以黑水虻为核心的新型餐厨垃圾处理系统的构建

任立斌，杨 军，白 圆

（兰州交通大学，甘肃 兰州 730070）

由于人口增长与经济快速发展使得人们对于优质生活水平的追求越来越高，导致餐厨垃圾的产量逐年增高，并且增长迅速。调查显示2015年餐厨垃圾的年产量约为9500万t，但无害化处理效率只有8%，由此可以看出餐厨垃圾的资源化回收市场前景很大。根据“十三五”规划所设定的目标，以及46个先行先试重点城市完成生活垃圾分类系统，都将餐厨垃圾的资源化利用作为今后的研究发展方向。因此，如何将餐厨垃圾资源化利用将成为急需解决的问题之一。

餐厨垃圾直接作为动物饲料，或者填埋和焚烧都不能真正使其资源化和无害化，研究发现，分散的小规模的厌氧发酵要比集中大规模的更具有发展前景[1]。研究人员在芝加哥部分公园进行分散式堆肥，发现该方式可以转化大量餐厨垃圾，可以作为餐厨垃圾处理方式的一种补充[2]。现在对于餐厨垃圾等有机固体废物的处理观念已经从以前的统一收集处理逐步向就近处理进行改变。近年来，已有研究人员利用黑水虻处理餐厨垃圾等有机废物，展现了极大的工程应用的潜力[3-8]。同时黑水虻也能被用于工业化生产生物柴油，以及相关壳聚糖、抗菌肽[9-14]等生物工业产品的提取。

如今国内已逐渐形成以黑水虻为主要产品的相关农业产业，将黑水虻带入到生态循环养殖体系中，作为分解者和养殖饲料而实现整个农业养殖体系的正常运转。而餐厨垃圾作为城市居民生活的代谢产物，将餐厨垃圾作为产业原料进行回收处理就成为形成城市生态循环与和谐发展的关键。现如今已有山东、河南和南京等城市的相关环保企业形成以黑水虻为主的餐厨垃圾处理工艺，由于其低成本和较高价值可以为企业带来不错的经济利益。

在推行垃圾分类的社会环境背景下，部分城市将餐厨垃圾作为湿垃圾进行分类，但民众对餐厨垃圾分类积极性不高，导致社区餐厨垃圾分类难以推进，同时餐厨垃圾存放导致的蝇虫滋生和恶臭问题也困扰人们的正常生活，以及餐厨垃圾运输成本较高也成为了制约企业发展的突出问题。根据以上存在的问题，本文提出了构建以黑水虻为核心的餐厨垃圾处理系统，使得餐厨垃圾所引起的相关问题得到解决和缓解，同时为黑水虻处理餐厨垃圾提供了新的解决思路和方案。

1 新型餐厨垃圾处理系统的构建

1.1 新型餐厨垃圾处理体系

新型餐厨垃圾处理体系分为两个模式：其一为传统餐厨垃圾处理模式；其二为区域化黑水虻处理系统。传统黑水虻处理模式主要用于处理餐厨垃圾产生量大和产生集中的地区，如食堂，中高档餐馆、小饭馆聚集区和美食街等。区域化餐厨垃圾处理模式主要用于处理餐厨垃圾产生量小和产生分散的区域，如社区、居民区和风景区等。

传统黑水虻处理模式主要如图1（a）所示，餐饮商户每日将所产生的餐厨垃圾收集后，由餐厨垃圾车收集运输至回收处理企业，进行滤水、粉碎、除渣等一系列预处理工作，在进行厌氧发酵、堆肥、黑水虻生物转化等工艺，对所得产物进行进一步处理，制作成有机肥、黑水虻虫干等成品进行销售。区域化餐厨垃圾处理模式主要如图1（b）所示，每户家庭需要将所产生的餐厨垃圾进行脱水、粉碎处理，当食物残渣收集满后放到收集点，由工作人员运输到指定的黑水虻处理单元，每个黑水虻处理单元将所收集餐厨垃圾进行处理，等到黑水虻成长到成熟幼虫时，运输车辆将从黑水虻养殖基地运输新的黑水虻幼虫进行替换，并将虫粪残渣也运回养殖基地进行成品加工销售。

图1 新型餐厨垃圾处理系统模式

1.2 新型餐厨垃圾处理系统构成

新型餐厨垃圾处理系统根据上述两种模式，必须要有相应的子系统给予支撑，维持整个系统的正常运转。新型餐厨垃圾处理系统有4个子系统组成，分别为区域规划与管理系统、运输车辆调度管理系统、生物科技园区管理系统以及产品研发及维护系统。

1.2.1 区域规划与管理系统

区域规划与管理系统的主要职责在于对整个餐厨垃圾产生区域进行规划，划分区域并制定餐厨垃圾处理模式，建立餐厨垃圾收集点和黑水虻处理单元。同区域政府管理部门、环保、交通和市政部门等协商并成立工作小组，对该区域进行职责任务的划分并共同管理，如图1所示。

图2 餐厨垃圾收集点与黑水虻处理单元的运行

区域规划与管理系统的具体内容为：先调查与收集相关数据，根据以往区域内餐厨垃圾的产生状况，利用如今的GPS、GIS以及大数据等地理信息技术建立数据库。将整个城区按照居民人口密度、餐饮人流情况进行分割，对分割后的区域内居住人口、餐厨垃圾产生量进行分级。根据所分等级的高低具体安排相应的餐厨垃圾收集点和黑水虻处理单元数量，黑水虻处理单元的运行管理，区域餐厨垃圾集中化收集以及运输车辆的运输路线基本确定。再同区域政府管理部门、环保、交通和市政等部门就垃圾源预处理后收集，黑水虻处理单元的构建与运行管理，运输车辆运输及后续处理的相关过程进行责任划分，形成工作小组对区域内的新型餐厨垃圾处理系统进行统一管理。

1.2.2 运输车辆调度管理系统

运输车辆调度管理系统的主要职责在于对整个系统内的车辆运行状况，装载状况进行在线实时监控，以及对车辆路线进行精确优化，车辆优化升级；同时对于突发状况进行紧急车辆调度和处理。

运输车辆调度管理系统的具体内容为：运输车辆分为两类，一种为运输传统模式下收集来的餐厨垃圾，另一种为运输处理单元内的新黑水虻幼虫的投放和黑水虻成熟幼虫以及粪渣的回收。通过给车辆优化升级，车辆可以根据本系统所精确优化的车辆路线行驶并进行收集点的收集工作，同时对运输车辆配制实时监控系统，对载重和行驶情况进监控，避免餐厨垃圾以及黑水虻成熟幼虫的流失而造成食品安全问题以及财产折损。对行于突发状况可以进行对附近车辆的紧急调动，达到快速反应，争取最短时间、最经济实惠的将问题解决。

1.2.3 生物科技园区管理系统

生物科技园区管理系统的主要职责为对餐厨垃圾进行资源化处理，并对收集来的成熟幼虫和所有虫粪进行加工制作为商品进行销售，以及黑水虻深加工产品的研发及销售。

生物科技园区管理系统的具体内容为：将所收集的餐厨垃圾经过固液分离、筛分、粉碎等预处理步骤后，利用黑水虻进行资源化处理。同时对收集来的成熟黑水虻留下一部分作为种虫继续培养至化蛹和成虫产卵阶段，剩余的成熟幼虫可以进行烘干制作成黑水虻产品进行销售。对于收集和产生的虫粪进行再加工，使其成为有机肥进行销售。对于黑水虻的潜在利用价值进行挖掘，对于黑水虻成熟幼虫可以进行生产生物柴油、蛋白质粉、抗菌素提取等生物制品的研发，蛹壳可以进行甲壳素、壳聚糖等产品的提取，争取扩大黑水虻所带来的经济效益。

1.2.4 产品研发维护系统

产品研发维护系统的主要职责在于餐厨垃圾产生源预处理设备的研发制造，运输车辆的改造升级，黑水虻处理单元设备的研发及维护。

产品研发维护系统的具体内容为：对于家庭式的餐厨垃圾产生源，需要研发一台集沥水、油水分离、粉碎以及低温抽真空储存为一体的餐厨垃圾处理机器；同时黑水虻处理单元需要一台一体化黑水虻养殖设备，可以对回收的餐厨垃圾进行发酵处理，或是直接利用黑水虻进行处理。对于车辆设备改造升级主要在于GPS实时定位系统和信息发送端的建立，箱体密封除臭等设备安装，保证了运输车辆的良好的运输收集环境。对于以上设备的维护和改造升级，并定期进行安全检查等工作。

1.3 各子系统之间的关系

新型餐厨垃圾处理系统以黑水虻生物转化为核心，将餐厨垃圾从产生源到成为有机肥的整个过程进行规划，按照规划、运输、收集处理、维护的四个基本处理步骤设置子系统。各个子系统有着明确的分工，区域规划与管理系统主要在于前期规划，收集点和处理单元的建设和后期运行管理，运输车辆调度管理系统是联系所有子系统之间的纽带和桥梁、生物科技园区管理系统则主要以黑水虻的资源化利用为主，维持整个园区和区域内黑水虻处理单元的黑水虻供应正常，产品研发及维护系统主要是为整个系统提供技术支撑和设备保障，维护设备的正常运行，如图3所示。

1.4 新型餐厨垃圾处理系统的特点

传统餐厨垃圾处理收集只能针对一些较为容易收集的餐饮企业，学校和企业食堂等较容易收集餐厨垃圾的地方，家庭所产生的餐厨垃圾由于其难以聚集而被回收资源化，使得餐厨垃圾很大程度地改变了生活垃圾的理化性质。从而加大了生活垃圾的处理难度。本系统建立的思想在于，要兼顾餐厨垃圾所有的来源和产生方式，将以前难以收集的家庭餐厨垃圾得到有效地收集处理，增大了原有传统方式处理所收集的餐厨垃圾，同时将餐厨垃圾从生活垃圾中分离出来，改变了生活垃圾的理化性质，减轻了生活垃圾的回收的难度。

图3 新型餐厨垃圾处理系统的运行

本系统意图将“源头生产，源头治理”的理念带入到餐厨垃圾的回收利用中来。这样不仅能将以前未能收集利用到的餐厨垃圾即时进行资源化和无害化处理，使得居民不再受臭味和蝇虫的困扰；而且还能调动群众参与垃圾分类的积极性和责任感。传统利用黑水虻处理餐厨垃圾的运输成本居高不下是制约企业发展的一个重要因素。新型餐厨垃圾处理系统成立以后餐饮行业、学校和企业食堂等所产生的餐厨垃圾的收集数量不会有太大变化，而主要是区域内居民所产生的餐厨垃圾在经过黑水虻处理单元处理后的成熟幼虫和虫粪会将成为环保企业的经济来源之一，可以填充运输成本的亏空。今后可以扩大区域黑水虻处理单元的处理能力，逐渐减少运输车辆的运输距离达到节省运输成本的问题。

2 系统构建难点

餐厨垃圾处理系统的构建有诸多难点：（1）家庭处理系统所需设备现如今并不成熟完善，现有的餐厨垃圾处理器只是将餐厨垃圾进行粉碎后直接排入下水管道中，长久会发生管道堵塞等问题。（2）家庭所产生的食物残渣在收集运往处理点时需要明确责任，其管理及相关设备维护问题要与物业公司和餐厨垃圾处理企业之间达成协商。（3）黑水虻处理餐厨垃圾仍受季节温度等外部条件的影响，需要在出相关问题的情况下，设计相应的解决方案。（4）区域黑水虻处理系统所需的设备仍需要相关研发企业的研发。（5）系统多需要群众的配合和支持，如何调动群众积极参与也是系统能够形成的关键。

3 结论与展望

随着餐饮等饮食行业的兴起，所产生的餐厨垃圾也日益剧增。为了保证人们的饮食不受餐厨垃圾所带来的危害，同时使得餐厨垃圾内的资源得到充分利用，就必须在餐厨垃圾资源化方面有所发展。通过新型餐厨垃圾处理系统能够将区域内的所有产生的餐厨垃圾进行规划，选定处理模式然后进行相对应的处理，能够有效的调动居民的参与垃圾分类的积极性和责任感。将餐厨垃圾从生活垃圾中分离出来，这样不仅易于减轻其他生活垃圾的收集处理，同时不会再有蝇虫滋生和恶臭的产生；而且有利于简化垃圾分类，推行更加成熟的垃圾处理方式。