2017年4月13-15日，由中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)建設(shè)行業(yè)分會(huì)主辦，《水工業(yè)市場(chǎng)》雜志承辦的“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)論壇”在京召開(詳情：“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)論壇” 在京隆重揭幕)，中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授張光明在會(huì)上做了主題報(bào)告，報(bào)告主要圍繞一種打破傳統(tǒng)生物降解技術(shù)路線束縛的生物轉(zhuǎn)化方法展開。
張光明，中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。美國(guó)Purdue University環(huán)境工程博士。霍英東教育基金會(huì)高等院校青年教師獎(jiǎng)獲得者，新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃人選。先后承擔(dān)并參與了十余項(xiàng)國(guó)家項(xiàng)目，其中包括國(guó)家自然科學(xué)基金3項(xiàng)。曾獲黑龍江省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。發(fā)表論文150余篇，其中SCI收錄論文98篇，EI收錄論文87篇，著作5本，獲得發(fā)明專利13項(xiàng)。
有機(jī)廢水生物轉(zhuǎn)化理論
2015年，全國(guó)廢水產(chǎn)量達(dá)到738億噸。廢水中的主要污染物包括有機(jī)物(COD)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N、P)、有毒有害物質(zhì)(重金屬、POPs)、鹽等。目前對(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、部分難降解有機(jī)物分解成CO2、N2、水。但同時(shí)微生物合成自身物質(zhì)，會(huì)形成更多微生物(剩余污泥)。這也是污水生物處理中一個(gè)不可避免的問題。
生物轉(zhuǎn)化是上個(gè)世紀(jì)四五十年代提出的一種理論。以無毒無害的營(yíng)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(jià)值的微生物，同時(shí)去除了廢水中的COD、N、P。
目前國(guó)際上生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，利用最多的是光合細(xì)菌。轉(zhuǎn)化途徑如下圖：
光合細(xì)菌介紹
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(shí)，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(guó)自上世紀(jì)八十年代開始，南開大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、中科院、中國(guó)環(huán)科院等院校開展了利用光合細(xì)菌處理各種工業(yè)廢水的研究。九十年代起美國(guó)California University、法國(guó)St Martin d’Hères大學(xué)、日本NRIAIST、我國(guó)清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院及河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等開始利用光合細(xì)菌處理污水的同時(shí)產(chǎn)氫，以實(shí)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、蜜糖廢水、酒糟廢水、豬糞廢水焦化廢水、明膠廢水、含油廢水、印染廢水等的研究出現(xiàn)。
光合細(xì)菌具有水體自凈的作用，在飼料餌料、高級(jí)菌肥、水體凈化、天然色素等方面均有應(yīng)用，已經(jīng)是市場(chǎng)上常見的成熟產(chǎn)品。
研究成果
1.多種高濃度無毒無害廢水有效處理
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)，均得到了非常好的效果，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。
2、菌體資源收獲
研究做了一系列的優(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，目前成果表明，污水培養(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，光合細(xì)菌中主要成分為蛋白質(zhì)，一般可以達(dá)到50-60%的蛋白質(zhì)含量，研究課題組在一個(gè)經(jīng)過篩選出來的菌群進(jìn)行優(yōu)化培養(yǎng)后，目前可以達(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。
3、光合細(xì)菌新工藝
(1)組裝了PSB-MBR反應(yīng)器，出水達(dá)標(biāo)，光合細(xì)菌回收率99%。
(2)組裝了PSB-EDI反應(yīng)器，利用光合細(xì)菌+EDI處理并資源化回收高有機(jī)物高氨氮廢水。達(dá)到光合細(xì)菌去除廢水中有機(jī)物(95%)回收菌體資源，EDI回收水中的氨氮(90%)的作用。
(3)對(duì)高濃度有機(jī)廢水光合細(xì)菌轉(zhuǎn)化菌體價(jià)值研究發(fā)現(xiàn)，高濃度營(yíng)養(yǎng)型廢水年排放COD總量約55.0萬噸，假設(shè)其中10%由光合細(xì)菌進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，高濃度有機(jī)廢水處理中光合細(xì)菌的產(chǎn)率0.5，將獲得約2.2萬噸的光合細(xì)菌菌體(干重)，大規(guī)模售價(jià)為現(xiàn)在的10%，即可獲利40-50億元，減少剩余污泥產(chǎn)量11萬噸。
(本文為《水工業(yè)市場(chǎng)》根據(jù)張光明在“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)論壇”講話整理。)
