有機廢水的光合細菌（PSB）處理技術，不僅可以有效去除廢水中的有機污染物，同時還能回收菌體蛋白、類胡蘿卜素和5-氨基乙酰丙酸（ALA）等高價值物質，因而得到了廣泛關注和研究。然而，用PSB處理食品加工廢水時，普遍存在污染物去除率不理想，菌體產量及類胡蘿卜素、ALA等高價值物質產率不高等不足，阻礙了PSB技術在廢水處理領域的推廣和應用。

近年來，關于PSB污水處理系統中的污染物降解原理、高價值物質的合成及其調控機制、光合細菌-膜生物反應器（PSB-MBR）的開發與應用、高價值物質的分離與純化等下游技術的開發，成為PSB污水資源化發展的熱點研究課題。但PSB污水處理技術在研究與應用中仍存在以下問題：①利用單獨的PSB污水處理系統生產回收菌體及其高價值物質的應用具有很大的局限性，由于污染物去除周期和PSB生長周期較長、菌體易流失，系統難以長期穩定運行；②PSB-MBR工藝的應用可提高污水處理效率，解決了菌體難富集、產率低及易流失的問題，然而，系統中膜污染的形成機理及其調控機制仍是未攻克的難題；③PSB內物質能量代謝途徑及高價值物質合成途徑關系復雜，具有重疊或競爭的代謝通路，相互促進或抑制，關鍵基因和酶及各代謝途徑中關鍵因子的調控機制仍不明晰，限制了PSB污水處理系統中高價值物質合成效率的進一步提高。本書為PSB污水資源化提供理論依據，又推動高價值物質的綠色生產。

本書共七章，第一章綜述了光合細菌廢水處理及其資源化研究現狀，主要介紹了光合細菌廢水處理概論，PSB分類、生理特性及廢水處理機理，典型的紫色非硫細菌廢水處理技術的研究進展，類胡蘿卜素、5-氨基乙酰丙酸（ALA）、單細胞蛋白（SCP）等高價值物質的研究現狀及瓶頸問題。第二章重點介紹了PSB廢水處理工藝，包括工藝特點、附屬物質回收的典型案例、影響因素調控、膜生物反應器回收生物資源的潛力、基于PSB的資源回收和廢水處理的未來發展。第三章介紹了試驗材料和方法。第四章介紹了類胡蘿卜素合成的關鍵影響因素優化及作用機制，重點剖析Mg2+、光照條件及生物菌劑的影響機制。第五章介紹了ALA合成的關鍵影響因素優化及作用機制，重點闡述合成底物、Fe2+及生物菌劑的影響機制。第六章在基于第四、五章相關機制解析的基礎上，構建了連續流PSNB處理廢水并生產高價值物質的光反應系統，通過系統參數的優化和調控，進一步提高了系統效能，推動了該技術的實際應用。第七章為結論。

本書的出版得到了國家自然科學基金青年項目（編號：51708214）、國家科學技術部高端外國專家引進計劃項目（編號：G2022026015L）、河南省重點研發與推廣專項（科技攻關）項目（編號：202102310265）、華北水利水電大學高層次人才啟動項目（編號：40550）的資助，特此表示感謝。

限于篇幅和作者水平，書中難免有存在不足之處，懇請同行和廣大讀者提出寶貴意見。

前言
第一章 光合細菌廢水處理及其資源化研究現狀 1
一、背景 1
二、光合細菌廢水處理及其資源化 2
（一）光合細菌廢水處理概論 2
（二）PSB分類、生理特性及廢水處理機理 7
（三）紫色非硫細菌廢水處理技術的研究進展 9
三、PSB菌體資源化的研究現狀 12
（一）類胡蘿卜素生產的研究現狀 12
（二）ALA生產的研究現狀 16
（三）SCP生產的研究現狀 23
（四）PNSB合成類胡蘿卜素、ALA以及SCP存在的問題 26
第二章 PSB廢水處理工藝 28
一、PSB廢水處理工藝和特點 28
二、從PSB廢水處理到附屬物質回收的典型案例總結 29
三、PSB廢水處理及生物質循環利用的影響因素 31
（一）光照 33
（二）溫度 35
（三）pH 36
（四）氧氣 36
（五）金屬離子 37
（六）HRT與OLR 38
（七）SRT 39
（八）PSB廢水處理中的光生物反應器 39
四、膜生物反應器回收生物資源 40
五、基于PSB的資源回收和廢水處理的未來發展 41
（一）PSB廢水處理的新設計需求 42
（二）PSB和高價值物質生物合成機制的調控 43
（三）高價值物質的分離純化 44
第三章 試驗材料和方法 45
一、試驗材料 45
（一）試驗菌種 45
（二）試驗廢水 46
二、試驗方法 48
（一）試驗裝置 48
（二）試驗儀器 50
（三）批式試驗設計 51
三、檢測項目及其分析方法 52
（一）常規分析項目及其檢測方法 52
（二）類胡蘿卜素和ALA的測定 52
（三）酶活性的測定方法 53
（四）菌株鑒定方法 57
（五）基因差異表達分析 58
（六）微生物定量分析方法 61
（七）揮發酸的測定方法 63
（八）數據處理及統計學分析方法及應用的軟件 64
四、菌株篩選及其適宜的廢水選擇 64
（一）類胡蘿卜素高產菌株的篩選 64
（二）ALA高產菌株的篩選 65
（三）不同類型廢水對類胡蘿卜素產率的影響 65
（四）不同類型廢水對ALA產率的影響 66
第四章 類胡蘿卜素合成的關鍵影響因素優化及作用機制 68
一、引言 68
二、Rp. palustris產類胡蘿卜素的生長條件優化 69
（一）光照條件的優化 69
（二）pH的優化 72
（三）接種量的優化 74
（四）微量元素的優化 75
（五）菌劑的優化 78
三、Mg2+對類胡蘿卜素合成的影響機制 80
（一）Mg2+促進類胡蘿卜素合成的可行性研究 80
（二）污染物去除效能 81
（三）菌體產量及類胡蘿卜素產率 82
（四）關鍵功能基因的表達 83
四、光照條件對類胡蘿卜素合成的影響 86
（一）光強對類胡蘿卜素產率合成的影響 86
（二）光周期對類胡蘿卜素產率的影響 88
五、pH影響類胡蘿卜素產率的機制研究 92
（一）特征污染物去除效能 92
（二）pH變化和ORP變化 92
（三）光譜分析 93
六、菌劑Strain L2對類胡蘿卜素產率的影響研究 94
（一）污染物去除效能 94
（二）菌體產量及類胡蘿卜素產率 95
（三）影響機制解析 97
七、四種關鍵因素對類胡蘿卜素產率的綜合影響 101
（一）正交試驗設計 101
（二）類胡蘿卜素產率及因素影響分析 101
八、本章小結 102
第五章 ALA合成的關鍵影響因素優化及作用機制 104
一、引言 104
二、Rb. sphaeroides產ALA的生長條件優化 105
（一）光照條件的優化 105
（二）pH的優化 107
（三）接種量的優化 109
（四）微量元素的優化 109
（五）菌劑的優化 112
三、合成底物對ALA合成的影響 122
（一）底物單因素的影響 122
（二）復合底物的影響 123
四、Fe2+對ALA合成的影響機制 133
（一）污染物去除效能 133
（二）菌體產量及ALA產率 134
（三）ATP產率 135
（四）相關性分析 137
（五）關鍵功能基因的表達 138
五、菌劑影響ALA合成的機制研究 141
（一）污染物去除效能 141
（二）菌體產量及ALA產率 141
（三）共代謝影響解析 142
六、三種關鍵因素對ALA產率的綜合作用 145
（一）正交試驗設計 145
（二）ALA產率及因素影響分析 145
七、本章小結 146
第六章 連續流PNSB處理廢水系統的調控與效能 148
一、引言 148
二、HRT和OLR對Rp. palustris類胡蘿卜素合成效能的影響 149
（一）Rp. palustris生長及類胡蘿卜素合成的動力學特性 149
（二）污染物去除效能 153
（三）特征污染物去除規律 155
（四）菌體產量變化 155
（五）類胡蘿卜素產率的變化 156
（六）pH和ORP的變化分析 158
（七）PNSB的定量分析 159
（八）相關性分析 160
三、HRT和OLR對Rb. sphaeroides合成ALA效能的影響 161
（一）Rb. sphaeroides生長及ALA合成的動力學特性 161
（二）污染物去除效能 164
（三）特征污染物去除規律 166
（四）菌體產量變化 166
（五）ALA產率變化 167
（六）pH和ORP的變化分析 168
（七）PNSB定量分析 170
四、PNSB有機廢水處理系統合成高價值物質的效率分析 171
（一）光反應器R1和R2的效率分析 171
（二）光反應器R1和R2基于HRT和OLR調控的應用 172
五、本章小結 173
第七章 結論 174
參考文獻 176

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