Abstract

利用黑水虻幼蟲可以從有機廢棄物中回收更多的可利用元素，但基質含水量＞80%對黑水虻幼蟲的處理效率影響尚不清楚。

本研究評估了高含水量餐廚垃圾對黑水虻幼蟲降解速率的影響，包括廢棄物-生物質轉化率、降解率、幼蟲存活率以及將幼蟲與蟲糞進行干燥分離（含水量50%）所需的通風量等方面。

結果表明，隨著水分含量的增加，幼蟲的生物量轉化率和存活率降低，從76%含水量的33.4%生物量轉化率和97.2%存活率，下降到97.5%含水量的17.5%生物量轉化率和19.3%存活率。

Materials and Methods

5日齡黑水虻幼蟲（＞0.2cm長）

1）被動通風：

基質含水量為76%,84%和88%，養(yǎng)殖面積357cm2，幼蟲700頭/組，0.35g飼料/頭/次，分三次投喂（第1、5、8天），開放房間內飼養(yǎng)15天。

2）主動通風：

基質含水量為90%,95%和97.5%，養(yǎng)殖面積2400cm2，幼蟲5000頭/組，0.08g飼料/頭/次，每周5次投喂（周一~周四定量投喂，周五三倍量投喂，周末不投喂），3.2m3通風房間內飼養(yǎng)14天。

1）試驗1測定各重復干物質(DM)和揮發(fā)性固體 (VS)含量，并測定各處理蟲糞量。

2）試驗2各處理僅記錄蟲糞濕重。

Results

1）兩個處理組的幼蟲密度一致，2頭/cm2；

2）兩個處理組飼料總投喂量一致，1.05g/頭；

3）底料總深度不超過5cm。

1）WW基礎上，隨著基質含水量的增加，BCR顯著降低，BCR與基質含水量呈負相關(R2 = 0.96, p ＜0.001)；

2）DM基礎上的BCR與基質含水量之間也存在顯著相關(p＜0.001)，但模型擬合較弱(R2 = 0.64)；

3）在DM基礎上，材料減少量與基質含水量呈負相關(p＜0.05)(圖b)。

1）在兩個試驗中，幼蟲的存活率都受到底物含水量的負面影響(試驗1的R2 = 0.86，試驗2的R2 = 0.69)(圖c）。

2）包括對照組在內，揮發(fā)性固體（VS）含量對幼蟲的存活率和體重有顯著影響， VS含量越大，幼蟲的存活率和體重越高(圖e-f;表3)。但是相同攝入量時，體重和存活率也受其他因素影響。

結合回歸模型，可以發(fā)現(xiàn)即使提供相同數(shù)量的營養(yǎng)物質，基質含水量高依然導致生物質轉化效率降低。說明給幼蟲喂食的VS劑量對BCR有一定影響，但基質含水量的影響最為顯著。

1）基質含水量和通風類型顯著影響了養(yǎng)殖過程中底料的水分變化；

2）與被動通風相比，主動通風對水分的變化影響更大；

3）預計達到干燥分離的蟲糞含水量為50%，而含水量高達90%的基質，即使主動通風，最終蟲糞的含水量依然接近60%。

4）將實際幼蟲存活率與基質含水量和總水分去除量(g/kg WW)的幼蟲存活率預測模型值作圖，得到了很好的擬合(p ＜ 0.05, R2 調整后= 0.64)(圖a)?；貧w分析的幼蟲重量與存活幼蟲的對數(shù)VS劑量顯示了顯著的正相關(p ＜ 0.05, R2調整= 0.92)，即越高的VS劑量，越高的幼蟲重量(圖b)；

5）幼蟲堆肥過程本身對最終殘渣DM的影響很小，主要受通風影響，特別是對于含水量較高的基質。

Conclusion

1）水分含量的增加導致生物質轉化率的降低和物質的減少；

2）幼蟲的存活率隨含水量的增加而降低，存活率較高時幼蟲的體重隨含水量的增加而降低，但隨著存活率的降低而增加；

3）適當?shù)耐L可以使BSFL處理含水量為80 - 90%的基質。而對于含水量＞90%的基質，通風要求非常高?；|含水量由76%提高到97.5%，使WW處理的每公斤基質通風需求增加一倍。

本研究建立了一個模型來預測餐廚濕重與基質含水量之間的通風需求，該模型可以預測獲得足夠干燥的蟲糞（含水量50%）所需的通風量，以便將幼蟲從蟲糞中干分離出來。

生物轉化率(濕重,干重,揮發(fā)性固體)=消耗量(濕重,干重,揮發(fā)性固體) / 初始量(濕重,干重,揮發(fā)性固體)

水分揮發(fā)量=（初始料含水量 - 初始料干重×消耗料干重×50% - 初始料干重×料干重轉化率×幼蟲水分總含量）/初始料濕重    ——以上重量單位一致，g。

平均每kg空氣可置換的水分質量g/kg = （出風口的相對濕度% × 出風口的水蒸氣含量g/kg – 進風口的相對濕度% × 進風口的水蒸氣含量g/kg），i個實驗組的累計相加。

移除一定量水分所需空氣質量kg = 所需水分減少量g / 平均每kg空氣可置換的水分質量g/kg。

每小時所需通風量m3/h = 移除一定量水分所需空氣質量kg / 平均溫度下的空氣密度kg/m3 × 實驗持續(xù)時間h。

感謝原文作者的研究及分享：

Lalander C , Ermolaev E , Wiklicky V , et al. Process efficiency and ventilation requirement in black soldier fly larvae composting of substrates with high water content[J]. Science of The Total Environment, 2020, 729:138968.