畜禽糞便與蠅蛆分離方法研究現(xiàn)狀及展望

周 昕， 蔡 靜

（1. 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，浙江 杭州 310021；2. 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品科學(xué)研究所，浙江 杭州 310021）

0 引言

隨著我國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，其引發(fā)的環(huán)境污染問題也越發(fā)得到社會廣大關(guān)注[1-5]。畜禽糞便直排入水不僅污染環(huán)境，還可能造成河道內(nèi)的水生植物瘋長問題，而糞便入田時也會造成重金屬污染問題[6-10]。根據(jù)2010 年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國畜禽糞便生產(chǎn)總量已經(jīng)超過 20 億t[11-13]。因此，如何在不影響環(huán)境條件下，解決畜禽糞便處理問題是目前畜禽養(yǎng)殖戶面臨的重大難題。

蠅蛆具有豐富的營養(yǎng)價值，比一般魚粉的蛋白質(zhì)含量高，而且氨基酸含量豐富，可以為畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖提供蛋白飼料[14-16]。利用畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆不僅可以解決規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖造成的環(huán)境污染問題，還可以將養(yǎng)殖的蠅蛆加工成蛋白飼料，反哺畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，形成一個養(yǎng)殖良性循環(huán)[17-18]。

國內(nèi)學(xué)者對畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆進行了深入研究，指出利用蠅蛆處理廢棄物擁有巨大的經(jīng)濟價值和應(yīng)用前景[19-21]。HUSSEIN M 等[22]針對蠅蛆的飼料營養(yǎng)價值也進行了深入分析。

蠅蛆養(yǎng)殖不僅可以解決我國畜禽糞便處理所面臨的環(huán)境污染問題，還可以提供高品質(zhì)的蛋白飼料，解決畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨的蛋白飼料短缺的問題，同時畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆后處理過的糞便廢棄物可以還田，滿足田間農(nóng)作物的生長需求，降低畜禽糞便直接入田時產(chǎn)生重金屬污染的風(fēng)險，對我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

如何將畜禽糞便和養(yǎng)殖成熟期的蠅蛆分離是目前亟待解決的難題。針對不同的分離方式，本文分析畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆存在的分離問題，提出未來解決此問題的方向。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外對畜禽糞便和蠅蛆混合物分離的方式大致可分為人工分離和自動分離兩種。人工分離可分為水分離法、土分離法及網(wǎng)篩分離法；自動分離法可分為非機械式分離法、類機械式分離法及機械式分離法[23]。

1.1 人工分離法

1.1.1 水分離法

根據(jù)畜禽糞便和蠅蛆兩者都能夠共存于水中的特點，將其混合物都倒入水中并不斷攪拌，由于畜禽糞便和蠅蛆的自身密度不同，經(jīng)過攪拌，在離心力的作用下，蠅蛆漂浮于水面，利用網(wǎng)篩可以將浮于水面的蠅蛆撈出，實現(xiàn)兩者的分離。

為了溶解、攪拌、分離畜禽糞便和蠅蛆的混合物，該分離方法需要大量的水，而且溶解后的廢水若不經(jīng)過處理就排放到周圍環(huán)境中，會繼續(xù)造成環(huán)境污染。

1.1.2 土分離法

將畜禽糞便和蠅蛆混合物分層鋪開，利用蠅蛆自身的避光性特點，采用強光照射畜禽糞便和蠅蛆的混合物，為避開光照，蠅蛆通過自身蠕動鉆入下層鋪設(shè)的混合物中。此時，將上層剩余的畜禽糞便進行人工去除即可，重復(fù)此類操作，直至到最后一層，蠅蛆即可暴露出來。該分離方法可以將98%～99%的蠅蛆分離出來，分離成功率較高，但由于蠅蛆蠕動速度慢，分離方法操作耗時較長，效率較低。

1.1.3 網(wǎng)篩分離法

利用蠅蛆自身的鉆孔和蠕動特點，先將畜禽糞便和蠅蛆混合物倒在篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)下方放置一個收納容器，可利用自然光或者強光照射到篩網(wǎng)上，混合物中的蠅蛆由于其自身避光性，就會向下鉆孔，而篩網(wǎng)正好有網(wǎng)孔，蠅蛆可以通過蠕動從網(wǎng)孔中鉆到篩網(wǎng)下方的收納容器中。網(wǎng)篩分離法僅僅依靠蠅蛆自身蠕動并鉆孔，最后進入收納容器中，速度非常緩慢，耗時長，難以在規(guī)?；B(yǎng)殖中應(yīng)用此法。

1.2 自動分離法

1.2.1 非機械式分離方法

非機械式分離方法主要依賴于蠅蛆自身的生物學(xué)特性，如避光性、偏愛干燥環(huán)境、低溫時不發(fā)生蠕動等[24]。

（1）盆式分離法。

利用蠅蛆在生長過程中偏愛干燥環(huán)境的特點，將畜禽糞便和蠅蛆的混合物傾倒入事先準(zhǔn)備好的盆子中，原本在混合物中處于底層陰暗處的蠅蛆瞬間就暴露在盆子混合物的表面。此時在混合物表面噴灑一些水，將混合物弄濕，蠅蛆由于自身喜愛干燥環(huán)境的特性，就會發(fā)生蠕動，向盆子外面干燥的環(huán)境中爬去，此時在盛放畜禽糞便和蠅蛆混合物的盆子旁邊放置一個干燥的收納容器即可收納爬過來的蠅蛆。蠅蛆在向干燥容器方向爬動的時候會有少許掉落到干燥收納容器外面。

此分離方法僅依靠蠅蛆自身的蠕動和偏愛干燥環(huán)境的特性，不需要人工操作，但是分離過程中，蠅蛆蠕動很慢，分離過程耗時長、效率低，難以得到推廣應(yīng)用。

（2）箱體分層分離法。

設(shè)置一個多層篩網(wǎng)的箱體，將畜禽糞便和蠅蛆混合物倒入最上面的篩網(wǎng)上，并對混合物進行強光照射，此時蠅蛆會為了避開強光照射，向下蠕動、鉆孔，通過篩網(wǎng)中的網(wǎng)孔掉入下一層篩網(wǎng)上。待蠅蛆到達(dá)下層篩網(wǎng)后，部分糞便顆粒也會隨之掉到下一層，此時對下一層篩網(wǎng)上的畜禽糞便和蠅蛆混合物進行強光照射，蠅蛆再次向下蠕動、鉆孔，通過篩網(wǎng)空隙掉到下一層篩網(wǎng)表面。如此重復(fù)操作，在最底層的篩網(wǎng)處設(shè)有收納容器，待到蠅蛆鉆入最后容器內(nèi)部即可。該分離方法與網(wǎng)篩分離法原理上相似，但是耗時長、效率低，難以實現(xiàn)規(guī)?；茝V。

（3）立體養(yǎng)殖分離法

蠅蛆生長成熟后，自身會進入化蛹的過程，在蠅蛆這一特殊生長階段，需要設(shè)立特定干燥的收蛹桶。當(dāng)蠅蛆進入化蛹過程時，設(shè)置在養(yǎng)殖池中的蠅蛆會從潮濕的生長環(huán)境中爬出來，進入到收蛹桶中。通常情況下，同一個生長周期的蠅蛆會在同一個時間段內(nèi)發(fā)生化蛹。因此，化蛹過程不會經(jīng)歷太長時間，一般7 d 左右。在這個時間段內(nèi)，蠅蛆基本會全部從潮濕的養(yǎng)殖池中進入干燥的收蛹桶內(nèi)部，此時就可以成功分離出蠅蛆。立體養(yǎng)殖分離法分離出的蠅蛆需要較大的養(yǎng)殖場地，同時需要多個數(shù)量的收蛹桶，通常在大型畜禽養(yǎng)殖廠會得到應(yīng)用。此方法雖然能夠有效分離畜禽糞便和蠅蛆的混合物，但是若沒有掌握好分離時間，蠅蛆化蛹成功會變成蒼蠅，就會對環(huán)境造成污染。

1.2.2 類機械分離法

類機械式分離方法僅僅是在分離過程中部分通過機械方式實現(xiàn)，并不是真正的利用機械自動化全過程分離出畜禽糞便和蠅蛆混合物。由于類機械式分離方法自身設(shè)備具有一定的局限性，在分離過程中無法實現(xiàn)可控式機械自動化分離，不能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的實際需求。

1.2.3 機械式分離法

機械式分離方法在提高畜禽糞便和蠅蛆混合物分離的生產(chǎn)效率方面優(yōu)勢十分顯著，其分離速度、適用規(guī)模、分離效率、自動化程度等方面都比其他分離方法有很大提升。CALVERT C C 等[25]雖然發(fā)明了一款將雞糞和蠅蛆分離的裝置，但是在分離過程中也利用了蠅蛆自身避光性的生物特性。王學(xué)武[26]通過不斷試驗，完成了蠅蛆自動分離設(shè)備的設(shè)計，并根據(jù)圖1 所示的設(shè)計原理圖進行了加工與制造，填補了國內(nèi)空白。王亞波[27]設(shè)計了一款如圖2 所示的新型蠅蛆自動分離設(shè)備，通過對6 日齡蠅蛆成蟲進行分離試驗發(fā)現(xiàn)，3 min 內(nèi)可以將蠅蛆全部分離，對提高畜牧業(yè)養(yǎng)殖具有極大的促進作用，但是分離效果依賴于強光照射。余桂平等[28]研發(fā)了一款蛆糞分離專用設(shè)備，如圖3 所示，該設(shè)備通過PLC 自動控制刮板在糞料上方模擬人工清掃，逐層去除糞渣，最終實現(xiàn)蛆糞有效分離的效果。楊啟志團隊利用離散元法得到蛆糞混合物振動分離的最佳振動條件，設(shè)計了并聯(lián)振動篩驗證仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果和仿真結(jié)果一致，圖4 為其研發(fā)的第1 代原理樣機[29-31]。

圖2 王亞波設(shè)計的自動分離裝置Fig. 2 Automatic separation device designed by WANG Yabo

圖3 余桂平等設(shè)計的蛆糞分離專用設(shè)備Fig. 3 Special equipment for maggot manure separation designed by YU Guiping et al

圖4 楊啟志團隊研發(fā)的蠅蛆分離振動篩Fig. 4 Vibration sieve separation maggot developed by YANG Qizhi et al

2 存在的問題與研究方向

2.1 存在的問題

目前，人工分離方式主要依賴于蠅蛆自身生物學(xué)特性，分離效率低下、費時費力，而蠅蛆的蠕動速度難以通過人工控制，很難實現(xiàn)畜禽糞便和蠅蛆混合物的快速分離，而且難以在規(guī)?；壡B(yǎng)殖中實際應(yīng)用，蠅蛆分離產(chǎn)量低。

利用類機械式和機械式分離畜禽糞便和蠅蛆混合物時，整個裝置中必不可少的是篩網(wǎng)，但篩孔都是統(tǒng)一規(guī)格的，蠅蛆個體尺寸卻千差萬別，分離過程中會出現(xiàn)蠅蛆卡在篩網(wǎng)的篩孔中，不能夠及時通過篩網(wǎng)的現(xiàn)象，這種情況會影響分離效率。在類機械式和機械式分離方法中，分離過程結(jié)束時，總會存在少量的畜禽糞便和蠅蛆仍然混合在一起、分離效果不理想的情形。

2.2 研究方向

如何快速、高效、可控地將畜禽糞便和蠅蛆混合物有效分離是科研人員需要解決的重大難題。應(yīng)結(jié)合蠅蛆自身的生物學(xué)特性，不斷深入研究機械式分離方法與生物學(xué)特性的融通交叉點，充分利用此特點，提高分離效率。對機械式分離方法以實現(xiàn)可控式調(diào)節(jié)為基準(zhǔn)，高效分離畜禽糞便和蠅蛆混合物，并且考慮將分離后的畜禽糞便進行處理以實現(xiàn)二次資源利用。需要將研發(fā)的自動分離設(shè)備在畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆的養(yǎng)殖企業(yè)中進行全面推廣，提高蠅蛆養(yǎng)殖經(jīng)濟效益。

3 結(jié)束語

畜禽糞便和蠅蛆分離技術(shù)是蠅蛆養(yǎng)殖過程中的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)不能實現(xiàn)規(guī)?；笄菁S便養(yǎng)殖蠅蛆的高效分離。而隨著畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，科研人員需要結(jié)合蠅蛆自身的生物學(xué)特性及機械式振動分離方法，通過不斷深入探索，結(jié)合蠅蛆生物學(xué)特性，研發(fā)出更加合理、有效、高效、可控的自動化畜禽糞便和蠅蛆分離設(shè)備。自動化機械式分離方法不僅可以減少人力、物力及時間上的投入，提高分離效率，而且在推廣應(yīng)用上能夠得到廣大養(yǎng)殖戶的青睞，不僅能夠解決畜禽糞便的環(huán)境污染問題，而且蠅蛆的營養(yǎng)價值高，市場前景良好，能夠創(chuàng)造較好的經(jīng)濟效益和社會效益。