CN113575521A - 一种利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多种生物质废弃物转化的方法，旨在提供一种利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法。该方法包括：将畜禽粪便与生物质废弃物或生物质废弃物的发酵物混合均匀得到混合物料，畜禽粪便在混合物料中的质量占比为20％～95％；将昆虫幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育；在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。本发明通过对畜禽粪便与其他生物质废弃物进行创造性合理配比，使得所得混合物料具有较高的营养价值，能够满足昆虫幼虫生长过程所需的全部养分，以此达到废弃物无害化处理、昆虫幼虫产量更大、处理工艺更合理的目的，同时达到减少废弃物排放，减少废弃物污染；能快速得到有机绿色功能肥料和昆虫蛋白。
Description
技术领域
本发明涉及一种多种生物质废弃物转化的方法，尤其涉及一种利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，属于环境保护技术领域。
背景技术
生物质废弃物如畜禽粪便、病死动物无害化废渣、食品加工废弃物、工农业微生物发酵物(或滤渣)、餐厨(余)垃圾、农村易腐烂垃圾以及这些生物废弃物发酵物等，又被称为“放错位置的资源”。这些畜禽粪便不但会释放恶臭液体、固态和气体，还会携带病原微生物、重金属等有害物质。但同时，畜禽粪便富含氮、磷、钾、粗蛋白等营养成分，是可以被利用的有效资源。餐厨(余)垃圾是城市生活垃圾的重要组成部分，约占16％～70％。餐厨(余)垃圾含有较高浓度的机质，研究表明餐厨垃圾干基有机质含量均在80％以上，部分地区甚至高达99％。如面食与大米等主要含淀粉和蛋白质；蔬菜等多含半纤维素、纤维素、多糖和木质素；肉食含蛋白质和脂肪。因此这些餐厨垃圾可作为廉价的动物饲料来源，但因极易变质，在收集堆放过程中易滋生病菌并发生腐败变质等现象。豆腐渣是豆腐生产过程的副产物，其富含蛋白质、大豆异黄酮、皂苷等成分，具有高纤维、高蛋白、低脂肪、低还原糖、高钾低钠及钙镁含量较高等特点。微生物发酵滤渣如赤霉素发酵滤渣是高效能植物生长激素赤霉素生产过程中产生的固态残渣下脚料，同样含有大量的蛋白质、脂肪等营养物质。当前主要通过焚烧进行处置，不但浪费了大量资源，还会造成环境污染。因此，如何经济且高效的利用这些“放错的资源”是治理环境污染、节约生物质资源和发展循环经济的根本问题。
另一方面，国内饲料行业所需蛋白原料严重短缺，统计表明目前近70％左右的蛋白质原料仍需从国外进口，这无疑增加了工业生产成本。因此急需大量优质国产蛋白质原料来解决当前问题。
利用昆虫幼虫生物转化生物质废弃物能有效解决上述两方面的问题。然而，使用单一生物质废弃物用于昆虫幼虫生物转化时，往往存在生物质原料利用率不高，幼虫产量低，单个幼虫质量较低等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，包括：
(1)将畜禽粪便与生物质废弃物或生物质废弃物的发酵物混合均匀得到混合物料，畜禽粪便在混合物料中的质量占比为20～95％；
(2)将昆虫幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育；在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
作为优选方案，所述生物质废弃物是病死动物无害化废渣、食品加工废弃物、餐厨余垃圾或秸秆果壳中的任意一种或多种。
作为优选方案，所述畜禽粪便是鸡粪、猪粪、牛粪或羊粪中的任意一种或多种。
作为优选方案，所述混合物料含水率为55％～75％。
作为优选方案，所述昆虫幼虫是黑水虻、家蝇、市蝇、丝光绿蝇、大头金蝇、铜绿蝇、红头丽蝇、厩腐蝇或棕尾别麻蝇的幼虫中的任意一种或多种。
作为优选方案，所述昆虫幼虫在混合物料中的接种密度为10000～30000条/kg混合物料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过对畜禽粪便与其他生物质废弃物进行创造性合理配比，使得所得混合物料具有较高的营养价值，能够满足昆虫幼虫生长过程所需的全部养分，以此达到废弃物无害化处理、昆虫幼虫产量更大、处理工艺更合理的目的，同时达到减少废弃物排放，减少废弃物污染，实现可持续发展。
(2)本发明符合国家农业产业政策，将多种生物质废弃物用于昆虫幼虫饲养后，不仅能快速得到有机、绿色、环保、高效和安全的有机绿色功能肥料，还能同步获得高附加值的昆虫蛋白。
附图说明
图1为豆腐渣和鸡粪不同配比蝇蛆生物转化后的蝇蛆产量和品质比较；
图2为豆腐渣和鸡粪不同配比蝇蛆生物转化后的蝇蛆脂肪、蛋白质和氨基酸比较。
图3为病死猪肉松和鸡粪不同配比蝇蛆生物转化后的蝇蛆产量和品质比较；
图4为餐厨垃圾和猪粪不同配比蝇蛆生物转化后的蝇蛆产量和品质比较；
图5为农村易腐垃圾和鸡粪不同配比蝇蛆生物转化后的蝇蛆产量和品质比较；
图6为堆酵9d后的豆腐渣和猪粪不同配比蝇蛆生物转化后的蝇蛆产量和品质比较。
具体实施方式
本发明根据生物质废弃物的理化特性及营养特征，以及昆虫幼虫营养需求和生长特性，提供一种利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，通过对生物质废弃物创造性的配比，以期得到适合昆虫幼虫生物转化的优质复合配方。
下面通过具体实施例子，对本发明的具体实现方式进行详细描述。
本发明所述生物质废弃物中，病死动物无害化废渣是指高温高压无害化后去水去油后残渣(或其残渣烘干物)或进一步发酵残渣。食品加工废弃物的示例如豆腐渣，或者豆腐渣堆置发酵物；所述餐厨(余)垃圾是经三相分离后的城市餐厨垃圾，或者是经粉碎筛分后的厨余垃圾。秸秆果壳是农业农村生产产生茎叶(穗)果壳。生物废弃物发酵物可以由生物质废弃物经过直接发酵，或人工添加微生物发酵后产物。
本发明各实施例或实验例中所述百分比，均是指相应原料组分占混合物料总质量的占比。
实施例1
本实施例中，利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，包括：
(1)取25％鸡粪、25％猪粪、25％牛粪和20％羊粪(畜禽粪便总量95％)，与1％病死动物无害化废渣、1％食品加工废弃物、1％餐厨余垃圾、2％秸秆果壳混合均匀，得到混合物料，含水率调节至70％左右；
(2)按10000条/kg混合物料的添加量，将黑水虻的幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育，在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
实施例2
本实施例中，利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，包括：
(1)取20％猪粪和15％羊粪(畜禽粪便总量35％)，与20％食品加工废弃物、20％餐厨余垃圾、25％秸秆果壳混合均匀，得到混合物料，含水率调节至65％左右；
(2)按18000条/kg混合物料的添加量，将市蝇的幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育，在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
实施例3
本实施例中，利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，包括：
(1)取10％鸡粪、5％牛粪和5％羊粪(畜禽粪便总量20％)，与30％病死动物无害化废渣、50％餐厨余垃圾发酵物混合均匀，得到混合物料，含水率调节至55％左右；
(2)按30000条/kg混合物料的添加量，将丝光绿蝇的幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育，在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
实施例4
本实施例中，利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，包括：
(1)取15％猪粪、15％牛粪和15％羊粪(畜禽粪便总量45％)，与30％食品加工废弃物发酵物和25％秸秆果壳或其混合均匀，得到混合物料，含水率调节至75％左右；
(2)按20000条/kg混合物料的添加量，将大头金蝇的幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育，在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
实施例5
本实施例中，利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，包括：
(1)取25％鸡粪、25％猪粪和25％羊粪(畜禽粪便总量75％)，与10％病死动物无害化废渣发酵物和15％食品加工废弃物发酵物混合均匀，得到混合物料，含水率调节至60％左右；
(2)按25000条/kg混合物料的添加量，将铜绿蝇的幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育，在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
实施例6
本实施例中，利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，包括：
(1)取25％牛粪和30％羊粪(畜禽粪便总量55％)，与15％病死动物无害化废渣、15％食品加工废弃物和15％秸秆果壳混合均匀，得到混合物料，含水率调节至72％左右；
(2)按15000条/kg混合物料的添加量，将厩腐蝇的幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育，在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
技术效果验证实验
一、初期试验
实验例1
1.试验设计
为了确定豆腐渣和鲜鸡粪不同配比对蝇蛆生物转化水平的影响，在浙江省农业科学院蚕桑试验区大棚内进行3次重复的蝇蛆生物转化水平试验，期间每日最高棚温为19℃～24℃。所用豆腐渣来源于祖名食品公司，含水率约63％，pH为6.17，EC为335μS/cm；鸡粪来源于浙江省慈溪市，初始含水率约70％，pH和EC分别为8.41和7.94mS/cm。试验设置5个处理，分别为A(20％豆腐渣+80％鸡粪)、B(40％豆腐渣+60％鸡粪)、C(60％豆腐渣+40％鸡粪)、D(80％豆腐渣+20％鸡粪)、E(100％豆腐渣)。每处理将10kg的混合物料平摊于塑料大盆中。接种剂为麦麸(用于家蝇卵孵化)与家蝇一龄幼虫(孵化后不超过24h)的混合体，每克含初孵蝇蛆845条左右。各处理均按2.0％的添加量将200g蝇蛆接种剂撒于盆中混合物料表面，让蝇蛆自由进入物料堆内取食和生长发育。第7天利用蝇蛆的避光特性收集各盆中接近化蛹的高龄蝇蛆，称量鲜蛆总重量作为蝇蛆产量，并从中随机抽取100条蝇蛆称量体重。
2.结果与分析
2.1各处理的蝇蛆产量与品质
如图1所示，在所有处理中，A(20％豆腐渣+80％鸡粪)和B(40％豆腐渣+60％鸡粪)处理的蝇蛆产量较高且两者间不存在显著性差异，10kg A组混合物料和B组混合物料在堆酵的第7天平均收获高龄蝇蛆981.72±36.87g、958.43±35.28g，相当于物料总量的9.82％、9.58％，显著高于其他处理。图1c可以看出，E处理中的单头蝇蛆体重较低，仅为4.55mg；而其他四个处理组中的单头蝇蛆体重之间无显著性差异，在7.03～7.71mg之间。所有处理组的鲜蛆含水率均大于80％。
如图2，各处理组的干蛆中除蛋氨酸(Met)含量在0.92％～1.08％外，其它氨基酸含量在1.72％～7.93％之间。其中，天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)含量分别在4.86％～5.68％、6.92％～7.93％之间。A、B、C、D、E处理组中赖氨酸含量分别为4.66％、4.68％和4.52％、4.39％和4.65％，符合我国鱼粉国家标准要求(GB/T 19164-2003:赖氨酸>3.8％)。各处理组的蛋白质含量处于较高水平，均大于60％，符合国家标准(GB/T 19164-2003：蛋白质>50％)；E处理组干蛆的蛋白质含量更是高达70.52％。此外，所有处理组的干蛆中，脂肪含量处于较低水平，分别为94.5g/kg、71.87g/kg、52.5g/kg、58.2g/kg和23.6g/kg，均符合国家标准(GB/T 19164-2003：脂肪<14％)。
综上所述，在鸡粪中加入豆腐渣后，所得鲜蛆蛋白质含量均处于较高水平。相较而言，A(20％豆腐渣+80％鸡粪)和B(40％豆腐渣+60％鸡粪)处理组最终蝇蛆产量较高，相当于物料总量的9.82％、9.58％。同时，这两个处理组所得单头蝇蛆体重较单一豆腐渣处理组比也较大。因此，在鲜鸡粪中加入20％～40％左右的豆腐渣后，能显著提升鲜蛆品质。
实验例2
1.试验设计
为了确定病死猪肉松和鸡粪不同配比对蝇蛆生物转化水平的影响，在浙江省农业科学院蚕桑试验区大棚内进行3次重复的蝇蛆生物转化水平试验，期间每日最高棚温分别为19℃～31℃。所用病死猪肉松来源于浙江省桐乡市，pH为6.27，EC为3.37mS/cm，含水率约15.6％，加水调至70％左右；鸡粪来源于浙江省慈溪市，初始含水率约70％，pH和EC分别为8.41和7.94mS/cm。试验设置5个处理，分别为A(100％鸡粪)、B(20％病死猪肉松+80％鸡粪)、C(40％病死猪肉松+60％鸡粪)、D(60％病死猪肉松+40％鸡粪)、E(80％病死猪肉松+20％鸡粪)。每处理将10kg的混合物料平摊于塑料大盆中。接种剂为麦麸(用于家蝇卵孵化)与家蝇一龄幼虫(孵化后不超过24h)的混合体，每克含初孵蝇蛆1600条左右。各处理均按2％的添加量将200g蝇蛆接种剂撒于盆中混合物料表面，让蝇蛆自由进入混合物料内取食和生长发育。第7天利用蝇蛆的避光特性收集各盆中接近化蛹的高龄蝇蛆，称量鲜蛆总重量作为蝇蛆产量，并从中随机抽取100条蝇蛆称量体重。
2.结果与分析
如图3所示，在所有处理中，B(20％病死猪肉松+80％鸡粪)处理的蝇蛆产量较高，10kg B组混合物料在堆酵的第7天平均收获高龄蝇蛆1062.27±39.15g，相当于物料总量的10.62％，显著高于其他处理。图3c可以看出，B处理的单头蝇蛆体重为6.83mg，显著高于C、D、E处理，但与A处理之间无显著差异。D、E处理的单头蝇蛆体重相对较低且两者间无显著差异，分别为3.92mg和4.72mg。A处理组鲜蛆的含水率较高，为82.6％，其他处理组鲜蛆含水率在65.8％～68.3之间。综合而言，在鸡粪中加入20％左右的病死猪肉松，能显著提升蝇蛆产量。
实验例3
1.试验设计
为了确定餐厨垃圾泔水渣和猪粪不同配比对蝇蛆生物转化水平的影响，在浙江省农业科学院蚕桑试验区大棚内进行3次重复蝇蛆生物转化水平试验。所用餐厨垃圾泔水渣来源于浙江省桐乡市，其pH为3.75，EC为2.61mS/cm，含水率约78％。试验期间每日最高棚温分别为15℃～22℃。试验设置5个处理，分别为A(100％猪粪)、B(20％泔水渣+80％猪粪)、C(40％泔水渣+60％猪粪)、D(60％泔水渣+40％猪粪)、E(80％泔水渣+20％猪粪)。每处理将10kg的混合物料平摊于塑料大盆中。接种剂为麦麸(用于家蝇卵孵化)与家蝇一龄幼虫(孵化后不超过24h)的混合体，每克含初孵蝇蛆1700条左右。各处理均按设定接种量将蝇蛆接种剂撒于盆中物料表面，让蝇蛆自由进入堆内取食和生长发育。第6天利用蝇蛆的避光特性收集各盆中接近化蛹的高龄蝇蛆，称量鲜蛆总重量作为蝇蛆产量，并从中随机抽取100条蝇蛆称量体重。
2.结果与分析
如图4所示，在所有处理中，C(40％泔水渣+60％猪粪)和D(60％泔水渣+40％猪粪)处理的蝇蛆产量较高，10kg混合物料在堆酵的第6天平均收获高龄蝇蛆1742.17±40.48g、1731.04±13.16g，相当于物料总量的17.42％、17.31％，显著高于其他处理。图4c可以看出，A、B和C处理组的单头蝇蛆体重相对较大，分别为21.15mg、21.34mg和21.28mg；D和E处理的单头蝇蛆体重分别为19.62mg、18.89mg。所有处理组所得鲜蛆的含水率均大于70％。综上所述，在猪粪中加入适当比例的餐厨垃圾泔水渣，能在一定程度上增加鲜蛆得率，且所得鲜蛆个头较大。
实验例4
1.试验设计
为了确定农村易腐垃圾和鸡粪不同配比对蝇蛆生物转化水平的影响，在浙江省农业科学院蚕桑试验区大棚内进行3次重复蝇蛆生物转化水平试验。试验期间每日最高棚温分别为21℃～27℃。试验设置5个处理，分别为A(100％鸡粪)、B(20％农村易腐垃圾+80％鸡粪)、C(40％农村易腐垃圾+60％鸡粪)、D(60％农村易腐垃圾+40％鸡粪)、E(80％农村易腐垃圾+20％鸡粪)。每处理将10kg的混合物料平摊于塑料大盆中。接种剂为麦麸(用于家蝇卵孵化)与家蝇一龄幼虫(孵化后不超过24h)的混合体，每克含初孵蝇蛆2200条左右。各处理均按0.75％接种量将蝇蛆接种剂撒于盆中物料表面，让蝇蛆自由进入堆内取食和生长发育。第7天利用蝇蛆的避光特性收集各盆中接近化蛹的高龄蝇蛆，称量鲜蛆总重量作为蝇蛆产量，并从中随机抽取100条蝇蛆称量体重。
2.结果与分析
如图5所示，在所有处理中，C(40％农村易腐垃圾+60％鸡粪)处理的蝇蛆产量最高，10kg混合物料在堆酵的第7天平均收获高龄蝇蛆1247.3±35.36g，相当于物料总量的12.47％。其次是D(60％农村易腐垃圾+40％鸡粪)处理，堆酵结束收获高龄蝇蛆1061.7±20.60g，相当于物料总量的10.62％。B(20％农村易腐垃圾+80％鸡粪)处理组鲜蛆产量略高于纯鸡粪组，鲜蛆得率为8.91％。图5c可以看出，B和C处理组的单头蝇蛆体重相对较大，分别为20.86mg、20.14；A和D处理的单头蝇蛆体重分别为18.14mg、18.47mg。所有处理组所得鲜蛆的含水率均大于70％。综上所述，在鸡粪中加入适当比例(20％～60％)的农村易腐垃圾后，能在一定程度上增加物料之间的孔隙度，有利于鲜蛆生长发育，因而所得鲜蛆产量较高，且个头较大。
实验例5
1.试验设计
为了确定堆酵9d后的豆腐渣和猪粪不同配比对蝇蛆生物转化水平的影响，在浙江省农业科学院蚕桑试验区大棚内进行3次重复蝇蛆生物转化水平试验。试验期间每日最高棚温分别为21℃～27℃。试验设置5个处理，分别为A(100％猪粪)、B(20％堆酵后豆腐渣+80％猪粪)、C(40％堆酵后豆腐渣+60％猪粪)、D(60％堆酵后豆腐渣+40％猪粪)、E(80％堆酵后豆腐渣+20％猪粪)。每处理将10kg的混合物料平摊于塑料大盆中。接种剂为麦麸(用于家蝇卵孵化)与家蝇一龄幼虫(孵化后不超过24h)的混合体，每克含初孵蝇蛆880条左右。各处理均按1.2％接种量将蝇蛆接种剂撒于盆中物料表面，让蝇蛆自由进入堆内取食和生长发育。第6天利用蝇蛆的避光特性收集各盆中接近化蛹的高龄蝇蛆，称量鲜蛆总重量作为蝇蛆产量，并从中随机抽取100条蝇蛆称量体重。
2.结果与分析
如图6所示，在所有处理中，C(40％堆酵后豆腐渣+60％猪粪)处理的蝇蛆产量最高，10kg混合物料在堆酵的第7天平均收获高龄蝇蛆1475.89±6.69g，相当于物料总量的14.76％。其次是B(20％堆酵后豆腐渣+80％猪粪)处理，堆酵结束收获高龄蝇蛆1378.06±9.54g，相当于物料总量的13.78％。D(60％堆酵后豆腐渣+40％猪粪)处理组鲜蛆产量和纯猪粪组之间无显著性差异，鲜蛆得率为11.50％。而E(80％堆酵后豆腐渣+20％猪粪)处理组的鲜蛆得率显著小于纯猪粪组，仅为8.52％。图6c可以看出，B、C、D处理组的单头蝇蛆体重相对较大，分别为17.46mg、18.38mg、18.30mg。所有处理组所得鲜蛆的含水率均在77％～82％之间。综上所述，在猪粪中加入适当比例(20％～60％)堆酵后豆腐渣时，更有利于蝇蛆生长发育，所得鲜蛆产量较高且个头较大。
二、实施例的技术效果验证
保持初期试验的规模和试验过程不变，将混合物料和昆虫幼虫改为本发明实施例1-6中所述。整理各实施例试验后的记录数据，具体如下表1所示。
表1
从上表中的数据可以看出，以实施例1-6中所述混合物料进行昆虫幼虫生物转化时，转化率均大于15％，是传统畜禽粪便昆虫幼虫生物转化的1.5-2.0倍。同时，所得鲜蛆个头较大，单只质量均大于21mg。因此，综合而言，利用昆虫幼虫生物转化畜禽粪便和生物质废弃物混合物时，能大幅提升生物质原料利用率和幼虫产量。同时，还能进一步促进幼虫生长发育，得到高品质蛋白源。
Claims (6)
1.一种利用昆虫幼虫协同生物转化多种生物质废弃物的方法，其特征在于，包括：
(1)将畜禽粪便与生物质废弃物或生物质废弃物的发酵物混合均匀得到混合物料，畜禽粪便在混合物料中的质量占比为20％～95％；
(2)将昆虫幼虫均匀洒在混合物料的表面，让幼虫自由进入混合物料内取食和生长发育；在幼虫化蛹之前进行虫渣分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质废弃物是病死动物无害化废渣、食品加工废弃物、餐厨余垃圾或秸秆果壳中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述畜禽粪便是鸡粪、猪粪、牛粪或羊粪中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物料含水率为55％～75％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述昆虫幼虫是黑水虻、家蝇、市蝇、丝光绿蝇、大头金蝇、铜绿蝇、红头丽蝇、厩腐蝇或棕尾别麻蝇的幼虫中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述昆虫幼虫在混合物料中的接种密度为10000～30000条/kg混合物料。
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