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减少温室气体排放以及回收有价值资源已成为全球污水和固废处理行业未来的主要发展方向。环境生物技术和可再生能源领域的发展,为环保产业提供了许多新的机遇和可能性。不产氧光合细菌(Anoxygenic Photosynthetic Bacteria,简称APB)以光为能源,快速利用污染环境中的有机物、氮磷等营养物,同时产生优质的单细胞蛋白,使APB处理技术成为有前景的污水或固废处理及资源化技术。本研究探索了单频近红外强化APB处理食品废水和聚乳酸(Poly(Lactic)Acid,简称PLA)纺织品的可行性,以期为APB在废水或固废中的应用提供借鉴。首先,采用单频近红外发光二极管作为光源,通过响应面方法分析了光照因子(光质、光密度、光周期)对食品废水处理效果的影响。研究结果表明,在三个关键因子中光质是主要的影响因子,采用850 nm照射的实验体系具有最高的氨氮和COD去除率,同时该体系获得了最高的生物量和细菌叶绿素a产量。能耗分析表明,应用适宜的单频近红外发光比传统的连续光源节省大约80%的能耗。探索了连续光照下光合微生物燃料电池(Photosynthetic-Microbial Fuel Cell,简称Photo-MFC)系统对PLA的生物降解。结果表明,在明胶的诱导下,32天聚乳酸纺织品的最高质量损失达到26.67%,比对照高出17.39%。当停止明胶诱导时,该系统仍可持续产电,稳定期电流密度达到4.4±0.2mA/cm2。SEM和FT-IR分析揭示PLA纺织品在Photo-MFC系统中发生了生物化学降解。高通量测序分析表明Photo-MFC稳定运行时的优势微生物包括Rhodopseudomonas(41.88%)、Acetobactroides(26.92%)和Pseudomonas(10.46%),APB 占据 了绝对优势。在此基础上,研究了单频近红外光作用下PLA纺织品在Photo-MFC中的降解。SEM和FT-IR分析表明,850 nn单频近红外光能够明显增强PLA纺织品的生物降解,并可持续性产能(50 ±10 mV,500 Ω外电阻)。色素分析揭示底泥中含有大量细菌叶绿素,表明850 nm单频近红外LED能够明显增强Photo-MFC中APB的活性。单频光的使用极大地节约了 APB处理工艺的能耗,同时为生物体系中APB优势种群的光操控提供了可行性。