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光合细菌（PSB）在工业废水处理中的应用不仅是一种清洁、持续低成本的技术，而且是净化水质同时回收副产品这种有用资源最早的方法。随着对污水处理工艺低成本和环境友好的现实需求，本课题旨在开发一种应用于小型和中等规模工业的生物处理工艺。本研究从中国的沼泽土壤中提取了一株紫色非硫光合细菌，并对其进行了形态、生理和营养需求鉴定，命名为Z08。从形态上看，分离出的光合细菌菌株是一种具有片状内膜系统、不运动、杆形的革兰氏阴性菌。它能在琼脂培养基上形成一个2-3毫米直径的光滑、圆形、暗红色的菌落。它的生理和营养需求的试验表明，分离菌株能够利用各种基质作为碳源在各种环境中成倍增长。其最适生长温度和pH值分别为30-35℃和6.0-8.0。它利用(NH4)2SO4和NaNO3作为氮源，能在有限的氧气环境中增长繁殖。分离菌株在牛肉汤中比在仅有单一碳源的基本培养基中增长好。活细胞的吸收光谱显示出叶绿素a和类胡萝卜素的最大吸收值。因为这些紫色非硫细菌的典型特性，所以这株分离出的Z08是一株典型的光合细菌。最后，分离的Z08菌株由 GC-FAME（脂肪酸甲酯气相色谱）系统地鉴定分析，它与球形红假单胞菌（红螺菌科）最为相似，相似性指数为0.85±0.05。使用分离出的Z08与几个紫色非硫α-变形菌得到 W簇序列数据表明，分离出的Z08是一种很接近球形红假单胞菌的未鉴定物种，它的中度表带值为61.5％-62.5％。除了形态学和DNA分析，也进行了生理分析来鉴定新菌株（Z08）是一种新的紫色非硫光合细菌（PNSB）。结果表明，菌株 Z08是嗜温革兰氏阴性杆形菌，其与红螺菌科中的红假单胞菌属有很多共同特征。它需要维生素和基本培养基中的其他营养物质来维持增长。 分离菌株经过两个星期的严格厌氧光照增殖后，在72小时的繁殖期后，在微好氧光照条件下迅速增长，而在严格好氧光照条件下迟钝，足以说明该分离菌株在实验中黑暗好氧生长不需要色素，然而，我们认为这株球形红假单胞菌也能够在不同环境条件下生长，因为该菌属能使用不同的电子受体。冻干球形红假单胞菌 Z08的生物化学成分显示了单细胞的潜力。在其中发现的高粗蛋白含量（42％）是一种光合细菌生物量的典型特征，意味着能用于动物饲料配方。球形红假单胞菌 Z08的氨基酸组成包括赖氨酸、组氨酸、亮氨酸、苏氨酸和缬氨酸。这些必需氨基酸被认为与藻类、酵母、动物和植物蛋白质的相似。此外，冻干分离细胞的元素组成也与典型细胞进行了比较，结果表明，Z08是一个典型的细菌，其碳、氢、氮、氧、硫成分分别为45.5％、6.2％、13.2％、16.7％和0.78％。这些都是典型的一个正常细胞构成活细胞的元素组成。整个分离表明，野生光合细菌菌株 Z08是一个微好氧兼性紫色非硫光合细菌，它在营养物充足情况下能在不同环境中繁殖。 分离的光合细菌 Z08进一步被用于两种不同的工业废水来生物降解，即有毒制药废水和高浓度啤酒废水。该菌株在单级和双级生物反应器的人工啤酒废水中光照异养生长。对于单级序批式光合生物反应器（PBR）处理人工啤酒废水来说，在光照强度4000lx下添加亚铁离子和尿素到人工废水中，并且不添加其余营养物，能使在序批式光合生物反应器中处理人工废水的悬浮 Z08在72小时内使 COD去除率从36%增长到大约80%。最初的人工模拟废水缺乏营养，其总磷和总氮的比小于0.2。因此，该处理突出体现了三种独立微量元素补充的影响，即铁、钼、镁，以及混合微量元素与尿素对球形红假单胞菌 Z08在不同辐射强度下生物降解高浓度有机废水的性能的影响。有机污染物的最大去除率为亚铁36.1％、钼42.3％、镁32.3％，其相应的生物量为989.7、978.8和888.6 mgl-1干重。添加的尿素增加了废水的可生化性，即碳氮比从最初的200:1变化到200:5。同时添加的26 mg/L亚铁和200 mgl-1尿素增强了细胞活性，导致有机物减少67.6％。并且，在光照强度4000lx情况下同时添加亚铁和尿素也实现了污染物最佳去除，达到了COD、TP、TOC、TN去除率80%、48%、90%和67％。作为一个典型的序批式反应器，其有机负荷低至约0.167kg/m3/d，然而，累积生物量和处理出水的分析表明，添加物被细胞同化成为细胞成分。结果表明，经过处理后，总氮和磷含量分别为67％和48％，而金属离子被有机体显着的吸收。此外，累积生物量和净化废水的分析表明，废水的主要无机成分被同化，说明 Z08是金属耐受物种，可承受不同的环境条件。这些结果说明，利用该分离菌株 Z08来生物降解高浓度有机废水是经济的，因为无需污水处理单元中降低重金属的深度处理。同时，在这两个处理中累计生物量的化学分析表明约有50％的粗蛋白含量，表明它是一个单细胞蛋白资源。 此外，分离出的Z08被应用于高浓度有机废水两级生物处理中。在此试验阶段，测定了有无厌氧预处理时微量和大量元素对人工模拟啤酒废水处理的影响。分离菌株 Z08处理进水（10000 mgl-1 COD）3天水力停留时间后产生826 mgl-1干重，其 COD、TN和TP分别减少27％、42％和17％。进水中连续补充26 mgl-1亚铁和200 mgl-1尿素，显示出COD、TN、TP去除分别为42.3％、37％、22％和51.3％、46％、41％，相应的生物量为989.7和1350 mgl-1干重。没有外部接种的进水黑暗厌氧预处理产生的出水含有挥发性脂肪酸（134 mgl-1），COD下降了12％，总氮减少了10%，而总磷保持不变。利用分离菌株 Z08进一步处理厌氧污水有很好的效果，污染物（COD、TN、TP）减少了40％、58％和27%，相应菌体产量为1150 mgl-1干重。出水补充26 mgl-1亚铁的处理结果是COD、TN、TP分别减少了32％、37％和17％，相应菌体产量从1150略微降到1058 mgl-1干重。出水中添加200 mgl-1尿素也对处理效果有较好的影响，COD、TN、TP减少了63.5％、68.9％和44.2％。在出水中添加200 mgl-1尿素，并使用发光二极管（LED）和紧凑型荧光灯源（CF）联合产生光能时，取得最佳效果。这种方式取得了80％的COD去除，而单一的LED或 CFL仅有73.6％和68.5％。而且，LED和CFL的联合使用实现了最好的光转换效率1.83％，而单用LED和CFL仅有1.43%和1.36％。亚铁添加物添加至进水比添加至有可溶性代谢产物存在的厌氧出水中更有利于污染物去除。二价铁离子无法对厌氧出水产生积极影响的原因可能是可溶性代谢产物存在时与Fe2+络合的化学抑制，以及最初废水中TP大量存在的复合效应。 微好氧时处理高浓度有机废水的分离菌株 Z08的增长进一步表明 Z08在实验废水介质中繁殖迅速，但实验结果表明，没有营养添加时繁殖与污染物降解不相符。因此，废水可生化性提高了，一是由于加入微量和大量元素，二是由于没有额外接种的废水厌氧预处理。在任一改进的废水处理条件下，Z08大量繁殖，同时将污染物转化为菌体。累积生物量和由此产生的污水分析结果表明，添加物对环境没有威胁，因为有机体利用它们进行内部增长，并产生约0.4的生物量，这相当于约0.5的传统好氧活性污泥产量。这种现象暗示，Z08应用在有机废水处理工艺中可以减少处理非有机和剩余营养物的三级处理过程。Z08-废水处理方法与其他生物污水处理方法（如好氧活性污泥和厌氧处理方法）在下面几个方面相比更有优势，其能量需求低，处理程度高，生物产量高，适度的营养需求，低毒性作用干扰，少量气味产生和约20小时的短时间启动。关于使用Z08处理啤酒废水的整体效果也可以被视为一级处理产生0.4和二级处理0.54。在任何处理过程中的产量都比常规厌氧活性污泥的0.05 mg/mg-COD大。这也能与好氧活性污泥处理产量0.5相比。虽然好氧活性污泥产量略高于Z08处理的，但是Z08有机废水处理方法比传统的好氧活性污泥处理工艺有更多优势。Z08-生物质可直接回收和并利用作单细胞蛋白，而好氧活性污泥处理产生有害物质，需要额外的处理，为整个处理过程带来额外的成本花费。基本上有机废水处理过程中Z08增加会导致资源再生。这个阶段的整体结果表明，Z08已经具有成为工业废水处理工艺的潜力，并能承受高浓度有机负荷。 为进一步调查 Z08承受不同环境的能力，在有毒制药废水中测试分离的Z08。原制药废水的GC-MS分析表明废水饱含碳水化合物，而 FTIR的分析表明存在醇、酚和包括酰胺的芳香族化合物。如果废水处理前不进行彻底净化，所有这些基质除了对传统的生物处理过程产生阻碍外，还对水生生物有毒。最后，上述发现的GC分析结果表明产生了 C2-C4的化合物，它显示出醇类和有机酸的存在。众所周知，酒精抑制细菌生长，这也增加了直接利用微生物降解制药废水的限制，因而被作为利用Z08进行生物降解的主要考虑因素。PNSB利用乙醇作为辅助电子供体。在制药废水试验中，反应装置采用悬浮生长式光生物反应器（PBR），其外部两侧分别使用两个荧光灯（40W）灯源照射。它的操作 pH值和温度为6.8-7.0和20-30℃。120小时没有添加物时，在25％的最佳稀释废水中显示了约40％的COD去除率。实验废水介质 COD高、BOD5低，因此 BOD5和COD比值约0.05，显示出传统生物处理工艺无法进行。此外，作为化学工艺废水的实验废水样品，其总氮值约530 mgl-1，这不符合废水生物处理的碳氮比。因此，需要(NH4)2SO4或 NaNO3作为添加营养物时，选择铵或硝酸盐作为实验营养物基于Z08利用他们进行细胞增长的事实。微厌氧-光照条件下光强为6000lx时，向制药废水中添加0.5%的(NH4)2SO4，0.1%的酵母膏，经过5天的处理后，达到 COD最佳降解率。使用这些最佳条件，最大细胞干重和化学需氧量减少率为880 mgl-1和80％。虽然有机负荷率（ OLR）为0.100kg/m3/d，但是 Z08生长后进水和出水的GC-MS分析显示，进水中难降解的异生烷烃类（C18-C40）被降解为低毒的、可生物降解的低碳（C6-C10）复合物。这表明 Z08有消除有毒基质的潜力，可以在有毒环境中增长和存活。