CN115191407B - 一种利用黑水虻处理厨余垃圾的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用黑水虻处理厨余垃圾的方法及应用，涉及垃圾处理领域。具体而言，主要包括如下步骤：(1)在厨余垃圾中添加α‑淀粉酶和过氧化氢酶，将黑水虻卵生幼虫移入所述厨余垃圾中培养；(2)在所述黑水虻的卵生幼虫生长至预蛹成虫阶段时，向所述厨余垃圾中添加辣椒素。本发明的操作方法简单便捷，绿色环保，在成虫阶段的培育过程中还可进一步收集得到卵块，以达成黑水虻下一轮的养殖需求和厨余垃圾的持续化处理。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体而言，涉及一种利用黑水虻处理厨余垃圾的方法及应用。
背景技术
目前，我国城市生活垃圾总产生量约2.42亿吨，其中厨余垃圾，即具有易腐烂发酵、发臭特点的生活垃圾占比高达50％～60％，是城市环境健康的症结。厨余垃圾具有三高(含水率高、含油量高、含盐量高)和易腐烂等特点，若不及时处理则易产生恶臭并滋生病原微生物。现有处理设施技术路径主要有厌氧消化、好氧堆肥、食腐动物养殖以及三相分离协同焚烧等。厌氧消化或好氧堆肥的处理周期长、发酵过程中易产生恶臭气体、且产品中含有较多盐离子，易产生环境风险；三相分离协同焚烧技术步骤繁琐、投资相对较大、且易造成空气污染，不易推广。相对而言，腐生动物养殖技术不仅成本低廉，且培育的高蛋白虫体可作为养殖饵料，实现厨余垃圾的资源化利用，不失为一种绿色循环可行的技术选择。
黑水虻，又称光亮扁角水虻，是双翅目水虻科扁角水虻属的一种昆虫，在我国华北、华中、华南以及东南沿海等地区均有分布，有“凤凰虫”的美名。黑水虻的许多生物学特性都适合用于厨余垃圾的转化，例如食性杂、食量大、繁殖迅速、产卵量大、世代间隔短、抗逆性强、预蛹营养价值高等，因此，无论是利用厨余垃圾饲养黑水虻，还是依靠黑水虻处理厨余垃圾均受到了广泛的关注。
如CN202110423520.3公开了一种黑水虻的养殖方法，包括：提供幼虫养殖房和幼虫养殖池；将黑水虻幼虫放入幼虫养殖池内，在幼虫养殖池养殖时间达到6～8天后，将黑水虻幼虫从剩余的厨余垃圾和幼虫粪便分离；将分离后的黑水虻幼虫装入孵化箱中；将黑水虻成虫送入成虫养殖房中养殖；按第一预设时间间隔将成虫养殖房内掉落在地的黑水虻成虫收集，并且按第二预设时间间隔取出采卵隔板组件。
再如CN202011450946.X公开了一种利用厨余垃圾环保饲养黑水虻的方法，S1收集厨余垃圾，剔除垃圾中的无机杂质，过滤多余的水分和油脂，粉碎后打浆制成厨余垃圾浆液；S2将处于垃圾浆液与辅料混合，调节湿度、 pH，在限定温度下发酵；S3将发酵后的混合浆料平铺在养殖盒中，接入黑水虻幼虫；S4处理10～20天，当黑水虻幼虫进入预蛹期前将幼虫和虫粪分离；S5将筛选出的黑水虻鲜虫制成饲料原料，虫粪作为有机肥使用。
可见现有技术中黑水虻自虫卵至成虫的培育周期均较长， CN202110423520.3中仅幼虫培育阶段已需要6～8天，CN202011450946.X 中自幼虫成长至预蛹期超过10天。因此，亟需一种全新的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，以加快黑水虻处理厨余垃圾的效率且提升虻虫的重量、蛋白和脂肪含量等。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种利用黑水虻高效处理厨余垃圾的方法，针对现有技术中黑水虻生长周期较长、厨余垃圾处理能力不足的问题，本发明提供的方法具有黑水虻生长速度快、厨余垃圾转化率高、环保高效等优点。
本发明的第二目的在于提供一种厨余垃圾的处理方法，通过黑水虻实现厨余垃圾的资源转化利用，提高了厨余垃圾的经济效益，且该处理方法高效、环保。
本发明的第三目的在于提供一种黑水虻的培育方法，通过对厨余垃圾和外源添加剂控制得到适合于不同阶段黑水虻生长的环境，辅以适宜的温湿度条件，使得黑水虻具有更高的虫体重量和蛋白含量。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，主要包括如下步骤：
(1)在厨余垃圾中添加α-淀粉酶和过氧化氢酶，将黑水虻卵生幼虫移入所述厨余垃圾中培养；
(2)在所述黑水虻卵生幼虫生长至预蛹成虫期时，向所述厨余垃圾中添加辣椒素。
优选地，在步骤(1)中，所述厨余垃圾、所述α-淀粉酶和所述过氧化氢酶的质量比为(8×104～12×104)：(10～15)：(0.5～1.5)；
更优选地，在步骤(1)中，所述厨余垃圾、α-淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为105：(10～15)：1；
进一步优选地，在步骤(1)中，所述厨余垃圾、α-淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为105：12：1。
优选地，在步骤(2)中，所述厨余垃圾与所述辣椒素的质量比为 (100～120)：(0.5～1.5)；
更优选地，在步骤(2)中，所述厨余垃圾与所述辣椒素的质量比为80： 1。
优选地，所述辣椒素以含有辣椒素的辛辣物质的形式添加；
所述辛辣物质包括辣椒属植物、胡椒属植物和含有辣椒素的调味料中的至少一种；
优选地，所述辛辣物质选用辣椒；
更优选地，所述辣椒为辣椒粉或辣椒油。
优选地，步骤(1)的处理时间不超过72h；
优选地，在步骤(1)中，环境温度为25℃～28℃，相对湿度为70％～80％。
优选地，步骤(2)的处理时间不超过72h；
优选地，在步骤(2)中，环境温度为25℃～28℃，相对湿度为70％～80％。
优选地，在步骤(1)前还包括：孵化黑水虻虫卵，得到所述黑水虻幼虫；
更优选地，所述孵化的温度为28℃，湿度为70％；
更优选地，所述孵化所需的时间为48h。
优选地，所述黑水虻的生长周期不超过192h。
一种厨余垃圾的处理方法，包括如上所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法。
一种黑水虻的培育方法，包括如上所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法实现了厨余垃圾的资源再生化利用，加快厨余垃圾处理效率的同时使黑水虻的生长周期进一步降低，通过外源酶剂协调厨余垃圾的有效成分、通过辣椒素刺激虻虫进食，达到黑水虻的进食意向高、生长迅速的技术效果。此外，本发明的方法简单便捷，绿色环保，在成虫阶段的培育过程中还可收集得到卵块，以达成黑水虻下一轮的养殖需求和厨余垃圾的持续化处理。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
针对现有技术中黑水虻处理厨余垃圾的效率低、黑水虻生长速率慢的技术问题，特提出本发明的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法。本发明是通过如下技术方案实现的：
一种利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，主要包括如下步骤：
(1)在厨余垃圾中添加α-淀粉酶和过氧化氢酶，将黑水虻卵生幼虫移入所述厨余垃圾中培养；
(2)在所述黑水虻卵生幼虫生长至预蛹成虫期时，向所述厨余垃圾中添加辣椒素。
黑水虻的生长周期大致可分为：虫卵阶段、幼虫阶段、预蛹阶段、成虫阶段等；在幼虫阶段的黑水虻体型丰满，体长越20mm，头部小，扁平无足，表皮结实具韧性，但生理较为脆弱，对刺激性物质较为敏感。在本发明步骤(1)中适应性添加酶类药剂可以加速厨余垃圾中的淀粉类物质的分解和减轻厨余垃圾中的辛辣风味物质对黑水虻卵生幼虫的刺激，促进黑水虻从厨余垃圾中摄取有效营养，以加速其生长效率。
同时，经发明人大量实验研究发现：黑水虻在成虫阶段适应性添加辛辣物质，不但不会影响黑水虻进食或生长，反而会刺激黑水虻加速进食；因此在本发明步骤(2)中补充添加辛辣物质，加速黑水虻成虫处理厨余垃圾的效率，同时加速虫体增重，以在固定生长周期中得到粗蛋白含量更高的黑水虻成虫。
作为一种优选的实施方式，在步骤(1)中，所述厨余垃圾、所述α-淀粉酶和所述过氧化氢酶的质量比为(8×104～12×104)：(10～15)：(0.5～1.5)；
作为一种更优选的实施方式，在步骤(1)中，所述厨余垃圾、α-淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为105：(10～15)：1；
作为一种进一步优选的实施方式，在步骤(1)中，所述厨余垃圾、α- 淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为105：12：1。
作为一种优选的实施方式，在步骤(2)中，所述厨余垃圾与所述辣椒素的质量比为(100～120)：(0.5～1.5)；
作为一种更优选的实施方式，在步骤(2)中，所述厨余垃圾与所述辣椒素的质量比为80：1。
通过对厨余垃圾、α-淀粉酶、过氧化氢酶和辣椒素的质量比进行限定，人为地制造并调控得到适合于黑水虻不同生长时期的环境，这对黑水虻处理厨余垃圾的速度、黑水虻自身的生长均具有明显帮助。
作为一种优选的实施方式，所述辣椒素以含有辣椒素的辛辣物质的形式添加；所述辛辣物质包括但不限于辣椒属植物、胡椒属植物和含有辣椒素的调味料中的至少一种；
作为一种更优选的实施方式，所述辛辣物质选用辣椒；
作为一种进一步优选的实施方式，所述辣椒为辣椒粉或辣椒油。
作为一种优选的实施方式，步骤(1)的处理时间不超过72h；具体而言，步骤(1)的处理时间包括但不限于72h、68h、65h、60h、55h、50 h、48h；
作为一种更优选的实施方式，在步骤(1)中，环境温度包括但不限于 25℃、26℃、27℃、28℃，相对湿度包括但不限于70％、72％、74％、76％、 78％、80％。
作为一种优选的实施方式，步骤(2)的处理时间不超过72h；具体而言，步骤(2)的处理时间包括但不限于72h、69h、66h、63h、60h、57h、54 h、51h、48h。
作为一种更优选的实施方式，在步骤(2)中，环境温度包括但不限于 25℃、26℃、27℃、28℃，相对湿度包括但不限于70％、72％、74％、76％、 78％、80％。
针对黑水虻不同生长阶段营造适宜的生长环境同样会加快黑水虻进食速率。对于幼虫阶段的黑水虻，环境湿度同样会影响厨余垃圾的湿度，若厨余垃圾的湿度≤50％时会影响幼虫的生长和羽化；同时，对于成虫阶段的黑水虻，环境温度和湿度条件还会影响其交配和产卵行为，温湿度过低或过高时雌虫产卵能力低，且湿度过高不利于卵块的收集。
作为一种优选的实施方式，在步骤(1)前还包括：孵化黑水虻虫卵，得到所述黑水虻幼虫；
作为一种更优选的实施方式，所述孵化的温度为28℃，湿度为70％；
作为一种更优选的实施方式，所述孵化所需的时间为48h。
作为一种优选的实施方式，所述黑水虻的生长周期不超过192h；所述生长周期包括虫卵孵化到成虫阶段在内的整个周期。
黑水虻的常规生长周期一般为8～14天，而本发明的生长周期一般在 6～8天内，即192h以内，远低于黑水虻的常规生长周期。
一种厨余垃圾的处理方法，包括如上所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法。
一种黑水虻的培育方法，包括如上所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法。
实施例1
(1)在温度28℃、相对湿度70％条件下，用麦麸孵化黑水虻虫卵2天并得到黑水虻幼虫。向厨余垃圾中添加α-淀粉酶和过氧化氢酶，使三者的质量比为105：12：1，调节环境温度为26℃、相对湿度为75％，将幼虫移入厨余垃圾样品盒中培养。
(2)在36h后，黑水虻幼虫生长至成虫，向厨余垃圾中添加辣椒粉，使厨余垃圾与辣椒素的质量比为80：1，令黑水虻成虫继续处理厨余垃圾60 h后，测量厨余垃圾剩余量，测定黑水虻虫体的蛋白含量。
实施例2
与实施例1基本相同，区别在于：在步骤(1)中，厨余垃圾、α-淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为：8×104：10：1。
实施例3
与实施例1基本相同，区别在于：在步骤(1)中，厨余垃圾、α-淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为：12×104：15：1。
实施例4
与实施例1基本相同，区别在于：在步骤(2)中，厨余垃圾与辣椒素的质量比为100：1.5。
实施例5
与实施例1基本相同，区别在于：在步骤(2)中，厨余垃圾与辣椒素的质量比为120：0.5。
对比例1
在温度28℃、相对湿度70％条件下，用麦麸孵化黑水虻虫卵2天得到的黑水虻幼虫。采用常规的高蛋白虫食饲料，连带虫体一同封装至样品盒中进行36h培养。
对比例2
在温度28℃、相对湿度70％条件下，用麦麸孵化黑水虻虫卵2天并得到黑水虻幼虫。向厨余垃圾中添加α-淀粉酶，使二者的质量比为105：12，调节环境温度为26℃、相对湿度为75％，将幼虫移入厨余垃圾样品盒中进行36h培养。
对比例3
在温度28℃、相对湿度70％条件下，用麦麸孵化黑水虻虫卵2天并得到黑水虻幼虫。向厨余垃圾中添加过氧化氢酶，使二者的质量比为105：1，调节环境温度为26℃、相对湿度为75％，将幼虫移入厨余垃圾样品盒中进行36h培养。
对比例4
与实施例1基本相同，区别在于：仅进行实施例1的步骤(1)。
对比例5
与实施例1基本相同，区别在于：在步骤(2)中，不添加辣椒素。
表1记载了各实施例与对比例的结果数据；需要注意的是，各实施例与对比例中黑水虻幼虫的初始投放克数是等同的；而且，各实施例与对比例的样本盒的重量均为200g；在进行下述结果统计时，均是以盒为单位进行统计。
.表1各实施例与对比例试验结果一览表
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (7)
1.一种利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
（1）在厨余垃圾中添加α-淀粉酶和过氧化氢酶，将黑水虻卵生幼虫移入所述厨余垃圾中培养；
（2）在所述黑水虻卵生幼虫生长至预蛹成虫期时，向所述厨余垃圾中添加辣椒素；
在步骤（1）中，所述厨余垃圾、所述α-淀粉酶和所述过氧化氢酶的质量比为（8×104~12×104）：（10~15）：（0.5~1.5）；
步骤（1）的处理时间不超过72 h，在步骤（1）中，环境温度为25℃~28℃，相对湿度为70%~80%；
在步骤（1）前还包括：孵化黑水虻虫卵，得到所述黑水虻幼虫；所述孵化的温度为28℃，湿度为70%，所述孵化所需的时间为48 h；
在步骤（2）中，所述厨余垃圾与所述辣椒素的质量比为（100~120）：（0.5~1.5）；
在步骤（2）中，所述辣椒素以含有辣椒素的辛辣物质的形式添加；所述辛辣物质包括辣椒属植物、胡椒属植物和含有辣椒素的调味料中的至少一种；
步骤（2）的处理时间不超过72 h，在步骤（2）中，环境温度为25℃~28℃，相对湿度为70%~80%；
所述黑水虻的生长周期不超过192 h。
2.根据权利要求1所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述厨余垃圾、α-淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为105：（10~15）：1。
3.根据权利要求2所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述厨余垃圾、α-淀粉酶和过氧化氢酶的质量比为105：12：1。
4.根据权利要求1所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述厨余垃圾与所述辣椒素的质量比为80：1。
5.根据权利要求1所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，其特征在于，所述辛辣物质选用辣椒。
6.根据权利要求5所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法，其特征在于，所述辣椒为辣椒粉或辣椒油。
7.一种黑水虻的培育方法，包括如权利要求1~6任一项所述的利用黑水虻处理厨余垃圾的方法。
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