黑水虻生物处置餐厨废弃物的技术可行性分析

安新城

(广东省昆虫研究所，广东 广州　510260)

黑水虻生物处置餐厨废弃物的技术可行性分析

安新城

(广东省昆虫研究所，广东 广州510260)

【摘要】黑水虻Hermetia illucens是为数不多的几种能够取食餐厨垃圾的动物之一，近几年日益受到国际国内研究者的关注，并在城市固体有机废弃物处置领域中被寄予厚望，本文从技术原理、市场需求、养殖模式、盈利能力、市场前景等角度对黑水虻处置餐厨垃圾的技术应用进行了全方位分析。研究认为黑水虻的生物转化技术可能是解决我国餐厨垃圾末端处置困境的最终方案，并可带动中国昆虫产业的快速发展。

【关键词】黑水虻；餐厨废弃物；生物转化

中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨，按干物质500万吨计算，相当于1000万亩耕地的能量产出[1]。大中城市餐厨垃圾产量惊人，仅广州市每天的餐厨垃圾产量就可达4000～5000吨，占生活垃圾的23.5%～29.4%[2]，由于中国的餐厨垃圾所具有的高含水率、高盐、杂质多、成份复杂多变、易酸化等特性，使得当前主流的技术体系很难用单一的方法进行处理，综合多种技术进行处理的模式，亦存在设备投入大、工艺复杂、处理工序多、成本高昂而产出附加值低的问题[3，4]，目前国内外常用的餐厨垃圾处理技术如焚烧、卫生填埋、生态饲料、厌氧消化、好氧堆肥和蚯蚓堆肥等，通常存在着资源化利用效率低、处理不彻底、经济效益不够理想的缺陷，因此迫切需要开发出适合中国国情、环保安全、资源化利用率高的生物处置方法[5]，在这种背景下，黑水虻生物转化技术的优势就显得格外突出，在国内外都受到了广泛关注。

本文从产业化角度，分析黑水虻生物转化技术的市场潜力和优缺点，旨在为关注该技术的研发人员、潜在用户以及投资者提供基础参考数据。

1技术原理的优势

由于烹调、饮食习惯等的不同，中国的餐厨垃圾不仅数量惊人、且营养丰富，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、微量元素等各类营养物质含量较高，近来随着居民生活水平的提高，鱼、肉、蛋、奶等高蛋白食材的含量呈普遍上升的趋势，但是，由于混入了无机物杂质、滋生病菌、油脂酸败、易腐且成份复杂多变等特性，使得餐厨垃圾营养元素的利用变得十分困难且成本高昂，在此背景下，衍生出三个技术方向：

(1)以无害化为导向的微生物降解法

以厌氧产沼、好氧堆肥等技术作为代表，微生物降解法一直占据着国际国内有机废弃物处置领域的主流市场，此种方法的好处是处理技术成熟、处理量大、服务和市场都很完善，但是缺点也非常明显，首先是处理不彻底，沼液、沼渣、处理残留占据很大比例，存在后续处置和二次污染风险；其次，产出的沼气、有机肥没有市场竞争力，大多数情况下只能自用或低价处理，处置企业大多只能依赖于政府补贴生存，大量事实证明，这种模式不担无法实现治污功能，还让地方财政背上沉重负担，因此目前在市场上受到普遍质疑[6，7]。

(2)以资源化为导向的饲料化方法

通过高温、干燥或发酵等工艺，将餐厨垃圾消除病菌后制成饲料原料，可以最大程度地保留原有的营养物质，资源化属性明显，并且这种方法在日本得到大力推行，但是问题同样存在，先不提这种高能耗的方法是否经济，同源性污染的风险就足以对餐厨垃圾饲料化利用的合法性提出严峻挑战，已经有大量证据显示，成份复杂的餐厨垃圾直接用作饲料的确存在同源性污染的风险，特别是使用餐厨饲料化产品喂养反刍类动物[8]，同时，农业部也未将任何餐厨垃圾饲料化产品列入最新公布的《饲料原料目录》，说明将餐厨垃圾作为饲料原料至少在目前仍然是非法的。

(3)以资源化为导向的生物转化方法

通过食物链方法，将餐厨垃圾转化为其他生物种类的营养物质，不仅成本经济，而且有效杜绝了同源性污染的问题，在这种思路引导下，先后发展出利用蚯蚓、蝇类、黑水虻、黄粉虫等处置餐厨垃圾的技术路线[9-11]，其中黑水虻(Hermetia illucens)的生物学特性表现得尤其突出，不仅能够取食新鲜的餐厨垃圾，而且食谱宽、取食量大、发育周期适中、容易饲养、幼虫营养价值全面、生态安全性高、抗逆性强、对油盐不敏感等，使其成为餐厨垃圾处置领域唯一具备产业化前景的生物种类，国际国内近十年间的研究较多，文献和专利都以两位数增长，也有多家企业进行了生产性尝试。

2产业化潜力分析

(1)原料规模及易获得性

黑水虻的营养门槛较低(蛋白含量>8%)且食谱极广，因此可用于饲养的原料包括餐厨垃圾、屠宰废弃物、养殖废弃物(猪粪、鸡粪、牛粪等)、农贸市场废弃物、过期食品、食品加工下脚料等绝大多数含氮较高的有机废弃物，原料的规模庞大和易获得性，能够预期其产业规模能够在短期内迅速放大，从而使得市场的培育时间缩短，快速激活相关的产品研发及服务市场，为产业的成长性提供较好的保障条件。

(2)黑水虻饲养过程的集约化和标准化

黑水虻的大规模人工饲养依赖于集约化的管理模式，以及相配套的能够标准化的工艺和设备，虽然目前尚没有大规模集成的案例出现，但从原理上来说，其标准化工艺并无原则上技术瓶颈，最终实现只是时间问题。

(3)应用市场的多元化

任何一个产业的发展都应符合供求关系的规律，在目标市场有限、容易出现产能过剩的领域，投资就会变得非常谨慎。黑水虻的大规模饲养，为市场提供了大宗廉价而营养丰富的动物性产品(昆虫蛋白、昆虫油脂等)，作为一种基础性原料，能够被广泛应用于饲料生产、生态养殖、营养保健、医药及工业领域，其对应的终端产品极其多样，行业属性也差异明显，因此具备了良好的市场缓冲能力，其潜在能够开发的市场空间也十分可观，因此在可预见的未来，其产业的成长性都不会受到明显的阻碍。

(4)低成本

饲料原料供应的稳定性及易获得性，使得任何一个大型养殖项目都能够在较低的成本状态下运行，而相对于其他养殖品种而言(蚯蚓和黄粉虫的养殖周期为4-5个月)，黑水虻的养殖周期短至32天，作为餐厨垃圾处置的幼虫生长期仅为7-10天，因此相对应的场地、设施、人工、资金周转等成本亦大幅降低，而投资规模小、资金周转快和高盈利则意味着资本周期短和风险低，对于一个新兴的产业而言，能够在早期就获得资本的亲睐无疑是有利的，至少为产业化的快速推广奠定了一个良好的基础。

餐厨垃圾处置企业是否具备清晰的盈利模式，对于行业的可持续发展有举足轻重的意义，事实证明，既使有政策的大力倡导，缺乏盈利能力的行业也难以从市场吸引到优质的资源(特别是共性资源，如资金和土地)，而优质资源的流向实际上已经决定了行业的发展最终是走向繁荣还是衰落。

3市场潜力分析

(1)餐厨垃圾处置领域的强力需求

如果说黑水虻作为一种全新的动物源蛋白，在众多的市场领域还需要有一个认可和接受的过程，这种市场兼容性的不足毫无疑问会被环保市场的紧迫需求所抵消。餐厨垃圾的未端处置市场已经由于政策的催促而开始呈现出非理性投资的现象，广东省未来一年内，就有中山、珠海、东莞、广州都地的多个200吨/日的餐厨垃圾厌氧产沼发电项目启动，虽然地方政府明知该技术路线存在诸多弊端，但也只能饮鸠止渴，暂时缓解燃眉之急，因此黑水虻的生物转化技术在此时的成熟和推广，对于有机固废的处置可谓雪中送炭，存在爆发性增长的可能性。

(2)生态养殖市场的迫切需求

饲料行业唯一的大宗动物源蛋白来自于鱼粉，优质鱼粉大多来自于秘鲁的进口鱼粉(我国每年进口鱼粉约200-300万吨)，但是随着饲料行业的发展，单一的鱼粉配方饲料已经难以满足多样化的养殖需求，特别是动物免疫力下降的普遍性，迫切需要营养价值之外的功能性添加剂，而作为鲜活饵料，黑水虻幼虫除了满足动物的营养需要外，还能提供包括多种微生素、抗菌肽、丰富的脂肪酸、有机酸、功能性酶等复杂的功能性成份[12]，这种优势，特别表现在水产养殖的育苗领域，另外，对于多种以食肉为主的高端养殖品种，黑水虻幼虫以其低廉的价格、鲜活的特性和就地生产的便利性，在石蛙、金鲳、笋壳鱼、甲鱼、南美白对虾等领域已经显现出不可替代的优势。

(3)扶贫项目的需求

政府下定决心要在2020年的中国土地上消灭贫困，这是一个充满理想主义的宏大政治目标，但是资源的堆积并不能必然导致这个目标的实现，在未来两年内各地迫切需要大量具有扶贫“资质”的项目，这种扶贫项目“资质”表现在投资小、见效快、易执行、好推广的特性，而利用餐厨垃圾作为原料饲养黑水虻的项目，就能够很好地符合上述特性，并且可满足多样性的地理差异、气候条件和风俗习惯，预计在中国的扶贫攻坚工程中将发挥不可忽视的力量。

4结语

中国人的饮食习惯决定了餐厨垃圾的产生和处置将是一个长期存在的问题，多组份、高盐多油、时空差异大的特异性，亦迫切需要开发出具有中国特色的餐厨垃圾处置方法，而源自南美热带草原的黑水虻，在中国大陆已经栖居了近一个世纪，随着中国环保产业蓬勃发展在即，黑水虻生物转化固体有机废弃物的技术也日渐成熟，在陕西渭南县、江苏盐城市、浙江嘉庆市、广东平远县等地都有企业从事黑水虻处置餐厨垃圾的生产案例，本文笔者亦参与了多个黑水虻养殖场的筹建，其中2015年建成的、位于广东省惠东县铁涌镇的黑水虻养殖场当年产量就突破了1.3吨/天，平均日处理餐厨垃圾7.8吨，初步达到了规模化效应。2014年6月在湖北武汉召开的“第二届食用昆虫与微生物转化废弃物及资源化利用研讨会”上黑水虻的产业化备受关注，会议者预期中国的昆虫产业将在未来十年内以惊人的速度增长，结合当前的创新趋势，集环保低碳、循环农业、生物技术、可持续发展等理念于一身的黑水虻生物转化有机废弃物技术将在本世纪开启一片崭新而广阔的蓝海。

参考文献：

[1]新华网.餐厨垃圾：危险而宝贵的资源[EB/OL].http：//www.nx.xinhuanet.com/200408/2009-01/07/content_15385033.htm.(2009-01-07)[2016-3-14].

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[12]Finke MD.Complete nutrient content of four species of feeder insects[J].Zoo Biology，2013，32：27-36.

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

作者简介：安新城，博士，副研究员，主要从事资源昆虫的应用研究

中图分类号：X21

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2016)03-0092-03

项目资助：广东省科技计划项目(2013A061402006)(2014B020216007)；广州市科技计划项目(201508020108)

引用文献格式：安新城.黑水虻生物处置餐厨废弃物的技术可行性分析[J].环境与可持续发展，2016，41(3)：92-94.