摘要：采用黑水虻生物轉化技術能夠提升濕垃圾厭氧處理的效率。為驗證餐飲垃圾、廚余垃圾及其預處理固渣作為黑水虻飼養(yǎng)基質的可行性，開展黑水虻養(yǎng)殖效能研究。結果表明，6種濕垃圾固渣均可滿足黑水虻的基本生長需求，但轉化速率存在差異；物料的含水率、粒徑、脂肪、總營養(yǎng)量對黑水虻高產蟲率具有正向影響，物料的脂肪含量和碳氮比與蟲體脂肪含量呈正相關關系。

關鍵詞：濕垃圾處理；黑水虻；效能研究

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）07-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.029

Study on the Bioconversion Efficacy of Black Soldier Fly for Different Sorting Solid Residues of Kitchen Waste

ZHOU Yongquan1，2， TAI Jun1，2， OUYANG Chuang1，2

（1. Shanghai Environmental amp; Sanitary Engineering Design Institute Co.， Ltd.;

2. Shanghai MSW Treatment and Resource Recycling Engineering Technology Research Center， Shanghai 200232， China）

Abstract： The use of black soldier fly biotransformation technology can improve the efficiency of anaerobic treatment of wet garbage. To verify the feasibility of using catering waste， kitchen waste， and their pre treated solid residue as substrates for breeding black soldier flies， a study was conducted on the breeding efficiency of black soldier flies. The results showed that all six types of wet garbage solid residues could meet the basic growth needs of black soldier flies， but there were differences in conversion rates. The moisture content， particle size， fat content， and total nutrient content of materials have a positive impact on the high yield of black soldier flies， and the fat content and carbon nitrogen ratio of the material are positively correlated with the fat content of the fly body.

Keywords： kitchen waste disposal; black soldier fly; efficacy study

“十四五”期間，隨著垃圾分類政策的推動，濕垃圾處置市場持續(xù)快速釋放。預計到2025年，全國濕垃圾處置產能將達到35萬t/d[1]。目前，濕垃圾主要采用機械預處理+厭氧產沼工藝。該工藝的資源化產品主要為油脂和沼氣，但殘留35%的固渣仍需焚燒協同處置，濕垃圾固渣中的有機質未得到充分利用，可能成為我國垃圾分類資源化的短板。

黑水虻生物轉化工藝在有機固渣減量化、資源化利用、經濟效益方面表現出較好的潛力，在環(huán)衛(wèi)行業(yè)內逐漸應用，被視為提升厭氧工藝整體資源化率的有效抓手[2]。目前，關于黑水虻養(yǎng)殖技術、生長環(huán)境影響、物料性質等方面的研究已有很多，然而大多為實驗室研究，所涉及的物料多來自餐館、學校食堂，與工程實際運行過程中所產的固渣特性差距較大[3-4]。因此，有必要進一步開展黑水虻生物轉化不同濕垃圾分選固渣的效能研究。

基于濕垃圾厭氧產沼項目，利用6類典型固渣養(yǎng)殖黑水虻，分析不同濕垃圾分選固渣對黑水虻的影響，探究物料特性、組分與黑水虻產蟲率、蟲體特性之間的相關性，以期為黑水虻生物轉化濕垃圾厭氧處理殘渣的實際工程應用提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料均取自上海市某濕垃圾厭氧處理廠的原料坑及預處理車間各環(huán)節(jié)分選后的固渣，其理化特性如表1所示。餐飲原料：未經預處理的餐飲垃圾原料，取自餐飲線原料坑。二相固渣：餐飲垃圾經大物質分選、精分制漿后，分離出的纖維雜質。三相固渣：餐飲垃圾經雜質分選、加熱脫油、脫水后剩余的固渣。廚余原料：未經預處理的廚余垃圾原料，取自廚余線原料坑。碟后固渣：廚余垃圾經大物質分選后，分離出的有機雜質。擠壓固渣：廚余垃圾經大物質分選、高壓脫水后剩余的固渣，主要成分為大纖維物、塑料等雜質。黑水虻蟲卵由武漢市某黑水虻養(yǎng)殖基地提供，利用“麥麩+三相固渣”養(yǎng)殖至3齡蟲期后投入不同固渣養(yǎng)殖試驗。

1.2 試驗方法

固渣投加比為1∶10 000，環(huán)境溫度控制在27～32 ℃，環(huán)境濕度控制在65%，鋪料厚度控制在10～12 cm。將6種養(yǎng)殖原料進行預處理，包括研磨破碎、80 ℃加熱10 min等，黑水虻培養(yǎng)蟲齡選擇3齡蟲至5齡蟲階段。養(yǎng)殖7 d后將蟲體和蟲糞分離稱重，并在實驗第3 d、第5 d、第7 d隨機取100只黑水虻鮮蟲進行稱重，并記錄數據。

1.3 監(jiān)測指標及方法

1.3.1 蟲體生長情況統(tǒng)計方法

平均生長速率的計算公式為

V=（Wn+t-Wn）/t（1）

式中：V為平均生長速率，g/d；Wn+t為第n+t天的蟲體平均質量，g；Wn為第n天的蟲體平均質量，g；t為養(yǎng)殖時間，d。

產蟲率的計算公式為

（2）

式中：R為產蟲率，%；M1為蟲體質量，g；M2為固渣原料質量，g。

蛋白產率的計算公式為

（3）

式中：P為蛋白產率，%；N1為蟲體粗蛋白總量，g；N2為原料粗蛋白總量，g。

脂肪產率的計算公式為

（4）

式中：F為脂肪產率，%；B1為蟲體粗脂肪總量，g；B2為原料粗脂肪總量，g。

1.3.2 蟲體、固渣特性測定及相關性分析

粗脂肪、粗蛋白、灰分、淀粉等指標采用相關食品安全國家標準進行測定，有機質等指標參照《有機肥料》（NY/T 525—2021）進行測定。采用IBM SPSS Statistics計算產蟲率、蟲體脂肪及蛋白含量與固渣特性之間的Spearman相關系數，當顯著性系數P＜0.05時，相關性顯著。

2 結果與討論

2.1 不同物料養(yǎng)殖黑水虻效果分析

2.1.1 蟲體體重分析

為探究廚余垃圾與餐飲垃圾及其預處理階段的分選固渣作為黑水虻飼養(yǎng)基質的可行性，進行實驗并得出結果，如圖1所示。從圖1可以看出，不同原料養(yǎng)殖的黑水虻幼蟲體重存在明顯差異。在養(yǎng)殖5 d后，僅餐飲原料組和擠壓固渣組有明顯增長趨勢。此時，餐飲原料組的黑水虻幼蟲體重達到0.19 g/只，而擠壓固渣組幼蟲體重最小，僅為0.05 g/只，發(fā)育明顯緩慢。在養(yǎng)殖7 d后，黑水虻體重增加量從大到小的物料分別為餐飲原料、廚余原料、碟后固渣、餐飲二相固渣、餐飲三相、擠壓固渣。

進一步分析黑水虻在不同物料養(yǎng)殖下，三齡蟲到五齡蟲階段的平均生長速率，如圖2所示。在黑水虻三齡期中，采用碟后固渣養(yǎng)殖的黑水虻的生長速率較快，而黑水虻在四齡期和五齡期，采用餐飲原料則表現出更快的生長速率，這可能與物料的初始含水率有關。當黑水虻生長到五齡期時，在餐飲三相、餐飲二相、廚余原料飼養(yǎng)下的黑水虻生長速率幾乎為0，黑水虻體重不再增加，這可能是由于物料內易被黑水虻利用的營養(yǎng)物質不足。

2.1.2 產蟲率分析

黑水虻的產量和蟲體品質是項目營收的主要評價指標。不同物料養(yǎng)殖黑水虻的產率如圖3所示，6種物料按產蟲率從大到小分別為碟后固渣（22.5%）、餐飲二相（22.0%）、餐飲原料（20.4%）、廚余原料（18.7%）、餐飲三相（17.2%）、擠壓固渣（12.3%），6種濕垃圾固渣均滿足黑水虻的生長基本需求，但生長速率存在明顯差異。擠壓固渣主要成分為大物質纖維，可能存在營養(yǎng)成分不足問題，導致黑水虻的轉化效率較低，因此不建議單獨利用擠壓固渣養(yǎng)殖黑水虻，可通過摻混其他固渣共同飼養(yǎng)黑水虻。

在蟲體品質方面，如表2所示，粗蛋白含量從大到小分別為擠壓固渣（42.2%）、廚余原料（40.6%）、餐飲二相（39.2%）、餐飲原料（37.1%）、碟后固渣（37.0%）、餐飲三相（33.9%）。相較于其他物料，采用餐飲原料養(yǎng)殖黑水虻具有顯著高油脂含量（36.2%），這是由于其養(yǎng)料同樣具有高油脂組分（20%）所致，說明物料組分與黑水虻生物轉化后的蟲體組分可能存在潛在的相關性。

2.2 養(yǎng)料組分對黑水虻轉化性能的影響研究

黑水虻對廚余垃圾的取食速率取決于垃圾的粒徑、含水率等因素，然而物料的營養(yǎng)組分同樣是影響黑水虻規(guī)?；a效益的重要因素，包括物料中蛋白、脂肪含量以及非纖維性碳水化合物[5]。通過將物料特性與產蟲率、蟲體蛋白及脂肪含量等評價黑水虻養(yǎng)殖效能的指標進行相關性分析，可以找到潛在的黑水虻養(yǎng)殖原料關鍵參數。如圖4所示，物料的含水率、粒徑、脂肪、總營養(yǎng)量對黑水虻高產蟲率具有正向影響，物料的脂肪含量和碳氮比與蟲體脂肪含量呈正相關（相關系數R=0.89）。以上結果表明，物料組分、粒徑、營養(yǎng)比例等對黑水虻的生長過程具有顯著影響。

2.2.1 養(yǎng)料主營養(yǎng)量對產蟲率的影響

結合表1分析可得，不同物料的主營養(yǎng)量與黑水虻生物轉化效能存在潛在關聯。如圖5所示，物料主營養(yǎng)量越大，黑水虻的產蟲率基本維持在較高水平。其中，主營養(yǎng)量最高的養(yǎng)料為碟后固渣（73%），產蟲率也為最大值。然而，同樣具有高營養(yǎng)量的餐飲三相固渣，產蟲率并未表現出明顯優(yōu)勢。造成這一結果的主要原因是餐飲三相固渣的粒徑過小，整體黏度較大、纖維組分較多，易發(fā)生團聚，不利于黑水虻快速取食，從而導致其整體轉化效能較低。因此，高營養(yǎng)含量是實現黑水虻高性能轉化的必要條件，同時物料的整體物理結構（粒徑）也是重要影響因素之一。針對三相固渣高營養(yǎng)含量、低生物轉化性能的問題，可通過與擠壓固渣、二相固渣等粗物料進行混合，實現其高效協同轉化濕垃圾固渣的潛力。

2.2.2 蟲體營養(yǎng)組分轉化效率分析

從圖4可以看出，物料蛋白組分與蟲體蛋白含量并未表現出顯著相關性。黑水虻蟲體的蛋白含量主要與其發(fā)育階段有關，在3齡蟲到5齡蟲階段，黑水虻的蟲體蛋白含量逐漸升高。如圖6所示，養(yǎng)料的主營養(yǎng)量與蛋白產率的變化趨勢近似。

從圖4可以看出，蟲體脂肪含量與物料的粗脂肪含量、碳氮比之間具有顯著的正相關關系。如圖7所示，養(yǎng)料主營養(yǎng)量對脂肪產率的影響趨勢與蛋白產率近似。此外，在相同工況下，不同物料養(yǎng)殖的黑水虻具有不同的發(fā)育速度，蟲體積累的脂肪含量與發(fā)育速度呈正相關。因此，為提高黑水虻脂肪產率，在優(yōu)化養(yǎng)殖工藝技術的基礎上，可選用或混合含高油脂的物料。

3 結論

黑水虻生物轉化技術是實現濕垃圾資源化的有效途徑。使用廚余、餐飲垃圾及其固渣均可滿足黑水虻的生長需求，但轉化速率存在差異。廚余碟后固渣和餐飲二相固渣的黑水虻產率最高，而擠壓固渣產率最低。物料的含水率、粒徑、脂肪、總營養(yǎng)量對黑水虻高產蟲率具有正向影響，物料的脂肪含量和碳氮比與蟲體脂肪含量呈正相關關系。因此，建議通過混合不同固渣改善物料結構特性。針對三相固渣高營養(yǎng)含量、低生物轉化性能問題，可通過與擠壓固渣、二相固渣等粗物料進行混合，實現黑水虻高效協同轉化濕垃圾固渣，具有較高的工程應用價值。面向黑水虻蟲油利用產業(yè)，可通過優(yōu)化養(yǎng)殖工藝技術，并選用或混合油脂含量物料，提高黑水虻蟲體油脂的產率。

參考文獻

1 何延昆，許煒婷.中國城市生活垃圾分類政策研究：基于46個試點城市的政策文本分析（2017—2022年）[J].生態(tài)經濟，2024（3）：202-209.

2 常燕青，黃慧敏，趙振振，等.餐廚垃圾資源化處理與高值化利用技術發(fā)展展望[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2021（1）：44-51.

3 李 鑫.黑水虻生長條件優(yōu)化及處理餐廚垃圾的效能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，

2021：23.

4 強敬雯，王晚晴，唐曼玉，等.黑水虻轉化廚余垃圾及產品應用相關研究進展[J].飼料工業(yè)，2023（6）：25-32.

5 HOPKINS I，NEWMAN L P，GILL H，et al.The influence of food waste rearing substrates on black soldier fly larvae protein composition： a systematic review[J].Insects，2021（7）：608.