摘 要：為明確餐廚垃圾的生物轉(zhuǎn)化效率及其殘渣的肥料化利用潛力，分析探討了通過養(yǎng)殖蠅蛆和黑水虻幼蟲降解餐廚垃圾的料蟲轉(zhuǎn)化率、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率、殘渣理化性質(zhì)、鹽分殘留量及養(yǎng)分資源供給能力等。結(jié)果表明：蠅蛆和黑水虻幼蟲的料蟲轉(zhuǎn)化率約10%；蠅蛆對餐廚垃圾的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率在12.53%～29.45%之間，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率高低表現(xiàn)為鉀＞氮＞有機質(zhì)＞磷，而黑水虻幼蟲對餐廚垃圾的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率在14.64%～41.94%之間，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率高低表現(xiàn)為鉀＞磷＞氮＞有機質(zhì)；蠅蛆和黑水虻幼蟲蟲體中氮、磷、鉀總含量在12%左右，蛋白質(zhì)含量分別為58.88%和47.56%。生物轉(zhuǎn)化后殘渣pH值接近中性，氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量＞8%、有機質(zhì)含量＞50%，均滿足有機肥料標準要求且活性有機質(zhì)含量較高；殘渣中含有少量鈉鹽和氯離子，應盡量避免長期直接施用帶來的潛在風險。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；蠅蛆；黑水虻；生物轉(zhuǎn)化；肥料化

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）05-0070-04

Abstract：To determine the bioconversion efficiency of kitchen waste and the fertilization potential of correspondingly bioconversed residues， our experiment has investigated and analyzed the waste-insect conversion rates and the nutrient conversion rates of housefly larvae and black soldier fly larvae to kitchen waste， and the physicochemical properties， sodium salt and chloride ion contents， and nutrient supply capacity of the bioconversed residue of kitchen waste. The results indicated that the waste-insect conversion rates of housefly larvae and black soldier fly larvae to kitchen waste were about 10%. The nutrient conversion rate of housefly larvae to kitchen waste was 12.53%-29.45% in order of Kgt;Ngt;OMgt;P， and that of black soldier fly larvae was 14.64%-41.94% in order of Kgt;Pgt;Ngt;OM." In housefly larvae and black soldier fly larvae， the total contents of N， P and K were about 12%， and the content of protein was 58.88% and 47.56%， respectively. The pH value of residues after bioconversion was close to neutral， the total content of N， P and K was gt;8%， and the content of organic matter was gt;50%， which met the standard of organic fertilizer. Furthermore， a high level of active organic matter was detected in the residues. However， it is suggested that potential risk of long-term or direct application should be avoided due to Na+ and Cl- in residues.

Key words：kitchen waste; housefly larvae; black soldier fly larvae; bioconversion; fertilization

餐廚垃圾具有危害性和資源性并存的特點，其傳統(tǒng)利用方式，如作為潲水（泔水）飼喂動物或焚燒、填埋等，存在較多弊端。近年來，隨著人們環(huán)保意識的提升和垃圾分類工作的推進，餐廚垃圾無害化、資源化利用逐漸引起各界關(guān)注。目前，國內(nèi)外在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵工藝[1-2]、堆肥利用技術(shù)[3-4]等方面取得了一定的研究成果，但我國對餐廚垃圾處理利用的研究起步較晚，目前僅有19.5%的餐廚垃圾得到有效處理和利用[5]，相對發(fā)達國家而言仍處于較低水平，其綜合高效與資源化利用技術(shù)仍然短缺。

利用昆蟲對餐廚垃圾進行生物轉(zhuǎn)化，具有環(huán)保和經(jīng)濟2大優(yōu)勢，其速度快、降解性強且具有高附加值，近年來發(fā)展迅速[6]。亮斑扁角水虻（Hermetia illucens L.）即黑水虻，為腐生性水虻科昆蟲，其幼蟲對易腐有機物質(zhì)有較強的取食與消化降解能力，在有機廢棄物處置領域具有較大應用潛力[7-8]，其生物轉(zhuǎn)化技術(shù)被認為是解決我國餐廚垃圾資源化利用困境的重要方法[9]。蠅蛆為家蠅（Musca domestica）幼蟲，主要取食糞便及腐敗物質(zhì)，是動植物有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的天然生物反應器，可實現(xiàn)餐廚垃圾的高效快捷降解轉(zhuǎn)化。已有研究表明，黑水虻幼蟲和蠅蛆對餐廚垃圾的轉(zhuǎn)化不僅可生產(chǎn)高附加值的動物蛋白飼料[10-11]，其殘渣還可成為優(yōu)質(zhì)有機肥原料[12]。因此，作為一種環(huán)境友好型技術(shù)，利用黑水虻、蠅蛆等昆蟲進行餐廚垃圾生物轉(zhuǎn)化，是實現(xiàn)餐廚垃圾綜合處理利用的重要手段之一。

然而，目前關(guān)于餐廚垃圾生物降解轉(zhuǎn)化效率以及殘渣肥料化利用適宜性的研究較為缺乏。筆者采集了湖南省內(nèi)較為典型的2家養(yǎng)殖企業(yè)的餐廚垃圾（養(yǎng)殖原料）、蟲體（蠅蛆和黑水虻幼蟲）、轉(zhuǎn)化后的殘渣（蟲糞）等樣品，對其基本理化性質(zhì)、養(yǎng)分含量、鹽分、有機質(zhì)等含量進行了分析，并計算了餐廚垃圾中氮、磷、鉀養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率和料蟲轉(zhuǎn)化率等相關(guān)指標，以期探討?zhàn)B殖昆蟲對餐廚垃圾的生物轉(zhuǎn)化效率，分析生物轉(zhuǎn)化后殘渣的肥料化利用潛力，為餐廚垃圾的高效高值資源化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 餐廚垃圾來源 養(yǎng)殖使用的餐廚垃圾物料均為某大型廢棄物處理企業(yè)所收集的長沙市餐廚垃圾，經(jīng)專業(yè)設備進行分選、脫水脫油后的泥狀渣料（泔渣）。

1.1.2 蠅蛆來源 蠅蛆生產(chǎn)企業(yè)位于湖南省寧鄉(xiāng)市，為人工養(yǎng)殖，養(yǎng)殖規(guī)模為每日可產(chǎn)蠅蛆1 t，餐廚垃圾投喂量約7 t/d。每日循環(huán)產(chǎn)出，收獲蠅蛆鮮蟲，轉(zhuǎn)化后的殘渣不自留，均送與種植合作社或農(nóng)戶作有機肥使用。

1.1.3 黑水虻來源 黑水虻幼蟲養(yǎng)殖企業(yè)位于湖南省瀏陽市，為全自動化控溫控濕生產(chǎn)，養(yǎng)殖規(guī)模為每日產(chǎn)出黑水虻幼蟲10 t，餐廚垃圾投喂量約45 t/d。每日循環(huán)產(chǎn)出，收獲黑水虻幼蟲鮮蟲，轉(zhuǎn)化后的殘渣均由該企業(yè)自留生產(chǎn)商品有機肥。

1.2 樣品采集與指標測定

餐廚垃圾樣品分別在2個養(yǎng)殖企業(yè)的原料池以蛇形采樣法進行多點采樣；生物轉(zhuǎn)化殘渣（蟲糞）在蟲體與殘渣篩分后進行采樣，相關(guān)有機肥樣品（總養(yǎng)分含量6%和8%的專用有機肥和8%的通用有機肥）則采用隨機抽樣法進行采樣。蠅蛆和黑水虻幼蟲分別在企業(yè)收取蟲體時采集新鮮蟲體樣品。

水分含量采用烘干法測定，pH值以酸度計法測定，粗灰分采用高溫灼燒法，全氮和蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法測定，水解性氮采用堿解擴散法測定，總磷、有效磷采用礬鉬黃比色法測定，總鉀、速效鉀和鈉離子采用火焰光度計法測定，氯離子采用硝酸銀容量法測定，活性有機質(zhì)采用稀釋熱法測定，有機質(zhì)采用重氯酸鉀容量法測定。

料蟲轉(zhuǎn)化率以增加的蟲體質(zhì)量（干）占餐廚垃圾質(zhì)量（干）的比例表示。養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率可反映生物轉(zhuǎn)化技術(shù)對餐廚垃圾中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化利用程度，其計算方式為：某養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率（%）=蟲體干重某養(yǎng)分量/（餐廚垃圾某養(yǎng)分量－殘渣某養(yǎng)分量）×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物轉(zhuǎn)化前后餐廚垃圾理化性質(zhì)的變化

由表1可知，經(jīng)蠅蛆和黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化后，殘渣水分含量較餐廚垃圾原料分別減少20.11%和56.00%；從餐廚垃圾和殘渣的pH值來看，2種昆蟲皆可實現(xiàn)餐廚垃圾由酸性至中性的轉(zhuǎn)化，有利于其肥料化利用；殘渣有機質(zhì)含量達52.8%及以上，全氮、全磷、全鉀總養(yǎng)分含量達8.41%及以上。經(jīng)蠅蛆和黑水虻轉(zhuǎn)化后，殘渣中磷含量較餐廚垃圾原料分別提升了29.44%和114.89%，鉀含量也有所提升，而氮含量則分別降低了18.87%和38.37%。

2.2 昆蟲生物體各養(yǎng)分的含量

由表2可知，蠅蛆和黑水虻幼蟲生物體含水量高且數(shù)值相當，均在74%左右。2種昆蟲生物體中氮、磷、鉀、鈉含量高低均表現(xiàn)為氮＞磷＞鉀＞鈉；二者氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量較一致，均在12%左右，但蠅蛆氮含量略高于黑水虻幼蟲，而磷、鉀含量則在黑水虻幼蟲中稍高。黑水虻幼蟲粗灰分含量為蠅蛆的3倍以上，而有機質(zhì)含量和蛋白質(zhì)含量則是蠅蛆的更高。

2.3 生物轉(zhuǎn)化效率分析

2.3.1 料蟲轉(zhuǎn)化率 以餐廚垃圾飼養(yǎng)蠅蛆和黑水虻幼蟲后，增加的生物體干重占餐廚垃圾干重的比例，可反映昆蟲的轉(zhuǎn)化效率。蠅蛆和黑水虻幼蟲對餐廚垃圾的料蟲轉(zhuǎn)化率分別為9.55%和10.90%（表3），可以認為，餐廚垃圾與蟲體比例約為10∶1（干重），即10 kg餐廚垃圾（泔渣）可養(yǎng)成1 kg左右的蠅蛆或黑水虻幼蟲。

2.3.2 養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率 從表3可以看出，蠅蛆和黑水虻幼蟲對餐廚垃圾中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化能力有一定差異，但對鉀的轉(zhuǎn)化利用率均為最高，分別為29.45%和41.94%；蠅蛆對氮的轉(zhuǎn)化率僅次于鉀，對磷的轉(zhuǎn)化率最低，僅為12.53%，其對各養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化率按高低排序依次為鉀＞氮＞有機質(zhì)＞磷；而黑水虻幼蟲對磷的轉(zhuǎn)化率較蠅蛆高，對氮和有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化率則低于蠅蛆，其對各養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化率按高低排序依次為鉀＞磷＞氮＞有機質(zhì)。

2.4 生物轉(zhuǎn)化殘渣肥料化利用的潛力

2.4.1 養(yǎng)分狀況 由表4可知，餐廚垃圾經(jīng)蠅蛆和黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化后，其殘渣中的全量養(yǎng)分含量分別表現(xiàn)為全氮＞全磷＞全鉀和全磷＞全氮＞全鉀；2種殘渣氮磷鉀總養(yǎng)分含量分別為8.41%和8.98%，均超過有機肥料標準中≥5%的要求（NY525—2012）；同時，2種殘渣的有機質(zhì)含量分別為55.5%和52.8%，均滿足有機肥料標準中的≥45%要求（NY525—2012）。

經(jīng)蠅蛆和黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化后，餐廚垃圾殘渣中速效養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為速效鉀＞水解性氮＞有效磷（表4）；二者水解氮含量分別為0.49%和0.72%，蠅蛆轉(zhuǎn)化殘渣中的有效磷含量高于黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化的殘渣，但其速效鉀含量則低于黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化的殘渣；2種殘渣中均含有較高的活性有機質(zhì)，以蠅蛆轉(zhuǎn)化的殘渣活性有機質(zhì)含量稍高。

上述結(jié)果表明，餐廚垃圾經(jīng)由蠅蛆和黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化后，殘渣含有較高的養(yǎng)分含量和養(yǎng)分有效性，可作為優(yōu)質(zhì)有機肥原料。以全氮、全磷和全鉀含量折算，餐廚垃圾經(jīng)由蠅蛆和黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化后，1 t的殘渣（干重）可分別替代41.7和37.1 kg的氮肥、32.1和40.4 kg的磷肥以及10.3和12.3 kg的鉀肥，且較高的有機質(zhì)含量對土壤質(zhì)量的提升有較大益處。

2.4.2 鹽分殘留 餐廚垃圾經(jīng)蠅蛆和黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化后，殘渣中鈉鹽含量較為接近，分別為3.37%和3.23%，殘渣中氯離子含量分別5.34%和5.14%（表5）。對2種昆蟲生物轉(zhuǎn)化的殘渣制成的商品有機肥氯離子含量進行檢測，其中，以黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化殘渣制備的商品有機肥中氯離子含量更高，其總養(yǎng)分含量6%、8%的專用有機肥和8%的通用有機肥當中氯離子含量分別為2.12%、1.43%和1.88%，均小于復混肥國家標準（GB15063—2001）中“未標‘含氯’的產(chǎn)品”類別（≤3.0%），因此2種昆蟲生物轉(zhuǎn)化的殘渣制成的商品有機肥氯離子含量均達標。

3 結(jié)論與討論

以腐生昆蟲蠅蛆或黑水虻幼蟲對餐廚垃圾（泔渣）進行生物轉(zhuǎn)化，其原料雖然為同一企業(yè)提供，但因其到達養(yǎng)殖企業(yè)后的貯存環(huán)境、存放時間等條件不同，導致二者作為養(yǎng)殖日料使用時在水分、pH值及養(yǎng)分含量等理化性狀上有細微差異。2種昆蟲對餐廚垃圾養(yǎng)分元素轉(zhuǎn)化的選擇性不同，但二者對鉀的轉(zhuǎn)化利用率皆為最高。經(jīng)蠅蛆和黑水虻幼蟲生物轉(zhuǎn)化后，殘渣中氮含量較餐廚垃圾原料有所下降，其原因包含2方面，一是其中一部分氮經(jīng)由蠅蛆和黑水虻幼蟲生物體吸收轉(zhuǎn)化；另一部分則是在養(yǎng)殖過程中通過氣體揮發(fā)、液體滲流等途徑損失?？偭缀亢外?、鈉含量的提升，可能與濃縮效應有一定關(guān)系。殘渣pH值、鈉鹽含量以及氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量均略高于尹靖凱等[13]的研究結(jié)果，差異可能來自餐廚垃圾組分的不同，或與實驗室培養(yǎng)和工廠實際生產(chǎn)之間的差異有關(guān)。

以餐廚垃圾飼養(yǎng)昆蟲不僅能實現(xiàn)其向高蛋白飼料的轉(zhuǎn)化，還能實現(xiàn)其減量化、無害化、資源化利用。蠅蛆和黑水虻幼蟲對餐廚垃圾的料蟲轉(zhuǎn)化率約為10%。劉響響等[14]研究顯示，以蠅蛆對餐廚垃圾進行生物轉(zhuǎn)化，其料蟲轉(zhuǎn)化比例為12%～20%，存在一定波動范圍，這與餐廚垃圾的性狀及養(yǎng)殖密度、養(yǎng)殖條件等有較大關(guān)系。相比之下，研究中的料蟲轉(zhuǎn)化率仍有較大提升空間，可從養(yǎng)殖密度、條件及物料營養(yǎng)結(jié)構(gòu)等方面進行優(yōu)化，提高料蟲轉(zhuǎn)化率。餐廚垃圾飼養(yǎng)出的蠅蛆和黑水虻幼蟲礦物質(zhì)含量豐富、蛋白質(zhì)含量較高，是優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料。Cheng等[15]研究表明，餐廚垃圾飼養(yǎng)的蠅蛆氨基酸和蛋白質(zhì)均符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）對飼料的要求，可有效提高羅非魚生長性能和營養(yǎng)物質(zhì)濃度，適合用于魚類飼料生產(chǎn)。江承亮等[16]研究顯示，干蛆的蛋白質(zhì)含量接近50%，綜合營養(yǎng)價值高于國產(chǎn)魚粉及豆餅；其亞油酸和亞麻酸等含量均超過智利魚粉，深加工潛力極大。因此，以餐廚垃圾飼養(yǎng)蠅蛆或黑水虻，不僅可實現(xiàn)餐廚垃圾的綠色處理，還可為緩解全球性蛋白質(zhì)資源匱乏與需求較高之間的矛盾提供新的解決辦法。

餐廚垃圾經(jīng)昆蟲生物轉(zhuǎn)化后，殘渣的肥料化利用潛力極大。殘渣（蟲糞）pH值均大幅提高，滿足有機肥pH值5.5～8.5的要求；養(yǎng)分含量充足，有機質(zhì)含量皆在50%以上，總養(yǎng)分均在8%以上，超出有機肥料標準要求，可作為優(yōu)質(zhì)養(yǎng)分資源。王小波等[17]研究表明，黑水虻蟲糞可提高土壤養(yǎng)分含量，促進水稻生長、提高其產(chǎn)量。也有研究表明，餐廚垃圾經(jīng)蠅蛆或黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化后，殘渣能夠提高小白菜幼苗的抗逆性[18]，對葉菜類蔬菜有較好的增產(chǎn)效果[19]，還可增加土壤微生物量碳含量和酶活性[20]，改善微生物群落結(jié)構(gòu)，增加養(yǎng)分有效性[21]；同時，與焚燒處理相比，肥料化利用可減少溫室氣體的排放，具有更低的全球增溫潛勢[22]。因此，餐廚垃圾生物轉(zhuǎn)化殘渣肥料化利用前景可期，在節(jié)約資源、保護環(huán)境等方面具有重要意義。

氯離子和鈉鹽殘留是餐廚垃圾肥料化利用過程中較受關(guān)注的問題。少量氯離子有利于植物生長，但超出一定范圍值則會對植物生長造成一定影響；若肥料中鈉含量較高，長期施入會導致土壤鹽漬化。餐廚垃圾經(jīng)生物轉(zhuǎn)化后，殘渣中有一定的鈉鹽和氯離子殘留，但目前還沒有關(guān)于有機肥鈉鹽、氯離子含量的限量標準，無法進行精確參考?？紤]其可能存在一定潛在風險，建議將其與其他原料搭配制作符合要求的有機肥，用于改善土壤肥力或提升貧瘠土壤地力，盡量避免直接施入或長期大量施入。但不可否認，以餐廚垃圾生物轉(zhuǎn)化殘渣制備的肥料仍有較高的利用價值。

另外需要提及的是，生物轉(zhuǎn)化技術(shù)雖優(yōu)點較多，但因養(yǎng)殖原料（餐廚垃圾）和生物轉(zhuǎn)化殘渣（蟲糞）存在體量大難貯存、有機物質(zhì)含量高易腐敗、臭味重難控制等實際問題，因此不建議自動化程度低、環(huán)保保障能力弱的企業(yè)進行養(yǎng)殖，避免由此產(chǎn)生二次環(huán)境污染。

綜上所述，1 kg左右的蠅蛆或黑水虻幼蟲可降解轉(zhuǎn)化約10 kg餐廚垃圾（泔渣），二者對餐廚垃圾中氮、磷、鉀及有機質(zhì)等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化能力有差異，轉(zhuǎn)化率在12.53%～41.94%之間；轉(zhuǎn)化后殘渣pH值，氮、磷、鉀總養(yǎng)分含量以及有機質(zhì)含量均滿足有機肥料標準要求（NY525—2012），肥料化利用潛力較大；轉(zhuǎn)化后的殘渣中含有少量鈉鹽和氯離子，建議盡量避免在土壤中直接施用和長期大量施用。

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（責任編輯：肖彥資）