黑水虻生物处理餐厨垃圾与剩余污泥的效果_毛元坤.pdf

黑水虻生物处理餐厨垃圾与剩余污泥的效果毛元坤1,2，张子辰1,2，刘世奇1,2，张立秋1,2，封莉1,2*1.北京林业大学，水体污染源控制技术北京市重点实验室2.北京林业大学，污染水体源控制与生态修复技术北京市高等学校工程研究中心摘要黑水虻生物转化技术可用于餐厨垃圾或剩余污泥的处理，解决其处置和资源化难题。分别考察了餐厨垃圾与剩余污泥在不同混合比例（污泥比例分别为 0%、25%、50%、75%、100%）下作为培养底物时的处置转化情况以及黑水虻的生长和重金属富集情况。结果显示：经 15 d 处理后，不同组别餐厨垃圾和剩余污泥混合物的平均减量率为 22.66%56.16%，平均生物转化率为15.18%27.84%，且处理后有机废物的恶臭气味消失，处置效果良好。此外，剩余污泥比例低于 75%的组别都能保证黑水虻的正常生长，剩余污泥比例为 25%和 50%组别中，黑水虻的粗蛋白（21.22%、20.50%）和粗脂肪（18.91%、18.50%）含量相较于未添加剩余污泥组（40.75%、37.56%）略低，但其微量元素含量（14.24%、14.59%）相较于未添加剩余污泥组（10.02%）略高，剩余污泥比例为 0%和 25%的组别中，黑水虻的重金属生物富集系数均在阈值范围内（1）。未添加剩余污泥培养的黑水虻可用作水生生物饲料，添加剩余污泥培养的黑水虻可作为禽畜饲料添加剂使用，实现固废养殖的黑水虻的资源化利用。关键词餐厨垃圾；剩余污泥；生物转化；黑水虻；废物资源化；重金属；生物富集系数中图分类号：X705 文章编号：1674-991X（2023）02-0793-07doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220284Effect of biotreatment of kitchen waste and excess activatedsludge by black soldier flyMAO Yuankun1,2,ZHANG Zichen1,2,LIU Shiqi1,2,ZHANG Liqiu1,2,FENG Li1,2*1.Beijing Key Lab for Source Control Technology of Water Pollution,Beijing Forestry University2.Engineering Research Center for Water Pollution Source Control&Eco-remediation,Beijing Forestry UniversityAbstractKitchen waste or excess activated sludge could be disposed by the biotransformation technology of blacksoldier fly larvae(BSFL)to solve the problem of its disposal and resource utilization.The disposal and conversionof kitchen waste and excess activated sludge as culture substrate and the situations of BSFL growth and heavy metalenrichment under different feeding conditions(respectively with 0%,25%,50%,75%and 100%excess activatedsludge)were investigated.The results showed that after 15 d treatment process,the average reduction rate was22.66%-56.16%,and the average biological conversion rate was 15.18%-27.84%in different groups.Furthermore,the treated food waste and excess activated sludge exhibited better characteristics and had no foul odor,indicatingthat preferable treatment efficiency of these solid wastes could be acquired in the synchronous disposition system byBSFL.Especially,when the mass ratio of excess activated sludge in the fodder reached less than 75%,BSFL couldsurvive.The contents of crude protein(21.22%and 20.5%)and crude fat(18.91%and 18.5%)of BSFL in the 25%and 50%excess activated sludge groups were lower than that in the groups without excess sludge(40.75%and37.56%),while a higher content of trace elements of the above two groups(14.24%and 14.59%)was observed inBSFL comparing to that of the groups without excess sludge(10.02%).The enrichment coefficients of heavy metalsin 0%and 25%excess activated sludge groups were under the threshold value(1).Based on these results,theBSFL fed with food waste could be served for the feed of aquatic organisms,and the BSFL fed with excess activatedsludge could beserved as the feed of aquatic organisms,and the BSFL fed with excess activated sludge could beused as a feed additive for some poultry and livestock,thus enabling the resource utilization of BSFL cultivated withsolid wastes.收稿日期：2022-03-29基金项目：国家自然科学基金项目（41977317，42177051，52170021）作者简介：毛元坤（1997），女，硕士研究生，主要研究方向为固体废物处理处置与资源化利用，*责任作者：封莉（1972），女，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为污水处理与回用技术、污泥处理与资源化利用等，fengli_ Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月毛元坤，张子辰，刘世奇，等.黑水虻生物处理餐厨垃圾与剩余污泥的效果 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：793-799.MAO Y K,ZHANG Z C,LIU S Q,et al.Effect of biotreatment of kitchen waste and excess activated sludge by black soldier flyJ.Journal of EnvironmentalEngineering Technology，2023，13（2）：793-799.Key wordskitchen waste;excess activated sludge;bioconversion;black soldier fly larvae;utilization of waste;heavy metal;bio-concentration coefficient 近年来，随着城市化进程加快，城市餐厨垃圾和剩余污泥的产量急剧增加。据统计，我国餐厨垃圾年产量约 1.2109 t，且保持着快速增长的趋势1-2；剩余污泥（按含水率 80%计）年产量超过 3107 t3。餐厨垃圾成分复杂、含水率高且富含有机物，处理过程中容易滋生细菌且卫生条件差4。剩余污泥是由生物降解残留有机物、微生物、胞外聚合物、无机颗粒、重金属等组成的复杂物质5，其含有多种有毒有害物质，如处置不当会对生态环境造成潜在威胁6。但同时，餐厨垃圾和剩余污泥中均含有丰富的有机质，因此亟须探索餐厨垃圾及剩余污泥的处置和资源化利用途径，解决其带来的环境问题，提升环境效益和经济效益。黑水虻生物转化技术是实现固体废物资源化的有效方法。Diener 等7发现黑水虻可以降解约 70%的城市有机废物，并将其转化为稳定的生物质和肥料。相比于传统固体废物处理方法，黑水虻生物转化技术具有温室气体排放少，卫生条件好，能够生产生态饲料等诸多优势8。尹靖凯等9利用黑水虻处理餐厨垃圾，实现了74.0%的物质减量率和 33.9%的物质转化率；魏亚茹10则考察了黑水虻在不同污泥基质中的生长及资源化利用情况，显示了黑水虻生物处理技术处理剩余污泥的可行性。现有的黑水虻生物转化技术大多针对单一餐厨垃圾或剩余污泥，而将 2 种固体废物混合处理降低餐厨垃圾中油脂含量，稀释剩余污泥中有毒组分11-12，增强混合物中微生物协同效应以及增加基质中微量元素，从而提升黑水虻对剩余污泥和餐厨垃圾的处置效果，能更好地实现其资源化利用。基于此，笔者研究了餐厨垃圾和剩余污泥不同配比条件下，黑水虻生物处理技术对混合物的处置情况，评估黑水虻的生长、资源化和重金属风险，以期为该技术用于处理餐厨垃圾和剩余污泥并实现资源化利用提供参考和依据。1材料与方法 1.1试验材料用于饲喂黑水虻的剩余污泥取自北京市某城市污水处理厂，剩余污泥性质指标如表 1 所示。所用餐厨垃圾由餐饮垃圾及厨余垃圾组成，其中餐饮垃圾取自某大学食堂，厨余垃圾取自该高校家属区。餐饮垃圾和厨余垃圾性质指标如表 2 所示，餐厨垃圾通过人工筛选杂物后采用破壁机粉碎至颗粒状，于 4 冰箱冷冻保存。黑水虻虫卵购于贵州某黑水虻养殖基地，虫卵在麦麸中孵化，麦麸放置于温度为（251）、湿度为 60%5%的恒温恒湿培养箱中，孵化 6 d 后，选择生长状态良好的黑水虻幼体，分组投加物料开展试验。表 1 剩余污泥性质指标Table 1 Contents of the ingredients in excess activated sludge理化指标数值理化指标数值pH7.2Zn浓度/（mg/kg）590含水率/%82.3P浓度/（mg/kg）295灰分占比/%58.75As浓度/（mg/kg）6.84有机质占比/%23.20Pb浓度/（mg/kg）30.46无机盐占比/%18.25Cr浓度/（mg/kg）26.11Ca浓度/（mg/kg）7 531Hg浓度/（mg/kg）0.15Cu浓度/（mg/kg）145.5Cd浓度/（mg/kg）0.79 表 2 餐饮垃圾及厨余垃圾性质指标 Table 2 Contents of the ingredients in foodresidue and kitchen waste%类别含水率灰分