不同预处理后猪场废水ASBR工艺产氢特征对比

孙健; 杨志鹏; 张冬梅; 张玲; 王浩雨; 钟家兴; 汪晓玲; 杜居历

doi:10.13205/j.hjgc.202606018

不同预处理后猪场废水ASBR工艺产氢特征对比

doi: 10.13205/j.hjgc.202606018

1. 广东石油化工学院, 广东茂名 525000;
2. 高州市食品企业集团高城食品公司, 广东茂名 525200

基金项目:

茂名市2021年广东省乡村振兴战略专项资金（“大专项+任务清单”）项目（2021S0064）

详细信息

作者简介:
孙健(1984-),男,博士、硕导,高级技师,主要从事科技创新创业、农业工程与教育推广。623430751@qq.com

通讯作者:
张冬梅(1969-),女,博士,教授,主要从事环境工程领域人才培养、废水处理工艺技术研发及问题诊断。871635317@qq.com。张玲(1979-),女,博士,教授,主要从事食品加工技术与农业废弃物资源化利用。mmzhl1130@126.com

张冬梅(1969-),女,博士,教授,主要从事环境工程领域人才培养、废水处理工艺技术研发及问题诊断。871635317@qq.com。张玲(1979-),女,博士,教授,主要从事食品加工技术与农业废弃物资源化利用。mmzhl1130@126.com

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出版历程
- 收稿日期: 2025-09-25
- 录用日期: 2025-11-20
- 修回日期: 2025-10-23
- 网络出版日期: 2026-07-06

Comparative study on hydrogen production characteristics of pre-treated swine wastewater in ASBR process

1. Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China;
2. Gaocheng Food Company, Gaozhou Food Enterprise Group, Maoming 525200, China

摘要

摘要: 猪场废水属于高浓度有机废水，在厌氧发酵过程中产氢是向清洁能源转化的重要路径。利用3个ASBR反应器分别对原水、MAP沉淀回收氮磷后上清液及MAP预处理上清液协同污泥热处理，分别进行产氢特征对比研究。结果表明：在不调节进水pH值条件下，原水反应器产氢量均＜0.50 mmol/（kg·d），当进水COD浓度为1800 mg/L时，MAP预处理上清液和协同厌氧污泥75 ℃加热0.5 h后的反应器产氢量分别达到48.17，71.44 mmol/（kg·d）；进水COD浓度为2400 mg/L时，3个反应器产甲烷浓度分别为10.8%、14.2%、9.1%，表明MAP预处理对废水产氢产甲烷均有显著促进作用；此后，随着进水COD浓度增大，原水反应器甲烷浓度升高至14.6%，此时各反应器COD平均去除率分别为78.9%、70.8%和52.5%。在调节pH值条件下，3个反应器均在pH为4.0时获得最高产氢量，分别为0.10， 7.74，8.83 mol/（kg·d），研究结果可为探索猪场废水的厌氧产氢提供参考。
- ASBR工艺 /
- 猪场废水 /
- MAP沉淀预处理 /
- 厌氧产氢
Abstract: Swine wastewater is a type of high-concentration organic wastewater， and hydrogen production during anaerobic fermentation is an important pathway for its conversion into clean energy. A comparative study on hydrogen production characteristics was conducted using three anaerobic sequencing batch reactors （ASBRs） for raw wastewater， the supernatant after MAP precipitation for nitrogen and phosphorus recovery， and the same supernatant co-treated with sludge heat-treated at 75°C for 0.5 hours. Without adjusting the influent pH， the hydrogen production rate in the raw wastewater reactor remained below 0.50 mmol/（kg·d）. When the influent COD concentration was 1800 mg/L， the hydrogen production rates in the MAP-pretreated reactor and co-treated reactor reached 48.17， 71.44 mmol/（kg·d）， respectively. At an influent COD concentration of 2400 mg/L， the methane concentrations in the raw， MAP-pretreated， and co-treated reactors were 10.8%， 14.2%， and 9.1%， respectively， indicating that MAP pretreatment significantly enhanced both hydrogen and methane production. Subsequently， as the influent load increased， the methane concentration in the raw wastewater reactor rose to 14.6%. Under these conditions， the average COD removal efficiencies for the raw， MAP-pretreated， and co-treated reactors were 78.9%， 70.8%， and 52.5%， respectively. Under pH-adjusted conditions， this study demonstrated that all three reactors achieved peak hydrogen production at pH 4.0， with production rates reaching 0.10， 7.74， and 8.83 mol/（kg·d）， respectively. This study provides valuable insights into exploring hydrogen production from swine wastewater through anaerobic processes.
- ASBR process /
- swine wastewater /
- MAP pre-treatment /
- anaerobic biohydrogen production

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参考文献(22)

[1]	REN N Q，LI J Z. Principles and technology of biohydrogen production by fermentation method[M]. Beijing：Science Press，2017. 任南琪，李建政. 发酵法生物制氢原理与技术[M]. 北京：科学出版社，2017.
[2]	SHI X C，ZUO J E，YAN Z，et al. Pilot study on treatment of food waste by a new two-phase integrated anaerobic digestion reactor[J]. China Environmental Science，2018，38（9）：3447-3454. 史绪川，左剑恶，阎中，等. 新型两相一体厌氧消化反应器处理餐厨垃圾中试研究[J]. 中国环境科学，2018，38（9）：3447-3454.
[3]	RAANA F，LIU C. Biohydrogen production from spent wastewater treatment substrates：techno-economic viability and sustainability[J]. Sustainable Energy Technologies and Assessments，2025，75：104202.
[4]	LI L，PENG X Y，WANG X M，et al. Anaerobic digestion of food waste：A review focusing on process stability[J]. Bioresource Technology，2018，248：20-28.
[5]	BADIA-FABREGAT M，RAGO L，BAEZA JA，GUISASOLA A. Hydrogen production from crude glycerol in an alkaline microbial electrolysis cell[J]. International Journal of Hydrogen Energy. 2019，44：17204-17213.
[6]	WANG J H，LIU L，ZHENG C Z，et al. Research progress on process simulation of hydrogen production from sludge anaerobic fermentation[J]. Environmental Engineering，2024，42（8）：142-149. 王晶惠，刘璐，郑成志，等. 污泥厌氧发酵产氢工艺过程模拟研究进展[J]. 环境工程，2024，42（8）：142-149.
[7]	SUN C，CHI R，LI W Y. Effects of organic loading rate on anaerobic hydrogen production and reactor operation characteristics in UASB treating high-concentration food wastewater[J]. Technology of Water Treatment，2023，49（3）：48-52. 孙晨，迟冉，李伟英. 有机负荷对UASB处理高浓度食品废水厌氧制氢及反应器运行特征的影响[J]. 水处理技术，2023，49（3）：48-52.
[8]	LI Z X，SUN Y K，DONG Z Y，et al. Effects of feed organic loading rate and reflux ratio on hydrogen production from co-fermentation of food waste and water hyacinth[J]. Journal of Ningbo University（Natural Science Edition），2023，36（4）：64-69. 李哲璇，孙叶衎，董志颖，等. 进料有机负荷及回流比对餐厨垃圾协同水葫芦发酵产氢的影响研究[J]. 宁波大学学报（理工版），2023，36（4）：64-69.
[9]	HUANG J L. Study on influencing factors and mechanism of hydrogen and acid production from anaerobic fermentation of food waste wastewater[D]. Wuhan：Huazhong Agricultural University，2021. 黄家隆. 餐厨废水厌氧发酵产氢产酸的影响因素及机理研究[D]. 武汉：华中农业大学，2021.
[10]	LIU Y，PAN L M. Effects of food-to-microorganism ratio and hydraulic retention time on two-phase anaerobic hydrogen-methane production system[J]. Journal of Harbin University of Commerce（Natural Sciences Edition），2018，34（6）：676-680. 刘玥，潘丽梅. F/M比和HRT对两相厌氧产氢产甲烷系统的影[J]. 哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2018，34（6）：676-680.
[11]	LIU Y Y，LI S Y，MU H，et al. Research progress on hydrogen production technology by algae anaerobic fermentation[J]. Journal of University of Jinan（Science and Technology），2024，38（4）：429-438. 刘媛媛，李素月，牧辉，等. 藻类厌氧发酵产氢技术的研究进展[J]. 济南大学学报（自然科学版），2024，38（4）：429-438.
[12]	HU T T，LI B，LI Z X，et al. Study on anaerobic hydrogen production from co-digestion of food waste and rice straw under different loads[J]. Journal of Ningbo University（Natural Science Edition），2022，35（4）：73-79. 胡甜甜，李兵，李哲璇，等. 不同负荷下餐厨垃圾与水稻秸秆共消化厌氧产氢研究[J]. 宁波大学学报（理工版），2022，35（4）：73-79.
[13]	YAN W C. Study on hydrogen-methane co-production characteristics of anaerobic fermentation of ensiled corn stover[D]. Harbin：Northeast Agricultural University，2023. 颜文聪. 黄贮玉米秸秆厌氧发酵氢—烷联产特性研究[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2023.
[14]	ZHANG D M. Study on MAP recovery process of nitrogen and phosphorus from pig farm wastewater and its impact on traditional anaerobic-aerobic treatment system[D]. Hangzhou：Zhejiang University，2013. 张冬梅. 猪场废水氮磷MAP回收工艺及其对传统厌氧—好氧处理系统的影响研究[D]. 杭州：浙江大学，2013.
[15]	LI C X，XIE Y L，WANG W，et al. Feasibility study on ultrasonic pretreatment for anaerobic biohydrogen production[J]. Environmental Protection Science，2012，38（3）：25-28. 李楚娴，谢永乐，王维，等. 超声波预处理对厌氧生物制氢的可行性探讨[J]. 环境保护科学，2012，38（3）：25-28.
[16]	ZHANG S Y. Efficiency and mechanism of hydrogen and methane production from anaerobic fermentation of pig manure[D]. Taiyuan：Shanxi University，2023. 张思雨. 猪粪厌氧发酵产氢产甲烷效能及机制[D]. 太原：山西大学，2023.
[17]	ZHAO H，SHI F M，MA Y X，et al. Study on microbial community succession in the early stage of anaerobic hydrogen production from pig farm wastewater under suitable operating temperature[J]. Journal of Natural Science of Heilongjiang University，2023，40（1）：65-74. 赵禾，史风梅，马玉新，等. 适运行温度条件下猪场废水厌氧产氢初期菌群演替研究[J]. 黑龙江大学自然科学学报，2023，40（1）：65-74.
[18]	National Environmental Protection Administration of China. Water and wastewater monitoring and analysis methods[M]. 4th ed. Beijing：China Environmental Science Press，2002. 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会. 水和废水监测分析方法[M]. 4版. 北京：中国环境科学出版社，2002.
[19]	ZHANG L S. Study on hydrogen production efficiency and mechanism of bacteria with different metabolic types[D]. Harbin：Harbin Institute of Technology，2011. 张露思. 不同代谢类型细菌的产氢效能及作用机制研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.
[20]	HONG T Q，HAO X L，YU H Q. Experimental study on the effect of Na^＋ concentration on hydrogen production from anaerobic fermentation[J]. Technology of Water Treatment，2004，30（5）：270-272. 洪天求，郝小龙，俞汉青. Na^＋离子浓度对厌氧发酵产氢气影响的实验研究[J]. 水处理技术，2004（5）：270-272.
[21]	ZHANG D M，TENG Q，ZHANG D Q，et al. Performance and microbial community dynamics in anaerobic continuously stirred tank reactor and sequencing batch reactor（CSTR-SBR）coupled with magnesium-ammonium-phosphate（MAP）-precipitation for treating swine wastewater[J]. Bioresource Technology，2021，320：124336.
[22]	YOKOI H，SAITSU A，UCHIDA H，et al. Microbial hydrogen production from sweet potato starch residue[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering，2001，91（1）：58-63.