畜禽粪便与蝇蛆分离方法研究现状及展望

周 昕， 蔡 静

（1. 浙江省农业科学院畜牧兽医研究所，浙江 杭州 310021；2. 浙江省农业科学院食品科学研究所，浙江 杭州 310021）

0 引言

随着我国规模化畜禽养殖业的发展，其引发的环境污染问题也越发得到社会广大关注[1-5]。畜禽粪便直排入水不仅污染环境，还可能造成河道内的水生植物疯长问题，而粪便入田时也会造成重金属污染问题[6-10]。根据2010 年统计数据，中国畜禽粪便生产总量已经超过 20 亿t[11-13]。因此，如何在不影响环境条件下，解决畜禽粪便处理问题是目前畜禽养殖户面临的重大难题。

蝇蛆具有丰富的营养价值，比一般鱼粉的蛋白质含量高，而且氨基酸含量丰富，可以为畜禽和水产养殖提供蛋白饲料[14-16]。利用畜禽粪便养殖蝇蛆不仅可以解决规模化畜禽养殖造成的环境污染问题，还可以将养殖的蝇蛆加工成蛋白饲料，反哺畜禽和水产养殖业，形成一个养殖良性循环[17-18]。

国内学者对畜禽粪便养殖蝇蛆进行了深入研究，指出利用蝇蛆处理废弃物拥有巨大的经济价值和应用前景[19-21]。HUSSEIN M 等[22]针对蝇蛆的饲料营养价值也进行了深入分析。

蝇蛆养殖不仅可以解决我国畜禽粪便处理所面临的环境污染问题，还可以提供高品质的蛋白饲料，解决畜禽和水产养殖面临的蛋白饲料短缺的问题，同时畜禽粪便养殖蝇蛆后处理过的粪便废弃物可以还田，满足田间农作物的生长需求，降低畜禽粪便直接入田时产生重金属污染的风险，对我国畜禽养殖业的发展具有重要的现实意义。

如何将畜禽粪便和养殖成熟期的蝇蛆分离是目前亟待解决的难题。针对不同的分离方式，本文分析畜禽粪便养殖蝇蛆存在的分离问题，提出未来解决此问题的方向。

1 国内外研究现状

国内外对畜禽粪便和蝇蛆混合物分离的方式大致可分为人工分离和自动分离两种。人工分离可分为水分离法、土分离法及网筛分离法；自动分离法可分为非机械式分离法、类机械式分离法及机械式分离法[23]。

1.1 人工分离法

1.1.1 水分离法

根据畜禽粪便和蝇蛆两者都能够共存于水中的特点，将其混合物都倒入水中并不断搅拌，由于畜禽粪便和蝇蛆的自身密度不同，经过搅拌，在离心力的作用下，蝇蛆漂浮于水面，利用网筛可以将浮于水面的蝇蛆捞出，实现两者的分离。

为了溶解、搅拌、分离畜禽粪便和蝇蛆的混合物，该分离方法需要大量的水，而且溶解后的废水若不经过处理就排放到周围环境中，会继续造成环境污染。

1.1.2 土分离法

将畜禽粪便和蝇蛆混合物分层铺开，利用蝇蛆自身的避光性特点，采用强光照射畜禽粪便和蝇蛆的混合物，为避开光照，蝇蛆通过自身蠕动钻入下层铺设的混合物中。此时，将上层剩余的畜禽粪便进行人工去除即可，重复此类操作，直至到最后一层，蝇蛆即可暴露出来。该分离方法可以将98%～99%的蝇蛆分离出来，分离成功率较高，但由于蝇蛆蠕动速度慢，分离方法操作耗时较长，效率较低。

1.1.3 网筛分离法

利用蝇蛆自身的钻孔和蠕动特点，先将畜禽粪便和蝇蛆混合物倒在筛网上，筛网下方放置一个收纳容器，可利用自然光或者强光照射到筛网上，混合物中的蝇蛆由于其自身避光性，就会向下钻孔，而筛网正好有网孔，蝇蛆可以通过蠕动从网孔中钻到筛网下方的收纳容器中。网筛分离法仅仅依靠蝇蛆自身蠕动并钻孔，最后进入收纳容器中，速度非常缓慢，耗时长，难以在规模化养殖中应用此法。

1.2 自动分离法

1.2.1 非机械式分离方法

非机械式分离方法主要依赖于蝇蛆自身的生物学特性，如避光性、偏爱干燥环境、低温时不发生蠕动等[24]。

（1）盆式分离法。

利用蝇蛆在生长过程中偏爱干燥环境的特点，将畜禽粪便和蝇蛆的混合物倾倒入事先准备好的盆子中，原本在混合物中处于底层阴暗处的蝇蛆瞬间就暴露在盆子混合物的表面。此时在混合物表面喷洒一些水，将混合物弄湿，蝇蛆由于自身喜爱干燥环境的特性，就会发生蠕动，向盆子外面干燥的环境中爬去，此时在盛放畜禽粪便和蝇蛆混合物的盆子旁边放置一个干燥的收纳容器即可收纳爬过来的蝇蛆。蝇蛆在向干燥容器方向爬动的时候会有少许掉落到干燥收纳容器外面。

此分离方法仅依靠蝇蛆自身的蠕动和偏爱干燥环境的特性，不需要人工操作，但是分离过程中，蝇蛆蠕动很慢，分离过程耗时长、效率低，难以得到推广应用。

（2）箱体分层分离法。

设置一个多层筛网的箱体，将畜禽粪便和蝇蛆混合物倒入最上面的筛网上，并对混合物进行强光照射，此时蝇蛆会为了避开强光照射，向下蠕动、钻孔，通过筛网中的网孔掉入下一层筛网上。待蝇蛆到达下层筛网后，部分粪便颗粒也会随之掉到下一层，此时对下一层筛网上的畜禽粪便和蝇蛆混合物进行强光照射，蝇蛆再次向下蠕动、钻孔，通过筛网空隙掉到下一层筛网表面。如此重复操作，在最底层的筛网处设有收纳容器，待到蝇蛆钻入最后容器内部即可。该分离方法与网筛分离法原理上相似，但是耗时长、效率低，难以实现规模化推广。

（3）立体养殖分离法

蝇蛆生长成熟后，自身会进入化蛹的过程，在蝇蛆这一特殊生长阶段，需要设立特定干燥的收蛹桶。当蝇蛆进入化蛹过程时，设置在养殖池中的蝇蛆会从潮湿的生长环境中爬出来，进入到收蛹桶中。通常情况下，同一个生长周期的蝇蛆会在同一个时间段内发生化蛹。因此，化蛹过程不会经历太长时间，一般7 d 左右。在这个时间段内，蝇蛆基本会全部从潮湿的养殖池中进入干燥的收蛹桶内部，此时就可以成功分离出蝇蛆。立体养殖分离法分离出的蝇蛆需要较大的养殖场地，同时需要多个数量的收蛹桶，通常在大型畜禽养殖厂会得到应用。此方法虽然能够有效分离畜禽粪便和蝇蛆的混合物，但是若没有掌握好分离时间，蝇蛆化蛹成功会变成苍蝇，就会对环境造成污染。

1.2.2 类机械分离法

类机械式分离方法仅仅是在分离过程中部分通过机械方式实现，并不是真正的利用机械自动化全过程分离出畜禽粪便和蝇蛆混合物。由于类机械式分离方法自身设备具有一定的局限性，在分离过程中无法实现可控式机械自动化分离，不能适应大规模生产的实际需求。

1.2.3 机械式分离法

机械式分离方法在提高畜禽粪便和蝇蛆混合物分离的生产效率方面优势十分显著，其分离速度、适用规模、分离效率、自动化程度等方面都比其他分离方法有很大提升。CALVERT C C 等[25]虽然发明了一款将鸡粪和蝇蛆分离的装置，但是在分离过程中也利用了蝇蛆自身避光性的生物特性。王学武[26]通过不断试验，完成了蝇蛆自动分离设备的设计，并根据图1 所示的设计原理图进行了加工与制造，填补了国内空白。王亚波[27]设计了一款如图2 所示的新型蝇蛆自动分离设备，通过对6 日龄蝇蛆成虫进行分离试验发现，3 min 内可以将蝇蛆全部分离，对提高畜牧业养殖具有极大的促进作用，但是分离效果依赖于强光照射。余桂平等[28]研发了一款蛆粪分离专用设备，如图3 所示，该设备通过PLC 自动控制刮板在粪料上方模拟人工清扫，逐层去除粪渣，最终实现蛆粪有效分离的效果。杨启志团队利用离散元法得到蛆粪混合物振动分离的最佳振动条件，设计了并联振动筛验证仿真结果，发现试验结果和仿真结果一致，图4 为其研发的第1 代原理样机[29-31]。

图2 王亚波设计的自动分离装置Fig. 2 Automatic separation device designed by WANG Yabo

图3 余桂平等设计的蛆粪分离专用设备Fig. 3 Special equipment for maggot manure separation designed by YU Guiping et al

图4 杨启志团队研发的蝇蛆分离振动筛Fig. 4 Vibration sieve separation maggot developed by YANG Qizhi et al

2 存在的问题与研究方向

2.1 存在的问题

目前，人工分离方式主要依赖于蝇蛆自身生物学特性，分离效率低下、费时费力，而蝇蛆的蠕动速度难以通过人工控制，很难实现畜禽粪便和蝇蛆混合物的快速分离，而且难以在规模化蝇蛆养殖中实际应用，蝇蛆分离产量低。

利用类机械式和机械式分离畜禽粪便和蝇蛆混合物时，整个装置中必不可少的是筛网，但筛孔都是统一规格的，蝇蛆个体尺寸却千差万别，分离过程中会出现蝇蛆卡在筛网的筛孔中，不能够及时通过筛网的现象，这种情况会影响分离效率。在类机械式和机械式分离方法中，分离过程结束时，总会存在少量的畜禽粪便和蝇蛆仍然混合在一起、分离效果不理想的情形。

2.2 研究方向

如何快速、高效、可控地将畜禽粪便和蝇蛆混合物有效分离是科研人员需要解决的重大难题。应结合蝇蛆自身的生物学特性，不断深入研究机械式分离方法与生物学特性的融通交叉点，充分利用此特点，提高分离效率。对机械式分离方法以实现可控式调节为基准，高效分离畜禽粪便和蝇蛆混合物，并且考虑将分离后的畜禽粪便进行处理以实现二次资源利用。需要将研发的自动分离设备在畜禽粪便养殖蝇蛆的养殖企业中进行全面推广，提高蝇蛆养殖经济效益。

3 结束语

畜禽粪便和蝇蛆分离技术是蝇蛆养殖过程中的关键技术，现有技术不能实现规模化畜禽粪便养殖蝇蛆的高效分离。而随着畜禽粪便养殖蝇蛆产业的蓬勃发展，科研人员需要结合蝇蛆自身的生物学特性及机械式振动分离方法，通过不断深入探索，结合蝇蛆生物学特性，研发出更加合理、有效、高效、可控的自动化畜禽粪便和蝇蛆分离设备。自动化机械式分离方法不仅可以减少人力、物力及时间上的投入，提高分离效率，而且在推广应用上能够得到广大养殖户的青睐，不仅能够解决畜禽粪便的环境污染问题，而且蝇蛆的营养价值高，市场前景良好，能够创造较好的经济效益和社会效益。