2017年4月13-15日，由中國國際貿(mào)易促進委員會建設行業(yè)分會主辦，《水工業(yè)市場》雜志承辦的“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點技術論壇”在京召開(詳情：“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點技術論壇” 在京隆重揭幕)，中國人民大學環(huán)境學院教授張光明在會上做了主題報告，報告主要圍繞一種打破傳統(tǒng)生物降解技術路線束縛的生物轉化方法展開。
張光明，中國人民大學環(huán)境學院教授，博士生導師。美國Purdue University環(huán)境工程博士?；粲|教育基金會高等院校青年教師獎獲得者，新世紀優(yōu)秀人才支持計劃人選。先后承擔并參與了十余項國家項目，其中包括國家自然科學基金3項。曾獲黑龍江省技術發(fā)明一等獎。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。
有機廢水生物轉化理論
2015年，全國廢水產(chǎn)量達到738億噸。廢水中的主要污染物包括有機物(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、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(yǎng)物質(zhì)、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(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(yǎng)型廢水作為培養(yǎng)基，利用其中的有機物、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。
目前國際上生物轉化技術，利用最多的是光合細菌。轉化途徑如下圖：
光合細菌介紹
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(fā)酵。同時，可以利用有機物、硫化物、氨各種基質(zhì)作為供氫體兼碳源。
我國自上世紀八十年代開始，南開大學、清華大學、上海交通大學、中科院、中國環(huán)科院等院校開展了利用光合細菌處理各種工業(yè)廢水的研究。九十年代起美國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(nóng)業(yè)大學等開始利用光合細菌處理污水的同時產(chǎn)氫，以實現(xiàn)資源化。之后，陸續(xù)有利用光合細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)。
光合細菌具有水體自凈的作用，在飼料餌料、高級菌肥、水體凈化、天然色素等方面均有應用，已經(jīng)是市場上常見的成熟產(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，利用光合細菌在多種高濃度無毒無害廢水進行培養(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，但加入小分子進行優(yōu)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。
2、菌體資源收獲
研究做了一系列的優(yōu)化方法，包括低強度超聲波刺激、加改進用微量元素等，目前成果表明，污水培養(yǎng)收獲的光合細菌濃度已經(jīng)高于純培養(yǎng)基收獲的細菌濃度。
此外，光合細菌中主要成分為蛋白質(zhì)，一般可以達到50-60%的蛋白質(zhì)含量，研究課題組在一個經(jīng)過篩選出來的菌群進行優(yōu)化培養(yǎng)后，目前可以達到80-90%的蛋白質(zhì)含量，這也為菌體的應用開辟了一條新的路徑。
3、光合細菌新工藝
(1)組裝了PSB-MBR反應器，出水達標，光合細菌回收率99%。
(2)組裝了PSB-EDI反應器，利用光合細菌+EDI處理并資源化回收高有機物高氨氮廢水。達到光合細菌去除廢水中有機物(95%)回收菌體資源，EDI回收水中的氨氮(90%)的作用。
(3)對高濃度有機廢水光合細菌轉化菌體價值研究發(fā)現(xiàn)，高濃度營養(yǎng)型廢水年排放COD總量約55.0萬噸，假設其中10%由光合細菌進行生物轉化，高濃度有機廢水處理中光合細菌的產(chǎn)率0.5，將獲得約2.2萬噸的光合細菌菌體(干重)，大規(guī)模售價為現(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》根據(jù)張光明在“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點技術論壇”講話整理。)
