北京工商大学教授王攀：厨余垃圾高值安全利用技术

　　3月1日，2024(第十一届)厨余垃圾资源化利用论坛上北京工商大学王攀教授受邀分享“厨余垃圾高值安全利用技术”。王教授针对强化厨余垃圾厌氧发酵产甲烷、厨余垃圾饲养黑水虻、厨余垃圾废液生产液态菌肥等方面做了详细的分享。

 

　　厨余垃圾高值安全利用技术
 

　　强化厨余垃圾厌氧发酵产甲烷技术
 

　　纳米零价铁对餐厨垃圾高温和中温厌氧消化过程的影响？添加纳米零价铁(nZVI)对厌氧发酵甲烷产量有促进作用，高温增加了27% (2 g nZVI/L)，中温增加了63%(5 g nZVI/L)；纳米零价铁(nZVI)可以抑制厌氧过程中的过度酸化；丁酸和乙酸是VFAs的主要成分；纳米零价铁(nZVI)的加入促进了有机物向VFA和甲烷的转化。
 

　　生物炭负载纳米零价铁对厌氧发酵的促进作用如何？生物炭具有孔隙率高、表面积大、功能基团多等优点，同时具有导电性。纳米零价铁具有低毒性，更大的表面积和体积比，并具有导电性，但易团聚。p生物炭负载纳米零价铁作为一种复合材料，解决了纳米零价铁易团聚的问题，生物炭负载纳米零价铁具有磁性，可回收利用降低生物炭添加成本。
 

　　生物炭的性质和功能在很大程度上取决于原料类型和热解过程。甘蔗皮生物炭表面炭孔相对规则、完整，微生物可附着面积大。添加甘蔗皮生物炭对于厨余垃圾干式厌氧产甲烷具有明显促进作用，其次是玉米秸秆生物炭和花生藤蔓生物炭，发酵沼渣对于发酵的促进作用不显著。
 

　　中温：提高累计甲烷产量；提高溶解性有机物降解；降低挥发性脂肪酸浓度和氨氮浓度。
 

　　高温：提高累计甲烷产量，提高溶解性有机物浓度，降低挥发性脂肪酸浓度，降低含氮有机物的降解。
 

　　厨余垃圾饲养黑水虻现厨余垃圾固形物的高值化利用
 

　　如何提高黑水虻幼虫产量，优化营养组分产率与纯度？虫卵添加量优化。首先优化了虫卵投加量，分别设置了0.04g/ kg、0.05g/kg、0.06g/kg、0.075g/kg四个实验组。结果发现虫卵添加量在0.05g/kg时，厨余减量和虫体生长最佳。
 

　　厨余垃圾发酵时长优化。在最佳卵投加量的基础，优化了厨余垃圾预发酵时长，在预发酵时长为2天时，饲养黑水虻幼虫的餐厨减量化最好，为77.18%，鲜虫产量692.2g，比对照组重43.87%。因此，我们确定了虫卵添加量在0.05g/kg，厨余垃圾预发酵两天进行后续研究。
 

　　厨余垃圾益生菌预发酵
 

　　●20只虫重：预发酵2天>饲喂时加菌>预发酵1天>灭菌组>对照组>预发酵3天。
 

　　●体重增加：预发酵3天>预发酵1天>预发酵2天>饲喂时加菌>灭菌组>对照组。
 

　　●鲜虫产量：预发酵3天(423.7g)；预发酵1天(385.4g)。
 

　　●幼虫生物转化阶段的温室气体排放对黑水虻幼虫处理的全球变暖潜能值(GWP)总得分的贡献为24.2%(Kofi Armah et al.，2022)，这可能会影响黑水虻饲养的整体环境性。
 

　　●乳酸菌：降低饲料pH值，降低NH3排放
 

　　●酵母菌：减少温室气体排放
 

　　昆虫蛋白质酶解条件优化研究
 

　　黑水虻幼虫富含高蛋白以及矿物质元素和维生素，其氨基酸组成与大多数动物饲料蛋白相似，被认为是替代动物饲料蛋白的主要来源，有巨大的应用前景[16]。目前，黑水虻幼虫作为鱼饲料应用特别广泛，例如大西洋鲑鱼[17]，虹鳟鱼[18-20]等。利用50%黑水虻幼虫虫粉代替鱼饲料蛋白与其他营养物质混合饲养欧洲鲈鱼对鲈鱼的生长没有抑制作用，并且可以增强鲈鱼的抗氧化能力以及免疫反应。有研究使用酶解技术开发酶解黑水虻酶解浆料代替饲料蛋白，酶解蛋白质具有生物活性肽，使动物更好吸收和利用，且酶解法符合安全要求，实验条件温和，提取的蛋白质和氨基酸具有更多的功能特性，如抗菌、抗氧化、免疫调节功能。
 

　　超滤法分离纯化活性肽
 

　　随着分子量的减小，其抗氧化活性增加(实验浓度1mg/ml)。<3KDa的分子量大小的蛋白肽表现出最大的抗氧化活性，说明多肽分子量越小其抗氧化活性越高。
 

　　Sephadex-G25凝胶分离纯化活性肽
 

　　将超滤后样品<3KDa的组分冷冻干燥，凝胶纯化以后检测其抗氧化性。B组分的抗氧化性随着肽浓度的升高逐渐增强，且均高于A组分，说明在90-100min内凝胶收集的肽具有较强的抗氧化作用。
 

　　厨余垃圾废液生产液态菌肥技术实现废液的资源化利用
 

　　厨余垃圾废液生产液态菌肥
 

　　●筛选了解磷、固氮菌，巨大芽孢杆菌和圆褐固氮菌，研发了复合菌肥配方和生产工艺。
 

　　●现实工业规模生产中，受到各种外在条件的影响，进行了实际生产情况下接触空气培养的实验；
 

　　●实际工厂环境条件下，室温15℃储存，培养至第90天后有效菌落数可以达到2×108 cfu/ml，杂菌率均低于10%，达到了GB 20287-2006《农用微生物菌剂》标准。
 

　　厨余垃圾废液液态菌肥施用技术
 

　　施用液态菌肥对土壤理化性质的影响——速效N、总N、速效P、总P均为上升趋势。
 

　　沼液处理
 

　　响应面优化絮凝效果，设计响应面实验，优化絮凝剂1和2的配比和添加量。
 

　　脱水预处理之后的三维荧光腐殖酸类物质，三维荧光显示出了絮凝剂可以去除芳香族、蛋白类物质、黄腐酸类物质和腐殖酸类物质，EEM光谱可分为五个区域。区域I和区域II的荧光峰(Ex<250nm，Em<380nm)与简单的芳香族蛋白质有关。区域III的荧光峰(Ex<250nm)与富里酸物质有关。区域IV的荧光峰(Ex<340nm，Em<380nm)与可溶性微生物副产物(如色氨酸)有关。第五区域的荧光峰(Ex>250nm，Em>380nm)与腐殖酸物质有关。
 

　　原标题：【精彩发言回顾】王攀女士—厨余垃圾高值安全利用技术