基于生物精炼技术的猪粪资源化利用：同步回收养分、蛋白质与甲烷的创新策略

针对畜牧业快速发展导致的猪粪污染问题，西班牙研究团队开发了一种集成GPM（气体渗透膜）、SPP（酸碱溶解法）和AD（厌氧消化）的生物精炼技术，实现氮（N）回收率71-73%、磷（P）提取效率114%、蛋白质回收率86%，甲烷产量提升1.9倍，IRR（内部收益率）达21-37%，为可持续粪污管理提供经济可行的解决方案。

　　

随着全球畜牧业规模扩张，猪粪排放引发的环境污染问题日益严峻。猪粪富含氮（N）、磷（P）和有机质，若处理不当会导致水体富营养化和温室气体排放。然而，这些"污染物"实则蕴含巨大资源价值——氮磷是优质肥料，蛋白质可替代饲料，有机物能转化为清洁能源甲烷（CH₄）。传统单一处理技术难以实现资源最大化回收，亟需开发集成化解决方案。

西班牙研究团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，提出创新性生物精炼策略，通过组合气体渗透膜（GPM）、酸碱溶解（SPP）和厌氧消化（AD）技术，实现猪粪中养分-蛋白质-能源的梯级回收。研究采用实验室规模实验结合技术经济分析，系统评估了四种处理方案（T1-T4）的性能与经济效益。

关键技术包括：1）GPM技术从液态粪污中回收氨氮，采用e-PTFE膜（孔径2.5μm）和1N-H₂SO₄吸收液；2）SPP法通过酸碱两步处理（H₂SO₄ 0.25M/NaOH 0.4M）从固相中提取磷和蛋白质；3）AD处理剩余有机物，测定生化甲烷潜力（BMP）；4）基于2800头猪场的年粪污量（17,136m³）开展技术经济评估。

3.1 氮回收性能
GPM技术对原粪（SM）和液相（LF-SM）的氨氮（TAN）去除率均达90%，回收率71-73%，速率25-27g N m^-2 d^-1。固液分离未显著影响回收效率，表明GPM对高固含量粪污具有普适性。

3.2 磷与蛋白质回收
SPP法从固相（SF-SM）中实现114%磷提取（酸性阶段77%+碱性阶段37%）和86%蛋白质回收（碱性阶段贡献72%），显著优于传统沉淀法（90%磷回收）和碱解法（81%蛋白回收）。

3.3 甲烷产能提升
预处理显著改善AD性能：T2（全粪GPM处理）甲烷产率407mL CH₄ g^-1 VS，较原粪（T1）提升1.9倍；T4（SPP处理固相）维持216mL CH₄ g^-1 VS，证明蛋白质提取未损害能源回收。

3.4 经济可行性
技术经济分析显示：T2方案IRR达37%，投资回收期3年；SPP蛋白回收贡献年收益59,138欧元，但磷提取需优化成本。集成方案使2800头猪场年创收22万欧元，NPV（净现值）最高达184万欧元。

该研究开创性地将多重资源回收技术耦合，突破传统粪污处理的单一目标局限。GPM技术解决高氨氮抑制AD的行业难题，SPP法首次实现猪粪蛋白的饲料级回收，组合工艺IRR（21-37%）远超行业平均水平。研究为畜牧业循环经济提供标杆案例，其"污染治理-资源再生-经济效益"三位一体模式，对全球畜禽粪污管理具有重要启示。未来可进一步优化SPP化学耗量，探索蛋白产品高值化应用，推动技术规模化落地。