生物技术论文
摘 要： 黑水虻可以处理餐厨垃圾，在处理工艺中有重要作用，经济高效环保。分析空调养黑水虻需要的温度和湿度系统，并介绍膜式除湿器工作原理。研究表明，空调养黑水虻项目在厨余垃圾处理中能大大优化生产效能，提高经济效益，并优化现场工作环境，获得社会与环境效益。
关键词 : 厨余垃圾处理工艺;黑水虻;温度和湿度要求分析;膜式除湿器;
1、 项目背景
Clear Industry Co.,Ltd.以“依托高效厌氧，实现中水循环水洗预处理餐厨垃圾”创新工艺获得2014年苏州工业园区第八届科技领军称号，从而设立苏州恺利尔环保科技有限公司。2016年，香港上市公司创业（控股）集团（02221.HK）以2亿港币市值收购Clear Industry Co.,Ltd.51%股份，成为集投资、建设、成套设备制造、技术服务及运营管理等全功能的餐厨垃圾处理集团公司，在持续的开发中，苏州恺利尔提出和并完善了终极完美的解决方案，如图1所示。
图1 终极完美的餐厨垃圾处理工艺图
采用水洗预处理餐厨垃圾工艺，能够得到大量优质的餐厨细料，无杂质，保水量大，可以做为黑水虻幼虫生长所需饲料。这可以大大降低处理餐厨垃圾的成本，而且同时将餐厨垃圾中的营养物质转化为高品质生物蛋白，从而将餐厨垃圾“变废为宝”转化为黑水虻鲜虫、干虫及有机肥，提升价值，经济效益可观，符合国家可持续发展政策和企业可持续发展规划。
2 、黑水虻介绍
黑水虻是双翅目水虻科昆虫。原分布地为美洲，目前已经广泛分布全世界。黑水虻的一生包括卵、幼虫（幼虫营腐生生活）、预蛹、蛹和成虫，在自然界中黑水虻幼虫以动物粪便、动植物尸体和餐厨垃圾等腐烂有机物为食料，将腐烂有机物高效地转化为自身营养物质。黑水虻幼虫干重可达40%左右，其中蛋白质含量（与豆粕相近）高于40%；矿物质含量在10%以上，其中粗脂肪含量超过30%，远远超出豆粕。
据研究，因成虫黑水虻不取食不进入厨房，也不会沾染食物，因此不属于卫生害虫一类。黑水虻是在同类中最优秀的，完全竞争过家蝇，威胁家蝇生存，可间接抵制家蝇滋生。而且黑水虻能够强效杀灭垃圾中的病菌，快速消化处理餐厨垃圾，并将餐厨垃圾换成自身有营养物质。另外，黑水虻幼虫可以收集，并将之粉碎干燥替代豆粕、鱼粉等，可作为饲料蛋白来源，也可以直接将黑水虻幼虫用来喂养蛙、龟、鸡、鸭等。可见，利用黑水虻来处理餐厨垃圾是一项“环境友好型技术”，能够实现垃圾的无害化、资源化和减量化。
餐厨垃圾的有机渣料拿去养殖黑水虻，能大大降低餐厨垃圾废水的浓度，使得在高效厌氧反应器内的反应速率大大提高，可以从物料产沼气所需要的30天停留时间缩短到3天（考虑3倍的水洗循环量）。而且避免了未消化完沼渣的产生问题，也同时避免了在厌氧反应器内沉渣和浮渣发生的危险。
黑水虻和（厌氧+好氧）细菌分配着整个餐厨垃圾处理厂的生物降解能力，可以通过压榨细渣来调控两者之间的有机质食物分配：压榨干了，昆虫的饲料少了，产量效益下降，但除湿量少，虫粪容易干而易于筛分；不压榨，细渣含水率可高达85%以上，昆虫的饲料也多了，产量效益上升，但除湿量大，虫粪容易湿而不易于筛分。
目前，黑水虻幼虫成为商品主要有三个用途：（1）鲜虫直接投放水产、畜禽，这受季节和地域范围影响；（2）微波烘干做宠物饲料，其出口市场容量有限；（3）真空干燥价格成蛋白饲料添加剂和虫油（月桂酸），前景广阔。
其中第三个用途面对饲料工业的B2B市场，潜力最大，配方最合理，也最符合工业化大生产的需要，产品易于储存和运输，也可以一年四季收购，有利于稳定生产计划，精益优化。
一年四季维持黑水虻的生产，不仅仅是取得持久经济效益的手段，而且更重要的是确保有机质被黑水虻降解掉，完成无害化、减量化的初始目标。
3 、养黑水虻环境条件及冷热湿负荷分析
在中国绝大多数领土，四季分明，而黑水虻适合的生养温度在20～30°C，相对湿度在50%左右，因此规划在四季的除湿方式有（以125吨/天餐厨垃圾计算）：
注：可以通过压榨机对细渣的湿度调控来减少除湿量，而利用挤浆水增加厌氧负荷产生更多沼气能源，使得除湿能力更大，这是非常灵活的。但可以看出，除湿量越大，产量越大，经济收入越高。
这里重点测算冬天和夏天两种特殊工况，如果日处理125吨餐厨垃圾处理量，可以产生43.74吨/天含水率85%的有机细渣，而产出8.748吨鲜虫（含水70%）和8.748吨虫粪（含水50%），可见养殖车间需要除湿量在1.11m3/h。
在夏天以降温除湿的方法，标态下，考虑水的汽化潜热在534KCal/kg，每小时除湿1吨需要2236MJ/h(621k W）制冷量，专业厂商实际测算，考虑效率损失，大约需要配备1163k W制冷量的主机。
在冬季实施简单的升温除湿方法，标态下，空气定压比热容为1.004k J/（kg?K），考虑空气的密度：1.293g/L（在0℃及一个标准大气压下），空气定压比热容1.298k J/（m3?K），一个标准阳光干化棚的体积是约7000立方米=87*(13*5+13*2.5/2），从零度升温30度所需热量为275MJ约100kg蒸汽，而其服务的养殖盒产量为8748kg/d，配套日处理餐厨垃圾规模125吨/日，产沼气100Nm3/h，蒸汽约800kg/h，也就是说最多可以做到8次/h的换风量（56000m3/h）。还可以通过气气换热（GGH）来减少能量流失。这是一个完美的匹配工艺参数。
利用餐厨垃圾处理厂厌氧产生沼气的能源，进行冬季升温、夏季降温的除湿方式，不仅能稳定生产，而且能通过人工除湿提高处理渣料含水率，这对污水处理和提高黑水虻产量都有相当的帮助。
养黑水虻需要的温度和湿度系统分析如下：（1）整个养殖间需要良好的通风进行湿度控制，适宜的湿度范围在60%以下，以保证收获时虫粪干度保持在55%以上。（2）采用沼气做为能源集中进行温度控制，以满足养殖的最佳条件，适宜的温度范围控制在20～35°C。
4、 除湿方面分析
关于除湿方面（湿负荷超大），可采用德国memsys膜分离系统的高效节能除湿黑科技，比传统的升降温除湿和转轮除湿节能90%。膜式除湿器由德国memsys公司于2008年研制成功并投入使用，在欧洲、北美、东南亚、中国香港等地拥有大量的客户和长期的运行经验。
膜式除湿器工作原理为：采用高分子半透膜（气体分子能通过，液体分子不能通过），膜一侧为吸水型液体，膜另一侧为空气。空气接触到膜时，其中的水分被吸附，而实现除湿。
与传统的降温除湿和转轮除湿相比，膜式除湿器具有造价较低、能耗低（再生器只需70℃的温度，除湿无温度变化）、安装灵活（除湿器和再生器可分开安装，不受空间限制）、除湿能力强、除湿效率高、湿度控制精确等优点。
膜式除湿器核心部件见图2所示。
图2 膜式除湿器工作原理图
除湿效果如图3所示。
图3 除湿效果图
另外可以用液体除湿器辅助除湿，但要做好防腐，液体吸湿剂有强烈的腐蚀性。
如果空调养黑水虻技术在厨余垃圾处理中得以实施，能大大优化生产效能，提高经济效益，并优化现场工作环境，获得很大的社会与环境效益。
参考文献
[1]黄翔空调工程[M].北京:机械I业出版社,2006.
[2]朱立,卢勇.空气调节技术[M].北京中国高等教育出版社，2008.
[3]陆耀庆实用供热空调设计手册[M].北京中国建筑I业出版社2008.