基于近红外光谱在线调控的嗜热酸红藻Galdieria sulphuraria光发酵高效回收超高铵工业废水中的氮资源

为解决超高铵工业废水(7130.00 mg/L NH4+)处理成本高、二次污染等问题，中石化催化剂有限公司联合研究团队开发了基于近红外光谱(NIRS)在线监控的非灭菌光发酵系统。通过嗜热酸红藻Galdieria sulphuraria的50-L规模重复补料培养，实现NH4+回收率3590.00 mg/L/d、生物量115.55 g/L及43.20%蛋白质含量，为工业废水资源化提供新技术路径。

　　

工业废水处理领域迎来突破性进展！在石化、稀土提取等工业过程中产生的超高铵废水(NH₄⁺浓度可达16,500 mg/L)，传统处理方法如离子交换、膜分离等不仅成本高昂，还可能造成二次污染。更棘手的是，这类废水的极端理化性质使得常规生物处理技术难以奏效。面对这一全球性环境挑战，中石化催化剂有限公司的研究团队将目光投向了一种特殊的微生物——嗜热酸红藻Galdieria sulphuraria。

这种源自火山热泉的极端微生物，能在pH 1.5、45°C的恶劣环境中茁壮成长，对高盐、重金属等工业废水典型污染物具有惊人耐受性。更令人振奋的是，它能将废水中的铵盐转化为富含蛋白质(最高达57.82%干重)和藻胆蛋白(PBP)的高价值生物质，真正实现"变废为宝"。相关研究成果发表在《Algal Research》上，为工业废水处理开辟了新思路。

研究团队采用了两大核心技术：一是建立近红外光谱(NIRS)在线监测系统，通过1450-1550 nm波段监测葡萄糖、1480-1520 nm追踪NH₄⁺、1200-1300 nm分析生物量，实现多参数实时检测；二是开发50-L规模非灭菌重复补料培养系统，通过自动反馈控制维持葡萄糖浓度在10.60±2.00 g/L的最优范围。

微藻菌种与废水培养基制备
从美国德州大学藻种库获取的G. sulphuraria UTEX 2919，在中石化岳阳市长岭分公司的石化催化剂生产废水中进行培养。该废水经检测含NH₄⁺ 16,500 mg/L、Na⁺ 7521 mg/L，通过稀释调节至实验所需浓度。

水质分析结果
对比生物反应器在线检测系统(BODS)，NIRS系统展现出显著优势。在7130 mg/L NH₄⁺条件下，第三批次培养取得突破：生物量达115.55 g/L，NH₄⁺回收效率99.16%，同时获得12.30 mg/g藻胆蛋白。

研究结论
该工作首次将NIRS技术成功应用于G. sulphuraria的工业规模培养。通过Savitzky-Golay滤波(SN)结合偏最小二乘(PLS)建立的预测模型，实现了葡萄糖浓度的精准控制(R²=0.99)。在50-L非灭菌系统中，NH₄⁺回收速率较传统方法提升64%，同时避免了高温灭菌和pH调节的额外成本。

这项研究的创新价值在于：技术上，开创了NIRS在极端微生物培养中的工业应用先例；经济上，单批次可生产115.55 kg/m³高蛋白生物质；环境效益上，99.16%的NH₄⁺去除率显著降低水体富营养化风险。正如通讯作者Dong Wei强调的，该体系可直接对接现有工业废水处理设施，为"双碳"目标下的绿色制造提供了可规模化的解决方案。