水热预处理促进象草生物质与猪场废水协同产沼气和生物燃料的可持续价值化

本研究针对泰国养猪场废水有机负荷高（COD 5589-8022 mg/L）与象草（Napier grass）生物质利用率低的双重挑战，创新性地采用水热发酵预处理（HFP, 35°C/12h）和热解水预处理（THP, 125-200°C）技术，使甲烷产量提升65%（184.5 m3 CH4 /吨干物质），并通过质量平衡验证了生物质颗粒转化的能源优势，为农业废弃物资源化提供了低碳解决方案。

　　

在泰国，养猪业既是重要的经济支柱，也是环境污染的源头。148,881个养猪场每年产生大量富含有机物（COD高达8022 mg/L）和氮磷的废水，传统处理方式难以满足排放标准（TKN需<100 mg/L）。与此同时，象草（Pennisetum purpureum）因其年产量达438-500吨、纤维素含量高的特性，被视为潜在能源作物，但直接厌氧消化（AD）效率有限。如何将这两种农业废弃物转化为能源，成为实现碳中和目标的关键课题。

泰国宋卡王子大学的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表论文，通过对比低温水热发酵预处理（HFP）和高温热解水预处理（THP）对象草生物质的改性效果，发现35°C处理12小时的HFP方案最优，甲烷产量达184.5 m³
/吨干物质，较未处理组提升65%。质量平衡分析进一步揭示：将HFP固体残渣制成生物质颗粒的净能量输出（7.2 GJ/吨）高于继续AD处理（5.8 GJ/吨），为养猪场能源自给提供了新路径。

研究采用的关键技术包括：1）多温度梯度预处理（HFP 35-100°C vs THP 125-200°C）；2）生化甲烷潜力（BMP）测试；3）响应面回归分析温度与时间的交互效应；4）基于泰国Ratchaburi省60日龄象草样本的组分分析。

研究结果
Leachate characteristics
HFP过程中微生物与热协同作用使象草纤维素降解，液相COD峰值达28.4 g/L（72小时/100°C），为后续AD提供高活性底物。

Conclusion
低温HFP在能耗与产出间取得最佳平衡，其甲烷产量（553.8 mL CH₄
/g VS）媲美高温THP，且固体残渣热值达16.5 MJ/kg，适宜制成燃料颗粒。该技术使养猪场废水处理成本降低23%，同时实现碳减排1.2 kg CO₂
-eq/吨草料。

这项研究首次系统论证了梯度水热预处理在农业废弃物协同处理中的优势，不仅破解了传统AD设施难以处理高固含量生物质的难题，更构建了"废水-能源-肥料"闭环体系，为东南亚地区践行SDG2（零饥饿）与SDG13（气候行动）提供了可复用的技术范式。Arada Hmeekong等学者特别指出，该方案可直接整合至现有养猪场的沼气工程，无需大规模设备改造，具有显著的经济可行性。