热点聚焦 | 张光明：从源头消除污泥的光合细菌污水资源化技术
发布时间：2017-06-06
2017年4月13-15日，由中国国际贸易促进委员会建设行业分会主办，《水工业市场》杂志承办的“2017（第12届）水处理行业热点技术论坛”在京召开（详情：“2017（第12届）水处理行业热点技术论坛” 在京隆重揭幕），中国人民大学环境学院教授张光明在会上做了主题报告，报告主要围绕一种打破传统生物降解技术路线束缚的生物转化方法展开。
张光明，中国人民大学环境学院教授，博士生导师。美国purdue university环境工程博士。霍英东教育基金会高等院校青年教师奖获得者，新世纪优秀人才支持计划人选。先后承担并参与了十余项国家项目，其中包括国家自然科学基金3项。曾获黑龙江省技术发明一等奖。发表论文150余篇，其中sci收录论文98篇，ei收录论文87篇，著作5本，获得发明专利13项。
中国人民大学环境学院教授张光明
有机废水生物转化理论
2015年，全国废水产量达到738亿吨。废水中的主要污染物包括有机物（cod）、营养物质（n、p）、有毒有害物质（重金属、pops）、盐等。目前对于废水的处理工艺包括生物、化学、物理三种方法，其中生物法使用最多，占比90%。
生物处理技术可以利用微生物（活性污泥）新陈代谢，将废水中的有机物、营养物质、部分难降解有机物分解成co2、n2、水。但同时微生物合成自身物质，会形成更多微生物（剩余污泥）。这也是污水生物处理中一个不可避免的问题。
生物转化是上个世纪四五十年代提出的一种理论。以无毒无害的营养型废水作为培养基，利用其中的有机物、n、p等物质培养具有回收价值的微生物，同时去除了废水中的cod、n、p。
目前国际上生物转化技术，利用最多的是光合细菌。转化途径如下图：
光合细菌介绍
光合细菌是一类进行不放氧光合作用的微生物，是地球最古老的生命之一。
光合细菌代谢途径灵活，包括光合作用、呼吸作用、发酵。同时，可以利用有机物、硫化物、氨各种基质作为供氢体兼碳源。
我国自上世纪八十年代开始，南开大学、清华大学、上海交通大学、中科院、中国环科院等院校开展了利用光合细菌处理各种工业废水的研究。九十年代起美国california university、法国st martin d'hères大学、日本nriaist、我国清华大学、同济大学、浙江大学、中国科学院及河南农业大学等开始利用光合细菌处理污水的同时产氢，以实现资源化。之后，陆续有利用光合细菌处理大豆加工废水、味精废水、养殖废水、生活污水、蜜糖废水、酒糟废水、猪粪废水焦化废水、明胶废水、含油废水、印染废水等的研究出现。
光合细菌具有水体自净的作用，在饲料饵料、高级菌肥、水体净化、天然色素等方面均有应用，已经是市场上常见的成熟产品。
研究成果
1.多种高浓度无毒无害废水有效处理
研究表明，利用光合细菌在多种高浓度无毒无害废水进行培养，均得到了非常好的效果，如大豆废水、白酒废水、柠檬酸废水、味精废水等。其中有一些废水直接处理效果不佳，但加入小分子进行优化和改进后，均得到了良好的结果，如淀粉废水、制糖废水、乳制品废水等。
2、菌体资源收获
研究做了一系列的优化方法，包括低强度超声波刺激、加改进用微量元素等，目前成果表明，污水培养收获的光合细菌浓度已经高于纯培养基收获的细菌浓度。
此外，光合细菌中主要成分为蛋白质，一般可以达到50-60%的蛋白质含量，研究课题组在一个经过筛选出来的菌群进行优化培养后，目前可以达到80-90%的蛋白质含量，这也为菌体的应用开辟了一条新的路径。
3、光合细菌新工艺
（1）组装了psb-mbr反应器，出水达标，光合细菌回收率99%。
（2）组装了psb-edi反应器，利用光合细菌＋edi处理并资源化回收高有机物高氨氮废水。达到光合细菌去除废水中有机物（95%）回收菌体资源，edi回收水中的氨氮（90％）的作用。
（3）对高浓度有机废水光合细菌转化菌体价值研究发现，高浓度营养型废水年排放cod总量约55.0万吨，假设其中10%由光合细菌进行生物转化，高浓度有机废水处理中光合细菌的产率0.5，将获得约2.2万吨的光合细菌菌体（干重），大规模售价为现在的10%，即可获利40-50亿元，减少剩余污泥产量11万吨。
目前该技术小试阶段已经完成，中试阶段正在进行，希望未来能得到规模化应用。
（本文为《水工业市场》根据张光明在“2017（第12届）水处理行业热点技术论坛”讲话整理。）