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黑水虻处理餐厨垃圾处理设备及工艺流程图

发布时间:2021-09-10人气:23

黑水虻:又叫亮斑扁角水虻。腐生性水虻科昆虫,能够采食厨余垃圾和禽畜粪便并转化为高价值的动物蛋白饲料因其繁殖迅速,食性广泛、吸收转化率高,容易管理、饲养成本低等特点,从而进行资源化利用。黑水虻原产于美洲,目前为全世界广泛分布。近些年传入我国,目前广布在广西、广东、上海、云南、湖南、湖北等地。

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当今主流的厨余垃圾处理技术主要是厌氧消化技术,100 个餐厨垃圾处理试点城市中厌氧消化技术占比达80%,然而,厌氧消化技术存在进料要求高、建设运营成本高等缺点。厨余垃圾的减量化、资源化和无害化要与经济效益与社会环境效益平衡的问题,已成为当前垃圾分类工作的“短板”。为解决厨余垃圾处理“短板”问题,黑水虻处理技术作为一种新兴工艺正逐渐成为厨余垃圾处理技术研究的热点。


其实,在国内外,用昆虫处理餐厨垃圾的做法早已有之。2000年悉尼奥运会期间,主办方就曾用数以百万计的蚯蚓降解植物废料、食物残渣和纸张等垃圾。近年来,利用黑水虻、蝇蛆、黄粉虫甚至蟑螂等虫类处理餐厨垃圾的研究逐渐受到关注,其中,研究较多的是利用餐厨垃圾养殖黑水虻。这项技术在我国广东省平远县、陕西省渭南市、江苏省盐城市等地都有生产案例。

黑水虻具有可直接食用新鲜的餐厨垃圾的特点,而且具有食谱宽、食量大、容易成活、幼虫营养价值全面、生态安全性高、抗逆性强、对油盐不敏感等优点,被认为是餐厨垃圾昆虫处置领域最具产业化前景的生物种类。

研究表明,黑水虻处理餐厨垃圾可大幅度减少餐厨垃圾的体积,控制恶臭气体的排放量;同时,能够减少苍蝇滋生,并有效地消除病原微生物。

黑水虻处理技术应用在厨余垃圾处理领域具有养殖周期较短、资源化程度高、营养价值高、幼虫饲料化应用前景好、成本较低、经济效益高、药用价值高、对人类环境友好等优点。

餐厨垃圾养殖完黑水虻后,可经过筛分得到黑水虻老熟幼虫及虫砂。老熟幼虫富含较高的蛋白质,可用来加工制备高附加值的昆虫蛋白源饲料;筛分出来的虫砂可开发成高附加值的有机肥料。


黑水虻处理厨余垃圾的优点

一)黑水虻养殖周期较短、资源化程度高

目前研究较为深入的食腐动物处理技术主要有家蝇、蚯蚓及黑水虻。家蝇从卵到成虫只需3~4 天,完成一个世代仅需10 天左右,虽然家蝇的世代周期短,但是,家蝇不仅扰民和影响人类环境,还可能传播疾病。蚯蚓的养殖周期一般为4~5 个月,黑水虻的全生命周期包括卵、幼虫、预蛹、蛹、成虫共五个阶段周期约为32天,是处理餐厨垃圾能力最强的时期,在幼虫阶段周期为7-10天左右。一公斤幼虫每天喂养3次可‘消灭’四五公斤餐厨垃圾,待幼虫成长到15天的时候,将会化蛹,破蛹成虫后进行产卵,交配后一次可产1000个卵。与蚯蚓相比,黑水虻的养殖速度快,周期较短。

黑水虻处理厨余垃圾工艺的资源化程度高,据调查,广东某黑水虻处理基地10 吨的厨余垃圾可生产2 吨的幼虫以及1 吨的虫粪,只剩4~5% 的剩余物,均是混杂在厨余垃圾中的塑料、木竹等黑水虻无法采食的物质。只要厨余垃圾分类准确率能达到一个较高的水平,剩余物的比例将更小。


(二)营养价值高

黑水虻幼虫的营养价值高,据文献报道,干重高达42% 左右,虽然黑水虻采食来料的营养价值影响了黑水虻幼虫的营养价值,但是干物质中的粗蛋白质含量仍普遍高达32~52%,与豆粕的蛋白含量相近,粗脂肪普遍高达31%~38%,灰分为11%~15%,而且富含钾、钙、镁、铁、铜、锌、锰、磷等物质和微量元素,富含粗纤维、月桂酸、抗菌物质和甲壳素等物质。

虽然,黑水虻幼虫的氨基酸总含量低于黄粉虫、蝇蛆、桑蚕蛹的氨基酸的含量,但是,必需的氨基酸如赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、缬氨酸和酪氨酸含量较高,可通过优化饲料配方增加饲料氨基酸含量,并不影响黑水虻作为动物饲料蛋白的品质。黑水虻幼虫铅、汞、镉、铬、砷等无机污染物指标以及细菌总数、霉菌总数、沙门氏菌、组胺等微生物污染物指标均符合《饲料卫生标准》(GB 13078-2017)的要求,具有巨大的市场前景。据研究,经处理后的虫粪可作为有机肥,有机质和总养分含量均高于《有机肥料标准》(NY525-2012)的技术要求,具有较高的肥效,能促进植物生长。虫粪的各项指标均达到《有机肥料标准》的要求。

(三)药用价值高

黑水虻具有较大的药用价值,黑水虻幼虫富含抗菌肽、蛋白酶、脂肪酸、水解酶、凝集素等抗菌成分。因此,黑水虻具有较强的免疫能力,其幼虫体内可消化霍乱、疟疾等病原微生物,是近年来药物研发的良好素材。据研究,黑水虻体内的抗菌肽具有抗癌活性,其抗菌肽对癌细胞的作用具有选择性,黑水虻抗菌肽对正常细胞的毒性较小,对正常细胞无毒、对红细胞不溶血,表明黑水虻抗菌肽粗提物是肿瘤药物的研发方向之一。黑水虻分泌物体己二酸有着抗菌能力,目前已在欧美地区被用于烧伤、创伤伤口愈合等临床治疗领域。预蛹虫壳中还含有壳聚糖,是近年来的医药领域研究热点,具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种优良功能,广泛应用于食品、纺织、农业、环保、美容保健、化妆品、医药等领域。

(四)黑水虻幼虫饲料化应用

2013 年联合国粮食及农业组织发布的《可食用昆虫:食物和饲料保障的未来前景》的报告称可在世界范围内用昆虫替代畜禽蛋白饲料的来源,黑水虻被列入其中。鱼粉是一种优良的蛋白饲料,是水产动物、家禽和猪等动物的主要饲料来源,我国鱼粉市场需求量巨大,但我国鱼粉工业起步较晚,长期依赖进口。黑水虻幼虫干燥粉碎后可替代鱼粉喂养家禽、鱼等经济动物。黑水虻幼虫替代鱼粉具有明显的价格优势,根据各主要港口报价,2020 年8 月秘鲁鱼粉国内各港口报价约为12700~13700 元/t。据调查,广东省内黑水虻幼虫(烘干)的售价为6000 元/t 左右,黑水虻价格优势明显。并且,黑水虻虫体中含有大量的粗蛋白、抗菌肽、各类酶等成分,对于养殖业疫病防控也能够起到一定作用。

黑水虻幼虫替代鱼粉还具有一定营养价值的优势,其含有丰富的蛋白质、粗脂肪、天然抗菌物质、甲壳素和矿物质等营养成分。研究表明,使用黑水虻幼虫作蛋白饲料能普遍提升水产动物、家禽和猪等的饲料品质和营养成分,提升饲养动物的健康水平。

(五)成本较低、经济效益高

据调查,广东省黑水虻处理厨余垃圾工艺项目的建设费用约为10~35 万元/t(由于地区经济发展不同,项目用地成本不同,建设运营费用也不一样),运营费用约为90 元/t。

主流的厌氧消化工艺项目建设费用约为40~52 万元/t,运营费用约为270~300 元/t,与厌氧消化相比,黑水虻处理工艺建设运营费用较低。10 吨的厨余垃圾每天可“吃”掉湿垃圾30吨,可生产2 吨的幼虫以及1 吨的虫粪,烘干的黑水虻幼虫和虫粪的售价分别为6000 元/t 和500 元/t 左右,产品价值高,产品销路良好、经济效益高,大部分项目不需要政府补贴都可运行。可以用来喂养小龙虾、乌龟和鱼等水产品,也可作为鸡鸭禽类的高蛋白饲料等。市场价每吨3000元,有机肥每吨也可以卖400多元。20吨餐厨垃圾料浆每天的毛收入达到1.4万多元,纯利润在20%-30%之间。如果将鲜虫烘干,20吨餐厨垃圾料浆每天可产干虫1.6吨,出口到国际市场,每吨可卖到1.2万元左右,毛收入达到1.9万元。


(六)对人类环境友好

黑水虻成虫不扰民,与家蝇相比,不会随意进入人类居住环境,不传播疾病。而家蝇携带了30 多种病菌,对环境卫生影响大。而且,黑水虻能够有效地控制野生的家蝇种群,有研究显示黑水虻可以抑制家蝇种群数量,减少疾病传播,其幼虫能分泌抑制家蝇的物质,降低家蝇幼虫在黑水虻处理过的粪便的成活率,从而减少家蝇种群数量,它自身体内含有一种“抗菌肽”成分,对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌具有很强的杀伤力。


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其他生物转化处理餐厨厨余垃圾

除了利用黑水虻外,在山东省济南市章丘区餐厨垃圾处理中心,人见人厌的蟑螂正打着一场名誉的“翻身仗”。在那里,一种名叫美洲大蠊的蟑螂每只每天要吃掉自己体重5%的餐厨垃圾。10亿只蟑螂靠着自己的看家本领—吃,每天能消化50吨左右的餐厨垃圾,占章丘区每天餐厨垃圾产生量的83%。

在美洲大蠊生命走到尽头时,会从竖着的波纹板上滑落,虫体、卵鞘、粪便通过机器分离收集。虫体经过300℃高温灭菌、烘干后,可做成蛋白饲料添加剂,卵鞘用来孵化新生力量,粪便用作有机肥料。

如果防治不当,餐厨垃圾在处理过程中极有可能滋生大量苍蝇,假若使用杀虫剂抑制苍蝇的危害,则会引进新的毒素,造成所生产的饲料达不到食品安全的要求。如果跳出防治苍蝇的思维定势,利用自然滋生的苍蝇来处理餐厨垃圾,可能会是一种理想的方法。

蝇类嗅觉灵敏,能迅速找到环境中的有机废弃物;在生态系统中,蝇类幼虫(蝇蛆)扮演着动植物分解者的重要角色,由于具有杂食性,各种腐败发酵的有机物都可成为它们的食物。此外,蝇类昆虫含有丰富的抗菌肽和多种酶类,在充分分解利用餐厨垃圾时,还能对有机质中的各种病原微生物、寄生虫卵等进行灭杀。

研究发现,饲养蝇类昆虫,将餐厨垃圾中的有机质转换成蝇类本身组成物质,再利用蝇类昆虫作饲料或者生物质来源,能从根本上杜绝同源性蛋白的安全隐患。可见,利用蝇类来处理餐厨垃圾会是一项环境友好型技术,完全可能与蚯蚓堆肥媲美。

尽管利用蟑螂、蝇类、水虻等虫类处理餐厨垃圾好处多多,但也有不少人担心这些昆虫本身就携带多种致病菌,利用它们来处理餐厨垃圾是否安全、是否会造成新的污染。比如,不能排除它们自身携带诸如肝炎病毒等“重磅炸弹”的可能性。

除了生物安全,上述昆虫对餐厨垃圾的处理能力同样值得关注。有研究者指出,以目前国内外主要采用的厌氧发酵制沼气技术为例,同样占地6300平方米,可以实现餐厨垃圾上百吨的日处理量,数倍于蟑螂的处理能力。目前来看,利用虫类处理餐厨垃圾的办法只能作为一种辅助手段,尚不能作为主流技术。

最后需要说明的是,我国餐厨垃圾因分类不彻底,成分复杂,甚至有的含塑料袋、饭盒、筷子、金属等杂物;因此,在对餐厨垃圾“减量化、无害化、资源化”综合处理前,必须进行垃圾预分选处理—筛选出餐厨垃圾中的各类污染物,并分别加以分类分级处置,以提高餐厨垃圾的再利用率。所以,归根结底,垃圾利用需从分类开始。




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