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基于微藻培养的废水处理技术是一种广泛应用于各类废水处理的新型生物处理手段,尤其是微藻发酵技术能实现氨氮废水的深度处理,有利于微藻生物质的资源化利用。但发酵体系本身存在微藻细胞对高氨氮的耐受性低、灭菌和无菌运行能耗高、易受生物污染等共性问题。嗜硫原始红藻（Galdieria sulphuraria）是一种来自极端生境的单细胞红藻,具有抗逆性强、代谢方式灵活、生长速度快、蛋白质含量高等特点,尤其是能耐受极低p H、高温、高氨氮、高盐等极端条件,在处理高氨氮废水联产蛋白饲料原料方面极具开发和应用的潜力。本研究利用高氨氮工业废水兼养（光发酵）培养嗜硫原始红藻,系统研究和优化了非灭菌光发酵培养条件,目标是在无需灭菌或控制无菌条件下通过微藻光发酵实现废水中氨氮的高效去除和生物转化为高蛋白生物质。首先在摇瓶体系中优化了细胞兼养培养的光照条件,随后在5 L光发酵罐中进一步优化了非灭菌体系下的补糖模式、光照调节和p H控制等操作条件,考察了氨氮去除和高蛋白生物质产出的强化效能,并在50 L光发酵罐中进行了非灭菌光发酵工艺的放大验证。最后,通过分析高氨氮工业废水和非灭菌光发酵体系的微生物群落多样性评估了废水处理体系的生物安全性。主要研究结果如下:1.在摇瓶无菌系统中研究了营养模式和光照条件对细胞生长和NH4+去除的影响。结果表明,兼养模式比异养模式更适合用于嗜硫原始红藻废水处理体系。提高光强能促进细胞生长和NH4+去除,其中在450μmol/m~2/s的光强下,4天内能达到18.07 g/L的生物量浓度,NH4+去除速率达到450 mg/L/d的最大值。阶梯式调光强能有效提高NH4+去除速率和生物质中蛋白质含量。当光强由200μmol/m~2/s（第0～3天）提升至450μmol/m~2/s（第3～6天）时,NH4+去除速率、生物质中蛋白质和藻胆蛋白（PBP）含量分别为447mg/L/d、53.35%DW和50.14 mg/g。研究还发现,红光能促进细胞生长和NH4+去除,蓝光则促进蛋白质和PBP的合成,而红蓝混合光兼具红光和蓝光的优点,采用优化后的红蓝混合光（红:绿:蓝=72.5:11.6:15.9）培养时,生物量浓度、NH4+去除速率、蛋白质和PBP含量分别达到23.20 g/L、350 mg/L/d、44.34%DW和11.63 mg/g。2.在5 L外光照发酵罐中进行了非灭菌的补料分批培养,系统探究了间歇和连续流加的补糖模式、阶梯式调光强、光质以及p H控制点对细胞生长、NH4+去除以及蛋白质合成的影响。结果表明,在连续流加补糖（C/N为2.5～5.0）、阶梯式调光强（300μmol/m~2/s提高至900μmol/m~2/s）、采用白光光谱和控制p H为2.0的条件下,细胞密度和生物量浓度可达到最高值,分别为2.37×10~9 cells/m L和81.95 g/L;NH4+去除速率最高能达到2215mg/L/d,是优化前的2.89倍;蛋白质、PBP和藻蓝蛋白（PC）含量分别达到41.12%DW、8.20 mg/g和5.64 mg/g。3.在50 L内光照发酵罐中对非灭菌光发酵优化工艺进行放大验证其可行性和稳定性。结果表明,50 L内光照发酵可强化细胞生长和NH4+去除能力。培养7天结束时细胞密度、生物量浓度和产率以及NH4+去除速率最高值分别达到2.98×10~9 cells/m L、74.50g/L、30.27 g/L/d和3280 mg/L/d,藻粉中蛋白质、PBP和PC含量分别为44.84%DW、3.17 mg/g和1.73 mg/g。比较表明,50 L内光照发酵体系中生物量产率和NH4+去除速率显著高于5 L外光照发酵体系（p＜0.05）,能实现工业废水中高氨氮的高效去除并联产高蛋白生物质,其效率远远优于现有报道的基于微藻培养的废水处理体系,但不适合用于藻胆蛋白的生产。将嗜硫原始红藻添加到饲料中饲喂蛋鸡,蛋鸡的生长状态正常,鸡蛋的营养价值得到提高。4.系统分析了高氨氮工业废水和非灭菌光发酵体系的微生物群落多样性。结果表明,兼养培养结束后5 L和50 L非灭菌光发酵体系的出水中OTU数目大幅度减少,微生物物种丰富度和生物多样性降低,表明非灭菌光发酵体系能抑制各类微生物的生长。在门水平上,变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteriota）是原废水和非灭菌光发酵出水中的三大微生物门类。在属水平上,原废水中涅瓦菌属（Nevskia）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、葡萄球菌属（Staphylococcus）是优势菌属;非灭菌光发酵体系的出水中芽孢杆菌属（Bacillus）、类芽孢杆菌属（Paenibacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、乳杆菌属（Lactobacillus）、雷尔氏菌属（Ralstonia）是优势菌属。出水中未检出埃希氏菌、沙门氏菌等致病菌或条件致病菌,说明非灭菌光发酵体系的生物安全性风险很低。