以黑水虻為核心的新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)的構(gòu)建

任立斌，楊 軍，白 圓

（蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

由于人口增長與經(jīng)濟快速發(fā)展使得人們對于優(yōu)質(zhì)生活水平的追求越來越高，導(dǎo)致餐廚垃圾的產(chǎn)量逐年增高，并且增長迅速。調(diào)查顯示2015年餐廚垃圾的年產(chǎn)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(jù)“十三五”規(guī)劃所設(shè)定的目標(biāo)，以及46個先行先試重點城市完成生活垃圾分類系統(tǒng)，都將餐廚垃圾的資源化利用作為今后的研究發(fā)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(fā)現(xiàn)，分散的小規(guī)模的厭氧發(fā)酵要比集中大規(guī)模的更具有發(fā)展前景[1]。研究人員在芝加哥部分公園進行分散式堆肥，發(fā)現(xiàn)該方式可以轉(zhuǎn)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]?，F(xiàn)在對于餐廚垃圾等有機固體廢物的處理觀念已經(jīng)從以前的統(tǒng)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(xiàn)了極大的工程應(yīng)用的潛力[3-8]。同時黑水虻也能被用于工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油，以及相關(guān)殼聚糖、抗菌肽[9-14]等生物工業(yè)產(chǎn)品的提取。

如今國內(nèi)已逐漸形成以黑水虻為主要產(chǎn)品的相關(guān)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，將黑水虻帶入到生態(tài)循環(huán)養(yǎng)殖體系中，作為分解者和養(yǎng)殖飼料而實現(xiàn)整個農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖體系的正常運轉(zhuǎn)。而餐廚垃圾作為城市居民生活的代謝產(chǎn)物，將餐廚垃圾作為產(chǎn)業(yè)原料進行回收處理就成為形成城市生態(tài)循環(huán)與和諧發(fā)展的關(guān)鍵?，F(xiàn)如今已有山東、河南和南京等城市的相關(guān)環(huán)保企業(yè)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(yè)帶來不錯的經(jīng)濟利益。

在推行垃圾分類的社會環(huán)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(dǎo)致社區(qū)餐廚垃圾分類難以推進，同時餐廚垃圾存放導(dǎo)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(yè)發(fā)展的突出問題。根據(jù)以上存在的問題，本文提出了構(gòu)建以黑水虻為核心的餐廚垃圾處理系統(tǒng)，使得餐廚垃圾所引起的相關(guān)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(tǒng)的構(gòu)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(tǒng)餐廚垃圾處理模式；其二為區(qū)域化黑水虻處理系統(tǒng)。傳統(tǒng)黑水虻處理模式主要用于處理餐廚垃圾產(chǎn)生量大和產(chǎn)生集中的地區(qū)，如食堂，中高檔餐館、小飯館聚集區(qū)和美食街等。區(qū)域化餐廚垃圾處理模式主要用于處理餐廚垃圾產(chǎn)生量小和產(chǎn)生分散的區(qū)域，如社區(qū)、居民區(qū)和風(fēng)景區(qū)等。

傳統(tǒng)黑水虻處理模式主要如圖1（a）所示，餐飲商戶每日將所產(chǎn)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(yè)，進行濾水、粉碎、除渣等一系列預(yù)處理工作，在進行厭氧發(fā)酵、堆肥、黑水虻生物轉(zhuǎn)化等工藝，對所得產(chǎn)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(qū)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(chǎn)生的餐廚垃圾進行脫水、粉碎處理，當(dāng)食物殘渣收集滿后放到收集點，由工作人員運輸?shù)街付ǖ暮谒堤幚韱卧?，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(yǎng)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(yǎng)殖基地進行成品加工銷售。

圖1 新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)模式

1.2 新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)構(gòu)成

新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)根據(jù)上述兩種模式，必須要有相應(yīng)的子系統(tǒng)給予支撐，維持整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)有4個子系統(tǒng)組成，分別為區(qū)域規(guī)劃與管理系統(tǒng)、運輸車輛調(diào)度管理系統(tǒng)、生物科技園區(qū)管理系統(tǒng)以及產(chǎn)品研發(fā)及維護系統(tǒng)。

1.2.1 區(qū)域規(guī)劃與管理系統(tǒng)

區(qū)域規(guī)劃與管理系統(tǒng)的主要職責(zé)在于對整個餐廚垃圾產(chǎn)生區(qū)域進行規(guī)劃，劃分區(qū)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(qū)域政府管理部門、環(huán)保、交通和市政部門等協(xié)商并成立工作小組，對該區(qū)域進行職責(zé)任務(wù)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(qū)域規(guī)劃與管理系統(tǒng)的具體內(nèi)容為：先調(diào)查與收集相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)以往區(qū)域內(nèi)餐廚垃圾的產(chǎn)生狀況，利用如今的GPS、GIS以及大數(shù)據(jù)等地理信息技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫。將整個城區(qū)按照居民人口密度、餐飲人流情況進行分割，對分割后的區(qū)域內(nèi)居住人口、餐廚垃圾產(chǎn)生量進行分級。根據(jù)所分等級的高低具體安排相應(yīng)的餐廚垃圾收集點和黑水虻處理單元數(shù)量，黑水虻處理單元的運行管理，區(qū)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(qū)域政府管理部門、環(huán)保、交通和市政等部門就垃圾源預(yù)處理后收集，黑水虻處理單元的構(gòu)建與運行管理，運輸車輛運輸及后續(xù)處理的相關(guān)過程進行責(zé)任劃分，形成工作小組對區(qū)域內(nèi)的新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。

1.2.2 運輸車輛調(diào)度管理系統(tǒng)

運輸車輛調(diào)度管理系統(tǒng)的主要職責(zé)在于對整個系統(tǒng)內(nèi)的車輛運行狀況，裝載狀況進行在線實時監(jiān)控，以及對車輛路線進行精確優(yōu)化，車輛優(yōu)化升級；同時對于突發(fā)狀況進行緊急車輛調(diào)度和處理。

運輸車輛調(diào)度管理系統(tǒng)的具體內(nèi)容為：運輸車輛分為兩類，一種為運輸傳統(tǒng)模式下收集來的餐廚垃圾，另一種為運輸處理單元內(nèi)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(yōu)化升級，車輛可以根據(jù)本系統(tǒng)所精確優(yōu)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(jiān)控系統(tǒng)，對載重和行駛情況進監(jiān)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(chǎn)折損。對行于突發(fā)狀況可以進行對附近車輛的緊急調(diào)動，達到快速反應(yīng)，爭取最短時間、最經(jīng)濟實惠的將問題解決。

1.2.3 生物科技園區(qū)管理系統(tǒng)

生物科技園區(qū)管理系統(tǒng)的主要職責(zé)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(chǎn)品的研發(fā)及銷售。

生物科技園區(qū)管理系統(tǒng)的具體內(nèi)容為：將所收集的餐廚垃圾經(jīng)過固液分離、篩分、粉碎等預(yù)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(xù)培養(yǎng)至化蛹和成蟲產(chǎn)卵階段，剩余的成熟幼蟲可以進行烘干制作成黑水虻產(chǎn)品進行銷售。對于收集和產(chǎn)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(chǎn)生物柴油、蛋白質(zhì)粉、抗菌素提取等生物制品的研發(fā)，蛹?xì)た梢赃M行甲殼素、殼聚糖等產(chǎn)品的提取，爭取擴大黑水虻所帶來的經(jīng)濟效益。

1.2.4 產(chǎn)品研發(fā)維護系統(tǒng)

產(chǎn)品研發(fā)維護系統(tǒng)的主要職責(zé)在于餐廚垃圾產(chǎn)生源預(yù)處理設(shè)備的研發(fā)制造，運輸車輛的改造升級，黑水虻處理單元設(shè)備的研發(fā)及維護。

產(chǎn)品研發(fā)維護系統(tǒng)的具體內(nèi)容為：對于家庭式的餐廚垃圾產(chǎn)生源，需要研發(fā)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(yǎng)殖設(shè)備，可以對回收的餐廚垃圾進行發(fā)酵處理，或是直接利用黑水虻進行處理。對于車輛設(shè)備改造升級主要在于GPS實時定位系統(tǒng)和信息發(fā)送端的建立，箱體密封除臭等設(shè)備安裝，保證了運輸車輛的良好的運輸收集環(huán)境。對于以上設(shè)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(tǒng)之間的關(guān)系

新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)以黑水虻生物轉(zhuǎn)化為核心，將餐廚垃圾從產(chǎn)生源到成為有機肥的整個過程進行規(guī)劃，按照規(guī)劃、運輸、收集處理、維護的四個基本處理步驟設(shè)置子系統(tǒng)。各個子系統(tǒng)有著明確的分工，區(qū)域規(guī)劃與管理系統(tǒng)主要在于前期規(guī)劃，收集點和處理單元的建設(shè)和后期運行管理，運輸車輛調(diào)度管理系統(tǒng)是聯(lián)系所有子系統(tǒng)之間的紐帶和橋梁、生物科技園區(qū)管理系統(tǒng)則主要以黑水虻的資源化利用為主，維持整個園區(qū)和區(qū)域內(nèi)黑水虻處理單元的黑水虻供應(yīng)正常，產(chǎn)品研發(fā)及維護系統(tǒng)主要是為整個系統(tǒng)提供技術(shù)支撐和設(shè)備保障，維護設(shè)備的正常運行，如圖3所示。

1.4 新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)的特點

傳統(tǒng)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(yè)，學(xué)校和企業(yè)食堂等較容易收集餐廚垃圾的地方，家庭所產(chǎn)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(zhì)。從而加大了生活垃圾的處理難度。本系統(tǒng)建立的思想在于，要兼顧餐廚垃圾所有的來源和產(chǎn)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(tǒng)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(zhì)，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(tǒng)的運行

本系統(tǒng)意圖將“源頭生產(chǎn)，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(diào)動群眾參與垃圾分類的積極性和責(zé)任感。傳統(tǒng)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(yè)發(fā)展的一個重要因素。新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)成立以后餐飲行業(yè)、學(xué)校和企業(yè)食堂等所產(chǎn)生的餐廚垃圾的收集數(shù)量不會有太大變化，而主要是區(qū)域內(nèi)居民所產(chǎn)生的餐廚垃圾在經(jīng)過黑水虻處理單元處理后的成熟幼蟲和蟲糞會將成為環(huán)保企業(yè)的經(jīng)濟來源之一，可以填充運輸成本的虧空。今后可以擴大區(qū)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(jié)省運輸成本的問題。

2 系統(tǒng)構(gòu)建難點

餐廚垃圾處理系統(tǒng)的構(gòu)建有諸多難點：（1）家庭處理系統(tǒng)所需設(shè)備現(xiàn)如今并不成熟完善，現(xiàn)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(fā)生管道堵塞等問題。（2）家庭所產(chǎn)生的食物殘渣在收集運往處理點時需要明確責(zé)任，其管理及相關(guān)設(shè)備維護問題要與物業(yè)公司和餐廚垃圾處理企業(yè)之間達成協(xié)商。（3）黑水虻處理餐廚垃圾仍受季節(jié)溫度等外部條件的影響，需要在出相關(guān)問題的情況下，設(shè)計相應(yīng)的解決方案。（4）區(qū)域黑水虻處理系統(tǒng)所需的設(shè)備仍需要相關(guān)研發(fā)企業(yè)的研發(fā)。（5）系統(tǒng)多需要群眾的配合和支持，如何調(diào)動群眾積極參與也是系統(tǒng)能夠形成的關(guān)鍵。

3 結(jié)論與展望

隨著餐飲等飲食行業(yè)的興起，所產(chǎn)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(nèi)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(fā)展。通過新型餐廚垃圾處理系統(tǒng)能夠?qū)^(qū)域內(nèi)的所有產(chǎn)生的餐廚垃圾進行規(guī)劃，選定處理模式然后進行相對應(yīng)的處理，能夠有效的調(diào)動居民的參與垃圾分類的積極性和責(zé)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(chǎn)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。