但由于黑水虻早期養(yǎng)殖基本為散養(yǎng)狀態(tài)，缺乏科學(xué)有效的養(yǎng)殖工藝，養(yǎng)殖效率低、效果差，因此大規(guī)模市政工程實(shí)施仍存在較多技術(shù)瓶頸：如孵化、飼喂和產(chǎn)品加工等環(huán)節(jié)的規(guī)?；写M(jìn)一步突破、全流程自動(dòng)化水平有待提升、原料變化帶來的產(chǎn)品不穩(wěn)定性以及銷售出路不確定、規(guī)模化養(yǎng)殖安全性不明晰等問題。
歐陽(yáng)創(chuàng) 碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任上海環(huán)境院研究中心副總工程師。
馬 聰 博士，現(xiàn)任上海城投老港基地管理有限公司副總工程師。
周永泉 碩士，助理工程師，現(xiàn)任上海環(huán)境院研究中心項(xiàng)目工程師。
一、作為一種小微昆蟲，黑水虻的生物特性是怎什么樣的？如采用人工養(yǎng)殖，對(duì)生長(zhǎng)條件有什么特別需求？
黑水虻生活史一般分為蟲卵、幼蟲、預(yù)蛹、蛹、成蟲5個(gè)階段（如圖1所示），通常世代周期30～35d。幼蟲分為5個(gè)齡期，自3齡期后食量開始明顯增大，5齡預(yù)蛹體表顏色從乳白色逐步變?yōu)樯詈稚氖沉现羞w出，尋找隱蔽、干燥和有縫隙的地方等待羽化。黑水虻成蟲的平均壽命約為4-6天，完成交配和產(chǎn)卵，以繼續(xù)下一個(gè)生命周期。（圖片來源文獻(xiàn)：安新城, 黑水虻的生物學(xué)特性及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值. 養(yǎng)殖與飼料, 2007(11): p. 67-68.）
研究表明，黑水虻幼蟲的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，營(yíng)養(yǎng)組成具有一定的可塑性。分析表1數(shù)據(jù)可知，其體內(nèi)特定營(yíng)養(yǎng)組分的含量高低可通過調(diào)節(jié)其采食的有機(jī)廢棄物的營(yíng)養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)。黑水虻烘干蟲粉中粗脂肪、鈣和灰分的含量受到采食底物的影響較大，而蛋白質(zhì)和氨基酸組成則相對(duì)比較穩(wěn)定。雖然幼蟲的氨基酸總含量低于黃粉蟲、蠅蛆、桑蠶蛹的氨基酸含量，但氨基酸如賴氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、纈氨酸和酪氨酸含量較高，可通過優(yōu)化飼料配方增加飼料氨基酸含量，并不影響作為動(dòng)物飼料蛋白的品質(zhì)。表1 采食不同底物黑水虻與豆粕和魚粉的營(yíng)養(yǎng)成分含量（%）比較
迄今為止，沒有報(bào)告的數(shù)據(jù)表明黑水虻是疾病的傳播媒介，安全性較高。幼蟲自身提供的大量脂肪儲(chǔ)存減少或消除了成蟲喂養(yǎng)和傳播任何潛在疾病的必要性。有研究顯示，黑水虻幼蟲無機(jī)污染物指標(biāo)與微生物污染物指標(biāo)均符合《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13078-2017）的要求，同時(shí)經(jīng)處理后的蟲糞可作為有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分含量均高于《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)》（NY525-2012）的技術(shù)要求，具有較高的肥效，能促進(jìn)植物生長(zhǎng)。但針對(duì)濕垃圾飼養(yǎng)黑水虻幼蟲作為飼料原料及蟲糞作為有機(jī)肥使用的安全性還需要持續(xù)開展深入跟蹤研究。影響黑水虻生長(zhǎng)的條件主要包括光照、溫度、濕度、飼養(yǎng)基質(zhì)（油脂、鹽分、含水率、蛋白質(zhì)和碳水化合物比值、起始pH）等。如何通過改善飼養(yǎng)條件，提高黑水虻幼蟲產(chǎn)出率是相關(guān)研究的重點(diǎn)。光照，黑水虻是一種日行性昆蟲，陽(yáng)光是誘導(dǎo)黑水虻成蟲交配的重要環(huán)境因素，可通過不同補(bǔ)光層模擬太陽(yáng)光照，促進(jìn)黑水虻人工種蟲繁育效率；溫度，被認(rèn)為在黑水虻的生長(zhǎng)中起著重要作用，其中最佳溫度范圍在25°C和30°C之間；含水率，喻國(guó)輝等多人研究均表明，飼料的含水率在70％～80%時(shí)，幼蟲對(duì)飼料轉(zhuǎn)化效率最高；碳氮比，黑水虻更適合于C/N < 20：1的范圍。我國(guó)的飲食習(xí)慣導(dǎo)致食物垃圾中留下了很大比例的碳水化合物，這使得家庭廚余垃圾C/N一般都高于20：1；鹽分，黑水虻幼蟲存活率在氯化鈉含量3.0%以內(nèi)差異不顯著(P>0.05)，但濕垃圾中由于鹽分較高，會(huì)導(dǎo)致黑水虻蟲糞含鹽量高，影響蟲糞的利用，需要通過水洗、脫水等措施降低濕垃圾中鹽分含量，以提高產(chǎn)品品質(zhì)；pH，黑水虻的最適生長(zhǎng)環(huán)境pH值范圍為6～10。濕垃圾經(jīng)過水解過后pH值較長(zhǎng)時(shí)間處于4.0～5.5的酸性范圍，應(yīng)調(diào)節(jié)其pH值到中性至弱堿性環(huán)境，可增強(qiáng)黑水虻的生長(zhǎng)代謝，并且有助于油脂類物質(zhì)的堿性水解。二、目前黑水虻處理廚余垃圾產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還存在哪些具體的瓶頸？
黑水虻種蟲交配產(chǎn)卵穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化的前提，盡管黑水虻單雌成蟲產(chǎn)卵量很高，但因在自然條件下種蟲交配率低、形成受精卵的比例低，特別是冬春兩季，導(dǎo)致收獲的蟲卵無法滿足生產(chǎn)所需。黑水虻種蟲交配繁育困難成為制約黑水虻產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展的關(guān)鍵。（二）黑水虻周年化和規(guī)?；B(yǎng)殖技術(shù)尚不成熟
黑水虻的養(yǎng)殖受環(huán)境條件（尤其是溫度）的影響很大，不同氣候環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)周年化、規(guī)模化養(yǎng)殖，首先要滿足黑水虻生長(zhǎng)各階段過程中對(duì)溫度、濕度和光照等環(huán)境因素的需求；其次還要加大對(duì)養(yǎng)殖自動(dòng)化、機(jī)械化設(shè)備的研發(fā)力度，如立體養(yǎng)殖設(shè)備和蟲糞分離設(shè)備等，提效降本；此外，還需要實(shí)現(xiàn)整個(gè)養(yǎng)殖工藝的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，并培養(yǎng)足夠數(shù)量的專業(yè)技術(shù)人才。目前國(guó)內(nèi)外都加大了對(duì)黑水虻周年化和規(guī)模化養(yǎng)殖技術(shù)開發(fā)的投入，很多企業(yè)對(duì)黑水虻處理有機(jī)廢棄物項(xiàng)目盈利預(yù)期高，但他們不得不面臨黑水虻養(yǎng)殖生產(chǎn)穩(wěn)定性差、效率低等問題。黑水虻周年化和規(guī)?；B(yǎng)殖技術(shù)尚不成熟。（三）黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)品下游進(jìn)展緩慢
豆粕和魚粉產(chǎn)量增長(zhǎng)受限，多依賴進(jìn)口，價(jià)格波動(dòng)較大，尋找質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的替代蛋白產(chǎn)品已迫在眉睫。黑水虻作為一種可持續(xù)供給的新型動(dòng)物蛋白原料，能夠提供水產(chǎn)和畜禽動(dòng)物所需的蛋白和能量。目前黑水虻在國(guó)外的產(chǎn)品形式多為脫脂蟲粉，而國(guó)內(nèi)有全脂蟲干、脫脂蟲干、蟲油和蟲漿發(fā)酵產(chǎn)品等應(yīng)用形式，未有統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。需要建立起更多研究、試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的黑水虻飼用效果數(shù)據(jù)庫(kù)，才能逐步實(shí)現(xiàn)黑水虻標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模的應(yīng)用和推廣，進(jìn)一步提升其飼用價(jià)值。黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，市場(chǎng)供應(yīng)鏈不完善，目前大部分養(yǎng)殖企業(yè)均還處在市場(chǎng)探索的階段，黑水虻產(chǎn)品銷售市場(chǎng)渠道還未打通。黑水虻作為有機(jī)廢棄物資源化利用的下游產(chǎn)物，在水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域的推廣應(yīng)用需要產(chǎn)學(xué)研緊密合作，共同努力推動(dòng)才能逐步達(dá)成。三、談?wù)労谒瞪镛D(zhuǎn)化廚余垃圾技術(shù)未來主要發(fā)展方向
以黑水虻為生物媒介的有機(jī)廢棄物生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，正在嘗試打破常規(guī)以微生物降解為核心的固有處理技術(shù)格局。自從歐盟2015/2283和2017/893號(hào)條例允許在水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料中使用黑水虻作為飼料蛋白源后，全球食品和飼料行業(yè)對(duì)以黑水虻為代表的資源昆蟲的開發(fā)利用進(jìn)入了快速發(fā)展階段。為了充分發(fā)揮黑水虻作為有機(jī)固廢處理新模式和新型飼料原料的優(yōu)勢(shì)，未來可圍繞以下幾個(gè)方面開展相關(guān)研究。解決蟲源不足的關(guān)鍵是找到一種可以促進(jìn)黑水虻穩(wěn)定交配產(chǎn)卵的人工光源，從而解決連續(xù)陰雨天及室內(nèi)大規(guī)模養(yǎng)殖時(shí)所需的光照問題，打破困擾多年的黑水虻人工育種繁殖困難的技術(shù)瓶頸。近期已有研究人員研制出低能耗、長(zhǎng)壽命的LED補(bǔ)光燈，通過不同光層模擬太陽(yáng)光照，促進(jìn)黑水虻交配產(chǎn)卵，可顯著提高黑水虻人工種蟲繁育效率。（二）建立標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式，逐步實(shí)現(xiàn)黑水虻工廠化生產(chǎn)
黑水虻工廠化生產(chǎn)是集自動(dòng)化、機(jī)械化、規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化于一體的，不受季節(jié)影響的連續(xù)、高效養(yǎng)殖模式。隨著勞動(dòng)力成本不斷上升、黑水虻工廠化生產(chǎn)將成為黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。未來需要持續(xù)加大研發(fā)投入，逐步建立完整的黑水虻人工繁育、環(huán)境控制、防病防疫等技術(shù)體系，使黑水虻全產(chǎn)業(yè)鏈能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和可控操作，從而為后續(xù)固體有機(jī)廢棄物規(guī)?；幹?、黑水虻產(chǎn)品開發(fā)和深加工以及市場(chǎng)的大范圍推廣奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（三）加大黑水虻在水產(chǎn)和畜禽飼料產(chǎn)品中的研究和開發(fā)力度
黑水虻幼蟲和預(yù)蛹作為具有生物活性的優(yōu)質(zhì)功能蛋白和脂肪來源，可作為魚粉、豆粕和血漿蛋白粉等傳統(tǒng)飼料蛋白源的補(bǔ)充。未來的研究重點(diǎn)包括：1、在滿足黑水虻存儲(chǔ)和運(yùn)輸要求的前提下，加強(qiáng)黑水虻幼蟲產(chǎn)品加工工藝的研究，如酶解和發(fā)酵工藝，以提高其在水產(chǎn)和畜禽動(dòng)物中的應(yīng)用效果；2、進(jìn)一步探究黑水虻制品在水產(chǎn)和畜禽動(dòng)物中使用時(shí)的營(yíng)養(yǎng)成分消化效率和能值，為其作為蛋白飼料源應(yīng)用提供更多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；3、充分考慮配方的氨基酸平衡和脂肪酸組成，探究黑水虻不同制品在水產(chǎn)和畜禽不同品種或生長(zhǎng)階段中的最佳應(yīng)用形式與添加量；4、探究黑水虻制品及其不同組分在水產(chǎn)和畜禽動(dòng)物中的應(yīng)用效果和作用機(jī)制，特別是在免疫保護(hù)和抗應(yīng)激方面的作用，為其深度應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。四、《老港固廢環(huán)?？苿?chuàng)中心實(shí)證項(xiàng)目-濕垃圾生物資源化技術(shù)集成示范》科研實(shí)證項(xiàng)目簡(jiǎn)介
上海城投（集團(tuán)）有限公司目前設(shè)立的《老港固廢環(huán)保科創(chuàng)中心實(shí)證項(xiàng)目-濕垃圾生物資源化技術(shù)集成示范》科研實(shí)證項(xiàng)目，將依托上海生物能源再利用(二期)項(xiàng)目建設(shè)50噸/日的濕垃圾三相固渣養(yǎng)殖黑水虻示范工程，獲取黑水虻處置濕垃圾全過程一手?jǐn)?shù)據(jù)，系統(tǒng)評(píng)估項(xiàng)目可行性。該項(xiàng)目開展以黑水虻為代表的濕垃圾生物轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)及裝備集成示范研究，形成蟲卵孵化、自動(dòng)化養(yǎng)殖、蟲源蛋白高效轉(zhuǎn)化與高值利用、蟲沙生物強(qiáng)化成肥、臭氣精準(zhǔn)控制、蟲體全流程防逃逸、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制等全過程關(guān)鍵技術(shù)，建立不小于50t/d的示范工程，構(gòu)建濕垃圾生物資源化轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目的開展有望促進(jìn)濕垃圾現(xiàn)有處理資源化技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化，通過開展?jié)窭B(yǎng)殖黑水虻自動(dòng)化核心技術(shù)工藝設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)集成、工程調(diào)試運(yùn)行等研究，掌握核心技術(shù)、形成關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，解決黑水虻處理濕垃圾產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定、設(shè)備自動(dòng)化程度不高等技術(shù)瓶頸，提升黑水虻規(guī)模生產(chǎn)的可靠性，為濕垃圾養(yǎng)殖黑水虻產(chǎn)業(yè)起到領(lǐng)先示范效果和提供借鑒。
來源 | 上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院作者 | 歐陽(yáng)創(chuàng)、馬聰、周永泉
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