CN101913742B - 一种用大头金蝇幼虫生物处理和转化蓝藻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种昆虫幼虫生物处理和转化蓝藻的方法，属于资源环境技术领域。打捞出的蓝藻浆液或脱水后的蓝藻泥经过水热预处理后，添加少量麸皮并预发酵2天，配制成苍蝇幼虫的培养料。在培养盘中培养料厚度为5-10cm，然后按每公斤培养料接种0.3克苍蝇卵于培养料表面，点播密度为3-5处/平方米。培养盘放置到通气良好、光线较弱的房间里，培养3-5天待蝇蛆成熟后，收获蝇蛆，作为饲料蛋白。残料无臭、疏松、水分大幅减少，养分丰富，可直接作为生物有机肥料。本方法处理蓝藻高效快捷并且有较大的经济效益。

Description

一种用大头金蝇幼虫生物处理和转化蓝藻的方法

一、技术领域

本发明涉及用大头金蝇幼虫生物处理和转化蓝藻，使蓝藻的得到完全资源化利用的方法，属于资源环境技术领域。

二、背景技术

随着工业废水和生活污水的排放，还有一些农业活动(如大量施肥)，导致大量的营养盐进入湖泊，导致水体的富营养化日趋严重，从而诱发蓝藻大面积暴发性繁殖(水华现象)。蓝藻水华会使水色和透明度等感官性恶化，在蓝藻繁殖时会散发腥臭味，死亡腐烂时还会散发恶臭。蓝藻大量繁殖及死亡藻类的分解，还会消耗水中大量氧气，致使水体缺氧甚至无氧状态，导致水生群落中的物种死亡或消逝，生物多样性急剧降低，水体功能退化。再者蓝藻中的一些种类能产生藻毒素危害健康。

蓝藻暴发后，直接清除水体中蓝藻，并移出水体，即打捞蓝藻法，被公认为目前非常有效的一种方法。无锡市和昆明市地方政府已将太湖和滇池的蓝藻打捞由应对供水危机的应急措施变为治理湖泊的长期措施，购买了大量的打捞清除设备和专业蓝藻打捞队伍，实行定点打捞。2007年无锡市打捞出蓝藻浆液20万M³，2008年达到50万M³。由于蓝藻干物质含N，P分别为7～10％和0.7-0.8％左右，仅以2008年为例，蓝藻打捞可带出500吨N和40吨P，因此打捞更多的蓝藻有利于降低湖泊水体中N，P含量。今后，打捞量还会大大增加。但由于打捞出来的蓝藻为液态，无法采用常规的掩埋等措施，因而大多打捞后的蓝藻被倒在山沟或湖边洼地。蓝藻腐烂后产生让人恶心的臭味，散发在空气中，严重影响了环境质量，另不加处理腐烂的蓝藻由于雨水冲刷作用，可能会再次流入湖泊，造成二次污染。为缩减打捞上来的蓝藻水的体积，以减少占地面积和有利于后面的蓝藻利用，蓝藻脱水是重要的处理措施。资料显示，2008年无锡市已采用藻水分离技术进行蓝藻脱水，在太湖边建设了锦园藻水分离站，日处理打捞的藻水5000吨。脱水后蓝藻(也称为藻泥)含水率为85％-90％不等。目前仅无锡市就建设有8座固定式藻水分离站。蓝藻含蛋白质高达40％-60％，是一个值得利用的资源。然而，无论是打捞上来的蓝藻浆液还是脱水后的蓝藻泥，若不采取措施资源化利用和安全处置，则会导致蛋白质腐败产生恶臭，污染周围空气和水体等不良后果，而有用的资源化也白自浪费了。

目前资源化利用途径有如下几种方法：

(1)好氧堆肥发酵后制作有机肥料

方法是将蓝藻泥与锯末屑或粉碎的秸秆或其他纤维素含量高的物料等混合，调节水分到65％～70％左右，然后通过通风，使堆肥原料高温发酵。温度可达到55～65℃，堆肥时间30～60天。通过堆肥处理可使蓝藻无臭，不再腐败，可作为植物的有机肥料，堆肥过程还可降解藻毒素。例如，孙世中等(2008)用蓝藻与废弃的烟叶混合堆肥，然后成功制成有机肥。据汪之和等(2003)的报道，1992年，日本的脱水蓝藻就已全部实现肥料化，年产量120～180t。这种肥料应用效果好。

(2)沼气发酵产沼气

没有脱水的蓝藻浆液可直接来产沼气。董诗旭等(2006)发现，在20.2℃左右，1克干物质的新鲜蓝藻的可产生487.3ml沼气。翟志军等(2008)报道，5000t(干藻量)产生180多万m³沼气，沼气中甲烷含量为64.91％。无锡还在太湖边上建立了1000M³的发酵罐，沼气发电，沼液沼渣做肥料使用。

(3)提取有用物质

包括提取各种色素、提取藻胆蛋白、胞外多糖、具有抗菌和有抗病毒活性的生理活性物质等等。

然而无论是打捞上来的蓝藻浓缩液还是脱水后的蓝藻泥水分仍很高，外观呈粘稠的泥浆状，高的水分含量对上述几种利用途径都有很大的不良影响。例如，蓝藻进行高温堆肥时，要加非常多的其他干的辅料(如锯木屑、粉碎的秸秆、菇渣等)来调节水分，平均1份体积的蓝藻泥至少要加3份体积的辅料，体积变得更大。而且要堆肥很长时间，一般要30-60天，才能完成，这样臭味的影响时间就相对较长，污染空气。而且会占很多地，同时又要寻找很多的其他干的物料。又因为加了很多调节水分的材料，主要是一些氮磷养分含量低，纤维素等含量高的木屑、秸秆、菇渣等等，使本来蛋白质，氮磷等含量很高的蓝藻经过这样的堆肥后的产品质量变差。这种处理不仅成本很高，而且效率也不尽如人意。

蓝藻沼气发酵投资较大，技术要求高。由于蓝藻水分高，未经过脱水的蓝藻水分在99％以上，就需要很多很大的发酵罐，运行成本就很高。还有一个问题就是，蓝藻的出现是有季节性的，主要集中在温度高的6-8月份。早春、秋、冬季就没有大量的蓝藻，沼气发酵设施就会空置了，很浪费。

从蓝藻中提取有用物质，但蓝藻必须先干化，而蓝藻干化成本很高，需要很多热量才能烘干。提取有用物质实际运行上还存在困难。

综上所述，上述这些方法在推广应用方面仍存在困难。

苍蝇是一种繁殖能力惊人的昆虫，它的幼虫(蝇蛆)蛋白质含量高达60％以上，且氨基酸含量比鱼粉还高，是不可多得的动物蛋白资源，也是一种重要的药用资源，因为它体内含有丰富的抗菌肽等物质。蝇蛆嗜爱在腐败的动植物中生活，蝇蛆处理后这些腐败物质就再也没有臭味也不再滋生苍蝇、也不引起霉变，如同蚯蚓粪一样。因此，采用蝇蛆来处理废物就很有可行性。申请号为200610132365.5(一种生物肥料的制备方法)的专利介绍了用家蝇幼虫和益生菌处理麸皮制备有机肥料的方法，在收获蝇蛆之后，继续对培养基残料进行发酵处理而制备有机肥。但麸皮价格高(大约1500元/吨)，因此生产成本也较高。专利号为ZL00136355.7(家蝇幼虫生态处理猪粪制造有机肥料的方法)的专利介绍了一种新鲜猪粪养殖蝇蛆后作为有机肥料的方法，苍蝇卵猪粪上孵化并生长成成熟的蝇蛆只需要3-5天，收获蝇蛆后残余物作为有机肥料。专利号为ZL02137815.0(工业化处理有机垃圾、养殖蝇蛆和蚯蚓的方法)的专利则介绍了将垃圾分拣后将有机垃圾压榨，固体部分粉碎，厌氧发酵，然后养殖蝇蛆，收获蝇蛆蛋白后残料做有机肥料。然而，尽管蓝藻的蛋白质含量比猪粪、有机垃圾等要高得多，但这些蓝藻蛋白却很难被蝇蛆直接利用，因此迄今，都没有任何专利涉及到用蝇蛆方法处理蓝藻的报道。

三、发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种用大头金蝇幼虫(蝇蛆)处理和转化蓝藻的方法。该方法克服了以往利用高温堆肥、沼气发酵处理蓝藻的不足，如效率低、时间长、产品质量较差、占地、投资与运行成本高而经济效益低等。采用蝇蛆处理和转化蓝藻，可在很短时间内(3-5天)，将蓝藻蛋白转化为蝇蛆动物蛋白，而残料结构疏松、无臭、富含养分、水分含量大幅降低，可直接作为生物有机肥料。因此达到既处理了蓝藻，又产生较大经济效益的效果。

技术方案

用大头金蝇幼虫生物处理和转化蓝藻，其特征包括如下步骤：

1、蓝藻培养料的准备

取打捞的蓝藻浆液或脱水后的蓝藻泥，先水热处理(120-200℃，1.0-1.5MPa)30分钟，以破坏蓝藻细胞。然后按其重量添加少量麸皮(10％-30％)，接种5％左右的发酵菌液(主要为纤维素分解菌、蛋白质降解菌，酵母菌)，自然发酵2天。

2、大头金蝇卵的准备

从种蝇养殖笼中取纯的大头金蝇卵，用来孵化幼虫(蝇蛆)。苍蝇卵外观呈乳白色，香蕉形或椭圆形，长约1毫米，1克卵有15800只。它在高湿废物甚至在稀粪水中也能生长。

3、蓝藻培养料培育蝇蛆

将制备好的蓝藻培养料均匀放置到四周有一凹槽的培养盘中，厚度5-10cm。按每公斤料接种0.3克卵(相当于4000-5000个卵/kg料)的标准，称取一定量的大头金蝇卵，然后在培养料表面按每平方米小心地点播3-5处，再用培养料稍微覆盖。将培养盘放置到通气良好、光线较弱的房间里。室温为20-35℃，相对湿度为60％-80％，培育3-5天。

4、蝇蛆与培养残料的分离与收集

在培养蝇蛆到第4天时，蝇蛆成熟，呈浅黄色，它不再采食，会自动爬出物料到培养盘的凹槽中化蛹，这时从培养盘周围凹槽中收集新鲜蝇蛆，这时蛆料分离率大约为85％。也可采用主动分离方法来收集蝇蛆和培养残料，方法是利用蝇蛆怕光的特点，用小刷子轻轻刷掉和取出上面一层培养残料，露出的蝇蛆于是很快再向无光照的下层物料中钻，然后再用刷子轻轻刷掉和取出上面一层无蛆的培养残料，如此反复进行，直到蝇蛆全部聚集在底部，然后全部收集，称量测量等。

蝇蛆收获后可直接作为蛋白饲料，也可用来提炼药用物质，如蝇蛆油，几丁质，抗菌肽等。残料收集后风干作为生物有机肥料。

有益效果

本发明与现有的蓝藻处理技术相比，具有如下优点：

(1)高湿有恶臭的蓝藻泥经预处理后可直接或仅添加少量麸皮(占10-30％)就可直接作为蝇蛆的饲料，接种大头金蝇卵或孵化出的幼虫后只需要3-5天的处理时间，便可收获成熟新鲜蝇蛆。此时蓝藻培养残料则完全变成无臭，蓬松的的残渣，可直接作为有机肥料。因此，与堆肥或沼气发酵相比，处理时间短，效率更高。

(2)收获的蝇蛆是优良的动物蛋白。蝇蛆干粉粗蛋白含量高达60％左右，与进口鱼粉相当，但每种氨基酸含量均高于鱼粉，必须氨基酸的总量是鱼粉的2.3倍，是重要的蛋白饲料，平均每4-7吨蓝藻培养料可产1吨新鲜蝇蛆。

(3)环境和经济效益明显。在很短的时间内，可使蓝藻泥废物减量30-40％，而且培养后废料无臭，疏松，水分含量大幅度降低，可作为肥料使用。蝇蛆与培养后的残料可一起作为动物蛋白饲料，也可收获纯蝇蛆。在取得经济效益时候还彻底解决了蓝藻的出路问题。

四、具体实施方式

以下叙述本发明的实施例。

1、蓝藻培养料的准备

取30kg蓝藻泥，先水热处理(121℃和1.2MPa)30分钟，以破坏蓝藻细胞。冷却后，按其重量添加20％麸皮，混匀。然后接种5％左右的混合发酵菌液，自然发酵2天。

2、大头金蝇卵的准备

从种蝇养殖笼中取10g左右纯的大头金蝇卵，用来孵化幼虫(蝇蛆)。

3、蓝藻培养料培育蝇蛆

将制备好的蓝藻培养料均匀放置到2个四周有一凹槽的培养盘中，盘的长度70cm，宽50cm，深8cm，培养料装入厚度5cm。按每公斤料接种0.3克卵(相当于4000-5000个卵/kg料)的标准，每个盘称取5g大头金蝇卵，然后在培养料表面点播4点，每点数量大致***，再用培养料稍微覆盖。将培养盘放置到通气良好、光线较弱的房间里。室温为24℃，相对湿度为70％左右。在培养过程中测定每盆培养料的温度，并观察外观变化。

4、蝇蛆与培养残料的分离与收集

利用蝇蛆怕光的特点，用小刷子轻轻刷掉和取出上面一层培养残料，露出的蝇蛆于是很快再向无光照的下层物料中钻，然后再用刷子轻轻刷掉和取出上面一层无蛆的培养残料，如此反复进行，直到蝇蛆全部聚集在底部，然后全部收集，称量测量等。

5、测定项目与指标

(1)培养盘中蝇蛆重量、数量、成活比例等的测定

将每个培养盘中所有蝇蛆收集到玻璃培养皿中，用电子秤称取新鲜蝇蛆的重量，用计数器对蝇蛆个数计数，然后计算平均每个蝇蛆的重量。根据卵的个数和最后获得的成熟蝇蛆的数量计算成活率、每盘培养料单位重量产出的蝇蛆的重量等等。每盆任意取20只蝇蛆，用80℃的热水杀死，然后用刻度直尺量它的体长。

(2)培养料和蝇蛆水分含量测定

在烘箱中用烘干法测定水分。方法是，称一定重量的培养料(试验前和试验后)或者蝇蛆放到玻璃培养皿中，放到烘箱中在105℃下烘干，用电子秤称烘干前和烘干后水分损失量，然后计算含水率。

(3)温度测定

在蝇蛆生长过程中，用温度计每天测定培养料的温度，并做记录。

(4)培养料和蝇蛆的养分测定

培养料主要测定处理前后有机质，氮素全量，和有效氮含量；蝇蛆主要测定粗蛋白质含量，通过测定全氮再换算成粗蛋白含量。

6、主要结果

在蓝藻培养料中接种蝇蛆卵后，第4天收获蝇蛆，获得2.54kg新鲜蝇蛆，平均个重13mg，长度11mm，蝇蛆水分含量75％，蛋白质含量62％(干物质计)。处理后残料重22kg，总重减少41％，有机质含量74.8％(干物质计)，总氮3.72％(干物质计)，外观呈黑褐色，无臭，质地疏松。

Claims (2)

1.一种大头金蝇幼虫生物处理和转化蓝藻的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)蓝藻先经水热处理预处理；

(2)将预处理后的蓝藻与占蓝藻重量10％-30％的麸皮混合发酵2天，制备成大头金蝇幼虫培养料；

(3)按每公斤培养料加0.3克的比例将大头金蝇卵加到培养料的表层中，在光线较弱的房间内，于20-35℃下，培养3-5天；

(4)幼虫成熟后，收获并与培养残料分离，培养残料风干后作为生物有机肥料。

2.根据权利要求1所述的一种大头金蝇幼虫生物处理和转化蓝藻的方法，其特征在于步骤(1)中所述蓝藻先经水热处理是指在120-200℃，1.0-1.5MPa下处理30分钟。