以黑水虻為核心的新型餐廚垃圾處理系統的構建

任立斌，楊 軍，白 圓

（蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070）

由于人口增長與經濟快速發展使得人們對于優質生活水平的追求越來越高，導致餐廚垃圾的產量逐年增高，并且增長迅速。調查顯示2015年餐廚垃圾的年產量約為9500萬t，但無害化處理效率只有8%，由此可以看出餐廚垃圾的資源化回收市場前景很大。根據“十三五”規劃所設定的目標，以及46個先行先試重點城市完成生活垃圾分類系統，都將餐廚垃圾的資源化利用作為今后的研究發展方向。因此，如何將餐廚垃圾資源化利用將成為急需解決的問題之一。

餐廚垃圾直接作為動物飼料，或者填埋和焚燒都不能真正使其資源化和無害化，研究發現，分散的小規模的厭氧發酵要比集中大規模的更具有發展前景[1]。研究人員在芝加哥部分公園進行分散式堆肥，發現該方式可以轉化大量餐廚垃圾，可以作為餐廚垃圾處理方式的一種補充[2]。現在對于餐廚垃圾等有機固體廢物的處理觀念已經從以前的統一收集處理逐步向就近處理進行改變。近年來，已有研究人員利用黑水虻處理餐廚垃圾等有機廢物，展現了極大的工程應用的潛力[3-8]。同時黑水虻也能被用于工業化生產生物柴油，以及相關殼聚糖、抗菌肽[9-14]等生物工業產品的提取。

如今國內已逐漸形成以黑水虻為主要產品的相關農業產業，將黑水虻帶入到生態循環養殖體系中，作為分解者和養殖飼料而實現整個農業養殖體系的正常運轉。而餐廚垃圾作為城市居民生活的代謝產物，將餐廚垃圾作為產業原料進行回收處理就成為形成城市生態循環與和諧發展的關鍵。現如今已有山東、河南和南京等城市的相關環保企業形成以黑水虻為主的餐廚垃圾處理工藝，由于其低成本和較高價值可以為企業帶來不錯的經濟利益。

在推行垃圾分類的社會環境背景下，部分城市將餐廚垃圾作為濕垃圾進行分類，但民眾對餐廚垃圾分類積極性不高，導致社區餐廚垃圾分類難以推進，同時餐廚垃圾存放導致的蠅蟲滋生和惡臭問題也困擾人們的正常生活，以及餐廚垃圾運輸成本較高也成為了制約企業發展的突出問題。根據以上存在的問題，本文提出了構建以黑水虻為核心的餐廚垃圾處理系統，使得餐廚垃圾所引起的相關問題得到解決和緩解，同時為黑水虻處理餐廚垃圾提供了新的解決思路和方案。

1 新型餐廚垃圾處理系統的構建

1.1 新型餐廚垃圾處理體系

新型餐廚垃圾處理體系分為兩個模式：其一為傳統餐廚垃圾處理模式；其二為區域化黑水虻處理系統。傳統黑水虻處理模式主要用于處理餐廚垃圾產生量大和產生集中的地區，如食堂，中高檔餐館、小飯館聚集區和美食街等。區域化餐廚垃圾處理模式主要用于處理餐廚垃圾產生量小和產生分散的區域，如社區、居民區和風景區等。

傳統黑水虻處理模式主要如圖1（a）所示，餐飲商戶每日將所產生的餐廚垃圾收集后，由餐廚垃圾車收集運輸至回收處理企業，進行濾水、粉碎、除渣等一系列預處理工作，在進行厭氧發酵、堆肥、黑水虻生物轉化等工藝，對所得產物進行進一步處理，制作成有機肥、黑水虻蟲干等成品進行銷售。區域化餐廚垃圾處理模式主要如圖1（b）所示，每戶家庭需要將所產生的餐廚垃圾進行脫水、粉碎處理，當食物殘渣收集滿后放到收集點，由工作人員運輸到指定的黑水虻處理單元，每個黑水虻處理單元將所收集餐廚垃圾進行處理，等到黑水虻成長到成熟幼蟲時，運輸車輛將從黑水虻養殖基地運輸新的黑水虻幼蟲進行替換，并將蟲糞殘渣也運回養殖基地進行成品加工銷售。

圖1 新型餐廚垃圾處理系統模式

1.2 新型餐廚垃圾處理系統構成

新型餐廚垃圾處理系統根據上述兩種模式，必須要有相應的子系統給予支撐，維持整個系統的正常運轉。新型餐廚垃圾處理系統有4個子系統組成，分別為區域規劃與管理系統、運輸車輛調度管理系統、生物科技園區管理系統以及產品研發及維護系統。

1.2.1 區域規劃與管理系統

區域規劃與管理系統的主要職責在于對整個餐廚垃圾產生區域進行規劃，劃分區域并制定餐廚垃圾處理模式，建立餐廚垃圾收集點和黑水虻處理單元。同區域政府管理部門、環保、交通和市政部門等協商并成立工作小組，對該區域進行職責任務的劃分并共同管理，如圖1所示。

圖2 餐廚垃圾收集點與黑水虻處理單元的運行

區域規劃與管理系統的具體內容為：先調查與收集相關數據，根據以往區域內餐廚垃圾的產生狀況，利用如今的GPS、GIS以及大數據等地理信息技術建立數據庫。將整個城區按照居民人口密度、餐飲人流情況進行分割，對分割后的區域內居住人口、餐廚垃圾產生量進行分級。根據所分等級的高低具體安排相應的餐廚垃圾收集點和黑水虻處理單元數量，黑水虻處理單元的運行管理，區域餐廚垃圾集中化收集以及運輸車輛的運輸路線基本確定。再同區域政府管理部門、環保、交通和市政等部門就垃圾源預處理后收集，黑水虻處理單元的構建與運行管理，運輸車輛運輸及后續處理的相關過程進行責任劃分，形成工作小組對區域內的新型餐廚垃圾處理系統進行統一管理。

1.2.2 運輸車輛調度管理系統

運輸車輛調度管理系統的主要職責在于對整個系統內的車輛運行狀況，裝載狀況進行在線實時監控，以及對車輛路線進行精確優化，車輛優化升級；同時對于突發狀況進行緊急車輛調度和處理。

運輸車輛調度管理系統的具體內容為：運輸車輛分為兩類，一種為運輸傳統模式下收集來的餐廚垃圾，另一種為運輸處理單元內的新黑水虻幼蟲的投放和黑水虻成熟幼蟲以及糞渣的回收。通過給車輛優化升級，車輛可以根據本系統所精確優化的車輛路線行駛并進行收集點的收集工作，同時對運輸車輛配制實時監控系統，對載重和行駛情況進監控，避免餐廚垃圾以及黑水虻成熟幼蟲的流失而造成食品安全問題以及財產折損。對行于突發狀況可以進行對附近車輛的緊急調動，達到快速反應，爭取最短時間、最經濟實惠的將問題解決。

1.2.3 生物科技園區管理系統

生物科技園區管理系統的主要職責為對餐廚垃圾進行資源化處理，并對收集來的成熟幼蟲和所有蟲糞進行加工制作為商品進行銷售，以及黑水虻深加工產品的研發及銷售。

生物科技園區管理系統的具體內容為：將所收集的餐廚垃圾經過固液分離、篩分、粉碎等預處理步驟后，利用黑水虻進行資源化處理。同時對收集來的成熟黑水虻留下一部分作為種蟲繼續培養至化蛹和成蟲產卵階段，剩余的成熟幼蟲可以進行烘干制作成黑水虻產品進行銷售。對于收集和產生的蟲糞進行再加工，使其成為有機肥進行銷售。對于黑水虻的潛在利用價值進行挖掘，對于黑水虻成熟幼蟲可以進行生產生物柴油、蛋白質粉、抗菌素提取等生物制品的研發，蛹殼可以進行甲殼素、殼聚糖等產品的提取，爭取擴大黑水虻所帶來的經濟效益。

1.2.4 產品研發維護系統

產品研發維護系統的主要職責在于餐廚垃圾產生源預處理設備的研發制造，運輸車輛的改造升級，黑水虻處理單元設備的研發及維護。

產品研發維護系統的具體內容為：對于家庭式的餐廚垃圾產生源，需要研發一臺集瀝水、油水分離、粉碎以及低溫抽真空儲存為一體的餐廚垃圾處理機器；同時黑水虻處理單元需要一臺一體化黑水虻養殖設備，可以對回收的餐廚垃圾進行發酵處理，或是直接利用黑水虻進行處理。對于車輛設備改造升級主要在于GPS實時定位系統和信息發送端的建立，箱體密封除臭等設備安裝，保證了運輸車輛的良好的運輸收集環境。對于以上設備的維護和改造升級，并定期進行安全檢查等工作。

1.3 各子系統之間的關系

新型餐廚垃圾處理系統以黑水虻生物轉化為核心，將餐廚垃圾從產生源到成為有機肥的整個過程進行規劃，按照規劃、運輸、收集處理、維護的四個基本處理步驟設置子系統。各個子系統有著明確的分工，區域規劃與管理系統主要在于前期規劃，收集點和處理單元的建設和后期運行管理，運輸車輛調度管理系統是聯系所有子系統之間的紐帶和橋梁、生物科技園區管理系統則主要以黑水虻的資源化利用為主，維持整個園區和區域內黑水虻處理單元的黑水虻供應正常，產品研發及維護系統主要是為整個系統提供技術支撐和設備保障，維護設備的正常運行，如圖3所示。

1.4 新型餐廚垃圾處理系統的特點

傳統餐廚垃圾處理收集只能針對一些較為容易收集的餐飲企業，學校和企業食堂等較容易收集餐廚垃圾的地方，家庭所產生的餐廚垃圾由于其難以聚集而被回收資源化，使得餐廚垃圾很大程度地改變了生活垃圾的理化性質。從而加大了生活垃圾的處理難度。本系統建立的思想在于，要兼顧餐廚垃圾所有的來源和產生方式，將以前難以收集的家庭餐廚垃圾得到有效地收集處理，增大了原有傳統方式處理所收集的餐廚垃圾，同時將餐廚垃圾從生活垃圾中分離出來，改變了生活垃圾的理化性質，減輕了生活垃圾的回收的難度。

圖3 新型餐廚垃圾處理系統的運行

本系統意圖將“源頭生產，源頭治理”的理念帶入到餐廚垃圾的回收利用中來。這樣不僅能將以前未能收集利用到的餐廚垃圾即時進行資源化和無害化處理，使得居民不再受臭味和蠅蟲的困擾；而且還能調動群眾參與垃圾分類的積極性和責任感。傳統利用黑水虻處理餐廚垃圾的運輸成本居高不下是制約企業發展的一個重要因素。新型餐廚垃圾處理系統成立以后餐飲行業、學校和企業食堂等所產生的餐廚垃圾的收集數量不會有太大變化，而主要是區域內居民所產生的餐廚垃圾在經過黑水虻處理單元處理后的成熟幼蟲和蟲糞會將成為環保企業的經濟來源之一，可以填充運輸成本的虧空。今后可以擴大區域黑水虻處理單元的處理能力，逐漸減少運輸車輛的運輸距離達到節省運輸成本的問題。

2 系統構建難點

餐廚垃圾處理系統的構建有諸多難點：（1）家庭處理系統所需設備現如今并不成熟完善，現有的餐廚垃圾處理器只是將餐廚垃圾進行粉碎后直接排入下水管道中，長久會發生管道堵塞等問題。（2）家庭所產生的食物殘渣在收集運往處理點時需要明確責任，其管理及相關設備維護問題要與物業公司和餐廚垃圾處理企業之間達成協商。（3）黑水虻處理餐廚垃圾仍受季節溫度等外部條件的影響，需要在出相關問題的情況下，設計相應的解決方案。（4）區域黑水虻處理系統所需的設備仍需要相關研發企業的研發。（5）系統多需要群眾的配合和支持，如何調動群眾積極參與也是系統能夠形成的關鍵。

3 結論與展望

隨著餐飲等飲食行業的興起，所產生的餐廚垃圾也日益劇增。為了保證人們的飲食不受餐廚垃圾所帶來的危害，同時使得餐廚垃圾內的資源得到充分利用，就必須在餐廚垃圾資源化方面有所發展。通過新型餐廚垃圾處理系統能夠將區域內的所有產生的餐廚垃圾進行規劃，選定處理模式然后進行相對應的處理，能夠有效的調動居民的參與垃圾分類的積極性和責任感。將餐廚垃圾從生活垃圾中分離出來，這樣不僅易于減輕其他生活垃圾的收集處理，同時不會再有蠅蟲滋生和惡臭的產生；而且有利于簡化垃圾分類，推行更加成熟的垃圾處理方式。