《Biomass》：Biogas Recovery from Palm Oil Mill Effluent in Malaysia: A Review of Technology Transition, Deployment Readiness, and Sustainability Challenges
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棕榈油厂废水（POME），作为粗棕榈油（CPO）提取过程中产生的主要液体残留物，已从工业废水转变为可再生能源和资源回收的宝贵原料。本综述通过叙述性回顾同行评审文献（Scopus、Web of Science、Google Scholar；2013年至今）及机构
棕榈油厂废水（POME），作为粗棕榈油（CPO）提取过程中产生的主要液体残留物，已从工业废水转变为可再生能源和资源回收的宝贵原料。本综述通过叙述性回顾同行评审文献（Scopus、Web of Science、Google Scholar；2013年至今）及机构报告，从四个维度综合评估了马来西亚可持续POME管理的最新进展：厌氧消化技术、环境绩效、技术经济可行性及政策驱动力。POME具有高有机负荷特征（化学需氧量COD 15,000–100,000 mg L?1；生化需氧量BOD 10,250–43,750 mg L?1），每立方米废水可产出约28–34 m3的沼气，甲烷含量为54–65%，同时其消化液具有替代合成肥料的养分回收潜力。覆盖式塘体和连续搅拌槽反应器（CSTR）展现出最高的部署潜力，而上流式厌氧污泥床（UASB）系统和厌氧膜生物反应器（AnMBR）在技术和经济层面仍受到制约。资本密集度、基础设施缺口及运营需求限制了其更广泛的采用。与此同时，数字化过程控制以及诸如马来西亚可持续棕榈油（MSPO）认证和欧盟零毁林法规（EUDR）等监管驱动因素正成为关键的推动力。将POME管理重新构想为一个集成的资源回收平台，可以降低温室气体排放、闭合养分循环并加速马来西亚的循环生物经济发展。
3.1. POME特性、资源回收与可持续性驱动力
3.1.1. POME的产生、可用性与可再生能源潜力
棕榈油厂废水（POME）主要产生于棕榈油生产的三个环节：鲜果串（FFB）灭菌、原油澄清和棕仁的水力旋流洗涤。马来西亚拥有超过450家棕榈油厂，每年产生大量POME。未经处理的POME会造成高水平的有机污染，但其高有机物含量使其成为沼气生产和厌氧消化的优质原料。在沼气充分利用的情况下，POME潜在的发电量估计超过500 MW，这凸显了其在支持马来西亚可再生能源目标方面的潜在作用。在FFB基础上，空果串（EFB）和POME的产生量分别约为20–30%和50–75%。POME与木质纤维素残渣（尤其是EFB）的协同消化可通过优化碳氮比来提升厌氧消化过程，甲烷产量相对于EFB单一消化可提高25–32%，具体取决于底物组成、混合比例、预处理和操作条件。沼气回收技术潜力巨大，但应用尚不广泛。在马来西亚，2021年评估报告的451家棕榈油厂中，仅有135家配备了沼气捕获设施，约占30%，现有设施装机容量约168 MW，而全国潜在装机容量估计约为508 MW，这些设施每年还可减少约496万吨二氧化碳当量的排放。
3.1.2. POME的物理化学特性与资源回收潜力
POME是一种酸性废水，含水量高，含有残余油、悬浮颗粒和极高浓度的可生物降解有机物。其生化需氧量（BOD）浓度通常为10,250–43,750 mg/L，化学需氧量（COD）范围为15,000–100,000 mg/L。在受控的厌氧消化条件下，每立方米POME可产生约28–34 m3的沼气，甲烷含量约为54–65%。此外，去除沼气后的消化液富含氮、磷、钾等养分。例如，处理后的POME污泥干基中总氮含量为2.7–4.7%，磷含量为0.08–1.25%，钾含量为0.03–5.16%，显示出显著的养分回收潜力。消化液可作为有机土壤改良剂或部分替代油棕种植中的合成肥料。
3.1.3. 可持续POME管理的环境与监管驱动力
传统开放式塘系统的一个主要缺点是厌氧降解阶段产生的甲烷等温室气体直接排放到大气中。事实上，甲烷排放占基于塘系统的POME处理系统总体气候变化影响的85%以上。在马来西亚，马来西亚可持续棕榈油（MSPO）认证促进了系统性的环境管理。国际上，特别是自欧盟零毁林法规（EUDR）生效以来，可持续性标准已扩展到包括温室气体减排、供应链可追溯性和无毁林生产。因此，对沼气捕获和利用的投资不仅应被视为废水处理，更是减少甲烷排放和回收可再生能源的机会。
3.2. POME的厌氧消化与能源回收
3.2.1. 厌氧消化的生物学原理
沼气生产分为四个阶段：水解、产酸、产乙酸和产甲烷。封闭式消化器可捕获沼气用于发电、热电联产（CHP）或提纯为生物甲烷，从而最大化能源回收并最小化环境影响。封闭式厌氧消化器的甲烷捕获率可超过80%，而开放式塘系统收集的甲烷不足10%。
3.2.2. 影响厌氧消化性能的操作因素
关键参数包括pH值、温度、水力停留时间（HRT）和有机负荷率（OLR）。需要近中性的pH值和嗜温温度以维持高产甲烷活性和过程稳定性。由于原始POME天然呈酸性且排放温度高，通常需要在进入厌氧消化器前进行缓冲和冷却。
3.2.3. 协同消化作为增强沼气回收的策略
POME与EFB的协同消化可提供更平衡的底物。据报道，在特定条件下，POME的碳氮比约为20，而EFB的碳氮比更高，约为54。在最佳碳氮比下，协同消化的甲烷产量可比单一消化提高61.7%。
3.2.4. 沼气利用与能源回收途径
主要用途是在热电联产（CHP）工厂中，沼气驱动燃气发动机同时产生热和电。多余电力可根据上网电价补贴（FiT）方案送入国家电网。沼气也可通过去除二氧化碳、硫化氢、水分和其他杂质升级为生物甲烷或生物压缩天然气（Bio-CNG）。
3.3. 从传统开放式塘向沼气回收的过渡
3.3.1. 支持继续使用开放式塘系统的因素
截至2020年底，全国450家棕榈油厂中约有130家安装了沼气捕获设施，占比约28%。开放式塘因其较低的资本投入和更简单的操作而被广泛使用。
3.3.2. 开放式塘系统日益增长的经济与合规挑战
开放式塘的主要缺点之一是甲烷作为一种可回收的能源被浪费。商业可行性因厂而异，对于产能较高（即每小时处理60吨或更多FFB）的工厂更具吸引力。
3.3.3. 治理与政策挑战
垂直整合公司（VIC）更有能力投资于沼气回收技术并遵守日益严格的可持续性要求。然而，独立工厂可能面临更大的困难。马来西亚规定生化需氧量（BOD）排放限值必须符合环境局（DOE）的标准，即在环境敏感集水区为100 mg/L或20 mg/L。
3.3.4. 比较性能：开放式塘与封闭式沼气消化器
封闭式沼气消化器系统虽然更昂贵且需要更高的专业技术，但可以通过甲烷捕获、可再生能源发电和改进的消化过程控制提供显著效益。
3.4. 马来西亚棕榈油厂的封闭式沼气回收技术：部署现状与技术选择
3.4.1. 马来西亚沼气技术部署现状
拥有沼气设施的工厂数量从2011年的约55家稳步增长至2020年底的130家和2021年的135家，约占当时评估工厂总数的30%。
3.4.2. 覆盖式塘体消化器
覆盖式塘体系统因其相对较低的资本成本和操作简便而成为最受欢迎的沼气回收技术之一。性能因系统设计和操作条件而异。
3.4.3. 连续搅拌槽反应器
连续搅拌槽反应器（CSTR）提供了更好的过程控制和更稳定的运行。资本和管理成本通常高于覆盖式塘体系统。
3.4.4. 上流式厌氧污泥床反应器
上流式厌氧污泥床（UASB）反应器是一种紧凑型高速厌氧消化系统，特别适合土地有限的工厂。在POME条件下，化学需氧量（COD）去除率可达约80–90%。但由于原始POME含有大量油脂，可能导致污泥床不稳定，因此在马来西亚的商业应用仍然有限。
3.4.5. 厌氧膜生物反应器
厌氧膜生物反应器（AnMBR）是最先进的POME厌氧处理技术之一，化学需氧量（COD）去除效率可达约96–99%。然而，膜污染问题限制了其商业应用，目前在马来西亚仍限于实验室和中试规模研究。
3.4.6. 综合：马来西亚背景下的技术选择
覆盖式塘体是改造现有塘系统的可行且具成本效益的选择。CSTR提供更好的过程稳定性和控制，但资本成本更高。UASB和AnMBR的应用主要受技术要求的限制。
3.5. 油棕种植园中的消化液利用：养分回收与土壤可持续性
3.5.1. POME消化液的养分组成与农艺价值
POME消化液是一种营养丰富的副产品，可有益地回用于油棕种植。处理后的POME污泥干基总氮含量为2.7–4.7%，磷含量为0.08–1.25%，钾含量为0.03–5.16%。
3.5.2. POME消化液的环境效益与农艺挑战
使用消化液替代矿物肥料可避免与化肥生产相关的大量温室气体排放。然而，过量施用可能导致养分过量和硝酸盐淋溶。
3.5.3. 可持续消化液利用的未来机遇
运输物流是一个重要的实际考虑因素。缺乏全国公认的POME消化液质量标准也是一个关键问题。
3.6. 沼气采用的障碍与转型的推动因素
3.6.1. 金融与体制障碍
财务因素仍是主要障碍之一。工厂规模与沼气回收的经济可行性密切相关。小型工厂面临更高的投资风险。绿色技术融资计划（GTFS）、上网电价补贴（FiT）和自愿碳市场等金融工具已经建立，但获取机会并不均等。
3.6.2. 技术能力与运营可靠性
封闭式消化器的成功运行依赖于足够的技术能力来监控关键操作参数，如pH值、温度、有机负荷率（OLR）、水力停留时间（HRT）和沼气产率。合格操作人员的短缺是一个问题。基于物联网的监控系统为提高工厂可靠性和降低运营风险创造了新的机会。
3.6.3. 基础设施限制与替代能源路径
许多位于沙巴和砂拉越的工厂远离变电站，使得电网互联在经济上不具吸引力。在这些情况下，生物压缩天然气（Bio-CNG）提供了一个可行的、较少依赖电网的商业化途径。
3.7. 研究空白与未来方向
大多数研究侧重于提高单个反应器的性能，而解决集成解决方案的研究相对较少。未来的研究应侧重于系统层面的优化和整合，包括将POME与其他棕榈油残渣整合用于可再生能源生产、养分回收和生物质增值。数字化的应用，包括人工智能（AI）、物联网（IoT）、数字孪生和预测性维护，应与金融、治理和技术整合一起被考虑。
