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以广东为例 黑水虻处理厨余垃圾的前景

时间:2021-08-31 11:30

来源:《城乡建设》2020年21期

今天的推送关注“黑水虻”,文章作者粟颖/广东省广州市城市管理技术研究中心,文章来源:《城乡建设》2020年21期

黑水虻处理技术是一种具有巨大市场前景的新技术,必须解决黑水虻处理技术的存在问题,从而实现厨余垃圾减量化、资源化和无害化处理目标,以及达到经济效益与社会环境效益平衡。

本文综述了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,但是,该技术作为一种新技术仍存在很多问题,如技术不稳定、产品存在风险、缺乏相关技术标准规范等。

厨余垃圾处理的基本情况

厨余垃圾是生活垃圾的重要组成部分,2018 年广东省城市(县城)厨余垃圾清运处理量达84.26 万吨,厨余垃圾产生量大,但是,广东省厨余垃圾处理的设施建设相对滞后,据广东省住房和城乡建设厅统计,截至2019 年年底,广东省厨余垃圾处理能力约5300 吨/ 日。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。

广东省黑水虻处理技术应用现状

黑水虻是一种食腐性的水虻科昆虫,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。黑水虻原产于美洲,近年来传入广东省,目前被广泛应用于处理鸡粪、猪粪及厨余垃圾等有机废弃物方面。目前黑水虻在广东的应用范围已分布于广州、汕头、韶关、佛山、梅州、湛江和惠州等地,处理规模从1t/d 至150t/d 不等,并且大部分都已覆盖垃圾分类示范片区。

广东省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35 天,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。

(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。

黑水虻处理技术存在问题

(一)技术不稳定

黑水虻处理技术与厌氧消化或者好氧堆肥等传统厨余垃圾处理技术相比,技术不稳定。黑水虻处理技术项目规模小,一般在100t/d 及以下。在黑水虻技术工艺逐步放大的过程中,在孵化、饲喂和加工等环节存在一定技术瓶颈,需要控制好温度、湿度、光照等条件。孵化环节需严格控制其成虫率,防止成虫过多导致衍生的生态侵害。饲喂环节决定了黑水虻产品品质的稳定性问题,由于黑水虻幼虫的营养价值受厨余垃圾来料营养价值的影响,来料的纯度与新鲜度也会严重影响黑水虻幼虫的品质,导致了黑水虻产品品质的不稳定性。加工环节的黑水虻生产设备落后,设备自动化程度不高,运行不稳定,限制了加工和产量,影响限制了黑水虻的规模化和产业化。

(二)产品存在风险

黑水虻幼虫的营养价值受厨余垃圾来料营养价值的影响,由于来料的渠道多样性/ 厨余垃圾来料的复杂性等因素导致了产品存在一定的风险。黑水虻幼虫作为蛋白饲料的安全性评估还不够全面,有害物质转化机制的研究还不够深入。由于厨余垃圾来源存在重金属、大肠杆菌和沙门氏菌等化学污染和微生物的残留风险,甚至厨余垃圾在储存或处理过程中可能产生黄曲霉素等有害物质,导致黑水虻幼虫产品存在蛋白同源的问题。另外,黑水虻虫粪作为肥料的安全性评估也同样不够全面,其对农田土壤影响不明确;作为农用肥料,其安全性、有效性缺乏长期稳定的田间示范试验数据支撑。

(三)缺乏相关技术标准规范

2017 年欧盟委员会正式通过了2017/893 号决议,授权使用昆虫蛋白作为水产养殖的饲料。该一授权仅限于包括黑水虻在内的七个物种的名单,而且这些物种必须达到“饲料级”才能被饲用。由于黑水虻处理技术属于生物处理技术,与传统的厌氧消化和好氧堆肥技术不同,需要针对黑水虻处理技术的优缺点建立系统的标准规范体系。然而,黑水虻处理技术缺少相关国家或行业的标准规范,而且行业标准《餐厨垃圾处理技术规范》也没有规范黑水虻处理技术项目选址、养殖、环保、产品等行为,产品幼虫蛋白饲料和虫粪也缺乏专门的产品标准。

结论

黑水虻处理技术具有养殖周期较短、资源化程度高、营养价值高、可替代鱼粉、处理成本低和产品经济效益高等优点,但是,该技术作为一种新技术仍存在很多问题,如技术不稳定、产品存在风险、缺乏相关技术标准规范等。因此,必须解决黑水虻处理技术的存在问题。首先,应建立系统的标准规范体系,尤其是补齐黑水虻规模化养殖、产品等标准的短板。其次,开展技术攻关,解决处理效率低、占地面积大和产品品质不稳定等问题,加大对技术研究投入,创造有利条件,扶持企业、研究机构开展技术攻关,提高机械化生产率,提高规模化生产效率,大力推进产品深加工,如制成饲料添加剂或提取抗菌肽等,不仅使产品趋于稳定,还能提高产品的附加值和利用率。再者,加强安全性研究,全面评估黑水虻幼虫蛋白饲料和虫粪肥料的安全性,开展长期养殖

示范试验和农田肥料、林地施肥可行性研究,尤其要加强有害物质转化机制的研究。总之,黑水虻处理技术的应用前景好,既能有效地解决厨余垃圾处理能力不足的问题,又可以实现厨余垃圾资源化、减量化、无害化的目标,达到经济效益与社会环境效益的双丰收。

编辑:陈伟浩

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