有機(jī)廢水的光合細(xì)菌（PSB）處理技術(shù)，不僅可以有效去除廢水中的有機(jī)污染物，同時(shí)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(jià)值物質(zhì)，因而得到了廣泛關(guān)注和研究。然而，用PSB處理食品加工廢水時(shí)，普遍存在污染物去除率不理想，菌體產(chǎn)量及類胡蘿卜素、ALA等高價(jià)值物質(zhì)產(chǎn)率不高等不足，阻礙了PSB技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。

近年來，關(guān)于PSB污水處理系統(tǒng)中的污染物降解原理、高價(jià)值物質(zhì)的合成及其調(diào)控機(jī)制、光合細(xì)菌-膜生物反應(yīng)器（PSB-MBR）的開發(fā)與應(yīng)用、高價(jià)值物質(zhì)的分離與純化等下游技術(shù)的開發(fā)，成為PSB污水資源化發(fā)展的熱點(diǎn)研究課題。但PSB污水處理技術(shù)在研究與應(yīng)用中仍存在以下問題：①利用單獨(dú)的PSB污水處理系統(tǒng)生產(chǎn)回收菌體及其高價(jià)值物質(zhì)的應(yīng)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(tǒng)難以長期穩(wěn)定運(yùn)行；②PSB-MBR工藝的應(yīng)用可提高污水處理效率，解決了菌體難富集、產(chǎn)率低及易流失的問題，然而，系統(tǒng)中膜污染的形成機(jī)理及其調(diào)控機(jī)制仍是未攻克的難題；③PSB內(nèi)物質(zhì)能量代謝途徑及高價(jià)值物質(zhì)合成途徑關(guān)系復(fù)雜，具有重疊或競爭的代謝通路，相互促進(jìn)或抑制，關(guān)鍵基因和酶及各代謝途徑中關(guān)鍵因子的調(diào)控機(jī)制仍不明晰，限制了PSB污水處理系統(tǒng)中高價(jià)值物質(zhì)合成效率的進(jìn)一步提高。本書為PSB污水資源化提供理論依據(jù)，又推動高價(jià)值物質(zhì)的綠色生產(chǎn)。

本書共七章，第一章綜述了光合細(xì)菌廢水處理及其資源化研究現(xiàn)狀，主要介紹了光合細(xì)菌廢水處理概論，PSB分類、生理特性及廢水處理機(jī)理，典型的紫色非硫細(xì)菌廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展，類胡蘿卜素、5-氨基乙酰丙酸（ALA）、單細(xì)胞蛋白（SCP）等高價(jià)值物質(zhì)的研究現(xiàn)狀及瓶頸問題。第二章重點(diǎn)介紹了PSB廢水處理工藝，包括工藝特點(diǎn)、附屬物質(zhì)回收的典型案例、影響因素調(diào)控、膜生物反應(yīng)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(fā)展。第三章介紹了試驗(yàn)材料和方法。第四章介紹了類胡蘿卜素合成的關(guān)鍵影響因素優(yōu)化及作用機(jī)制，重點(diǎn)剖析Mg2+、光照條件及生物菌劑的影響機(jī)制。第五章介紹了ALA合成的關(guān)鍵影響因素優(yōu)化及作用機(jī)制，重點(diǎn)闡述合成底物、Fe2+及生物菌劑的影響機(jī)制。第六章在基于第四、五章相關(guān)機(jī)制解析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了連續(xù)流PSNB處理廢水并生產(chǎn)高價(jià)值物質(zhì)的光反應(yīng)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)控，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)效能，推動了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。第七章為結(jié)論。

本書的出版得到了國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（編號：51708214）、國家科學(xué)技術(shù)部高端外國專家引進(jìn)計(jì)劃項(xiàng)目（編號：G2022026015L）、河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專項(xiàng)（科技攻關(guān)）項(xiàng)目（編號：202102310265）、華北水利水電大學(xué)高層次人才啟動項(xiàng)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(xì)菌廢水處理及其資源化研究現(xiàn)狀 1
一、背景 1
二、光合細(xì)菌廢水處理及其資源化 2
（一）光合細(xì)菌廢水處理概論 2
（二）PSB分類、生理特性及廢水處理機(jī)理 7
（三）紫色非硫細(xì)菌廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展 9
三、PSB菌體資源化的研究現(xiàn)狀 12
（一）類胡蘿卜素生產(chǎn)的研究現(xiàn)狀 12
（二）ALA生產(chǎn)的研究現(xiàn)狀 16
（三）SCP生產(chǎn)的研究現(xiàn)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(diǎn) 28
二、從PSB廢水處理到附屬物質(zhì)回收的典型案例總結(jié) 29
三、PSB廢水處理及生物質(zhì)循環(huán)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(yīng)器 39
四、膜生物反應(yīng)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(fā)展 41
（一）PSB廢水處理的新設(shè)計(jì)需求 42
（二）PSB和高價(jià)值物質(zhì)生物合成機(jī)制的調(diào)控 43
（三）高價(jià)值物質(zhì)的分離純化 44
第三章 試驗(yàn)材料和方法 45
一、試驗(yàn)材料 45
（一）試驗(yàn)菌種 45
（二）試驗(yàn)廢水 46
二、試驗(yàn)方法 48
（一）試驗(yàn)裝置 48
（二）試驗(yàn)儀器 50
（三）批式試驗(yàn)設(shè)計(jì) 51
三、檢測項(xiàng)目及其分析方法 52
（一）常規(guī)分析項(xiàng)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(dá)分析 58
（六）微生物定量分析方法 61
（七）揮發(fā)酸的測定方法 63
（八）數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法及應(yīng)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(chǎn)菌株的篩選 64
（二）ALA高產(chǎn)菌株的篩選 65
（三）不同類型廢水對類胡蘿卜素產(chǎn)率的影響 65
（四）不同類型廢水對ALA產(chǎn)率的影響 66
第四章 類胡蘿卜素合成的關(guān)鍵影響因素優(yōu)化及作用機(jī)制 68
一、引言 68
二、Rp. palustris產(chǎn)類胡蘿卜素的生長條件優(yōu)化 69
（一）光照條件的優(yōu)化 69
（二）pH的優(yōu)化 72
（三）接種量的優(yōu)化 74
（四）微量元素的優(yōu)化 75
（五）菌劑的優(yōu)化 78
三、Mg2+對類胡蘿卜素合成的影響機(jī)制 80
（一）Mg2+促進(jìn)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(chǎn)量及類胡蘿卜素產(chǎn)率 82
（四）關(guān)鍵功能基因的表達(dá) 83
四、光照條件對類胡蘿卜素合成的影響 86
（一）光強(qiáng)對類胡蘿卜素產(chǎn)率合成的影響 86
（二）光周期對類胡蘿卜素產(chǎn)率的影響 88
五、pH影響類胡蘿卜素產(chǎn)率的機(jī)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(chǎn)率的影響研究 94
（一）污染物去除效能 94
（二）菌體產(chǎn)量及類胡蘿卜素產(chǎn)率 95
（三）影響機(jī)制解析 97
七、四種關(guān)鍵因素對類胡蘿卜素產(chǎn)率的綜合影響 101
（一）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 101
（二）類胡蘿卜素產(chǎn)率及因素影響分析 101
八、本章小結(jié) 102
第五章 ALA合成的關(guān)鍵影響因素優(yōu)化及作用機(jī)制 104
一、引言 104
二、Rb. sphaeroides產(chǎn)ALA的生長條件優(yōu)化 105
（一）光照條件的優(yōu)化 105
（二）pH的優(yōu)化 107
（三）接種量的優(yōu)化 109
（四）微量元素的優(yōu)化 109
（五）菌劑的優(yōu)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(fù)合底物的影響 123
四、Fe2+對ALA合成的影響機(jī)制 133
（一）污染物去除效能 133
（二）菌體產(chǎn)量及ALA產(chǎn)率 134
（三）ATP產(chǎn)率 135
（四）相關(guān)性分析 137
（五）關(guān)鍵功能基因的表達(dá) 138
五、菌劑影響ALA合成的機(jī)制研究 141
（一）污染物去除效能 141
（二）菌體產(chǎn)量及ALA產(chǎn)率 141
（三）共代謝影響解析 142
六、三種關(guān)鍵因素對ALA產(chǎn)率的綜合作用 145
（一）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 145
（二）ALA產(chǎn)率及因素影響分析 145
七、本章小結(jié) 146
第六章 連續(xù)流PNSB處理廢水系統(tǒng)的調(diào)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(xué)特性 149
（二）污染物去除效能 153
（三）特征污染物去除規(guī)律 155
（四）菌體產(chǎn)量變化 155
（五）類胡蘿卜素產(chǎn)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(guān)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(xué)特性 161
（二）污染物去除效能 164
（三）特征污染物去除規(guī)律 166
（四）菌體產(chǎn)量變化 166
（五）ALA產(chǎn)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(jī)廢水處理系統(tǒng)合成高價(jià)值物質(zhì)的效率分析 171
（一）光反應(yīng)器R1和R2的效率分析 171
（二）光反應(yīng)器R1和R2基于HRT和OLR調(diào)控的應(yīng)用 172
五、本章小結(jié) 173
第七章 結(jié)論 174
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