余桂平，翁曉星，徐錦大，朱建錫，馮 洋

(浙江省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，浙江 金華321017)

0 引言

隨著養(yǎng)豬業(yè)的興起，規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)增多，產(chǎn)生大量畜禽糞便，而固體糞便會(huì)造成較大的環(huán)境污染。畜禽糞便中含有大量的氮磷化合物，若不及時(shí)妥善處理，糞便表層氮以氨氣的形態(tài)散發(fā)到大氣中，促使大氣中氮氧化合物濃度升高；糞便中氮和磷流入河流造成河流水體富營(yíng)養(yǎng)化等生態(tài)環(huán)境的破壞?，F(xiàn)階段處理畜禽糞便的措施有直接返田、制作肥料、制作燃料及制作蠅蛆培養(yǎng)料[1]。

國(guó)外在昆蟲(chóng)的開(kāi)發(fā)利用研究上相對(duì)較早，自20世紀(jì)60年代末起，許多國(guó)家如美國(guó)、韓國(guó)和日本等先后開(kāi)展了利用蠅蛆進(jìn)行工廠(chǎng)化養(yǎng)殖生產(chǎn)的研究。但利用昆蟲(chóng)進(jìn)行規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖固體廢棄物處理及開(kāi)發(fā)昆蟲(chóng)蛋白和有機(jī)肥的相關(guān)研究報(bào)道較少，而在資源日益趨緊，環(huán)境不斷惡化的今天，利用昆蟲(chóng)生物轉(zhuǎn)化畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物，在養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用已成為各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)。比利時(shí)岡特·鮑利所著《藍(lán)色經(jīng)濟(jì)》一書(shū)中，將利用蠅蛆處理畜禽廢棄物獲得魚(yú)和鵪鶉飼料及提取溶菌酶列為高效生態(tài)處理的范例。我國(guó)自20世紀(jì)80年代對(duì)集約化畜禽場(chǎng)的糞便污染開(kāi)始重視，開(kāi)展了畜禽場(chǎng)糞便簡(jiǎn)單處理和污染綜合防治配套技術(shù)的初級(jí)研究，開(kāi)發(fā)了成套設(shè)備，主要是通過(guò)糞便烘干脫水和微生物厭氧發(fā)酵處理作肥料和沼氣利用[2]。蠅蛆作為研究熱點(diǎn)，具有生長(zhǎng)快、產(chǎn)出高和養(yǎng)殖簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，并且蠅蛆粗蛋白含量為58.80%～63.89%，其必需氨基酸總量是魚(yú)粉的2.3倍，含有鐵和鋅等多種微量元素及抗菌肽和幾丁質(zhì)等多種有價(jià)值成分，總體營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于進(jìn)口魚(yú)粉，是一種較理想的蛋白質(zhì)補(bǔ)充料[3]。蠅蛆養(yǎng)殖以麥麩、米糠、酒糟、豆渣、豬糞、雞糞和鴨糞等畜禽糞便為食料來(lái)源，實(shí)現(xiàn)循環(huán)養(yǎng)殖。利用蠅蛆作蛋白質(zhì)飼料，可作為魚(yú)粉飼喂畜禽和水產(chǎn)動(dòng)物，不僅有利于減少環(huán)境污染，而且可為我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)提供所需的高蛋白餌料，蠅蛆可以消耗畜禽糞便和餐廚垃圾等廢棄物，不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜處理就可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料或沼氣原料[4]。因此，蠅蛆養(yǎng)殖是解決當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)蛋白資源缺乏的良好途徑。

1 工藝流程

養(yǎng)殖場(chǎng)中70%～80%的豬糞通過(guò)干清糞等工藝被收集和清運(yùn)到蠅蛆生產(chǎn)車(chē)間，以蠅蛆取食利用糞便腐敗物質(zhì)的生物特性，生產(chǎn)蠅蛆產(chǎn)品，使糞便中的物質(zhì)能量充分轉(zhuǎn)化成蟲(chóng)體蛋白質(zhì)和脂肪加以回收。蛆蟲(chóng)作為水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料等，使畜禽糞便無(wú)害化增值利用。目前，無(wú)公害蠅蛆生產(chǎn)時(shí)采用集約型規(guī)?；a(chǎn)設(shè)施，通過(guò)工程化技術(shù)手段，集中供給蠅蛆孳生物質(zhì)，生產(chǎn)大量蠅蛆蛋白。蠅蛆蛋白開(kāi)發(fā)的成本低且周期短，蠅蛆生產(chǎn)的1個(gè)周期只有3～4 d，現(xiàn)在市場(chǎng)價(jià)鮮蛆成本在2 000元t左右，烘干后的蠅蛆成本在8 000元t左右，不需購(gòu)進(jìn)同量的外國(guó)魚(yú)粉，可降低畜禽和水產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，增加盈利[5]。通過(guò)畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物蠅蛆生物轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)的集成，建立畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物高效循環(huán)利用和過(guò)程機(jī)械化的提升模式，如圖1所示。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1蠅蛆分離技術(shù)

蠅蛆分離是蠅蛆養(yǎng)殖過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)，若分離方法選擇不當(dāng)，不僅造成前期投入的浪費(fèi)，還會(huì)造成蛋白浪費(fèi)，剩余蠅蛆化蛹后變成蒼蠅造成二次污染。較國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)，我國(guó)利用畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆的技術(shù)起步較晚，蛆料分離方法大都利用蠅蛆的避光性、向下性和趨干性等生物學(xué)習(xí)性實(shí)現(xiàn)蛆料分離。蛆料分離法可分為人工分離法和自動(dòng)分離法。人工分離法是指人工使用某些工具來(lái)達(dá)到蛆料分離的目的，主要包括土分離法、水分離法和網(wǎng)篩分離法。自動(dòng)分離法一般有蠅蛆自然分離法和機(jī)械分離法[5]。蠅蛆自然分離法是利用蠅蛆避光性和趨干性等生物學(xué)習(xí)性來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離。機(jī)械分離法主要是給蛆料施加外部作用，使蛆料能夠?qū)崿F(xiàn)快速分離。但由于現(xiàn)有設(shè)備及生產(chǎn)方式的局限性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)蠅蛆分離的可控性和自動(dòng)性，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。目前大部分工廠(chǎng)還是半手工操作和作坊式生產(chǎn)，缺少全自動(dòng)化的設(shè)備，致使產(chǎn)量低，生產(chǎn)效率也不高。

國(guó)內(nèi)針對(duì)蠅蛆分離裝置研究方面，王亞波[6]根據(jù)蒼蠅幼蟲(chóng)生活習(xí)慣和蛹化行為，設(shè)計(jì)了自動(dòng)立體培養(yǎng)、蠅蛆分離板和自動(dòng)育蛆分離等裝置，增加蠅蛆成熟率。目前蛆料機(jī)械分離設(shè)備，通過(guò)裝置分離后仍有很多蠅蛆卡在篩孔中，影響了后續(xù)蛆料分離的效率。單純用光分離或網(wǎng)篩分離法，分離到最后總有些培養(yǎng)料與部分蠅蛆混在一起無(wú)法分離。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)對(duì)比，在光分離法的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工篩簸方法，同時(shí)利用機(jī)械原理，自動(dòng)驅(qū)趕蠅蛆實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離，減少對(duì)環(huán)境的污染。

2.2蠅蛆烘干技術(shù)

利用蠅蛆營(yíng)養(yǎng)成分齊全的高蛋白動(dòng)物性飼料，是開(kāi)發(fā)飼料資源的有效途徑之一。國(guó)內(nèi)早期許多大、中型養(yǎng)殖場(chǎng)采用9JH系列高濕物料快速烘干機(jī)，對(duì)畜禽糞便進(jìn)行快速烘干處理。用風(fēng)機(jī)對(duì)熱交換器以對(duì)流的方式加熱空氣，熱空氣層流經(jīng)烘盤(pán)對(duì)物料進(jìn)行熱量傳遞進(jìn)而對(duì)物料進(jìn)行烘干，但不能根據(jù)蠅蛆體內(nèi)水分的變化實(shí)行烘干溫度分段實(shí)時(shí)控制以保證烘干效果。采用炒制品的烘干設(shè)備，自動(dòng)化程度低且干燥系統(tǒng)可靠性差，烘干后的蠅蛆易焦化和色澤發(fā)黑，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。用烘干面條等條狀物及塊狀物的帶式烘干機(jī)雖干燥效率快和蒸發(fā)強(qiáng)度高，但烘干成本高及效果難以保證，不適用于蠅蛆的烘干。

2.3蠅蛆處理的發(fā)展趨勢(shì)

近幾年，雖然通過(guò)眾多研究者和企業(yè)的共同努力，蠅蛆生物轉(zhuǎn)化畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物生產(chǎn)蠅蛆蛋白和有機(jī)肥的處理工藝取得了較大的進(jìn)展，但是與規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖相配套的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣還存在一些問(wèn)題。首先，蠅卵高存活性保藏和運(yùn)輸技術(shù)缺乏，采用蠅蛆轉(zhuǎn)化畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物工藝的企業(yè)都需各自建立蠅種房，不僅投資成本提高，而且技術(shù)要求高，限制了該工藝的推廣。其次，蠅蛆蛋白規(guī)模化生產(chǎn)工藝還相對(duì)落后，機(jī)械化程度不高，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，成本較高，作為飼料蛋白，在價(jià)格上與進(jìn)口魚(yú)粉沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。再次，蠅蛆烘干缺少專(zhuān)用設(shè)備，烘干和干蛆質(zhì)量依賴(lài)工人經(jīng)驗(yàn)，容易導(dǎo)致蛆干焦化，造成較大損失，這也是目前蠅蛆生產(chǎn)成本較高的一個(gè)重要因素。因此，如何降低畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物蠅蛆生物轉(zhuǎn)化成本，拓寬蠅蛆應(yīng)用范圍和加工利用途徑，是蠅蛆生物轉(zhuǎn)化廢棄物工藝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模推廣的迫切需求。

3 技術(shù)解決方案

3.1蠅蛆分離設(shè)備

根據(jù)蠅蛆負(fù)趨光性和喜陰的生物特性，結(jié)合目前成熟的蠅蛆幼蟲(chóng)人工收集方式和豬糞蠅蛆生物轉(zhuǎn)化處理利用工藝，設(shè)計(jì)基于生物分離法與篩選分離法相結(jié)合的蛆糞分離專(zhuān)用設(shè)備，包括光源系統(tǒng)、行走式自動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)、蛆糞分離系統(tǒng)、蛆糞出料系統(tǒng)及蛆糞分離設(shè)備控制系統(tǒng)，如圖2所示[7]。

蠅蛆分離系統(tǒng)，通過(guò)PLC自動(dòng)控制刮板在糞料上方模擬人工清掃，即刮板在電機(jī)和絲杠帶動(dòng)下可沿上下前后4個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，逐層去除糞渣，最終實(shí)現(xiàn)蛆糞分離效果。蛆料分離機(jī)構(gòu)主要包括堆料箱、抬升架和驅(qū)動(dòng)抬升降機(jī)構(gòu)，如圖3所示。

通過(guò)光照，堆料箱中糞渣物料上表面的蠅蛆由于喜陰性會(huì)往下鉆，此時(shí)刮板將這層沒(méi)有蠅蛆的物料表面從缺口清掃而出，逐漸清掃后大量的蠅蛆會(huì)堆積在物料底部，其中還夾雜著部分糞渣，還需要對(duì)這部分蠅蛆和物料進(jìn)行分離。堆料箱的底部設(shè)置了具有通孔的分離板，而且分離板下方設(shè)置有擋蛆板，位于底端的蠅蛆從通孔鉆出并滯留在擋蛆板上。分離板與擋蛆板的間距不宜太大，否則蠅蛆不敢從通孔鉆出，然后通過(guò)開(kāi)合機(jī)構(gòu)將擋蛆板打開(kāi)，這樣從擋蛆板中落下的蠅蛆便是不含雜質(zhì)的蛆。

3.2蠅蛆烘干設(shè)備

蠅蛆烘干技術(shù)是影響蠅蛆養(yǎng)殖進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵難點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的烘干設(shè)備是根據(jù)蠅蛆生物特性進(jìn)行蠅蛆烘干?？蓪?shí)時(shí)控制的蠅蛆烘干專(zhuān)用設(shè)備采用臥式滾筒形式，蠅蛆經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入高溫滾筒內(nèi)，滾筒在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中接觸熱源進(jìn)行加熱。蠅蛆隨滾筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在滾筒內(nèi)置攪拌葉片的作用下翻滾并交替接觸筒壁受熱升溫達(dá)到烘干的目的。蠅蛆烘干專(zhuān)用設(shè)備主要包括機(jī)架、動(dòng)力系統(tǒng)、熱源系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，如圖4所示[8]。

3.3性能試驗(yàn)

蠅蛆生長(zhǎng)速度驚人，其繁殖快且產(chǎn)量高，從卵發(fā)育到成蟲(chóng)一般僅需10～11 d，如果只需要蠅蛆，從蒼蠅產(chǎn)卵到孵出蠅蛆3～4 d，不受季節(jié)和氣候的影響，若有加溫條件，一年四季均可養(yǎng)殖。

(1)分離試驗(yàn)。蠅蛆具有負(fù)趨光性，喜鉆入各種基質(zhì)中，常以有機(jī)物質(zhì)為食，但活動(dòng)范圍一般不離其原產(chǎn)卵場(chǎng)所。蠅蛆的分離因受培養(yǎng)料原料、含水量及天氣情況等因素影響，試驗(yàn)采用光分離法與自動(dòng)篩簸結(jié)合分離法進(jìn)行分離。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

(2)烘干試驗(yàn)。取樣10 g，置于預(yù)熱到120 ℃恒溫烘箱內(nèi)，烘干處理90 min，冷卻后稱(chēng)質(zhì)量，按以下公式計(jì)算，或直接用水份速測(cè)儀測(cè)得。

H=(10-Wg)×100%10

(1)

式中H——蠅蛆原料含水率

Wg——蠅蛆原料試樣干質(zhì)量，g

Hz=(10-Wz)×100%10

(2)

式中Hz——烘干后成品蠅蛆含水率

Wz——烘干后成品蠅蛆試樣干質(zhì)量，g

稱(chēng)取烘干機(jī)工作1批次需烘干的質(zhì)量及烘干后成品蠅蛆烘干質(zhì)量，按以下公式計(jì)算。

EC=WcTc

(3)

式中EC——生產(chǎn)率，kgh

Wc——蠅蛆原料質(zhì)量，kg

Tc——時(shí)間，h

根據(jù)蠅蛆干燥工藝和產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行生產(chǎn)性能試驗(yàn)。結(jié)果如表2所示，均能滿(mǎn)足技術(shù)要求，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表2 蠅蛆烘干設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物每年產(chǎn)生量達(dá)20多億t，其中豬糞約占畜禽糞總量的49.6%，雞糞占17.4%。而浙江省每年產(chǎn)生畜禽糞便1 800多萬(wàn)t，豬糞比例超過(guò)50%。另一方面，我國(guó)目前每年水產(chǎn)養(yǎng)殖總量達(dá)490萬(wàn)t，每年魚(yú)粉需求量在260萬(wàn)t左右，其中進(jìn)口魚(yú)粉達(dá)100多萬(wàn)t。浙江省水產(chǎn)養(yǎng)殖總量約占到全國(guó)的20%，每年的魚(yú)粉需求50萬(wàn)t以上，進(jìn)口魚(yú)粉需求至少在15萬(wàn)t以上。目前按10%進(jìn)口魚(yú)粉替代量，僅浙江省蠅蛆年需求1.5萬(wàn)t以上，現(xiàn)浙江省幾個(gè)示范基地滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)年產(chǎn)量也不到1 000 t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。利用蠅蛆生物轉(zhuǎn)化進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物的處理，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥和蠅蛆蛋白，短期循環(huán)生產(chǎn)蛋白質(zhì)品質(zhì)高，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)飼料蛋白，為醫(yī)療化妝品等高端產(chǎn)業(yè)提供甲殼素、殼聚糖和寡糖等生產(chǎn)原料，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物單一處置利用方式，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，提升綜合利用價(jià)值。畜禽養(yǎng)殖固體廢棄物蠅蛆生物轉(zhuǎn)化工藝的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著，應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化前景廣泛，同時(shí)促進(jìn)種植業(yè)、畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展，減少農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染，對(duì)倡導(dǎo)和發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。