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2015年，全國廢水產(chǎn)量達(dá)到735億噸。廢水中的主要污染物包括有機(jī)物(COD)、營養(yǎng)物質(zhì)(N、P)、有毒有害物質(zhì)(重金屬、POPs)、鹽等。目前對于廢水的處理工藝包括生物、化學(xué)、物理三種方法，其中生物法使用最多，占比90%。

生物處理技術(shù)可以利用微生物(活性污泥)新陳代謝，將廢水中的有機(jī)物、營養(yǎng)物質(zhì)、部分難降解有機(jī)物分解成CO2、N2、水。但同時微生物合成自身物質(zhì)，會形成更多微生物(剩余污泥)。這也是污水生物處理中一個不可避免的問題。

生物轉(zhuǎn)化是上個世紀(jì)四五十年代提出的一種理論。以無毒無害的營養(yǎng)型廢水作為培養(yǎng)基，利用其中的有機(jī)物、N、P等物質(zhì)培養(yǎng)具有回收價值的微生物，同時去除了廢水中的COD、N、P。目前國際上生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，利用最多的是光合細(xì)菌。

光合細(xì)菌是一類進(jìn)行不放氧光合作用的微生物，是地球最古老的生命之一。光合細(xì)菌代謝途徑靈活，包括光合作用、呼吸作用、發(fā)酵。同時，可以利用有機(jī)物、硫化物、氨各種基質(zhì)作為供氫體兼碳源。

我國自上世紀(jì)80年代開始，南開大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、中科院、中國環(huán)科院等院校開展了利用光合細(xì)菌處理各種的工業(yè)廢水研究。90年代起美國California University、法國St Martin d'Hères大學(xué)、日本NRIAIST、我國清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院及河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等開始利用光合細(xì)菌污水處理的同時產(chǎn)氫，以實現(xiàn)資源化。之后，陸續(xù)有利用光合細(xì)菌處理大豆加工廢水、味精廢水、養(yǎng)殖廢水、生活污水處理、蜜糖污水處理、酒糟污水處理、豬糞污水處理、焦化污水處理、明膠污水處理、含油污水處理、印染污水處理等的研究出現(xiàn)。

中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授張光明研究一種打破傳統(tǒng)生物降解技術(shù)路線束縛的生物轉(zhuǎn)化方法，針對含有很高有機(jī)物同時不含有毒有害物質(zhì)的高濃度營養(yǎng)型廢水，利用廢水中污染物質(zhì)作為培養(yǎng)基來培養(yǎng)具有很高市場價值的光合細(xì)菌菌體資源。

一方面，利用光合細(xì)菌對有機(jī)物（碳源）、N（氮源）、P（磷源）進(jìn)行攝取和轉(zhuǎn)化，高效降低水中的COD、TN、TP；另一方面，以高濃度營養(yǎng)型廢水為免費基質(zhì)，培養(yǎng)高活性的光合細(xì)菌菌體，既可以作為飼料、餌料、肥料，還可用于提取單細(xì)胞蛋白、輔酶Q10、細(xì)菌色素等產(chǎn)品。與此同時，還極大地消除了剩余污泥的產(chǎn)生，實現(xiàn)剩余污泥的源頭減量。

此項研究表明，利用光合細(xì)菌在多種高濃度無毒無害廢水進(jìn)行培養(yǎng)，可得到非常好的效果，如大豆廢水、白酒廢水、檸檬酸廢水、味精廢水等。其中有一些廢水直接處理效果不佳，但加入小分子進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)后，均得到了良好的結(jié)果，如淀粉廢水、制糖廢水、乳制品廢水等。

同時，研究還做了一系列的優(yōu)化方法，包括低強(qiáng)度超聲波刺激、加改進(jìn)用微量元素等，成果表明，污水處理培養(yǎng)收獲的光合細(xì)菌濃度已經(jīng)高于純培養(yǎng)基收獲的細(xì)菌濃度。

此外，研究課題組還對一個經(jīng)過篩選出來的菌群進(jìn)行優(yōu)化培養(yǎng)，可以使光合細(xì)菌達(dá)到80-90%的蛋白質(zhì)含量，這也為菌體的應(yīng)用開辟了一條新的路徑。

此技術(shù)針對高濃度營養(yǎng)型廢水，變現(xiàn)有的生物降解為生物轉(zhuǎn)化，將廢水中的C、N、P充分利用起來，用于生產(chǎn)具有市場價值的光合細(xì)菌菌體資源，從而實現(xiàn)了廢水的資源化，同時，光合細(xì)菌廢水處理通過回收利用菌體，極大地減少了剩余污泥的產(chǎn)生，不僅相應(yīng)地減少了污泥處理處置費用，也減少了對環(huán)境的污染，最終利用廢水生產(chǎn)光合細(xì)菌，與現(xiàn)有的生物發(fā)酵方法相比，可有效降低光合細(xì)菌的產(chǎn)生成本。