猪粪浆资源化：氨回收、沼气升级与紫色光养细菌蛋白联产技术研究

针对猪粪浆高氮负荷和温室气体排放问题，研究人员提出光生物精炼新策略，集成蒸汽爆破预处理(TH-SE)、气透膜(GPM)氨回收、厌氧消化(AD)和紫色光养细菌(PPB)蛋白生产。结果表明：145°C预处理使有机物溶解率提升57%，氨回收率>99%，甲烷产量提高350%，PPB利用CO2 和回收氮合成高蛋白(>50%)。该技术为农业废弃物资源化提供闭环解决方案。

　　

随着全球人口突破80亿，畜牧业产生的猪粪浆成为环境治理难题——其高浓度氨氮(TAN>3000 mg/L)不仅抑制厌氧消化(AD)效率，更导致温室气体排放和地下水污染。传统处理方式难以兼顾资源回收与污染控制，而欧盟《硝酸盐指令》等法规的收紧迫使行业寻求创新方案。在此背景下，研究人员开发出"热-膜-光"三级联产系统：通过蒸汽爆破(TH-SE)破解有机质壁垒，气透膜(GPM)捕获游离氨，最终由紫色光养细菌(PPB)将废弃物转化为高纯度蛋白和生物甲烷。

研究采用多技术协同策略：1) 145°C蒸汽爆破预处理优化碳氮溶解；2) 聚四氟乙烯GPM组件在pH>9时实现氨分子(FA)定向迁移；3) 以猪场原浆(PG)和混合浆(PM)为AD底物进行产甲烷潜力(BMP)测试；4) PPB光生物反应器耦合沼气(60%CH₄
/40%CO₂
)与回收氨氮进行蛋白合成。

【材料与方法】
研究团队对比了妊娠舍(PG)和混合池(PM)猪浆特性，发现PM的COD(化学需氧量)高达86 g/L，TAN浓度达3070 mg/L，接近AD抑制阈值。通过响应面法确定TH-SE最佳参数为145°C/30分钟，此时溶解性COD(SCOD)提升57%，固体减量29%。

【表征结果】
GPM在3小时内完成99%氨回收，酸性吸收液转化为硫酸铵肥料。AD实验显示预处理组甲烷产率从172增至602 mL/g VS(挥发性固体)，证实TH-SE有效破解木质纤维素屏障。

【光生物转化】
PPB在红外光下将沼气CO₂
转化为蛋白质，氨基酸谱与鸡蛋相似。系统同时实现沼气CH₄
纯度提升至90%以上，形成"氮回收-碳固定-能源再生"闭环。

该研究首次实现猪粪浆全组分增值：1) TH-SE破解了农业废弃物难降解特性；2) GPM克服了传统氨回收的二次污染；3) PPB同步完成碳汇(CO₂
固定)与蛋白生产。相比微藻系统，PPB的厌氧特性避免氧抑制问题，蛋白产率可达1 g biomass/g COD。这种"废弃物-能源-食品"三联产模式，为畜牧业碳中和提供了可规模化的技术原型。论文发表于《Bioresource Technology》，通讯作者Sergi Astals强调，该系统每吨猪浆可联产11.3 m³
甲烷和4.2 kg蛋白，兼具经济与环境效益。