作为一种重要的工业原料，淀粉除供食用与加工食品外，更广泛地应用于化工、纺织、医药、饲料、造纸、石油等行业。我国是淀粉生产与消费大国，近年来随着不断调整生产格局、引进先进技术，淀粉及其深加工产业的生产水平得到明显提升，然而淀粉废水仍是食品工业中污染最严重的废水之一。淀粉生产过程中废水排放量很大，排放的废水中含有大量淀粉、蛋白质、糖类、脂肪等有机物，属于高浓度酸性有机废水。
微生物絮凝剂是一种由微生物产生的、具有絮凝活性的生物物质，主要由糖蛋白、纤维素和DNA等构成，它是一种天然生物高分子絮凝剂，具有无毒害、高效、无二次污染、可生物降解的优点。活性炭作为一种环保的吸附材料，吸附性能很强，原料来源广泛，使用起来也很安全，而且它在热和酸的条件下都有不错的吸附性能，对于废水中存在的一些有机物有很好的吸附效果，比很多化学和生物法简单。利用活性炭吸附固定微生物絮凝剂处理淀粉废水时，在微生物和活性炭的协同作用下，不仅可以提高活性炭的吸附容量，而且还可以增强有机物质和微生物的接触时间，大大增加了被生物降解的几率。本研究将活性炭吸附法和微生物絮凝剂的优点组合，利用载体吸附固定絮凝剂的同时，增强微生物处理淀粉废水的活性，活性炭的孔隙结构还可以为微生物提供栖息地，使微生物能够耐受外界的不良环境，使得处理效果达到最佳。
1、实验的主要仪器与药品
1.1 实验仪器
冰箱、灭菌锅、电热炉、电子天平、振荡器、水浴锅、pH计、浊度仪、培养箱等。
1.2 实验药品及试剂
1.2.1 实验药品
活性炭、牛肉膏、琼脂、NaCl、葡萄糖、蛋白胨、硫酸铵、尿素、磷酸氢二钾、酵母膏、可溶性淀粉、无水乙醇、氯化钙，所有实验药品均为分析纯。
1.2.2 试剂及其配制方法
2∶1体积的乙醇配制：准确量取100mL的无水乙醇和50mL的去离子水，混匀并倒入试剂瓶中备用。
淀粉废水配制：称取10g可溶性淀粉于研钵中，加入少许去离子水调成糊状并研细，移至1000mL量筒中，加水至刻度。充分搅拌，静止24h，用虹吸法仔细将上层液体移至试剂瓶中备用。
5%的氯化钙溶液配制：称取5g无水氯化钙溶于95mL的去离子水中，充分搅拌并移至试剂瓶中备用。
2、实验方法
2.1 活性炭的洗涤与筛分
将活性炭放入500mL的烧杯中，加入适量的水进行洗涤，然后放置在电热炉上煮沸1h并置于120℃的烘箱中干燥12h后备用。将洗涤好的活性炭倒入筛网中进行筛分，将其筛分为12目以下、12～24目、24～40目、40～60目、60目以上5种类型活性炭备用。
2.2 微生物絮凝剂的制备
取北郊污水处理厂的活性污泥作为菌种来源，用接种环挑取细菌于试管中，加入去离子水，制成菌悬液并准确配成1×10-1～1×10-5的稀释度，然后将配制好的菌悬液各1mL加入相应的无菌培养皿中，倒入溶化后的牛肉膏蛋白胨培养基混合摇匀，于35℃进行菌种的富集培养，并观察平板菌落特征。采用平板划线法分离纯化获得单一菌种，将固体培养基内的单菌用接种环挑取接入到液体培养基中进行培养，将条件控制为温度30℃、摇床转速120r/min、pH值7左右，发酵1～2天得到发酵液。将发酵液均匀倒入离心管中，放入离心机以4000r/min离心30min，取上清液于无菌小试管中加入等体积2∶1的乙醇洗涤后置于冰箱中分离出微生物絮凝剂备用。
2.3 活性炭吸附固定微生物絮凝剂最优条件探究
2.3.1 活性炭最佳粒径大小的选取
分别称取0.5g12目以下、12～24目、24～40目、40～60目、60目以上5种类型的活性炭于250mL锥形瓶中，加入3mL微生物絮凝剂，置于振荡器中振荡1h，待活性炭吸附固定微生物絮凝剂后取出，分别加入2mL5%的CaCl2溶液和100mL配制好的淀粉废水，置于振荡器反应1h并静置30min后，取其上清液测定浊度，并计算浊度去除率。根据计算出的浊度去除率，确定出活性炭的最佳粒径大小。
2.3.2 活性炭吸附固定微生物絮凝剂处理有机废水优势探究
利用2.3.1中选取出的40～60目的活性炭，分别将吸附固定好的活性炭、未处理的活性炭0.5g、微生物絮凝剂3mL置于3个250mL的锥形瓶中，分别加入2mL5%的CaCl2溶液和100mL配制好的淀粉废水，置于振荡器反应1h并静置30min后，取其上清液测定浊度，并计算浊度去除率。根据计算出的浊度去除率，分析活性炭吸附固定微生物絮凝剂的优势。
2.3.3 活性炭吸附固定微生物絮凝剂的最佳用量比例
通过2.3.1确定出最佳活性炭粒径大小为40～60目，各称取0.5g于6个250mL锥形瓶中，并分别加入2mL、3mL、4mL、5mL、6mL微生物絮凝剂置于振荡器中振荡1h，待活性炭吸附固定微生物絮凝剂后取出，再加入2mL5%的CaCl2溶液和100mL配制好的淀粉废水，置于振荡器中振荡1h后取出锥形瓶并沉淀30min，取其上清液测定浊度，并计算浊度去除率。根据计算出的浊度去除率，确定出活性炭和微生物絮凝剂的最佳用量比例。
2.4 废水浊度去除率的测定方法
将处理前后的淀粉废水静置一段时间，取上清液用浊度仪测定废水浊度，利用式（1）即可得浊度去除率。
式中：B0为原废水的浊度；B为处理后废水的浊度。
2.5 微生物絮凝剂最佳絮凝条件的探究
选择出最佳的吸附固定条件后，利用正交实验对最佳絮凝条件进行优化。正交试验选取的因素有温度、pH值、投加量、时间4个影响因素，各因素下选择4个值作为因素水平，分别为温度A（20℃、30℃、40℃、50℃）、pH值B（6、7、8、9）、投加量C（3mL、4mL、5mL、6mL）、絮凝时间D（30min、60min、120min、180min），正交实验选用正交表L16（44）进行实验设计，总共进行16次实验，正交实验4个因素的各水平分配如表1所示。
3、实验结论与讨论
3.1 活性炭吸附固定微生物絮凝剂的最优条件
3.1.1 不同粒径活性炭对吸附固定效果的影响
按照2.3.1的实验方法，改变活性炭粒径大小吸附固定微生物絮凝剂处理淀粉废水，通过测其废水浊度，计算浊度去除率，选择出最佳的活性炭粒径。实验结果如图1所示。
从图1可以看出，浊度去除率随着活性炭目数的增加呈上升趋势，活性炭粒径为40～60目的时候去除效果最好，去除率达到80.96%，而粒径为60目以上时去除率却降低，这是因为活性炭粒径过小会漂浮在废水中，不容易沉降，从而对废水的浊度造成一定影响。所以应当选用40～60目的活性炭吸附固定微生物絮凝剂，不仅吸附效果好而且比较容易沉降，能够使得处理效果达到最佳。
3.1.2 活性炭吸附固定微生物絮凝剂处理有机废水的优势
按照2.3.2的实验方法，设置3个不同的对照组进行实验，通过计算其浊度去除率的大小，分析活性炭吸附固定微生物絮凝剂的优势所在。实验结果如图2所示。
从图2可以看出，活性炭单独处理废水的浊度去除率比较低，只有38.71%，微生物絮凝剂单独处理和两者结合处理的浊度去除率相差不大，微生物单独处理为80.96%，活性炭吸附固定微生物为81.64%，但两者都比活性炭单独处理的效果好。因为处理的是淀粉废水，淀粉作为大分子有机物，会因为活性炭孔径小而无法被吸附，而且微生物絮凝剂作为一种高效、无二次污染的絮凝剂明显占有很大的优势。活性炭吸附微生物絮凝剂后与絮凝剂单独作用的效果相差不大，这是因为微生物絮凝剂被吸附后，已经堵住了活性炭的一部分孔，影响活性炭直接对废水的处理，所以两者的浊度去除率相差不大。但利用活性炭作为载体，不仅有利于微生物絮凝剂对废水的处理，而且漂浮在废水中的絮凝剂更加容易沉降下来，也可以省去后续处理的许多麻烦，所以利用活性炭吸附固定微生物絮凝剂是一个更好的选择。
3.1.3 不同用量比例对吸附固定效果的影响
按照2.3.3的实验方法，通过改变活性炭吸附微生物絮凝剂的用量比例，测其废水浊度，并计算浊度去除率，从而确定吸附固定的最佳用量比例。实验结果如图3所示。
从图3可以看出，随着微生物絮凝剂投加量的增加，浊度去除率有上升趋势，然后趋于平衡。当微生物絮凝剂投加量为6mL时去除效果最好，浊度去除率为96.21%。但当絮凝剂投加量为5mL时，浊度去除率已经达到96.06%，因此投加量大于5mL后，趋势线是近似达到平衡的。从图3中也可以看出，当絮凝剂投加量为2mL时，浊度去除率仅为15.21%，这是因为投加量过少不仅不能充分处理废水，而且影响形成的矾花量，过少的矾花不能够聚合成大的团状物沉降下来使得处理效果不佳。考虑到微生物制备成本等问题，微生物絮凝剂用量为5mL最合适。因此，在处理100mL的淀粉废水时，利用0.5g的活性炭吸附固定5mL微生物絮凝剂为其最佳的用量比例。
3.2 微生物絮凝剂的最佳絮凝条件
选择出最佳吸附固定条件后，利用正交实验对最佳絮凝条件进行优化。正交试验选取因素有温度、pH值、投加量、时间4个影响因素，并选择4个值作为因素水平，正交实验的结果及分析如表2所示。
从表2中可以看出，在实验7所达到的条件下，淀粉废水的浊度去除率最高，达到了97.7%，废水的浊度仅为1.5NTU。由表2可知，RB>RD>RA>RC，而且RB的值为57.73，说明pH值对微生物絮凝剂絮凝效果的影响是非常显著的。所以各因素中，pH值对淀粉废水浊度去除效果影响最大，其次是絮凝时间、温度，最后是投加量。因此，最佳的水平组合为A3B4C3D4，即絮凝条件为温度40℃、pH值9、絮凝剂投加量5mL、振荡时间180min时可以使得效果达到最佳。
4、结论
活性炭吸附固定微生物絮凝剂的最佳吸附条件为使用粒径40～60目的活性炭，在处理100mL的淀粉废水时，利用0.5g的活性炭吸附固定5mL的微生物絮凝剂。微生物絮凝剂处理淀粉废水影响最大的因素为pH值，最佳的絮凝条件为温度40℃、pH值9、絮凝剂投加量5mL、絮凝时间180min，可以使得浊度去除率最高，达到97.7%以上。（来源：太原市环境保护信息中心）