅薯淀粉廢水，混凝15 min，沉淀10min，COD去除率即可達到70.00%，處理時間和處理效果大幅提升，效果明顯。試驗數據可為扣囊復膜酵母菌絮凝劑處理紅薯淀粉廢水提供基礎參數和技術支持。

參考文獻

[1]張松樹，劉蘭服.河北省甘薯發展優勢及產業化對策[J].河北農業科學，2004，8 （1） ：86-88.

[2]黃光文，傅中雄，謝飛等.紅薯燃料乙醇的開發和創新[J].湖南科技學院學報，2008，29（10） ：102-104.

[3]李洪民，徐飛，唐忠厚.土壤對甘薯淀粉加工廢水的降解效果[J].江蘇農業科學，2010（6） ：556-557.

[4]方降龍，海子彬，謝顯傳.農村紅薯淀粉低污染生產模式探討[J].現代農業科技2014，（18），213-214+222.

[5]徐琳，劉建軍.產微生物絮凝劑菌株的篩選[D].濟南：山東輕工業學院，2012.

[6]李生，李健，邵振卿.利用氣浮UASBSBR工藝處理紅薯淀粉廢水[J].周口師范學院學報，2006（5） ：83-85.

[7]吳健，張金流，海子彬.磁絮凝法預處理紅薯淀粉廢水的試驗研究[J].蚌埠學院學報，2017，6（6） ：46-50.

[8]馮可，匡武，王翔宇.殼聚糖絮凝-厭氧-好氧-深度處理紅薯淀粉廢水[J].安徽大學學報，2020，44（4） ：101-108.

作者簡介：黃志（1987-），男，安徽安慶，博士（在讀），工程師，水污染防治、微生物資源化利用;

基金資助：國家水體污染控制與治理科技重大專項“沙潁河中下游農業面源污染控制與水質改善集成技術研究與綜合示范”（2015ZX07204-007）。