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。
1、项目背景
ClearIndustryCo.,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ClearIndustryCo.,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。
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)。
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(621kW)制冷量,专业厂商实际测算,考虑效率损失,大约需要配备1163kW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1.004kJ/(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1.298kJ/(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。除湿效果如图3所示。
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:机械工业出版社,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:中国建筑工业出版社,2008.
文章来源:许耘凡,卢勇.空调养黑水虻技术在厨余垃圾处理中应用[J].轻工科技,2021,37(11):80-81.
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期刊名称:环境与生活
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创刊时间:2007年
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