利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法

1.本技术涉及有机固废资源化利用领域，具体而言涉及一种利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法。


背景技术：

2.餐厨垃圾产生量大、易腐败发臭，实现其资源化、高值化利用是推动城市可持续发展的关键目标。在现有餐厨垃圾资源化技术中，焚烧、热解等热处理技术需要大量能源且会产生二次污染，因此逐渐被厌氧发酵制沼气和好氧堆肥等成熟技术替代。然而，我国餐厨垃圾盐分含量高达0.4％-2.0％，直接将其好氧堆肥处理会导致堆肥产品中盐分过高质量不达标，直接将其进行厌氧发酵制沼气处理后沼渣难以处理。餐厨垃圾中过量的盐分使得这两种主流工艺需配备额外的盐分去除设备，导致其运营成本上升且面临二次废弃物处理难题。由此可见，高油盐餐厨垃圾中盐分成为限制其全量资源化利用的关键障碍。
3.黑水虻在生物转化餐厨垃圾方面具有一定效果，但目前现有技术存在以下几个方面的问题：(1)黑水虻转化工艺过程中产生大量高盐废水，需要增加复杂的废水处理工程，技术总体成本较高、工程复杂；(2)忽视了餐厨垃圾油、盐、水分调节对黑水虻生长的影响，处理效率低；(3)虫粪中的盐分未得到有效降低，堆肥产品质量依旧不达标，难以出售；(4)无法准确控制料层含氧量，难以避免堆肥物料发生厌氧反应，一方面产生臭气污染环境，另一方面延长了处理周期且造成氮素损失量大。
4.现有处理技术难以实现餐厨垃圾的全量资源化利用。


技术实现要素：

5.本技术针对现有技术的不足，提供一种利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，本技术通过将餐厨垃圾中的含油盐滤液饲喂幼龄虫，可以将大部分盐分转移到黑水虻幼虫体液中，而且可在后续的生物转化过程中将餐厨垃圾中的脂肪、蛋白质等有机质转化为生物蛋白，本技术的工艺能够有效降低虫粪盐分，降低高盐废水的处理成本，产业化潜力巨大。本技术具体采用如下技术方案。
6.首先，为实现上述目的，提出一种利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其步骤包括：第一步，将餐厨垃圾进行固、液分离预处理，获得含水率不高于75％的餐厨垃圾滤渣和含油盐滤液，并将所述餐厨垃圾滤渣破碎匀浆形成粒径3mm-8mm的浆体；第二步，在含油盐滤液中混合麦麸，用于饲喂由虫卵孵化出的幼龄虫；待幼龄虫生长为黑水虻幼虫后改用餐厨垃圾滤渣饲喂黑水虻幼虫，并定期筛分黑水虻幼虫和虫粪混合体，获得筛上物黑水虻幼虫和筛下物虫粪；第三步，将分离出的虫粪送至好氧微生物降解装置进行好氧堆肥，获得有机肥料；待黑水虻幼虫生长到5-6龄期后筛分出黑水虻虫体将其干化灭菌制备虫干。
7.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，第一步中，首先通过磁选和滚筒分选除去餐厨垃圾中的惰性杂质，然后进行固、液
分离；通过压滤方式将餐厨垃圾滤渣的含水率控制为不超过75％，使盐度调整至2.8％-3.2％之间、含油量控制在2.6％-15％之间；通过静置后油水分离方式将含油盐滤液的含油量控制在3.4％-15％之间，进而使盐度在5.5％-6.5％之间。
8.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，餐厨垃圾滤渣的含水率控制为不超过70％，盐度为3％、含油量为5.2％；含油盐滤液通过静置后油水分离，调节含油盐滤液的含油量控制在9.2％，盐度为5.8％。
9.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，第二步中，含油盐滤液、麦麸、黑水虻虫卵之间的质量比例为32-35:18-20:1，混合后物料的湿度控制在60％-70％之间，饲喂黑水虻幼龄虫5-7天后获得2-3龄期的黑水虻幼虫。
10.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，含油盐滤液、麦麸、黑水虻虫卵之间的质量比例为32:20:1，混合后物料的湿度控制在65％，饲喂黑水虻幼龄虫5天后获得2龄期的黑水虻幼虫后以餐厨垃圾滤渣浆体饲喂黑水虻幼虫。
11.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，第二步中，待黑水虻幼龄虫生长为2-3龄期的黑水虻幼虫后，按照1g黑水虻幼虫每天对应加入900-1100g餐厨垃圾滤渣浆体的比例，分批次均匀加料饲喂黑水虻幼虫，并定时抽风、翻堆、控制温度、湿度，每天筛分黑水虻虫体和餐厨垃圾滤渣经黑水虻幼虫过腹转化所得虫粪，获得筛上物黑水虻虫体继续饲喂餐厨垃圾，筛下物虫粪用于堆肥。
12.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，第二步中，按照1g黑水虻幼虫每天对应加入900-1100g餐厨垃圾滤渣浆体的比例，分批次均匀加料的步骤包括：每日3-4次，每次间隔6h-8h，分别均匀为每克黑水虻幼虫加入225-366g餐厨垃圾滤渣浆体。
13.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，第二步中，按照1g黑水虻幼虫每天对应加入900-1100g餐厨垃圾滤渣浆体的比例，分批次均匀加料的步骤包括：每日3次，每次间隔6h，分别均匀为每克黑水虻幼虫加入300-366g餐厨垃圾滤渣浆体。
14.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，第二步中，定时抽风、翻堆、控制温度、湿度的标准为：每小时抽风20分钟，每6小时翻堆一次，控制加料层温度保持在28-32℃、控制过腹转化生物反应仓内空气湿度保持在60％，并使加料层含氧量保持在15％以上。
15.可选的，如上任一所述的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法，其中，第二步中，在加入黑水虻幼虫10-12天内，每日筛分黑水虻虫体和虫粪混合物后将黑水虻幼虫返回至过腹转化生物反应仓中继续饲喂；在加入黑水虻幼虫13-14天后，对黑水虻幼虫进行饥饿处理后筛分虫体和虫粪混合物，将黑水虻虫体干化灭菌制虫干。
16.有益效果
17.本技术首先将餐厨垃圾进行固、液分离预处理获得餐厨垃圾滤渣和含油盐滤液；然后，分别对含油盐滤液和餐厨垃圾滤渣进行分质资源化利用，将其中含油盐滤液混合麦麸饲喂黑水虻幼龄虫，将其中固体的餐厨垃圾滤渣通过2-6龄期黑水虻幼虫进行过腹转化
提高对其中有机质的利用效率；最后通过将黑水虻虫体与虫渣分离，将虫粪残渣通过好氧微生物降解生成有机肥，将虫体进行干化灭菌制得虫干从而实现餐厨垃圾全量资源化利用。本发明首次提出将黑水虻过腹转化和好氧微生物降解原理相协同，实现对餐厨垃圾的全量资源化转化，克服了现有转化工艺中：(1)滤出的含油盐滤液作高盐废水，处理成本高且难处理，直接作为黑水虻饲料会导致虫粪含盐量过高无法达到肥料标准，无法资源化利用；(2)餐厨垃圾中水分、盐分和油分比例不佳导致适口性不高，黑水虻过腹转化效率较低、生长缓慢、饲喂成本高；(3)堆肥过程中厌氧环境导致含氮臭气产生，带来黑水虻转化过程氮素损失、影响肥料质量等问题。
18.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。
附图说明
19.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
20.图1是本技术所提供的利用黑水虻及好氧微生物全量资源化餐厨垃圾的工艺方法的步骤流程图；
21.图2是本技术工艺过程中盐分代谢路径图。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
24.考虑到现有餐厨垃圾处理技术，其转化率的瓶颈主要在于物料盐分过高影响肥料产品利用，且高盐废水回收困难，因此本技术通过将餐厨垃圾进行固、液分离预处理，获得含水率不高于75％的餐厨垃圾滤渣和含油盐滤液，以将原始的餐厨垃圾中25％的盐分转移到含油盐滤液，仅在用于饲喂黑水虻幼虫的餐厨垃圾滤渣中保留原始餐厨垃圾75％的含盐量，以将滤渣水分、油、盐分调节至更为适口的范围，从而提高黑水虻幼虫的转化率。对于分离出的含油盐滤液，本技术可在其中混合麦麸及黑水虻虫卵，直接供给至由虫卵孵化出的幼龄虫，待幼龄虫生长为黑水虻幼虫后，再调整为以餐厨垃圾滤渣浆体饲喂黑水虻幼虫，并定期筛除经黑水虻幼虫过腹转化所得的虫粪。由此，本技术通过黑水虻孵化初期以及后续的饲喂物料将原始餐厨垃圾中约-63％的盐分转移至黑水虻幼虫的体液中，相比于现有技术中55％的盐分转化率提高了14.5％。由此，可将黑水虻粪便中的含盐量由现有技术的20％控制降低至-约12％，以避免高盐物料堆肥处理不达标的问题。及时分离所得的虫粪可直接分批次送至好氧微生物降解装置进行好氧堆肥，获得有机肥料；待黑水虻幼虫生长到
5-6龄期后，可直接筛分出黑水虻虫体将其干化灭菌制备虫干实现生物质再利用。
25.上述工艺步骤的具体试验过程如下。
26.实施例1
27.如图1所示，按照如下步骤处理餐厨垃圾：步骤(1)餐厨垃圾固、液分离预处理：处理过程中可首先通过磁选和滚筒分选除去餐厨垃圾中的惰性杂质，然后进行通过压滤方式固液分离，将餐厨垃圾滤渣的含水率控制为不超过70％，进而使其盐度调整至3％左右、含油量在5.2％左右，将所述餐厨垃圾滤渣破碎匀浆形成粒径3mm-8mm的浆体。通过静置分离方式将餐厨垃圾滤液进行油水分离，进而使分离出的餐厨垃圾滤液盐水中盐度调整至5.8％左右、含油量控制在9.2％左右。
28.步骤(2)滤液、滤渣分质资源化利用：
29.一方面，利用含油盐滤液饲喂黑水虻幼龄虫。其操作过程中，优选将所述含盐油水混合液与麦麸、黑水虻虫卵按照质量比例32:20:1混合，将所述含盐油水混合液与麦麸混合后湿度控制在65％，饲喂5d后可生长成为2龄期黑水虻幼虫；
30.另一方面，利用黑水虻过腹转化餐厨垃圾滤渣。其操作过程中，优选按照每1g幼虫每天对应加入900-1100g餐厨垃圾滤渣浆体,将相应比例的餐厨垃圾滤渣浆体按每日3次均匀加入容纳黑水虻幼虫的过腹转化生物反应仓中，每次加料之间间隔6h。并在此过程中，保持每小时排风20分钟，每6小时翻堆一次，控制料层温度保持在28-32℃之间、空气湿度为60％，使料层含氧量保持在15％以上。
31.步骤(3)黑水虻虫体与虫渣分离：每日在添加餐厨垃圾浆料前，对过腹转化生物反应仓中的黑水虻幼虫和虫粪进行筛分，。筛分过程中利用粒度大小差异通过振动将幼虫和虫粪混合体分离。将筛分出未达到5-6龄期的黑水虻幼虫重新放入过腹转化生物反应仓中进行饲喂，将分出的虫粪送至好氧微生物降解装置；在饲喂13天或14天后待黑水虻幼虫生长到6龄期时，在筛分操作前先将黑水虻经过6h-8h的饥饿处理，确保餐厨滤渣充分转化，避免筛分前还有剩余的餐厨渣未被转化。将此时筛分出的黑水虻干化灭菌制虫干实现生物蛋白转化。
32.步骤(4)在好氧微生物降解装置中由虫粪混合辅料生产有机肥：将步骤(3)所得虫粪进行好氧堆肥，通过微生物降解作用获得高品质有机肥。当将堆肥含氧量控制在稳定范围时，所得有机肥产品中氮、磷、钾的总含量为15％，肥料对应的种子发芽指数为85％，可获得较高质量、较低盐度的有机肥料。
33.实施例2
34.本实施例中转化工艺操作步骤相同，相较于实施例1的区别仅在于：
35.将步骤(1)中，餐厨滤渣含水率调整为不高于65％，盐度为2.8％，含油量为2.6％；
36.将步骤(2)中，餐厨滤渣投放比例调整为1kg餐厨滤渣:1g虫卵所孵化幼虫；
37.步骤(3)中，在饲喂黑水虻供其生长13-14天后再对6龄期虫体进行干化灭菌制备虫干。
38.其余均同实施例1。
39.实施例3
40.本实施例中转化工艺操作步骤相同，相较于实施例1的区别仅在于：
41.将步骤(1)中，餐厨滤渣含水率调整为不高于75％，盐度为3.2％，含油量为
14.5％；
42.将步骤(2)中，餐厨滤渣投放比例调整为0.9kg餐厨滤渣:1g虫卵所孵化幼虫；
43.步骤(3)中，在饲喂黑水虻供其生长14-15天后再对6龄期虫体进行干化灭菌制备虫干。
44.其余均同实施例1。
45.比较例
46.比较例中转化工艺操作步骤与实施例1至3相同，相较于实施例1的区别仅在于：
47.将步骤(1)中，餐厨滤渣含水率上调至80％。
48.将步骤(2)中，餐厨滤渣投放比例调整为0.65kg餐厨滤渣:1g虫卵所孵化幼虫；
49.步骤(3)中，在饲喂黑水虻供其生长15-16天后再对6龄期虫体进行分离，将虫体干化灭菌制备虫干。
50.其余均同实施例1。
51.检测并统计上述实施例1-3以及比较例所对应的餐厨垃圾处理效率、产品产率及质量参数，获得表1所示结果。
52.表1
[0053][0054]
从表1可以看出，实施例1-3中由于控制了餐厨滤渣的油、盐和水分含量，以及实行虫粪每日分离，餐厨垃圾处理效率、黑水虻产率及单体质量、虫粪堆肥产率均高于比较例。
[0055]
其中，通过压滤使得实施例1中油、盐和水分含量处在较佳的饲喂物料适口度范围内，从而促进黑水虻进食以提高餐厨垃圾的处理速度。具体操作中，各实施例可分别通过压滤控制餐厨垃圾的含水率，在控制含水率后油、盐含量会相应变化，专利中所述油、盐范围为控制含水率后相应的范围，其中油分如果过多可进一步通过静置分离。
[0056]
通过对饲喂物料油、盐、水分比例的调整，按照黑水虻生长和饮食习性改变其进食效率：(1)将餐厨垃圾滤渣浆料配比至符合黑水虻最佳进食速率的适宜的油盐区间，避免比较例中过高/低的油盐含量降低餐厨垃圾适口性，进而影响幼虫进食速率。(2)将餐厨垃圾滤渣浆料含水率配比至符合黑水虻最佳进食速率的适宜的区间，通过调整物料中氧含量、温度来影响黑水虻生存生长，以获得实施例1中相对最优转化效果。
[0057]
取实施例1-3以及比较例产出的虫粪堆肥后的有机肥按照ny/t525-2021检测指标判断标准进行检测，获得表2所示结果。
[0058]
表2
[0059][0060][0061]
由表2可以看出，由本技术所提供的工艺产出的6龄黑水虻烘干幼虫中的粗蛋白和粗脂肪含量均高于比较例。实施例1、2、3中虫粪有机肥技术指标均满足ny/t525-2021要求，而比较例的种子发芽指数为0，这是因为比较例没有进行每日虫、粪分离，虫粪中混杂了未过腹转化的餐厨滤渣，含有更多的盐分所致。
[0062]
进一步参考图2盐分代谢转移比例(百分比数值表示箭头右侧产物所含盐分质量占餐厨垃圾中盐分质量的比例)可以看出，本研究通过步骤(1)控制餐厨垃圾水分、盐分和油在餐厨固渣、含盐油水混合液中的分配比例，使得所述餐厨滤渣对黑水虻的适口性更好，能够进一步提高黑水虻从餐厨滤渣摄取营养物质(包括盐分)的含量。这种对饲喂物料油盐比例的调控不仅避免了现有技术过程无法避免产生的大量高盐废水，简化了对高盐废水进行污水处理的系统，将含盐油水混合液与麦麸等混合后，还可部增加幼龄虫饲料中的蛋白质和脂质，提高黑水虻幼虫产率，降低了黑水虻虫粪中的盐分。此外，通过步骤(3)减少虫粪中混杂的未过腹转化的餐厨固渣，进一步降低虫粪的盐分，并提高了餐厨垃圾中营养物质的利用率。
[0063]
由此，本技术通过对餐厨垃圾进行固液分离，将餐厨垃圾滤渣和含油盐滤液分别
饲喂幼龄虫和黑水虻幼虫，可以将餐厨垃圾中大部分盐分转移到黑水虻幼虫体液中形成电解质。利用黑水虻幼虫后续的过腹转化过程将餐厨垃圾中的蛋白质、脂肪等有机质转化为生物蛋白并通过每日筛分有效减少虫粪盐分，在利用虫粪堆肥后制备获得的有机肥可符合相关标准，克服现有处理技术中所遇到的如下难题：
[0064]
(1)餐厨垃圾滤出的油盐水混合液作为高盐废水，处理成本高且处理难度大。将其混合麦麸制备黑水虻幼龄虫饲料，可实现含油盐废水的资源化利用，并显著降低饲养成本；
[0065]
(2)固液分离后的餐厨垃圾滤渣，其水、盐和油分可通过压滤、静置分离等简单的低成本方式调整至适合饲喂黑水虻幼虫的适口比例，可以提高黑水虻过腹转化效率，并促进黑水虻虫体生长；
[0066]
(3)利用黑水虻生长特性将餐厨垃圾中的盐分充分转化成为其体液的组成部分，并且，在此基础上进一步通过将虫粪和虫体当天分离，进一步避免原本虫粪中盐分过高影响堆肥肥料质量的问题；
[0067]
(4)通过将虫体和虫粪当天分离，配合对料层含氧量的控制，避免厌氧堆肥条件，进而减少含氮臭气产生量，避免厌氧环境带来的黑水虻转化过程氮素损失，提高养分利用率，并提高单位分量的餐厨垃圾转化所得产品产率。
[0068]
以上仅为本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本技术的保护范围。