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

生物處理技術可以利用微生物(活性污泥)新陳代謝，將廢水中的有機物、營養物質、部分難降解有機物分解成CO2、N2、水。但同時微生物合成自身物質，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。

生物轉化是上個世紀四五十年代提出的一種理論。以無毒無害的營養型廢水作為培養基，利用其中的有機物、N、P等物質培養具有回收價值的微生物，同時去除了廢水中的COD、N、P。目前國際上生物轉化技術，利用最多的是光合細菌。

光合細菌是一類進行不放氧光合作用的微生物，是地球最古老的生命之一。光合細菌代謝途徑靈活，包括光合作用、呼吸作用、發酵。同時，可以利用有機物、硫化物、氨各種基質作為供氫體兼碳源。

我國自上世紀80年代開始，南開大學、清華大學、上海交通大學、中科院、中國環科院等院校開展了利用光合細菌處理各種的工業廢水研究。90年代起美國California University、法國St Martin d'Hères大學、日本NRIAIST、我國清華大學、同濟大學、浙江大學、中國科學院及河南農業大學等開始利用光合細菌污水處理的同時產氫，以實現資源化。之后，陸續有利用光合細菌處理大豆加工廢水、味精廢水、養殖廢水、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。

中國人民大學環境學院教授張光明研究一種打破傳統生物降解技術路線束縛的生物轉化方法，針對含有很高有機物同時不含有毒有害物質的高濃度營養型廢水，利用廢水中污染物質作為培養基來培養具有很高市場價值的光合細菌菌體資源。

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

此項研究表明，利用光合細菌在多種高濃度無毒無害廢水進行培養，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，但加入小分子進行優化和改進后，均得到了良好的結果，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化方法，包括低強度超聲波刺激、加改進用微量元素等，成果表明，污水處理培養收獲的光合細菌濃度已經高于純培養基收獲的細菌濃度。

此外，研究課題組還對一個經過篩選出來的菌群進行優化培養，可以使光合細菌達到80-90%的蛋白質含量，這也為菌體的應用開辟了一條新的路徑。

此技術針對高濃度營養型廢水，變現有的生物降解為生物轉化，將廢水中的C、N、P充分利用起來，用于生產具有市場價值的光合細菌菌體資源，從而實現了廢水的資源化，同時，光合細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生，不僅相應地減少了污泥處理處置費用，也減少了對環境的污染，最終利用廢水生產光合細菌，與現有的生物發酵方法相比，可有效降低光合細菌的產生成本。