安新城

(廣東省昆蟲研究所，廣東 廣州　510260)

黑水虻生物處置餐廚廢棄物的技術(shù)可行性分析

安新城

(廣東省昆蟲研究所，廣東 廣州510260)

【摘要】黑水虻Hermetia illucens是為數(shù)不多的幾種能夠取食餐廚垃圾的動物之一，近幾年日益受到國際國內(nèi)研究者的關(guān)注，并在城市固體有機(jī)廢棄物處置領(lǐng)域中被寄予厚望，本文從技術(shù)原理、市場需求、養(yǎng)殖模式、盈利能力、市場前景等角度對黑水虻處置餐廚垃圾的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了全方位分析。研究認(rèn)為黑水虻的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)可能是解決我國餐廚垃圾末端處置困境的最終方案，并可帶動中國昆蟲產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】黑水虻；餐廚廢棄物；生物轉(zhuǎn)化

中國城市每年產(chǎn)生餐廚垃圾不低于6000萬噸，按干物質(zhì)500萬噸計(jì)算，相當(dāng)于1000萬畝耕地的能量產(chǎn)出[1]。大中城市餐廚垃圾產(chǎn)量驚人，僅廣州市每天的餐廚垃圾產(chǎn)量就可達(dá)4000～5000噸，占生活垃圾的23.5%～29.4%[2]，由于中國的餐廚垃圾所具有的高含水率、高鹽、雜質(zhì)多、成份復(fù)雜多變、易酸化等特性，使得當(dāng)前主流的技術(shù)體系很難用單一的方法進(jìn)行處理，綜合多種技術(shù)進(jìn)行處理的模式，亦存在設(shè)備投入大、工藝復(fù)雜、處理工序多、成本高昂而產(chǎn)出附加值低的問題[3，4]，目前國內(nèi)外常用的餐廚垃圾處理技術(shù)如焚燒、衛(wèi)生填埋、生態(tài)飼料、厭氧消化、好氧堆肥和蚯蚓堆肥等，通常存在著資源化利用效率低、處理不徹底、經(jīng)濟(jì)效益不夠理想的缺陷，因此迫切需要開發(fā)出適合中國國情、環(huán)保安全、資源化利用率高的生物處置方法[5]，在這種背景下，黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的優(yōu)勢就顯得格外突出，在國內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注。

本文從產(chǎn)業(yè)化角度，分析黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的市場潛力和優(yōu)缺點(diǎn)，旨在為關(guān)注該技術(shù)的研發(fā)人員、潛在用戶以及投資者提供基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。

1技術(shù)原理的優(yōu)勢

由于烹調(diào)、飲食習(xí)慣等的不同，中國的餐廚垃圾不僅數(shù)量驚人、且營養(yǎng)豐富，包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、微量元素等各類營養(yǎng)物質(zhì)含量較高，近來隨著居民生活水平的提高，魚、肉、蛋、奶等高蛋白食材的含量呈普遍上升的趨勢，但是，由于混入了無機(jī)物雜質(zhì)、滋生病菌、油脂酸敗、易腐且成份復(fù)雜多變等特性，使得餐廚垃圾營養(yǎng)元素的利用變得十分困難且成本高昂，在此背景下，衍生出三個技術(shù)方向：

(1)以無害化為導(dǎo)向的微生物降解法

以厭氧產(chǎn)沼、好氧堆肥等技術(shù)作為代表，微生物降解法一直占據(jù)著國際國內(nèi)有機(jī)廢棄物處置領(lǐng)域的主流市場，此種方法的好處是處理技術(shù)成熟、處理量大、服務(wù)和市場都很完善，但是缺點(diǎn)也非常明顯，首先是處理不徹底，沼液、沼渣、處理殘留占據(jù)很大比例，存在后續(xù)處置和二次污染風(fēng)險(xiǎn)；其次，產(chǎn)出的沼氣、有機(jī)肥沒有市場競爭力，大多數(shù)情況下只能自用或低價(jià)處理，處置企業(yè)大多只能依賴于政府補(bǔ)貼生存，大量事實(shí)證明，這種模式不擔(dān)無法實(shí)現(xiàn)治污功能，還讓地方財(cái)政背上沉重負(fù)擔(dān)，因此目前在市場上受到普遍質(zhì)疑[6，7]。

(2)以資源化為導(dǎo)向的飼料化方法

通過高溫、干燥或發(fā)酵等工藝，將餐廚垃圾消除病菌后制成飼料原料，可以最大程度地保留原有的營養(yǎng)物質(zhì)，資源化屬性明顯，并且這種方法在日本得到大力推行，但是問題同樣存在，先不提這種高能耗的方法是否經(jīng)濟(jì)，同源性污染的風(fēng)險(xiǎn)就足以對餐廚垃圾飼料化利用的合法性提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，已經(jīng)有大量證據(jù)顯示，成份復(fù)雜的餐廚垃圾直接用作飼料的確存在同源性污染的風(fēng)險(xiǎn)，特別是使用餐廚飼料化產(chǎn)品喂養(yǎng)反芻類動物[8]，同時，農(nóng)業(yè)部也未將任何餐廚垃圾飼料化產(chǎn)品列入最新公布的《飼料原料目錄》，說明將餐廚垃圾作為飼料原料至少在目前仍然是非法的。

(3)以資源化為導(dǎo)向的生物轉(zhuǎn)化方法

通過食物鏈方法，將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化為其他生物種類的營養(yǎng)物質(zhì)，不僅成本經(jīng)濟(jì)，而且有效杜絕了同源性污染的問題，在這種思路引導(dǎo)下，先后發(fā)展出利用蚯蚓、蠅類、黑水虻、黃粉蟲等處置餐廚垃圾的技術(shù)路線[9-11]，其中黑水虻(Hermetia illucens)的生物學(xué)特性表現(xiàn)得尤其突出，不僅能夠取食新鮮的餐廚垃圾，而且食譜寬、取食量大、發(fā)育周期適中、容易飼養(yǎng)、幼蟲營養(yǎng)價(jià)值全面、生態(tài)安全性高、抗逆性強(qiáng)、對油鹽不敏感等，使其成為餐廚垃圾處置領(lǐng)域唯一具備產(chǎn)業(yè)化前景的生物種類，國際國內(nèi)近十年間的研究較多，文獻(xiàn)和專利都以兩位數(shù)增長，也有多家企業(yè)進(jìn)行了生產(chǎn)性嘗試。

2產(chǎn)業(yè)化潛力分析

(1)原料規(guī)模及易獲得性

黑水虻的營養(yǎng)門檻較低(蛋白含量>8%)且食譜極廣，因此可用于飼養(yǎng)的原料包括餐廚垃圾、屠宰廢棄物、養(yǎng)殖廢棄物(豬糞、雞糞、牛糞等)、農(nóng)貿(mào)市場廢棄物、過期食品、食品加工下腳料等絕大多數(shù)含氮較高的有機(jī)廢棄物，原料的規(guī)模龐大和易獲得性，能夠預(yù)期其產(chǎn)業(yè)規(guī)模能夠在短期內(nèi)迅速放大，從而使得市場的培育時間縮短，快速激活相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)及服務(wù)市場，為產(chǎn)業(yè)的成長性提供較好的保障條件。

(2)黑水虻飼養(yǎng)過程的集約化和標(biāo)準(zhǔn)化

黑水虻的大規(guī)模人工飼養(yǎng)依賴于集約化的管理模式，以及相配套的能夠標(biāo)準(zhǔn)化的工藝和設(shè)備，雖然目前尚沒有大規(guī)模集成的案例出現(xiàn)，但從原理上來說，其標(biāo)準(zhǔn)化工藝并無原則上技術(shù)瓶頸，最終實(shí)現(xiàn)只是時間問題。

(3)應(yīng)用市場的多元化

任何一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都應(yīng)符合供求關(guān)系的規(guī)律，在目標(biāo)市場有限、容易出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的領(lǐng)域，投資就會變得非常謹(jǐn)慎。黑水虻的大規(guī)模飼養(yǎng)，為市場提供了大宗廉價(jià)而營養(yǎng)豐富的動物性產(chǎn)品(昆蟲蛋白、昆蟲油脂等)，作為一種基礎(chǔ)性原料，能夠被廣泛應(yīng)用于飼料生產(chǎn)、生態(tài)養(yǎng)殖、營養(yǎng)保健、醫(yī)藥及工業(yè)領(lǐng)域，其對應(yīng)的終端產(chǎn)品極其多樣，行業(yè)屬性也差異明顯，因此具備了良好的市場緩沖能力，其潛在能夠開發(fā)的市場空間也十分可觀，因此在可預(yù)見的未來，其產(chǎn)業(yè)的成長性都不會受到明顯的阻礙。

(4)低成本

飼料原料供應(yīng)的穩(wěn)定性及易獲得性，使得任何一個大型養(yǎng)殖項(xiàng)目都能夠在較低的成本狀態(tài)下運(yùn)行，而相對于其他養(yǎng)殖品種而言(蚯蚓和黃粉蟲的養(yǎng)殖周期為4-5個月)，黑水虻的養(yǎng)殖周期短至32天，作為餐廚垃圾處置的幼蟲生長期僅為7-10天，因此相對應(yīng)的場地、設(shè)施、人工、資金周轉(zhuǎn)等成本亦大幅降低，而投資規(guī)模小、資金周轉(zhuǎn)快和高盈利則意味著資本周期短和風(fēng)險(xiǎn)低，對于一個新興的產(chǎn)業(yè)而言，能夠在早期就獲得資本的親睞無疑是有利的，至少為產(chǎn)業(yè)化的快速推廣奠定了一個良好的基礎(chǔ)。

餐廚垃圾處置企業(yè)是否具備清晰的盈利模式，對于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有舉足輕重的意義，事實(shí)證明，既使有政策的大力倡導(dǎo)，缺乏盈利能力的行業(yè)也難以從市場吸引到優(yōu)質(zhì)的資源(特別是共性資源，如資金和土地)，而優(yōu)質(zhì)資源的流向?qū)嶋H上已經(jīng)決定了行業(yè)的發(fā)展最終是走向繁榮還是衰落。

3市場潛力分析

(1)餐廚垃圾處置領(lǐng)域的強(qiáng)力需求

如果說黑水虻作為一種全新的動物源蛋白，在眾多的市場領(lǐng)域還需要有一個認(rèn)可和接受的過程，這種市場兼容性的不足毫無疑問會被環(huán)保市場的緊迫需求所抵消。餐廚垃圾的未端處置市場已經(jīng)由于政策的催促而開始呈現(xiàn)出非理性投資的現(xiàn)象，廣東省未來一年內(nèi)，就有中山、珠海、東莞、廣州都地的多個200噸/日的餐廚垃圾厭氧產(chǎn)沼發(fā)電項(xiàng)目啟動，雖然地方政府明知該技術(shù)路線存在諸多弊端，但也只能飲鳩止渴，暫時緩解燃眉之急，因此黑水虻的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在此時的成熟和推廣，對于有機(jī)固廢的處置可謂雪中送炭，存在爆發(fā)性增長的可能性。

(2)生態(tài)養(yǎng)殖市場的迫切需求

飼料行業(yè)唯一的大宗動物源蛋白來自于魚粉，優(yōu)質(zhì)魚粉大多來自于秘魯?shù)倪M(jìn)口魚粉(我國每年進(jìn)口魚粉約200-300萬噸)，但是隨著飼料行業(yè)的發(fā)展，單一的魚粉配方飼料已經(jīng)難以滿足多樣化的養(yǎng)殖需求，特別是動物免疫力下降的普遍性，迫切需要營養(yǎng)價(jià)值之外的功能性添加劑，而作為鮮活餌料，黑水虻幼蟲除了滿足動物的營養(yǎng)需要外，還能提供包括多種微生素、抗菌肽、豐富的脂肪酸、有機(jī)酸、功能性酶等復(fù)雜的功能性成份[12]，這種優(yōu)勢，特別表現(xiàn)在水產(chǎn)養(yǎng)殖的育苗領(lǐng)域，另外，對于多種以食肉為主的高端養(yǎng)殖品種，黑水虻幼蟲以其低廉的價(jià)格、鮮活的特性和就地生產(chǎn)的便利性，在石蛙、金鯧、筍殼魚、甲魚、南美白對蝦等領(lǐng)域已經(jīng)顯現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢。

(3)扶貧項(xiàng)目的需求

政府下定決心要在2020年的中國土地上消滅貧困，這是一個充滿理想主義的宏大政治目標(biāo)，但是資源的堆積并不能必然導(dǎo)致這個目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在未來兩年內(nèi)各地迫切需要大量具有扶貧“資質(zhì)”的項(xiàng)目，這種扶貧項(xiàng)目“資質(zhì)”表現(xiàn)在投資小、見效快、易執(zhí)行、好推廣的特性，而利用餐廚垃圾作為原料飼養(yǎng)黑水虻的項(xiàng)目，就能夠很好地符合上述特性，并且可滿足多樣性的地理差異、氣候條件和風(fēng)俗習(xí)慣，預(yù)計(jì)在中國的扶貧攻堅(jiān)工程中將發(fā)揮不可忽視的力量。

4結(jié)語

中國人的飲食習(xí)慣決定了餐廚垃圾的產(chǎn)生和處置將是一個長期存在的問題，多組份、高鹽多油、時空差異大的特異性，亦迫切需要開發(fā)出具有中國特色的餐廚垃圾處置方法，而源自南美熱帶草原的黑水虻，在中國大陸已經(jīng)棲居了近一個世紀(jì)，隨著中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展在即，黑水虻生物轉(zhuǎn)化固體有機(jī)廢棄物的技術(shù)也日漸成熟，在陜西渭南縣、江蘇鹽城市、浙江嘉慶市、廣東平遠(yuǎn)縣等地都有企業(yè)從事黑水虻處置餐廚垃圾的生產(chǎn)案例，本文筆者亦參與了多個黑水虻養(yǎng)殖場的籌建，其中2015年建成的、位于廣東省惠東縣鐵涌鎮(zhèn)的黑水虻養(yǎng)殖場當(dāng)年產(chǎn)量就突破了1.3噸/天，平均日處理餐廚垃圾7.8噸，初步達(dá)到了規(guī)?；?yīng)。2014年6月在湖北武漢召開的“第二屆食用昆蟲與微生物轉(zhuǎn)化廢棄物及資源化利用研討會”上黑水虻的產(chǎn)業(yè)化備受關(guān)注，會議者預(yù)期中國的昆蟲產(chǎn)業(yè)將在未來十年內(nèi)以驚人的速度增長，結(jié)合當(dāng)前的創(chuàng)新趨勢，集環(huán)保低碳、循環(huán)農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)、可持續(xù)發(fā)展等理念于一身的黑水虻生物轉(zhuǎn)化有機(jī)廢棄物技術(shù)將在本世紀(jì)開啟一片嶄新而廣闊的藍(lán)海。

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Reliability Analysis about Technology for Using Black Soldier Fly on Bioconversion from Food Waste to Entomic Protein

AN Xincheng

(Guangdong Entomological Institute，Guangdong Guangzhou 510260)

Abstract：Black soldier fly (BSF)，Hermetia illucens，was regarded as one of few insect species who can digest food waste without much difficulty，which were particularly helpful on disposal of organic garbage for municipal administration，and thus BSF have been obtained more and more attention from academic，social even enterprise in the past 10 years.The analysis was done on technological reliability，market demand，profit ability and expansion model and so on，and results indicated that BSF possibly supply an important opportunity for progress of insectival protein industry，meanwhile also being last and best chance for Chinese food waste disposal on environmental protection side.

Keywords：Hermetia illucens；food waste；bioconversion

作者簡介：安新城，博士，副研究員，主要從事資源昆蟲的應(yīng)用研究

中圖分類號：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)03-0092-03

項(xiàng)目資助：廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013A061402006)(2014B020216007)；廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201508020108)

引用文獻(xiàn)格式：安新城.黑水虻生物處置餐廚廢棄物的技術(shù)可行性分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(3)：92-94.