2015年，全国废水产量达到735亿吨。废水中的主要污染物包括有机物(COD)、营养物质(N、P)、有毒有害物质(重金属、POPs)、盐等。目前对于废水的处理工艺包括生物、化学、物理三种方法，其中生物法使用最多，占比90%。

生物处理技术可以利用微生物(活性污泥)新陈代谢，将废水中的有机物、营养物质、部分难降解有机物分解成CO2、N2、水。但同时微生物合成自身物质，会形成更多微生物(剩余污泥)。这也是污水生物处理中一个不可避免的问题。

生物转化是上个世纪四五十年代提出的一种理论。以无毒无害的营养型废水作为培养基，利用其中的有机物、N、P等物质培养具有回收价值的微生物，同时去除了废水中的COD、N、P。目前国际上生物转化技术，利用最多的是光合细菌。

光合细菌是一类进行不放氧光合作用的微生物，是地球最古老的生命之一。光合细菌代谢途径灵活，包括光合作用、呼吸作用、发酵。同时，可以利用有机物、硫化物、氨各种基质作为供氢体兼碳源。

我国自上世纪80年代开始，南开大学、清华大学、上海交通大学、中科院、中国环科院等院校开展了利用光合细菌处理各种的工业废水研究。90年代起美国California University、法国St Martin d'Hères大学、日本NRIAIST、我国清华大学、同济大学、浙江大学、中国科学院及河南农业大学等开始利用光合细菌污水处理的同时产氢，以实现资源化。之后，陆续有利用光合细菌处理大豆加工废水、味精废水、养殖废水、生活污水处理、蜜糖污水处理、酒糟污水处理、猪粪污水处理、焦化污水处理、明胶污水处理、含油污水处理、印染污水处理等的研究出现。

中国人民大学环境学院教授张光明研究一种打破传统生物降解技术路线束缚的生物转化方法，针对含有很高有机物同时不含有毒有害物质的高浓度营养型废水，利用废水中污染物质作为培养基来培养具有很高市场价值的光合细菌菌体资源。

一方面，利用光合细菌对有机物（碳源）、N（氮源）、P（磷源）进行摄取和转化，高效降低水中的COD、TN、TP；另一方面，以高浓度营养型废水为免费基质，培养高活性的光合细菌菌体，既可以作为饲料、饵料、肥料，还可用于提取单细胞蛋白、辅酶Q10、细菌色素等产品。与此同时，还极大地消除了剩余污泥的产生，实现剩余污泥的源头减量。

此项研究表明，利用光合细菌在多种高浓度无毒无害废水进行培养，可得到非常好的效果，如大豆废水、白酒废水、柠檬酸废水、味精废水等。其中有一些废水直接处理效果不佳，但加入小分子进行优化和改进后，均得到了良好的结果，如淀粉废水、制糖废水、乳制品废水等。

同时，研究还做了一系列的优化方法，包括低强度超声波刺激、加改进用微量元素等，成果表明，污水处理培养收获的光合细菌浓度已经高于纯培养基收获的细菌浓度。

此外，研究课题组还对一个经过筛选出来的菌群进行优化培养，可以使光合细菌达到80-90%的蛋白质含量，这也为菌体的应用开辟了一条新的路径。

此技术针对高浓度营养型废水，变现有的生物降解为生物转化，将废水中的C、N、P充分利用起来，用于生产具有市场价值的光合细菌菌体资源，从而实现了废水的资源化，同时，光合细菌废水处理通过回收利用菌体，极大地减少了剩余污泥的产生，不仅相应地减少了污泥处理处置费用，也减少了对环境的污染，最终利用废水生产光合细菌，与现有的生物发酵方法相比，可有效降低光合细菌的产生成本。