利用农作物废弃物作为饲料生产黄粉虫和其虫粪制备生物炭去除重金属

杨珊珊，陈以頔，张 叶，周慧敏，计昕瑀，何 蕾，邢德峰，任南琪，贺诗欣，吴唯民

（1. 哈尔滨工业大学环境学院，城市水资源与水环境国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150090；2.斯坦福大学环境工程与科学系，美国 CA 94305）

译者： 杨珊珊；审查： 吴唯民；单位： 哈尔滨工业大学

1 研究亮点

*黄粉虫（Tenebrio molitor） 幼虫可以小麦秸秆、稻草、稻米糠、玉米秸秆和稻米壳为食；

*原料的生物降解性顺序为稻草＞稻米糠＞玉米秸秆＞小麦秸秆＞稻米壳，稻草、稻米糠和玉米秸秆可作为黄粉虫的补充饲料；

*以稻草为食的黄粉虫虫粪制作的生物炭对所有测试的金属离子均有最佳的吸附能力；

*该生物炭吸附重金属机制包括静电作用、π-π 相互作用、官能团、氢键、离子交换与络合。

2 背景

我国农作物废弃物约20%在田间直接焚烧，对生态环境造成严重负担，且由于其中木质纤维素含量高且消化率低，不易作为动物饲料，亦难降解。黄粉虫属于鞘翅目拟步行科粉甲属的昆虫，本研究以常规饲料麦麸作为对照，用5 种农作物废弃物饲喂黄粉虫，比较原料消耗量及生物降解程度，然后用虫粪制备生物炭，进行重金属的吸附性能试验并研究吸附机理。

3 研究方法

将黄粉虫（初始虫龄为6～7 龄，60～70 mg/条） 分为6 个取食组，分别饲喂5 种农作物废弃物（稻草、稻米壳、稻米糠、小麦秸秆和玉米秸秆） 与麦麸。用以上6 种原料和各自产生的虫粪进行热裂解处理（600 ℃，90 min） 制备生物炭备用。采用Pb（II）、Cd（II）、Cu（II）、Zn（II）和Cr（VI）的水溶液进行批次吸附试验。

4 主要研究结果

黄粉虫可以5 种测试的农作物废弃物为食。在32 d 的周期内，农作物废弃物可单独或与常规饲料麦麸一同饲喂。黄粉虫喜食稻草和玉米秸秆，除对照组麦麸以外，原料的降解量由高到低为稻草＞稻米糠＞玉米秸秆＞小麦秸秆＞稻米壳。虫粪生物炭对重金属的吸附能力优于以原农作物废弃物制备的生物炭。以稻草虫粪为原料制成的生物炭对所有被测金属离子均具有最佳的吸附性能，其对重金属的吸附等温线符合Langmuir 模型，符合准二级反应动力学模型，吸附过程可用颗粒内扩散模型描述。Pb（II）、Cd（II）、Cu（II）、Zn（II）和Cr（VI）的吸附机制包括静电作用、π-π 相互作用、官能团、氢键、离子交换、静电外层络合和共沉淀/内层络合。此外，Cr（VI）在去除过程中会被生物炭提供的电子供体还原。

5 结论与展望

结果表明农作物废弃物可作为黄粉虫的补充饲料，并证实了虫粪作为原料制备生物炭的创新清洁生产方法的可行性。此方法有助于对黄粉虫进行无废物化养殖，是降低农作物废弃物处理成本，进一步实现其商业化利用的简单有效的途径。制备的虫粪生物炭有望成为改良土壤的优质生物吸附剂，应用于碳封存、改善堆肥质量等。